UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA METROPOLITANA

FACULTAD DE HUMANIDADES Y TECNOLOGÍAS DE LA COMUNICACIÓN

ESCUELA DE CARTOGRAFÍA

MEMORIA

“DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE DETALLE PARA LEVANTAR

UN PRODUCTO CARTOGRÁFICO A TRAVÉS DE GPS NAVEGADORES”

A G R A D E C I M I E N T O S

A mi familia y seres queridos, quienes son el motor de mis ganas por conocer todo lo que rodea este mundo.

A Carabineros de Chile, por darme la oportunidad de crear nuevas áreas de conocimiento para la Institución.

A los Oficiales de Carabineros, que en algún momento fueron mis Jefes de Repartición y tuvieron la voluntad de autorizarme para concurrir a la Universidad en horas de servicio.

A los Suboficiales de Carabineros, quienes siempre me alentaron a seguir adelante y me ayudaron en mi gestión de mando en la Subcomisaría Los Quillayes en la Comuna de La Florida y Departamento Servicios de Fronteras O.S.3.

A los místicos Carabineros de la especialidad de Montaña y Frontera, fuente inagotable de patriotismo y tenacidad.

A mi amigo Geógrafo Emiliano Oteiza Diamante, quien me orientó a estudiar Cartografía y amiga Periodista Marlen Camus Dávila, quien generosamente revisó mi memoria, para que fuera de fácil lectura para los usuarios.

A la Dra. Sra. Marcela Salinas Torres por su apoyo y paciencia durante mi trabajo de tesis de grado.

A Dios y la Virgen del Carmen, por protegerme en cada momento de mi Vida.

La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica.

Aristóteles

CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN

En los sectores rurales de nuestro país no se cuenta con las coberturas completas de cartografía digital, lo que impide un manejo eficiente de la información espacial existente y el uso de los Sistemas de Información Geográfica, lo anterior a consecuencia de los elevados costos que significa realizar vuelos fotogramétricos y adquirir imágenes satelitales para la elaboración y actualización de mapas digitales, sumado a ello, los procesos de corrección geométrica, digitalización y posterior atributación de los elementos fotointerpretados. Por lo tanto, estos costos son imposibles de solventar, especialmente, por pequeñas Municipalidades rurales de nuestro país.

Desde el año 2000 hasta la fecha se ha hecho masiva la utilización de GPS Navegadores, los cuales son usados en las más diversas actividades, tales como: deporte, forestal, minería, agronomía, urbanismo, seguridad, entre otras. Como bien sabemos, el Sistema de Posicionamiento Satelital (GPS) tiene como principal función la ubicación de un punto en el espacio geográfico mediante coordenadas y esto a partir de la información de una constelación de satélites destinados solamente para ese fin.

Además se han creado en diferentes partes del mundo una serie de programas de bajo costo y otros incluso gratuitos, que permiten el manejo de los datos captados en terreno por los GPS y también ingresar información a los navegadores, lo que facilita el uso del equipo y lo hace interactivo con un PC o notebook y en diferentes sistemas operativos. Asimismo la información de sistemas gratuitos de visualización de mapas, en la red de Internet como Google Earth, Google Maps o la empresa nacional Mapcity, han permitido un fácil acceso a información geográfica de todo el planeta.

La información obtenida por los GPS se encuentra basada en la captación de puntos o “waipoints” los que tienen asociados un sistema de coordenadas, ícono, nombre e información variada conforme al requerimiento de cada usuario; pero, no es la única información que captan los GPS Navegadores, pues a partir de una serie de puntos que se guardan durante el movimiento de un GPS, en forma sistemática y automática, se crean líneas, las cuales son denominadas “track”, que permiten ser utilizados como caminos virtuales que pueden ser usados para ir y volver de un punto a otro.

Durante las actividades laborales y profesionales en Carabineros de Chile, específicamente en el Departamento de Servicios de Fronteras O.S.3., en la zona norte del país y trabajando con GPS Navegadores marca Garmin, se pudo establecer que en el trayecto seguido en la ruta CH-25 que une el paso fronterizo Tambo Quemado con el poblado de Putre, captando todo el “track” de la ruta y al descargarlo en el programa Mapsource de Garmin, éste presenta mejor precisión que el producto cartográfico 1:250.000 del IGM, ya que las sinuosidades del camino no estaban representadas correctamente con respecto a su realidad, es decir el uso de un GPS Navegador utilizado en un móvil para la orientación permitió mejorar el mapeo de un camino cualquiera de una carta preliminar 1:250.000.

Este hecho, por simple que parezca, abre muchas interrogantes desde el punto de vista cartográfico, especialmente sobre la escala a la cual se puede obtener cartografía digital, metodología de levantamiento, si los parámetros geodésicos de los GPS Navegadores corresponden a los utilizados en el país, etc. Esto se podría sistematizar bajo parámetros cartográficos y geodésicos adecuados, lo que permitiría crear una metodología de mapeo de bajo costo que eventualmente pueda contribuir a la generación de cartografía digital.

Es por ello, que el aporte principal de este trabajo de titulación es entregar a los profesionales de las ciencias de la Tierra la posibilidad de realizar cartografía planimétrica a una escala aceptable, con la utilización de programas computacionales de bajo costo y GPS Navegadores.

Para esto es necesario como requisito principal, establecer los niveles de precisión de los GPS Navegadores durante un levantamiento directo y a partir de los estándares cartográficos utilizados en Chile, y poder determinar a qué escala se puede actualizar o generar cartografía digital.

La metodología utilizada para realizar este estudio fue constituida por la instalación de un GPS Navegador en un vehículo, configurándolo de acuerdo a los parámetros geodésicos definidos, luego se hizo la captura de “tracks” en terreno con el GPS y su descarga mediante el software DNR. Posteriormente, los “tracks” fueron exportados a formato SHP de Esri y se compararon con la cartografía digital escala 1:5.000 del Servicio Aerofotogramétrico de la Fuerzas Aérea de Chile. El procesamiento de los datos permitió determinar el error entre los “tracks” levantados y la cartografía 1:5.000, pudiendo comparar los resultados con los estándares de precisión planimétrica de la National Standard for Spatial Data Accuracy y, finalmente, se generaron y actualizaron los productos cartográficos.

CAPÍTULO II.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Uno de los principales objetivos de la cartografía es la precisa y fidedigna representación gráfica del espacio geográfico a través de diferentes productos. Esta representación debe satisfacer a los usuarios de información geográfica adecuadamente, de modo que contribuyan a realizar planificaciones, estudios y otros desarrollos para actividades como la minería, agricultura, forestal, gestión municipal, etc.

En los procesos de actualización y validación de la información territorial, actualmente se utilizan todos los recursos tecnológicos vigentes en el mercado, tales como: Sistemas de Posicionamiento Satelital, levantamientos por radar, imágenes satelitales y fotografías aéreas digitales de alta resolución. Esto hoy se conoce con el nombre de Geomática, tanto en la toma de los datos en el terreno como en el gabinete, de esta manera posibilita la obtención de información con mayor celeridad, a través de procesos altamente complejos y sistematizados.

De acuerdo a lo planteado en la introducción, este trabajo tiene como objeto el aprovechamiento del Sistema de Posicionamiento Satelital, de la clase Navegadores. Estos equipos son utilizados, por lo general, para actividades deportivas y en el área productiva. Desde el punto de vista cartográfico, solamente son empleados para realizar aproximaciones y levantamientos referenciales, que luego dan paso a trabajos topográfico de mayor precisión, a través de GPS geodésicos y estaciones totales.

Desde una perspectiva cartográfica, los GPS Navegadores son muy poco considerados para la realización de trabajos que tengan un rigor cartográfico en el levantamiento de elementos espaciales, tales como ejes viales o edificaciones, siendo utilizados por lo general en levantamientos de mapeo para la confección de cartografía temática.

En el terreno, los GPS Navegadores mantienen un error promedio, que va a depender principalmente de la calidad de la señal satelital y las capacidades técnicas del equipo GPS, por ejemplo que posea una antena que permita aumentar la ganancia de señal satelital. Estas condiciones “óptimas”, por lo general se obtienen rápidamente en terreno, entregando el GPS Navegador una precisión de entre 10 y 5 metros, este error es constante, una vez obtenida una buena señal satelital.

Entonces, si tenemos un error constante en terreno con el equipo de Posicionamiento Satelital de la clase Navegador, esto nos permitiría sistematizar una metodología en el levantamiento de la información, con la obtención de error promedio o rango de error que, dependiendo del nivel de detalle que necesitemos en la elaboración de una cartografía, podría tener una precisión adecuada y dentro de los rangos de tolerancia aceptados en la producción de cartografía regular.

El Instituto Geográfico Militar (IGM) es la autoridad oficial del Estado de Chile en la producción de la cartografía regular de todo el país y además debe proporcionar un sistema de referencia de acuerdo a las exigencias de los estándares internacionales. La cartografía generada por el IGM corresponde a las escalas 1:500.000 - 1:250.000 - 1:100.000 - 1:50.000 y 1:25.000, las escalas más pequeñas 1:500.000 y 1:250.000, corresponden a mapas referenciales de grandes porciones del territorio nacional, los cuales son utilizados para mapas carreteros y otras aplicaciones donde ese nivel de escala es adecuado.

Estas escalas pequeñas, cuando son utilizadas con GPS Navegadores, son perfectamente compatibles, ya que al tratarse de mapas referenciales, el margen de error de los GPS Navegadores (10 a 5 metros) no influyen en la ubicación de los elementos espaciales dentro de la cartografía. Ahora si analizamos las escalas 1:100.000 - 1:50.000 y 1:25.000, la situación es diferente, ya corresponden a cartografía de un mayor nivel de detalle, confeccionadas a partir de procesos de gran precisión y es aquí, donde cobra relevancia el desarrollo de esta investigación.

Las mapas de escala 1:100.000 - 1:50.000 y 1:25.000 tienen un margen de error definido, que se establece mediante normas nacionales e internacionales en la producción de estos mapas. Como es de esperar, estas cartas tienen un mayor nivel de detalle, por lo cual estos errores son menores, entonces los sistemas utilizados para el levantamiento de información deben ser de mayor precisión y no referenciales como los son las cartas regulares a escala 1:500.000 y 1:250.000.

De acuerdo a lo anterior, todo producto cartográfico tiene un error en su confección. Éste se encuentra establecido en relación al nivel de detalle de dicho producto, por lo cual es una variable establecida y controlada dentro del proceso de producción de cartografía.

Si conocemos el error o tolerancia cartográfica para la generación de una cartografía a un determinado nivel de detalle, podremos saber cuál es el sistema de levantamiento en terreno que necesitamos y la precisión que éste debe tener, ya que de esa forma realizaremos un aprovechamiento racional de los recursos con los cuales se cuenta, es decir, si necesitamos actualizar una carta regional a una escala 1:250.000 y se arrienda un equipo GPS de la clase geodésica, con una precisión submétrica, obviamente no tendremos problemas para realizar el trabajo, pero los costos serían elevados comparados con el levantamiento de un GPS Navegador. Este análisis que pareciera un tanto exagerado, tiene como objeto ejemplificar claramente la relación existente entre el “nivel de detalle de un mapa”, la “tolerancia cartográfica” y el “sistema de levantamiento a utilizar.”

Otras variables a considerar en un método directo de cartografía, mediante el uso de GPS Navegadores, es la rapidez del levantamiento y clasificación de elementos espaciales, los que permiten al usuario, en una menor cantidad de tiempo, realizar trabajos de actualización de cartas.

En Chile, donde los recursos son escasos, la posibilidad de contar con los instrumentos de última generación continúan siendo de alto costo. Es por ello, que este estudio busca establecer una metodología que permita maximizar los recursos que proporcionan la Geodesia Satelital por medio del “Sistema de Posicionamiento Global Navegadores”, y de esa manera bajar los costos de producción de cartografía a un determinado nivel de detalle, ya sea tanto en la producción, como en la actualización de productos cartográficos.

Es necesario precisar que esta memoria tiene como objeto trabajar sobre la planimetría de la carta y sus respectivos errores. Ahora con respecto a los errores altimétricos, estos no son considerados en el estudio, quedando la ventana abierta para otro estudio. No obstante, en el marco teórico fue considerada la información sobre los errores altimétricos y también, perfiles longitudinales de la zona de estudio.

CAPÍTULO III.- OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar un método para la elaboración de cartografía digital de bajo costo, a partir de equipos de posicionamiento satelital navegadores y softwares cartográficos, que permitan establecer el nivel de detalle y parámetros geodésicos adecuados para su elaboración

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar el área de estudio.

• Verificar parámetros geodésicos de GPS Navegadores.

• Establecer el programa computacional en el mercado más adecuado para interactuar con el GPS.

• Levantar en terreno “tracks” de los ejes de calles del área de estudio.

• Convertir los “tracks” a archivos SHP de la empresa Esri.

• Comparar productos obtenidos con la cartografía 1:5.000 SAF, datum WGS 84, mediante el programa Arcgis de Esri.

• Tabular los errores obtenidos.

• Establecer el nivel de precisión de la cartografía a partir de los errores obtenidos, norma internacional de tolerancia.

• Elaborar cartografía digital a escala definida.

CAPÍTULO IV.- MARCO TEÓRICO

A.- RESEÑA HISTÓRICA DEL SISTEMA GPS GLOBAL POSITIONS SYSTEM (G.P.S.).

Durante la década del 60, el Departamento de Defensa y la Agencia Espacial de los Estados Unidos de Norteamérica se preocuparon de desarrollar un sistema que permitiera determinar la posición geográfica sobre la base de satélites. Este sistema debía cumplir básicamente con los siguientes requerimientos:

I.- Cobertura de toda la superficie terrestre.

II.- Funcionamiento contínuo.

III.- No ser afectado por las condiciones climáticas y atmosféricas.

IV.- Uso dinámico para ser utilizado en movimiento (aviones, buques y vehículos terrestres).

V.- Precisión geográfica razonable.

Razón por lo cual comenzaron una serie de experimentos tendientes a dar cumplimiento a las necesidades observadas. Esta idea no sólo era compartida por los organismos estadounidenses, sino que también la ex Unión Soviética comenzó a investigar y experimentar en forma paralela las aplicaciones satelitales.

Durante la década de los 70, ambos países iniciaron la implementación de sus propios sistemas, en EE.UU. con el sistema “Transit”, el cual estaba constituido por una constelación de 6 satélites en órbita polar baja, a 1.074 metros de altura. Este sistema corregía una cobertura mundial pero no constante, cuya posibilidad de ubicación era intermitente y el cálculo de la posición requería 15 minutos.

En 1978 la URSS puso en marcha el satélite “Cosmo 1000”, dando inicio al Sistema de Navegación Cósmica Nacional “Tsikada”, destinado a localizar a los barcos en cualquier lugar del océano. Este sistema actualmente se encuentra operativo. A raíz de esto, Estados Unidos de Norteamérica realizó una fuerte inversión de billones de dólares, con el objeto de dar un gran salto en la construcción de un sistema de navegación adecuado para su defensa. Es así como en el año 1978 lanzó el primer satélite de la Constelación del Sistema de Posicionamiento Global (G.P.S.), pero tras varios años de interrupción, dada la serie de eventos que no permitieron avanzar, como por ejemplo el desastre del trasbordador espacial Espacial Challenger. Sin embargo, en diciembre de 1983 se declaró la fase operativa inicial del Sistema GPS, cuyo principal objetivo era ofrecer a las Fuerzas Armadas de EE.UU. la navegación y ubicación. Este sistema permitió dotar a las fuerzas americanas de una clara ventaja estratégica frente a otras, siendo su principal virtud operarlo en forma autónoma, de costo relativamente bajo, disponibilidad global y sin restricciones temporales.

Durante ese mismo período la URSS, creó el Sistema de Satélite de Navegación Global (SSNG) “Glonass”, el cual tiene las mismas proyecciones del sistema americano, pero la falta de recursos económicos y el término de la guerra fría terminaron por reducir sus proyecciones. En la actualidad, el sistema se encuentra operativo, pero con mucho menos satélites que el sistema GPS.

Más tarde, en el año 1984 comenzaron a fabricarse los primeros receptores GPS destinados al mundo civil, los cuales tenían como objetivo ser utilizados en la aviación civil, actividades deportivas, como asimismo en ingeniería.

Es importante mencionar que durante muchos años el Departamento de Defensa de los Estados Unidos impuso una restricción a la señal GPS, llamada Disponibilidad Selectiva que ingresaba un error a la señal, lo que se traducía en un error en los GPS Navegadores de 50 a 150 metros del lugar exacto en el cual se había realizado la medición. A contar del 1 de mayo de 2000 esta Disponibilidad Selectiva fue eliminada por el Departamento de Defensa, obteniéndose un error de 5 a 15 metros en la actualidad.

Al año 2008, la tecnología GPS es ampliamente utilizada en diferentes actividades productivas del mundo, transformándose en un elemento obligatorio en el transporte público, actividades deportivas e ingeniería. Durante los últimos años también han nacido nuevas empresas que venden estos productos y especialmente la industria China que lo ha masificado a nivel mundial.

En la actualidad en Chile, existen diferentes empresas que proveen de servicios de seguimiento de flotas por GPS, venta de GPS Navegadores y empresas topográficas especializadas en la comercialización de GPS Geodésicos.

B.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

El Sistema de Posicionamiento Global (G.P.S.), es un sistema basado en señales de radio emitidas por la constelación satelital GPS, el cual está formado por 24 satélites que orbitan la Tierra a una altura aproximada de 20.000 kilómetros, durante las 24 horas del día, desplazándose a una velocidad de 14.500 kilómetros por hora.

Figura No. 1: Satélites de la constelación GPS.

Fuente: www.gpsxtreme.cl año 2008.

Esta señal es captada por equipos receptores GPS, que tienen incluidos procesadores computacionales, los que después de una serie de cálculos internos automáticos, nos entrega una coordenada geográfica, incluyendo la altitud, con un margen de error de aproximadamente 5 a 10 metros, pudiendo de esta manera el usuario saber su ubicación en el espacio geográfico.

Figura No. 2: Satélites entregando señal a un receptor ubicado en la Tierra.

Fuente: www.gpsxtreme.cl año 2008.

Los GPS Navegadores, entregan como información las coordenadas geográficas, UTM y otras, según su configuración, altitud, velocidad de desplazamiento, hora y error de ubicación; otros más avanzados entregan el norte magnético, temperatura ambiente, mapas digitales, perfiles longitudinales y la altitud barométrica.

Figura No. 3: Pantallas de un GPS Navegador.

Fuente: Garmin etrex Vista año 2008.

Recepción de la Señal del satélite

La señal es emitida desde el satélite, la cual es capturada por lo sensores GPS en la Tierra (mar, aire y tierra). Actualmente esta señal es lineal, siendo sensibles a ciertos obstáculos naturales o artificiales que la interrumpen. A diferencia de la señal de un teléfono celular, ésta invade subterráneos, ascensores y espacios cerrados; en cambio la señal GPS tiene mucho menos capacidad, ya que siempre debe existir “la ventana satelital”, es decir tener vista con el cielo, lo que permita recibir en forma clara la señal.

Es por ello que obstáculos como edificios, cerros y bosques espesos (como por ejemplo la selva Valdiviana), dificultan la obtención de una coordenada de buena precisión y en algunos casos la pérdida de la recepción satelital.

Con el objeto de mejorar y optimizar las señales provenientes desde la constelación de Satélites GPS, es que existen equipos navegadores con antenas desmontables que permiten elevarlas y mejorar la recepción.

Sistema de corrección en tiempo real

Hay determinadas exigencias que necesitan ser cumplidas por un Sistema GPS para que pueda ser usado en ciertas actividades. Una de ellas es que las posiciones que un receptor capte tengan la suficiente precisión como para permitir que, por ejemplo, un avión aterrice por el centro de la pista, no por el carril derecho o izquierdo.

Actualmente la precisión de un GPS es de unos 08-10 metros en un intervalo de confianza del 95% del tiempo, pero no es lo suficientemente seguro para realizar maniobras de aterrizaje de avión. Es por ello que se desarrollaron tres sistemas que son independientes entre sí, pero compatibles entre ellos:

-El sistema WAAS en Estados Unidos.

-El sistema EGNOS en Europa.

-El sistema MSAS en Japón.

En estas zonas se han instalado estaciones fijas GPS con coordenadas precisas y distribuidas en lugares geográficamente adecuados, las que captan señales de los satélites de la constelación GPS en forma constante, es decir son estaciones fijas, conociendo en todo momento la magnitud del error que se está cometiendo (metros de desplazamiento horizontal y vertical sobre su posición real).

Dentro del mercado nacional existe una variada gama de modelos de GPS Navegadores, los cuales se diferencian entre sí, por tener accesorios que los hacen más potentes en cada una de las áreas en que son utilizados, por ejemplo los equipos marinos son impermeables y cuentan con una pantalla más grande que permite visualizar con mayor detalle los puntos de línea de costa, como asimismo las embarcaciones a escala que se sitúan en el área respectiva.

Figura No. 4: GPS Navegador marca Garmin Modelo V.

 

Fuente: www.gpsxtreme.cl año 2008.

Para el caso de este estudio, fue escogido el GPS Navegador marca Garmin Modelo V. Este GPS es utilizado normalmente en vehículos y su principal característica es que tiene antena desplegable, lo que permite instalarlo sobre el techo del vehículo.

Es así como la facilidad para incorporarlo en el sistema es apreciable, porque además permite mejorar la recepción satelital, ya que la antena se encuentra a mayor altura; tener rapidez en el levantamiento de los “track” y utilizar el eliminador de pilas de la conexión del encendedor del móvil.

Tabla No. 1: Características técnicas del GPS V.

GPS V	CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Satélites	12 canales
Número de waypoints	1.000
Memoria Interna	24 MB
Nº de rutas / Nº de waypoints por rutas	20/50
Database o Cartografía	Cartografía
Opción de mapas adicionales	En Map Source CD Software
Duración de baterías	12 HR (2 AA)
Tamaño pantalla (pulgadas)	2.1 x 1.1
Pantalla	4 Niveles de Grises LCD
Píxeles	288 x 160
Antena	Externa
Modo TracBack	Sí
Puntos de Tracklog	10.000.-
Peso	5.3 oz.
Resistencia al Agua	IPX7 (sumergible en 1 metro durante 30 min.)
Tamaño Unidad (Pulgadas)	4.4 x 2.0 x 1.2
Joystick con 5 posiciones	Sí
Luz de pantalla	Niveles Simples
Captación De WAAS	Si
Compás Electrónico Interno	Sí
Altímetro Barométrico Interno	Sí
Aproximación de Waypoints	No
Rango De Voltaje	2.5 W.
Medición automática de superficies	Sí
Íconos de Waypoints	Sí

Fuente: www.garmin.com año 2008.

C.- INFORMACIÓN PROCESADA POR UN GPS NAVEGADOR

Es importante señalar que respecto del “track” podemos indicarlo como una serie de puntos que se generan automáticamente por el GPS Navegador y que por defecto son unidos por una línea que equivale a caminos por los cuales se ha desplazado el GPS Navegador. Los “tracks” se clasifican en activos y guardados.

El “track” activo se crea conforme al desplazamiento del GPS, mientras el equipo se encuentra encendido y en las nuevas unidades Garmin puede llegar a estar compuesto por 10.000 ó 13.000 puntos.

El “track” guardado se genera a partir de los “tracks” activos guardados. Al guardar el “track” activo, el GPS reduce el “track” disminuyendo considerablemente el número final de puntos, manteniendo los más significativos del recorrido, de forma que no se pierda la capacidad de usar ese “track” para la navegación “trackback” (regreso a partir de un lugar).

D.- NIVEL DE DETALLE Y ESCALA

Por otra parte, es importante recordar que el nivel de detalle de un producto cartográfico nos permite apreciar diferentes objetos en una determinada unidad territorial, como por ejemplo construcciones urbanas levantadas en una manzana, pero si se visualiza el mismo sector pero integrado en el contexto de Región o País, el nivel de detalle se reduce, ya que la superficie es cada vez más extensa y el detalle es cada vez menor.

La escala de un mapa es la relación existente entre una distancia sobre el mapa y su distancia correspondiente sobre la superficie terrestre. Esta se expresa en la forma 1:10.000, indicando que 1 unidad medida sobre el mapa representa 10.000 de esas mismas unidades sobre la superficie terrestre. En un mapa a escala 1:100.000, un centímetro del mapa equivale a un kilómetro en el suelo porque 1 Km tiene 100.000 cm.

Los mapas de escalas grandes muestran mayor detalle, se utilizan por lo general para planos de áreas locales, barrios, ciudades, etc. Un ejemplo de escala grande es 1:2.500, pues 1 cm. en el papel corresponde a 25 metros, área en la que se visualizan detalles del territorio.

Los mapas de escalas pequeñas generalmente muestran menos detalle que los mapas de escala grande pero cubren amplias zonas de la superficie terrestre. Son típicos de escalas pequeñas los mapas de extensión regional, nacional e internacional, como los 1:1.000.000.

La fórmula de escala está expresada de la siguiente manera:

Según la clasificación de escala, ésta puede presentarse como numérica o gráfica, como se establece en lo siguiente:

Numéricas: 1:10.000 1/10.000 1 Se lee uno es a diez mil.

-------------

10.000

Gráficas :

Existen diferentes clasificaciones de escalas, según el valor del denominador, la más usada es la siguiente:

Pequeñas: 1:500.000 o menores; se utilizan estas escalas para la confección de mapas.

Medianas: 1:20.000 a 1:500.000; se emplean para la elaboración de cartas topográficas y de navegación.

Grandes: 1:1 a 1:20.000, estas escalas se usan para planos, no se considera la curvatura de la superficie terrestre.

E.- TEORÍA DE ERRORES

Cuando se realiza un estudio de mediciones se debe tener muy en cuenta que no existe un valor verdadero o real de la magnitud, ya que una medición se caracteriza por la presencia de errores, los que se originan por falla humana o imperfección del equipo utilizado.

Otra fuente de error en una medición es la exactitud de la medida. Por ejemplo, un cronómetro es capaz de determinar la centésima de segundo, pero se adelanta dos minutos por hora, mientras que un reloj de pulsera común no lo hace. En este caso se dice que el cronómetro es más preciso, pero menos exacto que el reloj.

Para comprender y definir los mecanismos que definen el error y la precisión de una medida o de una serie de medidas debe tomarse conocimiento de algunas definiciones y conocer las herramientas matemáticas y estadísticas que se utilizan para obtener el valor más probable del error y para la validación de los datos.

Con el objeto de manejar los términos más adecuados, sobre el área estadística, a continuación se hace una breve descripción de algunos conceptos necesarios para complementar la metodología de estudio.

POBLACIÓN o UNIVERSO: Es el conjunto completo de medidas que poseen alguna característica común observable.

PARÁMETRO: Se refiere a cualquier característica de una población que sea cuantificable.

MUESTRA: Es un subconjunto de la población o universo.

TOLERANCIA: Es el intervalo numérico que ha sido determinado en función de la escala y que representa el rango de deformación máxima aceptable.

PRECISIÓN: Es el límite de exactitud que existe entre un valor verdadero y la máxima capacidad del instrumental para determinar valores absolutos.

EXACTITUD: Es el grado de concordancia entre el resultado de una medición y un valor verdadero de la medida. También se define como “el grado de perfección obtenido en una medición” y se reconoce por la proximidad de las observaciones al valor verdadero.

Figura No. 5: Representación de precisión y exactitud.

Fuente: www.google.com año 2008.

Los centros de los círculos indican la posición del verdadero valor de la medida y los puntos, los valores de varias mediciones. La dispersión de los puntos da una idea de la precisión, mientras que su centro efectivo está asociado a la exactitud.

La exactitud de los mapas se define, según los estándares internacionales, mediante la comparación de la localización de puntos bien definidos en el mapa, con respecto a su localización real en la Tierra, determinada por un levantamiento independiente y más preciso.

El error se entenderá como “la diferencia entre el valor correcto o exacto de una magnitud y el valor medido” y se pueden clasificar en:

a) ERROR GROSERO: Llamado también como faltas o equivocaciones y son consecuencia de un descuido o confusión por parte del operador del instrumento de medición. Estos errores pueden eliminarse mediante una cuidadosa verificación para aislar y, posteriormente, corregir por medio de una nueva medición.

b) ERROR SISTEMÁTICO: Es el que obedece a alguna ley física o que puede expresarse mediante una función matemática. Generalmente afecta a la medición en casi la misma magnitud y tiene una fuente específica; por ende es posible corregirlo. Por ejemplo, la calibración de escala o uso de una mira de nivel que no tiene la longitud estándar.

c) ERROR ACCIDENTAL o ALEATORIO: Este error tiende a presentarse por la emanación de múltiples factores inapreciables, cuya magnitud y signo es imposible predecir. Tales errores no siguen las leyes físicas como lo hacen los sistemáticos y, por ende, son calculados por medio de las leyes estadísticas de probabilidad.

Fuente http://thales.cica.es

F.- HERRAMIENTAS ESTADÍSTICAS PARA EL CÁLCULO DE ERRORES Y PRECISIÓN DE MUESTRAS Y POBLACIÓN

Para la determinación de errores planimétricos y de precisión, el concepto de mayor simplicidad es aquel que indica cuán lejos se encuentra un punto respecto a su posición real.

La comparación entre las cifras obtenidas con GPS Navegador y las coordenadas reales de la cartografía digital, entregarán las desviaciones que permiten evaluar la precisión de las mediciones respecto al mapa, en conjunto con la aplicación de los procedimientos estadísticos a continuación establecidos.

Entre los estadísticos de dispersión que mejor evalúan el grado de dispersión de los datos de una muestra o de una población está la varianza.

La varianza ( S² ), por lo cual entendemos el estadístico de dispersión que mide el grado de homogeneidad de las diferencias individuales entre una o varias muestras, respecto de una o varias variables, que matemáticamente se define como la suma de los cuadrados de los errores de las observaciones con respecto a la media dividida por “n”; y está definida con la siguiente fórmula:

donde:

ri = diferencia de posición entre el dato observado y la posición considerada exacta del mismo.

r = es el promedio de las diferencias observadas.

n = número total de datos observados.

Este método estadístico presentado es importante, ya que sirve para comparar si los valores de un conjunto de datos numéricos son significativamente distintos a los valores de otro o más conjuntos de datos, como lo son los puntos de tracks levantados en terreno.

Desviación estándar o error estándar (S)

Es el valor utilizado para expresar la precisión de un grupo de observaciones con relación al grado de libertad y se define como “la raíz cuadrada de la sumatoria de las diferencias al cuadrado, dividida por el número total de la muestra”, que no es más que la raíz de la varianza. Este concepto es conocido también como el error medio cuadrático, EMC.

S = Σ ( ri -r ) ²

n

Esta medida de dispersión permite retratar la distancia de los valores de la variable a un cierto valor central, o identificar la concentración de los datos en un cierto sector del recorrido de la variable.

Fuente http://thales.cica.es

Media aritmética

Es la suma de los valores de todas las observaciones de cada muestra, dividida por el número total de observaciones, y nos da una idea del comportamiento promedio de los datos.

Media poblacional

Se define como la media de las medias de las muestras y está dada por la siguiente fórmula:

donde

x = media total, división entre Σ r y la Σ n.

tα = relación entre grado de libertad y el grado de confianza.

grado de libertad : N - 1, N es el total de puntos.

grado de confianza : α = 90% =0.90.

Sţ = varianza total (raíz de la división entre ∑ e y la ∑ N).

E = diferencia entre r de cada muestra y el r.

El grado de confiabilidad empleado en este estudio corresponde al 90%, ya que el tamaño de la muestra es menor o igual a 30.

Fuente http://thales.cica.es

G.- ESTÁNDARES DE PRECISIÓN PLANIMÉTRICA

Conocer los indicadores de precisión de una cartografía constituye un elemento imprescindible para toda persona que deba proyectar u obtener mediciones representativas del territorio. Es por esto que existen normas internacionales para diferentes escalas en mapas o planos digitales y análogos, existiendo comisiones técnicas de estamentos de mediciones internacionales, quienes son los encargados de establecer parámetros de tolerancia.

Para el caso de este estudio se ocupó la norma FGDC-STD-007-1998, de la NSSDA (National Standard for Spatial Data Accuracy), en donde se establece una metodología con las standarizaciones de la exactitud de un mapa. Esta información fue obtenida en el Instituto Geográfico Militar, quienes utilizan esta norma.

Tabla No. 2: Tabla de tolerancias horizontales.

Escala	Tolerancia Horizontal (pies)	Tolerancia Horizontal (metros)
1:1200	3,33	1,03
1:2400	6,67	2,06
1:4800	13,33	4,13
1:12000	33,33	10,3
1: 24000	40	12,4
1:100000	166.67	51,66

Fuente: National Standard for Spatial Data Accuracy, FGDC-STD-007 año 1998.

A través de esta tabla y según lo establece la National Standard for Spatial Data Accuracy, mediante su norma FGDC-STD-007 del año 1998, para cada escala existe una tolerancia, que en la práctica se traduce en el margen de error que tiene la cartografía, como es de esperar, la tolerancia a medida que la escala disminuye.

H.- PROGRAMAS COMPUTACIONALES

El Software ArcView 3.2 es comúnmente utilizado por empresas estatales y municipios nacionales, por lo cual es ampliamente conocido por profesionales de las ciencias de la Tierra. Además su costo ha ido bajando notablemente con el avance del tiempo, es por ello que se estima conveniente su utilización.

Este programa computacional para la utilización de Sistemas de Información Geográfica, permite manejar datos espaciales y respectivas bases de datos, transformándose en una potente herramienta para el manejo de información espacial. También es editor cartográfico que permite producir cartografía de alta calidad, sus principales funciones son:

La visualización de datos geográficamente, lo que permite realizar análisis espaciales; atributación de elementos gráficos; edición de cartografía digital; diseño de mapas; visualización de cartografía digital de distintos formatos (DWG, DXF, DGN); y captura de datos geográficos directamente desde una mesa digitalizadora o mediante otros sistemas.

Con la creación de los equipos GPS, diferentes entidades a nivel mundial desarrollaron programas computacionales que permiten manipular la información captada por éstos. Es por ello que la Universidad de Minessota en EE.UU. creó el Software DNR, obteniéndose a través de Internet en su versión 3.95 y pudiéndose transferir datos desde cualquier GPS, de marcas Eagle, Garmin, Lowrance, Magellan y MLR hacia un PC. Su principal ventaja es permitir la transformación de “Waypoints” a puntos SHP File y “Tracks” a líneas SHAPEFILE, formato del programa Arc View (Esri), lo que es fundamental para objetivos planteados en este estudio.

También se buscaron otros programas computacionales que pudieran convertir “tracks” a formatos SHP, pero era necesario convertirlos primeramente al formato nativo de ese programa y luego a SHP, no siendo recomendable la excesiva transformación de datos, ya que pueden producir errores, especialmente relacionados a los parámetros geodésicos que tiene cada programa.

CAPÍTULO V.- ÁREA DE ESTUDIO

Con una superficie de 69 Km2 y una población de 78.420 habitantes (40.000 mujeres y 38.420 hombres), la comuna de Peñaflor acoge a un 1,10% de la población total de la Región Metropolitana. Un 4,95% corresponde a población rural y un 95,05% a población urbana (Datos Censales 2002).

Mapa No. 1: Esquicio de Peñaflor, respecto de la ciudad de Santiago.

Fuente: http://maps.google.es/ año 2008.

Mapa No. 2: Peñaflor y comunas vecinas.

Fuente: www.mapcity.com año 2008.

La comuna de Peñaflor está ubicada geográficamente en la zona central del territorio chileno, en los 33° 36' 23'' Latitud Sur y 70° 53' 16'' Longitud Weste. Desde el punto de vista de límites administrativos se sitúa en la Región Metropolitana de Santiago y pertenece a la Provincia de Talagante, que está conformada, además, por las comunas de El Monte, Isla de Maipo, Padre Hurtado y Talagante.

Mapa No. 3: Red vial de Peñaflor.

Fuente: www.mapcity.com año 2008.

Se observa el mapa N° 3, la comuna de Peñaflor esta comunicada con las comunas aledañas por 5 vías de acceso: la red básica definida según el MOP como la Ruta 78 Autopista del Sol y Ruta G-78 (antigua) Santiago a San Antonio, para los accesos Norte y Sur y la Ruta G-34 Camino Calera de Tango - San Bernardo por el Oriente; se complementa con la red primaria de la Ruta G-384 Avenida Peñaflor - Talagante y Ruta G-380 Camino Pelvín - Mallarauco - Bollenar por el Sur-poniente y Ruta G-310 Camino El Guanaco por el Nor-poniente.

La comuna de Peñaflor fue escogida como zona de estudio por ser un sector preferentemente rural, sin edificios que dificulten la señal satelital de los GPS, como asimismo su bajo flujo vehicular, lo que permitió realizar los levantamiento de los “tracks” bajo las medidas de seguridad adecuadas, evitando cualquier accidente de tránsito durante el desarrollo de los estudios de campo.

El clima en la comuna de Peñaflor se presenta como templado cálido con lluvias invernales, posee una estación seca prolongada de 7 a 8 meses, denominado “Clima Templado - Cálido”, comprendiendo las estaciones de primavera, verano y parte del otoño, debido a que en dicha época esta zona queda dentro de la influencia del Anticiclón del Pacífico Sur.

Una de las características principales, son las precipitaciones, las cuales caen preferentemente en invierno, entre mayo y agosto, donde llueve alrededor del 90% de lo que precipita en todo el año. Estas precipitaciones son de nieve en las zonas ubicadas sobre 1.500 m de altura.

La dirección del viento predominante es del Suroeste, siendo más persistente en el verano, con una intensidad media de 15 km/hr. En invierno, no obstante predominan los vientos más calmos.

Las precipitaciones que afectan a la zona de estudio son de tipo pluvial ciclónico. No existe una estación meteorológica en la comuna, por lo tanto para estimar la información se revisaron las estaciones meteorológicas más cercanas, las cuales son: Pudahuel y Cerrillos.

En la estación de Pudahuel las precipitaciones caídas varían, entre los años 1973 a 2007, donde la máxima anual en los últimos 24 años alcanzó a los 590,3 mm en el año 1997, mientras que el año más seco se registró en 1998, con una precipitación de 71,6 mm.

La temperatura media anual es de 14ºC; el mes más cálido es enero con una temperatura media de 20ºC; en tanto, el más frío es julio con una temperatura media de 8,1ºC. La amplitud térmica anual es de 11,9ºC.

La situación de continentalidad hace que la humedad relativa sea baja, ligeramente superior al 70% como promedio anual.

Topográficamente, el sector de la comuna de Peñaflor es plano y de poca pendiente. Hacia el sector poniente se encuentra la cuenca del río Mapocho y nace la Cordillera de la Costa, en ese lugar de hasta 850 metros de altura.

Perfil No. 1: Lugar levantamiento Tracks.

Fuente: Propia, año 2008.

CAPÍTULO VI.-APLICACIÓN METODOLÓGICA

1.- MÉTODO DE MEDICIÓN

INSTALACIÓN DE GPS NAVEGADOR EN EL VEHÍCULO

La antena se debió instalar sobre el techo del vehículo, debiendo estar libre de obstrucciones del propio móvil (otras antenas, letreros etc). Como se aprecia en la foto No. 1, el GPS quedó dentro de la cabina del móvil y la antena se pasó por el vidrio lateral para quedar ubicada sobre el techo de la camioneta en forma magnética.

Foto No. 1: Antena del GPS sobre el techo del vehículo.

Fuente: Propia, año 2008.

Foto No. 2: Antena conectada a GPS.

Fuente: Propia año 2008.

CONFIGURACIÓN DEL GPS NAVEGADOR GARMIN MODELO V

Se ingresó a la pantalla del Menú principal y se seleccionó el ícono Configurar, programando las unidades distancia, velocidad, dirección, altitud y velocidad vertical.

Figura No. 6: Menú principal.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

Figura No. 7: Menú configuración.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

Para el caso del Formato de posición se utilizó la UTM y Datum WGS 84, siendo importante verificar siempre estos datos, al momento de comenzar con las mediciones.

Figura No. 8: Sistemas de coordenadas y Datum.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

Después, en Menú principal se seleccionó la ventana Tracks para borrar todos los tracks guardados anteriormente por el GPS.

Figura No. 9: Ingreso menú Tracks.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

El GPS está sin tracks guardados, encontrándose en condiciones para comenzar las mediciones en la zona de estudio.

Figura No. 10: Menú Tracks.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

CAPTURA DE DATOS

Después de verificar la correcta instalación y configuración del GPS, el vehículo se encontraba en condiciones de desplazarse hacia la zona que fue planificada para el levantamiento de tracks, es decir, bajo el itinerario que comprende Av. Peñaflor, Av. Berlín, Camino Melipilla, Av. Vicuña Mackena y calles interiores, con un trayecto aproximado de 16 kilómetros.

Estas mediciones debieron ser tanto en calles norte - sur, como este - weste, con el objeto de medir los errores en ambos ejes.

Foto área No. 1: Zona de Estudio.

Fuente: Google Earth, año 2008.

Para comenzar la medición fue necesario tener una buena recepción de señal satelital. Al mismo tiempo, el GPS dio el error probable que tiene en ese momento, lo que estuvo directamente en relación a la calidad de la señal satelital, por lo que se recomienda comenzar con a los menos 8 a 7 satélites, para obtener una precisión de 8 a 5 metros.

Figura No. 11: Momentos en los que el GPS comienza ha adquirir señales satelitales.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

Figura No. 12: Imagen de GPS sin señal satelital.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

La conducción del móvil se debió realizar lo más cerca al eje de la calle. Es por ello, que la antena se ubicó en el extremo izquierdo del vehículo.

Por su parte, la velocidad del móvil debió ser constante durante la medición (50 kilómetros por hora) y el horario correspondió al de un bajo flujo vehicular, siendo las 10:00 horas aproximadamente del 21 de marzo de 2008.

Foto No. 4: Sobre la calzada.

Fuente: Propia GPS V, año 2008.

En relación a las mediciones y conforme a las etapas anteriores revisadas y desarrolladas de acuerdo a las instrucciones, se procedió a transitar por las calles a la velocidad indicada, todo conforme a la planificación de ruta.

DESCARGA DE ARCHIVOS DIGITALES DEL GPS (TRACKS)

Para la conexión del GPS Navegador al PC es necesario contar con un cable de interfase, que corresponde a los accesorios del GPS, luego se conecta al GPS y posteriormente al PC.

Figura No. 13: Cable de conexión GPS PC.

Fuente: www.gpsxtreme..cl, año 2008.

Para descargar los archivos desde el GPS al PC, a través del cable de interfase, se conectó el GPS al PC, y se hizo un test para verificar la conectividad entre ambos equipos. Posteriormente se ejecutó el programa DNR GARMIN, de distribución gratuita en Internet (http://www.om/), especialmente diseñado para descargar los tracks de los GPS GARMIN y luego ser exportados a formato SHP.

Una vez conectado el GPS V Marca GARMIN, fue reconocido automáticamente por parte del programa MD DNR GARMIN.

Figura No. 14: Conectividad entre programa DNR GARMIN y GPS.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Para bajar los tracks fue necesario configurar el programa computacional, mediante la función FILE/ GET PROJECTION, debiendo indicar en qué sistema y Datum fue levantada la información en terreno.

Figura No. 15: Configuración de proyección del programa DNR GARMIN.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Para este caso, se consideró el sistema de coordenada UTM y el Datum WGS 84, ya que en estas unidades se encuentra el mapa digital escala 1:5.000, que nos permitió comparar los errores de los tracks levantados en terreno.

Figura No. 16: Configuración sistema de coordenadas.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Para descargar la información captada por el GPS se debió ir a la función Track y seleccionar la función Tracks Properties y Download.

Figura No. 17: Menú de Track.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Figura No. 18: Descarga de Track.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

En esta ventana se seleccionaron los campos que se necesitaban bajar, los cuales se crearon como atributos del formato SHP.

Figura No. 19: Descarga de Track.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Luego se seleccionó el comando DOWNLOAD y de esta manera comenzó el proceso de bajar los tracks levantados con el GPS en terreno.

Figura No. 20: Descarga de Track.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

De esta forma fueron representados los tracks descargados desde el GPS, indicando información como: ID, coordenadas geográficas (se bajan por defecto en este sistema), altitud, día y hora.

Además, el programa entregó información sobre el GPS que realizó el levantamiento y la versión del programa que tiene en forma interna dicho instrumento, que en este caso corresponde al 2.50 VERBMAP Ameritas Autoroute 1.00.

Figura No. 21: Tracks descargados.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

EXPORTACIÓN DE ARCHIVOS A FORMATO SHP DE ESRI

Una vez descargados los tracks en el programa DNR GARMIN, estos fueron exportados a formato SHP, de la empresa ESRI, como se describe a continuación:

Figura No. 22: Guardar tracks.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

Figura No. 23: Guardar tracks como shapefile.

Fuente: DNR GARMIN, año 2008.

De esta forma, quedaron guardados los archivos DNR GARMIN, en formato de la empresa ESRI (SHP), para ser desplegados en el programa Arc Map de ArcView.

Figura No. 24: Tracks desplegados en formato shapefile.

Fuente: Arc Gis, año 2008.

Importados los archivos en formato nativo de ESRI, se desplegaron en el programa Argis Modulo Arc Map la cobertura de los tracks levantados y al mismo tiempo se desplegó la cobertura del plano digital del SAF.

Figura No. 25: Tracks y mapa digital del SAF.

Fuente: Arc Gis, año 2008.

COMPARACIÓN ENTRE TRACK Y MAPA DIGITAL

Para realizar la comparación entre los datos levantados en terreno y la cartografía digital escala 1:5.000 SAF Datum WGS84, fue necesario definir los puntos de control, escogiendo para esto los ejes de intercepciones de calles y caminos.

Figura No. 26: Comparación entre Tracks y mapa digital del SAF.

Fuente: Arc Gis, año 2008.

Para esto se utilizó la herramienta de medición de Arcmap: el cursor se posicionó sobre el cruce del eje de calzada, tanto para los tracks como para la carta digital 1:5.000, obteniendo en cada caso una coordenada UTM, las que se ingresaron en un registro.

Tabla Nro. 3 : Registro de puntos de control.

Nro.	TRACK		CARTA DIGITAL 1:5.000 SAF
	ESTE	NORTE	ESTE	NORTE
1	7885768,92	3738532,09	7885758,65	3738539,47
2	7885830,79	3738707,42	7885820,36	3738709,71
3	7885733,67	3739299,69	7885741,9	3739302,26
4	7884836,5	3739436,19	7884878,73	3739439,34
5	7884845,02	3739495,62	7884863,39	3739499,38
6	7884121,38	3739417,55	7884103,05	3739417,33
7	7883758,05	3739379,12	7883745,29	3739378,67
8	7882723,5	3739269,61	7882725,36	3739268,35
9	7882348,23	3739225,83	7882341,85	3739227,39
10	7881757,28	3739157,95	7881752,31	3739160,99
11	7881451,98	3739122,33	7881448,27	3739126,71
12	7880316,89	3738997,76	7880293,22	3738996,5
13	7879849	3738378,69	7879834,12	3738380,85
14	7879735,96	3738228,78	7879736,25	3738250,12
15	7879564,79	3737999,94	7879567,84	3738025,24
16	7879282,71	3737624,82	7879280,11	3737640,4
17	7879008,97	3737250,73	7878983,86	3737246,88
18	7879511,08	3737258,82	7879500,1	3737269,13
19	7880125,99	3737292,06	7880115,61	3737299,03
20	7880357,4	3737301,56	7880353,84	3737308,46
21	7880608,99	3737311,42	7880598,83	3737319,66
22	7881147,56	3737336,13	7881146,82	3737346,67
23	7881600,73	3737356,61	7881594,43	3737365,81
24	7881874,21	3737370,26	7881867,09	3737377,75
25	7883296,68	3738684,62	7883284,78	3738690,25
26	7884235,87	3738789,54	7884211,88	3738791,73

Fuente: propia, año 2008.

Para estas mediciones fueron tomados 27 puntos de control y la escala de pantalla del programa Arcmap fue 1:650, con el objeto de realizar una adecuada medición.

Figura No. 27: Puntos de control.

Fuente: Arc Gis, año 2008.

PROCESAMIENTO DE LOS DATOS

Una vez obtenidos los registros de los puntos de control versus los tracks levantados en terreno, fue necesario realizar los cálculos de estadística descriptiva que permitirían establecer los errores arrojados y, de esa manera, la tolerancia para determinar la escala que podríamos conseguir, de acuerdo a las normas internacionales establecidas sobre la materia.

DIFERENCIA ENTRE COORDENADAS

Se tabularon los datos y se restaron las coordenadas (X,Y) de los tracks, menos las coordenadas de los puntos de control (X,Y)l, con el objeto de obtener cada diferencia, conforme se observa en la tabla N° 4.

Tabla Nro. 4 : Delta entre puntos de control y carta SAF.

No	TRACK		PUNTO CONTROL
	ESTE	NORTE	ESTE	NORTE	DELTA ESTE	DELTA NORTE
1	7885768,92	3738532,09	7885758,65	3738539,47	10,27	7,38
2	7885830,79	3738707,42	7885820,36	3738715,71	10,43	8,29
3	7885733,67	3739299,69	7885741,9	3739307,26	8,23	7,57
4	7884836,5	3739436,19	7884878,73	3739445,34	42,23	9,15
5	7884845,02	3739495,62	7884863,39	3739499,38	18,37	3,76
6	7884121,38	3739417,55	7884103,05	3739425,33	18,33	7,78
7	7883758,05	3739379,12	7883745,29	3739385,67	12,76	6,55
8	7882723,5	3739275,61	7882725,36	3739268,35	1,86	7,26
9	7882348,23	3739225,83	7882341,85	3739235,39	6,38	9,56
10	7881757,28	3739157,95	7881752,31	3739160,99	4,97	3,04
11	7881451,98	3739122,33	7881448,27	3739126,71	3,71	4,38
12	7880310,89	3738997,76	7880293,22	3738996,5	17,67	1,26
13	7879849.01	3738378,69	7879834,12	3738380,85	14,88	2,16
14	7879735,96	3738235,78	7879736,25	3738250,12	0,29	14,34
15	7879564,79	3737999,94	7879567,84	3738015,24	3,05	15,30
16	7879282,71	3737624,82	7879280,11	3737640,4	2,60	15,58
17	7879000,97	3737250,73	7878983,86	3737246,88	17,11	3,85
18	7879511,08	3737258,82	7879500,1	3737269,13	10,98	10,31
19	7880125,99	3737292,06	7880115,61	3737299,03	10,38	6,97
20	7880357,4	3737301,56	7880353,84	3737308,46	3,56	6,90
21	7880608,99	3737311,42	7880598,83	3737319,66	10,16	8,24
22	7881147,56	3737336,13	7881146,82	3737346,67	0,74	10,54
23	7881600,73	3737356,61	7881594,43	3737365,81	6,30	9,20
24	7881874,21	3737370,26	7881867,09	3737377,75	7,12	7,49
25	7883296,68	3738684,62	7883284,78	3738690,25	11,90	5,63
26	7884225,87	3738789,54	7884211,88	3738791,73	13,99	2,19

Fuente: Propia, año 2008.

Se obtuvo la diferencia de todos los lugares que fueron tomados como control, existiendo valores como los puntos Nro. 4 y 17, en donde la diferencia es significativa, de 42 y 17 metros respectivamente. Esto se podría explicar por la pérdida de señal satelital al momento de levantar los tracks. El resto de los valores se encuentra dentro del rango normal de la precisión del GPS Navegador.

Tabla Nro. 5 : Media Aritmética.

Nro	TRACK		PUNTO CONTROL
	ESTE	NORTE	ESTE	NORTE	DELTA ESTE	DELTA NORTE
1	7885768,92	3738532,09	7885758,65	3738539,47	10,27	7,38
2	7885830,79	3738707,42	7885820,36	3738715,71	10,43	8,29
3	7885733,67	3739299,69	7885741,9	3739307,26	8,23	7,57
4	7884836,5	3739436,19	7884878,73	3739445,34	42,23	9,15
5	7884845,02	3739495,62	7884863,39	3739499,38	18,37	3,76
6	7884121,38	3739417,55	7884103,05	3739425,33	18,33	7,78
7	7883758,05	3739379,12	7883745,29	3739385,67	12,76	6,55
8	7882723,5	3739275,61	7882725,36	3739268,35	1,86	7,26
9	7882348,23	3739225,83	7882341,85	3739235,39	6,38	9,56
10	7881757,28	3739157,95	7881752,31	3739160,99	4,97	3,04
11	7881451,98	3739122,33	7881448,27	3739126,71	3,71	4,38
12	7880310,89	3738997,76	7880293,22	3738996,5	17,67	1,26
13	7879849	3738378,69	7879834,12	3738380,85	14,88	2,16
14	7879735,96	3738235,78	7879736,25	3738250,12	0,29	14,34
15	7879564,79	3737999,94	7879567,84	3738015,24	3,05	15,30
16	7879282,71	3737624,82	7879280,11	3737640,4	2,60	15,58
17	7879000,97	3737250,73	7878983,86	3737246,88	17,11	3,85
18	7879511,08	3737258,82	7879500,1	3737269,13	10,98	10,31
19	7880125,99	3737292,06	7880115,61	3737299,03	10,38	6,97
20	7880357,4	3737301,56	7880353,84	3737308,46	3,56	6,90
21	7880608,99	3737311,42	7880598,83	3737319,66	10,16	8,24
22	7881147,56	3737336,13	7881146,82	3737346,67	0,74	10,54
23	7881600,73	3737356,61	7881594,43	3737365,81	6,30	9,20
24	7881874,21	3737370,26	7881867,09	3737377,75	7,12	7,49
25	7883296,68	3738684,62	7883284,78	3738690,25	11,90	5,63
26	7884225,87	3738789,54	7884211,88	3738791,73	13,99	2,19
			SUMATORIA		268,27	194,68
			CANTIDAD MUESTRAS		26,00	26,00
			MEDIA ARITMÉTICA		10,32	7,49

Fuente: Propia, año 2008.

Se estableció como error promedio en las coordenadas Delta Este, de 10.32 metros y con respecto al Deta Norte, 7.49 metros. Ambos valores corresponderían al grado de error normal y aceptable de los GPS Navegadores, de acuerdo a lo establecido por el fabricante de los equipos de navegación (GARMIN).

Tabla Nro. 6 : Media Aritmética: Desviación estándar o error estándar del Delta Este.

					delta este - promedio
Nro.		DELTA ESTE	Promedio	delta este - promedio	al cuadrado
1		10,27	10,32	-0,05	0,0025
2		10,43	10,32	0,11	0,0121
3		8,23	10,32	-2,09	4,368099998
4		42,23	10,32	31,91	1018,2481
5		18,37	10,32	8,05	64,8025
6		18,33	10,32	8,01	64,1601
7		12,76	10,32	2,44	5,953599999
8		1,86	10,32	-8,46	71,57159999
9		6,38	10,32	-3,94	15,52359999
10		4,97	10,32	-5,35	28,62249999
11		3,71	10,32	-6,61	43,69209999
12		17,67	10,32	7,35	54,0225
13		14,88	10,32	4,56	20,7936
14		0,29	10,32	-10,03	100,6009
15		3,05	10,32	-7,27	52,8529
16		2,60	10,32	-7,72	59,59840001
17		17,11	10,32	6,79	46,10409999
18		10,98	10,32	0,66	0,435600001
19		10,38	10,32	0,06	0,0036
20		3,56	10,32	-6,76	45,69759999
21		10,16	10,32	-0,16	0,0256
22		0,74	10,32	-9,58	91,77640001
23		6,30	10,32	-4,02	16,16039999
24		7,12	10,32	-3,20	10,24
25		11,90	10,32	1,58	2,496399998
26		13,99	10,32	3,67	13,4689
SUMATORIA		268,27		SUMATORIA	1831,2337
MEDICIONES 26,00				VARIANZA	70,43206538
PROMEDIO	10,32		ERROR MEDIO CUADRÁTICO DELTA ESTE		8,392381389

Fuente: Propia, año 2008.

Tabla Nro. 7 : Media Aritmética: Desviación estándar o error estándar del Delta Norte.

				delta Norte - promedio
Nro.	DELTA NORTE	Promedio	delta Norte - promedio	al cuadrado
1	7,38	7,49	-0,11	0,0121
2	8,29	7,49	2,94	8,643599998
3	7,57	7,49	0,74	0,547600001
4	9,15	7,49	34,74	1206,8676
5	3,76	7,49	10,88	118,3744
6	7,78	7,49	10,84	117,5056
7	6,55	7,49	5,27	27,7729
8	7,26	7,49	-5,63	31,6969
9	9,56	7,49	-1,11	1,232099998
10	3,04	7,49	-2,52	6,350399997
11	4,38	7,49	-3,78	14,28839999
12	1,26	7,49	10,18	103,6324
13	2,16	7,49	7,39	54,6121
14	14,34	7,49	-7,20	51,84
15	15,30	7,49	-4,44	19,7136
16	15,58	7,49	-4,89	23,9121
17	3,85	7,49	9,62	92,54439999
18	10,31	7,49	3,49	12,1801
19	6,97	7,49	2,89	8,352099999
20	6,90	7,49	-3,93	15,4449
21	8,24	7,49	2,67	7,128900001
22	10,54	7,49	-6,75	45,56250001
23	9,20	7,49	-1,19	1,416099998
24	7,49	7,49	-0,37	0,1369
25	5,63	7,49	4,41	19,4481
26	2,19	7,49	6,50	42,25
SUMATORIA	194,68		SUMATORIA	2031,4658
MEDICIONES	26,00	VARIANZA		78,1333
PROMEDIO	7,49	ERROR MEDIO CUADRÁTICO DELTA NORTE		8,839304271

Fuente: Propia, año 2008.

RESUMEN DE DATOS ESTADÍSTICOS

Tabla Nro. 8: Resumen de valores estadísticos obtenidos.

Fuente: Propia, año 2008.

	DELTA ESTE	DELTA NORTE
MEDIA ARITMÉTICA O PROMEDIO	10,32 metros	7,49 metros
ERROR MEDIO CUADRÁTICO	+/- 8,392381389	+/- 8,839304271

CAPÍTULO VII.- RESULTADOS OBTENIDOS

Con respecto a los resultados arrojados en el estudio, desde el punto de vista del ERROR OBTENIDO, se concluyó que los tracks levantados con un GPS Navegador en condiciones óptimas de señal presentan el siguiente error, tanto en Delta Este como en Delta Norte:

Tabla No. 9 : Errores obtenidos en metros.

COORDENADAS	DELTA ESTE	DELTA NORTE
MEDIA ARITMÉTICA	10,32 Metros	7,49 Metros

Fuente: Propia, año 2008.

La precisión que muestra el instrumento para el uso cartográfico, está dentro de los 10,32 metros para Delta Este y 7,49 para Delta Norte, los que se encuentran dentro de los parámetros normales de error de un GPS Navegador, con buena recepción de señal satelital.

Si bien es cierto, existe una diferencia entre ambos ejes, ésta no es sustancial, y se podría explicar por la pérdida de señal en algunos de los tracks levantados, según se establece en la tabla de registro de datos.

De acuerdo a la escala que se obtuvo y conforme a lo establecido por la National Standard for Spatial Data Accuracy y su norma FGDC-STD-007 del año 1998, se establecen los siguientes niveles de tolerancia cartográfica:

Tabla No.10: De tolerancias de escalas norma FGDC-STD-007-19998, National Standard for Spatial Data Accuracy.

Escala	Tolerancia Horizontal pies	Tolerancia Horizontal metros
1:1.200	3,33	1,03
1:2.400	6,67	2,06
1:4.800	13,33	4,13
1:12.000	33,33	10,3
1: 24.000	40	12,4
1:100.000	166,67	51,66

Fuente: National Standard for Spatial Data Accuracy, año 1998.

Según los errores obtenidos (10,32 metros para Delta Este y 7,49 para Delta Norte la tolerancia se puede clasificar en la norma FGDC-STD-007 del año 1998, en las escalas 1:24.000 y 1:100.000 respectivamente.

Tabla No.11: Tolerancias de escalas norma FGDC-STD-007-19998 National Standard for Spatial Data Accuracy, que indica donde se clasificarían las tolerancias establecidas en el estudio.

Escala	Tolerancia Horizontal pies	Tolerancia Horizontal metros
1:1.200	3,33	1,03
1:2.400	6,67	2,06
1:4.800	13,33	4,13
1:12.000	33,33	10,3
1: 24.000	40	12,4
1:100.000	166,67	51,66

Fuente: National Standard for Spatial Data Accuracy, año 1998.

Éstos se enmarcan dentro de las escalas 1:24.000 y 1:100.000, siendo más ajustada en la escala 1:24.000 con una tolerancia de 12.4 metros en ambos ejes; en cambio, holgadamente se establece en la escala 1:100.000 con una tolerancia de 51,66 metros.

La escala 1:12.000 se encuentra fuera del rango y demasiado ajustada, a pesar de encontrarse en el borde de la tolerancia aceptada con 10,3 metros, siendo el error calculado de 10,32 metros.

Productos Cartográficos

Se obtuvieron los siguientes productos cartográficos:

a) Comparación de Track y Cartografía 1:5.000 (S.A.F)

Corresponde a la superposición de la cartografía de control a escala 1:5.000 del Servicio Aerofotogramétrico de la Fuerza Aérea de Chile y los tracks levantados en terreno con el GPS Navegador Garmin.

En ella se observan con rojo los tracks levantados en terreno con el GPS, los cuales son similares al mapa de control a escala 1:5.000, observando diferencias de 0,5 mm entre caminos en la carta, correspondiendo aproximadamente a 12 metros de error en terreno, de acuerdo lo que establece la norma FGDC-STD-007-1998 de National Standard for Spatial Data Accuracy.

b) Carta de caminos de la comuna de Peñaflor levantados con GPS Navegador

Es el producto cartográfico final obtenido a través de la metodología presentada, información que puede ser incorporada a cualquier cartografía digital de inferior nivel de detalle que una carta 1:25.000. En este caso el producto fue asociado a la carta de Santiago 1:250.000 del Instituto Geográfico Militar.

CAPÍTULO VIII. CONCLUSIONES

Las mediciones de coordenadas, por parte de los GPS Navegadores, han sido siempre consideradas como mediciones imprecisas y con un alto grado de error geográfico, recomendándose solamente para procesos de mapeos para escalas grandes.

Es por ello que este estudio tuvo como objetivo demostrar una nueva visión del tema, ampliando su uso a otras áreas de la cartografía, y pudiendo de esta manera actualizar productos, cuyo nivel de detalle es pequeño, mediante una metodología rigurosa, que permita al usuario obtener certeza métrica de los productos confeccionados, a partir del uso de los GPS Navegadores.

Con esta metodología de trabajo, se disminuyen considerablemente los costos de producción en la elaboración de cartografía y/o en la actualización de productos cartográficos, especialmente en sectores rurales, en donde no son actualizados los ejes de calles y elementos puntuales.

Durante el desarrollo del presente estudio se cumplieron los objetivos específicos planteados, como la determinación de la zona de levantamiento; verificación de parámetros geodésicos de los GPS Navegadores; software adecuado para conexión al GPS; levantamiento de Tracks; conversión de Tracks a formato SHP de Esri; comparación de tracks con cartografía 1:5.000 SAF; tabulación de errores; nivel de precisión obtenida a partir de normas internacionales; cartografía digital a escala definida e impresión de productos cartográficos.

Desde el punto de vista de los errores obtenidos se pudo establecer que los tracks levantados con un GPS Navegador en condiciones óptimas de señal tienen una precisión de 10,32 metros para Delta Este y 7,49 metros para Delta Norte, encontrándose dentro de los parámetros normales de error de un GPS Navegador, en condiciones climáticas y de señal satelital normal.

Esto nos permite concluir que la escala a la cual se puede producir o actualizar un producto cartográfico, corresponde a una escala 1:24.000 o de menor nivel de detalle, conforme lo establece la National Standard for Spatial Data Accuracy en su norma FGDC-STD-007-1998, de EE.UU.

La National Standard for Spatial Data Accuracy no tiene los parámetros adaptados a la cartografía regular de Chile en sus escalas 1:25.000 y 1:50.000, pero conforme a los rangos de tolerancia se encuentran dentro de los parámetros establecidos, por lo cual con esta metodología se puede elaborar y/o actualizar la cartografía regular de nuestro país, a escalas de 1:25.000 y 1:50.000.

Respecto de la metodología aplicada, en el estudio, se estableció un método para la producción y actualización de productos cartográficos para escalas superiores a 1:25.000, a partir de un GPS Navegador y programas computacionales disponibles en el mercado nacional.

A continuación, es importante esquematizar la propuesta metodológica para ser implementada en otros casos de estudio.

DIAGRAMA No 1: Metodología utilizada.

Fuente: Propia, 2008.

Respecto del objetivo general del estudio, generar cartografía digital a un nivel de escala aceptable y uso frecuente en nuestro país, con el requisito de que ésta fuese de bajo costo y enfocada especialmente hacia Municipalidades de escasos recursos, que a la fecha no cuentan con cartografía adecuada y tampoco pueden actualizar sus mapas digitales, esto pudo lograrse con la metodología desarrollada, a pesar de no compararse económicamente con otros procesos de producción cartográfica, por no ser objeto de este estudio. Por el sólo hecho de no contratar vuelos aerofotogramétricos o la adquisición de imágenes satelitales de alta resolución, que son de alto costo, permite inferir que esta metodología de levantamiento directo es ostensiblemente más económica que los procesos normales de producción cartográfica.

Esta metodología de levantamiento de tracks con el GPS Navegador, no se recomienda para sectores urbanos, por la interferencia con antenas de radio, construcciones en altura y arboledas, que podrían interferir en la recepción de la señal satelital.

La altura entregada por el instrumento no es utilizada, porque la validación referida en este estudio es planimétrica, por lo tanto no se realizó ningún estudio del comportamiento de las curvas de nivel.

Muy recomendable es contar con un notebook o computador portátil durante la captura de la información en terreno, para ir descargando simultáneamente los datos obtenidos sobre la base cartográfica e ir evaluando su comportamiento o la causalidad de cometer errores groseros y así poder repetir el trayecto en el momento.

También es importante considerar que los puntos de tracks son limitados. A ello se debe la necesidad de contar con un notebook para la captura de información en sectores muy amplios, con el objeto de bajarlos al computador y liberar la memoria del GPS; no obstante, hoy existen receptores GPS que tienen mayor capacidad de almacenamiento, pero son de costo más elevado.

ANEXO FOTOGRÁFICO ÁREA DE ESTUDIO

Set de Fotos No. 1: inicio recorrido.

Fuente: Propia, 2008.

OBSERVACIONES: El punto de inicio es un camino rural en un condominio de parcelas de la Comuna de Peñaflor. Se aprecia en vista poniente al fondo las Cordillera de la Costa, que sería un elemento que se interpone con la ventana satelital de G.P.S., no obstante en las otras vistas no existe interferencia.

Set de Fotos No. 2: Punto de Control 1, Av. Peñaflor esquina Camino Berlín

Fuente: Propia, 2008.

OBSERVACIONES: Es el punto de control No. 1, corresponde a caminos principales rurales, ubicado en Av. Peñaflor esquina Camino Berlín. En este lugar no existen objetos que dificulten la señal satelital de G.P.S.

Set de Fotos No. 3: Punto de Control 2, Camino Berlín esquina Camino Melipilla.

Fuente: Propia, 2008.

OBSERVACIONES: Es el punto de control No. 2, corresponde a rutas principales rurales, ubicado en Camino a Melipilla esquina Camino Berlín. En este lugar no existen objetos que dificulten la señal satelital de G.P.S.

Set de Fotos No. 4: Punto de Control 3, Av. Peñaflor esquina Calle Las Palmeras.

Fuente: Propia, 2008.

OBSERVACIONES: Es el punto de control No. 3, corresponde a caminos principales rurales, ubicado en Av. Peñaflor esquina calle Las Palmeras. En este cruce no existen objetos que dificulten la señal satelital de G.P.S.

Set de Fotos No. 4: Trayectos: a) Camino a Melipilla, b) Calle Las Plameras

c) Av. Vicuña Mackena d) Camino Las Palmeras.

Fuente: Propia, 2008.

B I B L I O G R A F Í A

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www.elgps.com

Qué es GPS

Cómo funciona el GPS

www.agriculturadeprecision.org/sistpos/SistemasPosicionamiento.htm

Sistemas de Posicionamiento

www.gpsxtreme.cl

Qué es GPS

Qué es GPS diferencial

Cómo funciona el GPS

Funciones de un receptor GPS

www.topografia.montes.upm.es/informacion/gps/Nav_3-2001_es.pdf

Análisis de precisión y eficacia de navegadores Garmin

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Qué es el Wass

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Clasificación de Receptores y Posicionamientos

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Clasificación de GPS según Garmin

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El GPS en el ámbito Forestal

www.mapcity.cl

Croquis de ubicación

www.oziexplorer.com

Demo del software.

- 24 -

Medida en el

MAPA

ESCALA = Distancia en el

TERRENO

MAPA RUTERO DE SANTIAGO

COMUNAS VECINAS PEÑAFLOR

ESCALA 1:160.000

COMUNA DE PEÑAFLOR

ESCALA 1:50.000

Producto cartográfico o actualización

Atributación y Edición Cartográfica

Exportación de Tracks a formatos SHP de Esri

Descarga de

Tracks a PC

Captura de Tracks en terreno con GPS

Configuración de GPS

Instalación de GPS en Vehículo

N

1:20.000

Vista Norte

Vista Sur

Vista Oriente

Vista Poniente

Vista Norte

Vista Sur

Vista Oriente

Vista Poniente

Vista Norte

Vista Sur

Vista Poniente

Vista Oriente

Vista Norte

Vista Sur

Vista Oriente

Vista Poniente

d- Vista Oriente

c- Vista Oriente

1

Santiago, NOVIEMbre 2008

d- Vista Oriente

c- Vista Oriente

b- Vista Poniente

a- Vista Sur

25