CONCEPTOS BÁSICOS DE CARTOGRAFÍA Profesor: Sergio Andrés Blanco Londoño Diseño Gráfico por Computador Universidad Militar Nueva Granada Bogotá D.C, Enero de 2012
Cartografía Es la ciencia de representar en forma convencional la superficie terrestre sobre un plano, utilizando un sistema de proyección y una relación de proporcionalidad (Escala) entre el terreno y el mapa. La cartografía incluye ramas como: geodesia, geografía, fotogrametría y percepción remota.
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Mapa Es la representación convencional gráfica, de fenómenos concretos o abstractos, localizados en la tierra o en cualquier parte del Universo, conservando la posición relativa de su localización (Asociación Internacional de Cartografía ICA)
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Tipos de mapas • Ortofotomapas: Fotografías aéreas que luego de corregirse las deformaciones son usadas como fondo con textos y algunos símbolos. • Espaciomapas: Imágenes de satélite georeferenciadas, generalmente con toponimia (nombres de rasgos predominantes) y leyendas explicativas. • Ortofotomosaicos: Ensamble sistemático de varias fotografías aéreas para cubrir una amplia región. 4
Tipos de mapas
Espaciomapa de la Universidad Militar
Fotografía aérea de Coello - Tolima
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Tipos de mapas • Mapas topográficos: Muestran objetos naturales o artificiales de un territorio ej.: colinas, ríos, bosques, vías, puentes, etc. Se dividen según su uso, tamaño y escala en: USO Mapas municipales Mapas departamentales
ESCALA > 1:10.000 1:25.000 – 1:100.000
Mapas regionales
1:250.000 – 1:1’000.000
Mapas nacionales
< 1:1’000.000
TAMAÑO Mapa escala muy grande
ESCALA 1:1.000 – 1:5.000
Mapa escala grande
1:10.000 – 1:25.000
Mapa escala media
1:50. 000 – 1:100.000
Mapa escala pequeña
1:250.000 – 1’000.000
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Mapa topográfico 1:500.000
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Tipos de mapas • Mapas temáticos: se dedica atención a un fenómeno geográfico determinado ej.: distribución de habitantes , composición de un suelo. Para elaborar un mapa temático se requiere un mapa topográfico como base. • Se clasifican según: Contenido: suelos, geología Uso: planeación, explotación Forma de representación: puntos, isolíneas o isopletas, coropletas, líneas de flujo. 8
Mapas temáticos
Climas del mundo
Temperatura (isopletas)
Transporte público
Temperatura del mar (coropletas)
Turístico
Migración de cigüeñas (líneas de flujo)
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Proyecciones cartográficas Es una transformación matemática de la superficie curva de la tierra (tridimensional) en una superficie plana (bidimensional) La tierra es un cuerpo irregular y es imposible representar sus partes sin distorsiones.
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Clasificación de las proyecciones Según figura Azimutal
Cilíndrica
Cónica
Normal
Transversal
Según posición Oblicua Meridianos Circulo en la Tierra
A1
Según deformación
A1=A2
Paralelos
A2
Conforme
Equivalente
Equidistante
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Proyección azimutal El cartógrafo selecciona el polo sur o el polo norte
Es tangente en los polos
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Proyección cilíndrica El meridiano central es seleccionado por el cartógrafo Gran distorsión en las altas altitudes
El Ecuador toca el cilindro si este es tangente Las formas y distancias son razonablemente iguales entre los 15 grados y el Ecuador
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Proyección cónica Paralelos estándar seleccionados por el cartógrafo
Las áreas se conservan y las formas se distorsionan entre los paralelos estándar
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Proyección conforme Los círculos cambian de tamaño pero no de forma
• Representan la esfera respetando la forma pero no el tamaño • No hay variación de los contornos de los territorios • No existe deformación angular, por tanto los meridianos y paralelos se cortan a 90° 16
Proyección equivalente • Se respetan las dimensiones de las áreas pero no sus formas • Los rasgos son deformados excepto en el punto o línea de tangencia A1
Círculo en la Tierra A1=A2
A2
El círculo luego se transforma en elipse 17
Proyección equidistante
Dirección verdadera
• No presenta distorsión a lo largo de líneas en la que la proyección hace tangencia • Mantiene la distancia real entre los distintos puntos del mapa Meridianos
Proyección conforme Circulo en la Tierra
Paralelos
Proyección equidistante
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Proyecciones según fuente de luz
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Proyecciones según fuente de luz
Proyección ortográfica
Proyección estereográfica
Proyección gnomónica
• Ortográfica: Los paralelos son líneas rectas y los meridianos son arcos de elipse. • Estereográfica: Todo el círculo se proyecta como un círculo y no tiene deformaciones angulares • Gnomónica: El ecuador se divide en partes iguales por los paralelos y los meridianos están divididos de forma igual por los paralelos 20
Selección del tipo de proyección Depende de la posición del país en el globo terráqueo, la forma del área y el propósito del mapa. • Según la posición y forma del área: Posición
Mejor proyección
Territorios de los polos
Azimutal
Países septentrionales y australes
Cónica
Cercanos al ecuador
Cilíndrica
Forma
Mejor proyección
Sentido este-oeste (ej. USA,)
Cónica normal
Sentido norte-sur (ej. Chile)
Cilíndrica transversal
Áreas pequeñas (ej. Islas)
Azimutal 21
Selección del tipo de proyección • Según el propósito del mapa: • Proyección conforme: Los ángulos en el mapa son iguales a los del terreno, es óptima para la geodesia, topografía e ingeniería. • Proyección equivalente: Permite una comparación estadística apropiada entre diferentes áreas, es útil para mapas temáticos comparativos en áreas. • Proyección equidistante: Es ideal para cartas aeronáuticas donde se requiere conocer la distancia y dirección correcta entre un punto y otro. 22
Elipsoide Es una figura geométrica generada por la rotación de un disco ovalado o una elipse entorno a su eje más corto
a = semieje mayor b = semieje menor PP = eje de revolución A = achatamiento polar A=a-b/a
El elipsoide se emplea para hacer una aproximación a la forma de la Tierra, usada como base para la definición de una cuadrícula de coordenadas de acuerdo con una proyección cartográfica 24
Elipsoide de referencia Elipsoide
Año
WGS 84
Longitud (metros)
Achatamiento
Uso local
6.356.752,3
1/298,257
Universal
6.378.137
6.356.752,3
1/298,257
USA
1972
6.378.135
6.356.750,5
1/298,260
USA
Krasousky
1940
6.378.245
6.356.863,0
1/298,300
Rusia
Internacional
1924
6.378.388
6.356.911,9
1/297,000
Colombia, Europa
Clarke 80
1880
6.378.249
6.356.514,9
1/293,460
Norte América
Clarke 66
1866
6.378.206,4
6.356.514,8
1/294,980
África
Bessel
1841
6.377.392,2
6.356.079,0
1/299,150
Asia
Semieje a
Semieje b
1984
6.378.137
GRS 80
1980
WGS 72
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Elipsoides más empleados
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Geoide N
Eje de rotación
Plano del meridiano del punto P Plano del Ecuador
Centro de la Tierra
S
• Es una figura en la cual el potencial de gravedad es constante en cada uno de los puntos • Es una superficie imaginaria que coincide con la superficie de los océanos y con respecto a los continentes depende de la fuerza de gravedad • Está sujeta a la fuerza de atracción de masas y rotación. • Como la densidad de los materiales que componen los continentes es diversa el geoide tiene una superficie irregular 27
Geoide
Modelo geoidal de Colombia Mapa de la superficie del geoide
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El geoide y dos elipsoides Norte América Europa
Sur América
África
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Dátum • Punto de origen con coordenadas geográficas, ligado a los parámetros que conectan las mediciones con el sistema de referencia. Se puede entender mejor este concepto empleando la siguiente ecuación: DÁTUM = elipsoide de referencia + red geodésica • El primer dato depende del tamaño y forma del elipsoide, usado para dibujar la grilla en la proyección de un mapa. • La red geodésica es local y se compone de una serie de puntos de control cuyas coordenadas: latitud, longitud y altura se determinan de forma muy precisa. 30
• El antiguo dátum Colombiano tenia origen en Bogotá • A partir de 2005 se esta migrando al datum MAGNA SIRGAS (Marco Geocéntrico de Referencia Nacional) • La red MAGNA SIRGAS está compuesta por más de 170 estaciones, 50 pertenecen a la red global Dátum MAGNA SIRGAS = Elipsoide WGS-84 + MAGNA
Red Geodésica Nacional 31
Sistema de coordenadas geográficas • Se compone por una red de líneas imaginarias trazadas sobre la superficie de la Tierra, meridianos y paralelos. • El Ecuador es una línea de referencia perpendicular al eje de rotación, la cual divide la Tierra en hemisferio norte y sur. • El meridiano de Greenwich es una línea vertical que divide la Tierra en hemisferio oriental y occidental.
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Paralelos
CONVERSIONES 1° = 111.1 km 1’ = 1.852 km 1” = 30.8 m
La latitud es la distancia angular entre un punto de la superficie terrestre y el Ecuador. Se mide en dirección norte o sur de 0 hasta 90° 34
Meridianos
CONVERSIONES 1° = 111.1 km 1’ = 1.852 km 1” = 30.8 m
La longitud es la distancia angular entre un punto de la superficie terrestre y el meridiano de Greenwich. Se mide en dirección este u oeste de 0 hasta 180° 35
Sistema de coordenadas planas UTM • Fue desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros de US ARMY en 1940 • Este sistema se basa en la Proyección Transversa de Mercator conocida como UTM. • Esta proyección es utilizada por un 85% del mundo pues sus distorsiones son limitadas. • Es una proyección cilíndrica conforme tangente a los meridianos • Las magnitudes se expresan en metros. 36
Proyección UTM
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Husos y bandas UTM
• •
• •
HUSOS La Tierra se divide en 60 husos de 6° de longitud. Cada huso se numera con números entre 1 y 60 BANDAS La Tierra se divide en 20 bandas de 8° de latitud. Cada banda se numera con letras desde la C hasta la X excluyendo la I y O 38
Características de las zonas UTM Hemisferio norte
Hemisferio sur
Oeste de Greenwich
Este Este de de Greenwich Greenwich 39
Características fundamentales de las coordenadas UTM • Emplea el sistema centesimal para sus mediciones, por lo tanto sus coordenadas se trabajan como plano cartesiano. • Las cuadrículas se componen de líneas verticales denominadas estes (E) y las líneas horizontales denominadas nortes (N). • En este sistema cada zona tiene su propio sistema de coordenadas. • El origen de cada zona tiene su origen en el punto donde el Ecuador se intersecta con el meridiano central. 40
Características fundamentales de las coordenadas UTM • Las líneas verticales estes (E) tienen su origen en cada zona del meridiano central y su valor es de 500.000 m. • Las líneas nortes: para el hemisferio sur se asigna al Ecuador un valor de 10’000.000 m y para el hemisferio norte comienza en 0 metros. • UTM considera los elipsoides: Internacional, Clark 1866 y 1880, Everest y WGS 84.
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800.000 m E
700.000 m E
600.000 m E
500.000 m E
400.000 m E
300.000 m N 200.000 m N 100.000 m N 0mN 10.000.000 m N
ECUADOR
Meridiano central
p l a n a s
300.000 m E
C o o r d e n a d a s
200.000 m E
Grilla de coordenadas UTM
9.900.000 m N 9.800.000 m N 9.700.000 m N 42
Sistemas de coordenadas empleados en Colombia • En Colombia el IGAC utiliza las proyección conforme de Gauss. • La proyección conforme de Gauss es similar a la transversal de Mercator, ya que se trata de un cilindro orientado de manera horizontal (transversal). • La diferencia radica en que para reducir más las deformaciones se utilizan cinco husos de 3° de longitud, mientras que en Mercator éstos son de 6°.
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Sistemas de coordenadas empleados en Colombia • Se establecieron 5 puntos de origen en los meridianos centrales de estas zonas. • Para las coordenadas planas del país, los 5 puntos de origen se sitúan sobre la misma latitud de Bogotá 4°35’56.57’’N y con diferencia de 3° en la longitud al este o al oeste, de la longitud de Bogotá 74°04’51.3’’W (en el caso de la cartografía antigua). • Las coordenadas planas tanto en el sentido de las estes como en los nortes tienen una asignación de 1’000.000m E y 1’000.000m N. 44
Proyección conforme de Gauss Zonas de 3° de amplitud
Oeste-Oeste Oeste
Centro
Este
Este-Este 4°35’56.57’’N
BOGOTÁ
68°04’51.30’’W
71°04’51.30’’W
74°04’51.30’’W
77°04’51.30’’W
79°04’51.30’’W
Proyección cilíndrica transversal
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Falsa Este
Orígenes de la cartografía colombiana Falsa Norte
Es importante tener presente que el hecho de migrar del dátum Bogotá al dátum MAGNA SIRGAS, implica cambiar el valor de las coordenadas geográficas de los puntos de origen.
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Orígenes de la cartografía colombiana
Dátum Bogotá
Dátum MAGNA SIRGAS
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Escala • La escala se puede definir como la relación existente entre la dimensión lineal de un elemento de un objeto tal como se representa en el dibujo y la dimensión real del mismo elemento. ESCALA = 1 / E = d / D • • •
E = Módulo escalar que indica las veces que se ha reducido una distancia. D = Distancia real en el terreno d = Distancia correspondiente en el mapa
• A medida que el denominador es mayor la escala decrece y el nivel de detalle disminuye. • Una escala 1 : 100.000 < 1 : 25.000 50
Escala numérica y gráfica Ampliación 10:1
20:1
50:1
2:1
5:1
Reducción 1:2
1:5
1:10
1:20
1:50
1:100
1:200
1:500
1:1000
1:2000
1:5000
1:10000
La escala gráfica tiene la ventaja de no sufrir deformación al realizar procesos de ampliaciones y/o reducciones del mapa.
Natural 1:1 Norma ISO 5455:1979 Norma NTC 1580:1988 51
Elementos básicos de un mapa
Coordenadas
Escala
Símbolos
Toponímia
Río Magdalena - Geográficas Latitud 4°56’ N Longitud 74°25’ W
1:25.000
Cerro Majuy
1:100.000
Vereda El Tapaz
1:1’000.000
- Planas X = 1.500.000m N Y = 835.000m E
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Símbolos geométricos y pictóricos Geométrico
Pictórico
Símbolo puntual
Símbolo lineal
Símbolo zonal o de área
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Estructura del mapa • El cuerpo del mapa: Corresponde al área reservada para colocar la información del mapa propiamente dicha. • El marco interno: Es el recuadro que separa la información espacial de la información de textos, referentes a coordenadas. • El marco externo: es el que produce un espacio de 0.5 hasta 2 cm al bordear el marco interno • Información marginal: Se halla fuera del marco externo y corresponde al título, leyenda, dirección del norte, coordenadas, escala, autores y fecha de elaboración 54
Información marginal
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Tamaño de los mapas • El tamaño de los mapas esta sujeto a las dimensiones de las hojas de papel. • El formato estándar empleado en cartografía colombiana y avalado por la Organización Internacional para la Normalización es el ISO 216. • Este formato divide sucesivamente la plancha de papel AO (841x1189 mm) en dos partes con el fin de obtener los formatos A1, A2, A3, etc.
Formatos norma ISO 216:2007
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