Sistemas de Referencias de Coordenadas (Parte 1)

Introducción a la Tecnología de Información Geográfica (IMSD1020)

1 Introducción

En este laboratorio, el estudiante explorará los efectos de varias proyecciones geográficas en las características de un mapa usando QGIS. QGIS es un software de sistema de información geográfica gratuito y de código abierto que se puede utilizar para visualizar, consultar y analizar información espacial.

Este taller se centrará principalmente en las distorsiones de forma y área, además se examinarán las proyecciones útiles para el mapeo a escala global y a nivel nacional.

Este taller incluye las siguientes actividades:

• Actividad 1: Configuración de proyecciones geográficas y sistemas de coordenadas en QGIS Desktop
• Actividad 2: Explorar las proyecciones geográficas mundiales.

1.1 Objetivo

• Explorar y comprender las proyecciones geográficas y los sistemas de referencias de coordenadas (SRC)

2 Datos

Los datos para el taller los debe descargar desde acá

3 Contexto

La proyección geográfica es una parte fundamental del proceso de mapeo y proporciona la columna vertebral o el marco para la creación de mapas. Es importante que el especialista en SIG comprenda las cualidades de la región mapeada que se conservan en una proyección dada, y las cualidades que se distorsionarán o sesgarán. Además, para los cartógrafos, la selección de una proyección de mapa apropiada es una parte crucial del proceso de diseño del mapa. Esto es porque todos estamos acostumbrados a ver diferentes partes del mundo mapeadas usando proyecciones estándar específicas que hacen que estas áreas “se vean bien”.

La transformación de la forma elipsoide de la tierra en una superficie bidimensional no se puede lograr sin algún elemento de distorsión, por corte, desgarro o compresión (como se discute en el texto). Para mapear áreas pequeñas de la Tierra (mapeo a gran escala), la proyección no es un problema importante, pero a medida que la escala se hace más pequeña, como en el mapeo de continentes o subcontinentes, la distorsión se convierte en un factor significativo. La distorsión del área, la forma, la distancia y la dirección se convierten en propiedades a considerar. Es imposible para una proyección mantener todas estas propiedades simultáneamente.

Las proyecciones se clasifican según las propiedades que conservan. Los mapas de áreas iguales (o equivalentes), por ejemplo, preservan las relaciones de área, pero tienden a perder la conformidad (preservación de la forma). Las proyecciones conformes, por otro lado, mantienen la forma sobre áreas pequeñas pero producen distorsión de área. En el mapeo temático, es importante mantener las propiedades correctas del área. Por lo tanto, la forma a veces se ve comprometida por la elección de una proyección equivalente. Para mapas a pequeña escala, de hecho, la conformidad no puede mantenerse en toda el área; más bien, la proyección puede conservar la forma mejor a lo largo de una línea estándar, con una distorsión de la forma que aumenta con la distancia desde la línea. Otra propiedad a considerar es la preservación de la distancia (equidistancia), que preserva las mediciones de distancia a lo largo de grandes arcos circulares. Finalmente, la preservación de la dirección (azimutalidad) mantiene la dirección correcta desde un punto central a todos los demás puntos.

Hay cientos de posibles proyecciones para elegir. Algunas distorsionan menos de ciertas maneras que otras. Depende del diseñador del mapa seleccionar la proyección que produce la menor cantidad de distorsión. Muchos paquetes de software de mapeo informático ahora permiten al especialista en SIG cambiar fácilmente entre varias proyecciones, lo que permite elegir la más adecuada. En la selección de una proyección, se deben considerar varios elementos clave:

• Propiedades de proyección: ¿son las propiedades de la proyección adecuadas para el propósito del mapa? Considerando las propiedades de forma, distancia, dirección y área, ¿cuáles deben conservarse y cuáles pueden sacrificarse? ¿O es el compromiso de los cuatro la mejor opción?

• Patrones de deformación: ¿es aceptable la cantidad de deformación?

• Centro de proyección: ¿puede la proyección centrarse fácilmente en el área que se está mapeando?

• Familiaridad: ¿la apariencia del mapa es reconocible para el lector de mapas o va en detrimento del propósito del mapa?

4 Actividades

4.1 Actividad 1: configuración de proyecciones cartográficas y sistemas de coordenadas en QGIS

En esta acividad, explorará los efectos de varias proyecciones sobre las características de un mapa. Nos centraremos principalmente en distorsiones de forma y área. Examinaremos las proyecciones útiles para el mapeo a escala global.

En el Taller 2, agregó datos a QGIS Desktop. Aquí abrirá un proyecto QGIS existente.

1. Abra QGIS Desktop.

2. En QGIS Desktop, abra el proyecto, “Proyecto_vista_mundo.qgs” haciendo clic en Proyecto | Abierto. Debería ver el mapa que se muestra en la Figura a continuación.

“Proyecto_vista_mundo.qgs” es un archivo de proyecto QGIS. Un archivo de proyecto contiene información sobre un mapa, como: lista de capas, sistema de coordenadas, símbolos, etiquetas, herramientas personalizadas, elementos de mapa y mucho más.

Una capa SIG individual en el Panel de Capas se conoce como tema. En el archivo del proyecto, hay dos temas de polígonos: Circulos y Tierra; un tema de punto: Ciudades, y un tema de línea: Grilla. Si estos círculos se mostraran en un globo, serían círculos perfectos. Aquí puede comenzar a visualizar la distorsión en la proyección por la distorsión en el tema Circulos. En este mapa, no se ha elegido una proyección en QGIS Desktop. El software utiliza la latitud y la longitud medidas en grados decimales geodésicos, que muestran un sistema simple de coordenadas rectangulares en el que la longitud de un grado es constantemente igual a un grado de latitud. En QGIS, cuando aún no se ha seleccionado una proyección, los cálculos de distancia siguen siendo verdaderos, ya que el software calcula la distancia utilizando las coordenadas esféricas de latitud y longitud a lo largo de un gran arco circular, como si realmente estuviera midiendo en la superficie de la Tierra. Aunque el usuario aún no ha elegido una proyección, la pantalla es esencialmente una proyección de Plate Carrée. En una proyección que conserva la forma, los polígonos en el tema Círcles deberían aparecer como círculos de iguales dimensiones. En una proyección Plate Carrée, la escala es lineal, el área y la forma se distorsionan cada vez más hacia los polos, como se demuestra con el tema Circulos.

Los círculos se usarán en este ejercicio para ilustrar la distorsión de área y de forma que ocurre con varias proyecciones. Si bien este método no cuantifica realmente la distorsión, como lo hace la indicatriz de Tissot, sí muestra visualmente la inclinación, desgarro y corte que ocurre con ciertas proyecciones.

Primero examinaremos las unidades de mapa y las unidades de distancia establecidas para este mapa no proyectado.

4. En la barra de menú, seleccione Proyecto | Propiedades de Proyecto.
5. Haga clic en la pestaña SRC para ver la información del Sistema de referencia de coordenadas para el archivo del proyecto (que se muestra en la figura a continuación).

Observe que el sistema de coordenadas seleccionado está configurado en WGS 84, que es un sistema de coordenadas no proyectado.

6. Haga clic en Cancelar para cerrar el cuadro de diálogo Propiedades del proyecto.

Ahora haremos algunas mediciones de distancia en este mapa para una comparación posterior con los mapas en los que se establece una proyección.

7. Haga clic en la herramienta Medir línea,, en la barra de herramientas Atributos. Aparecerá el cuadro Medida (figura a continuación).

8. Haga clic en el punto de Atlanta, en los Estados Unidos.

9. Mueva el cursor al punto de Alice Springs, Australia, luego haga clic derecho para finalizar la línea. La distancia entre Atlanta y Alice Springs se mostrará en métrica en el cuadro Medida (Figura siguiente).

La distancia medida es de unos 25.300 kilómetros (su distancia puede variar ligeramente). Esta no es la distancia real entre Atlanta y Alice Springs. Dado que QGIS está midiendo de acuerdo a la proyección en un sistema cartesiano. Lo que debería hacer es medir a Alice Springs dirigiéndose hacia el oeste desde Atlanta en lugar de hacia el este, como lo definió, ya que dirigirse hacia el Oeste es una distancia más corta que hacia el Este. Sin embargo, QGIS no sabe que el mundo es redondo, por así decirlo. QGIS por defecto tiene activada la transformación sobre el vuelo (TSV), esto es, trata el sistema de coordenadas como un sistema de coordenadas basado en el mundo seleccionado. Esta vista no mantiene mediciones de distancia esféricas y distorsiona la forma, la dirección y el área.

Digamos a QGIS que, de hecho, estamos trabajando con un sistema de coordenadas basado en el mundo y que deseamos medir en un mundo redondo.

10. En la ventana de medida seleccione la opción Elipsoidal

11. Usando la herramienta Medir, mida la distancia entre Atlanta y Alice Springs nuevamente (Figura siguiente).

La distancia medida es de aproximadamente 16.000 kilómetros (su distancia puede variar ligeramente). Esta es la distancia real entre Atlanta y Alice Springs. Esta vista mantiene las mediciones de distancia esféricas, pero distorsiona la forma, la dirección y el área.

Cambiemos la proyección en esta vista a la proyección de Mercator.

12. Abra las Propiedades del proyecto y seleccione la pestaña SRC

13. En el cuadro Filtro, escriba 3395, que es el código EPSG para el sistema de coordenadas proyectadas WGS 84 / World Mercator. Esto filtra la larga lista de sistemas de referencia de coordenadas para que podamos encontrar fácilmente el que estamos buscando.

Los códigos EPSG son códigos únicos para cada sistema de proyección / coordenadas. Para obtener más información sobre los códigos EPSG, visite http://epsg.org/.

14. Seleccione WGS 84 / World Mercator de la lista filtrada del Sistema de referencia de coordenadas (Figura a continuación).

15. Haga clic en Aceptar para ver el mapa. Debería ver el mapa que se muestra en la Figura a continuación.

La proyección de Mercator, una proyección conforme (excepto en los polos), tiene meridianos rectos y paralelos que se cortan en ángulos rectos. La escala es más real a lo largo del ecuador y se distorsiona más en las latitudes más altas, como lo demuestra el tamaño creciente de los círculos. La proyección de Mercator fue diseñada para la navegación marina y ofrece todas las líneas rectas en el mapa como líneas de rumbo constante de la brújula. Sin embargo, para mapas temáticos a escala global, el Mercator tiene demasiada distorsión de área para un uso preciso.

El Mercator es la mejor proyección a gran escala de áreas en latitudes bajas. Los mapas a pequeña escala tienen mucha distorsión del área y la distancia.

El mapa de Mercator es mucho menos deseable para mapear continentes que otras proyecciones, ya que tiene una distorsión significativa y puede promover conceptos geográficos erróneos. En general, los mapas rectangulares no se recomiendan para mapear el mundo. La equivalencia (la propiedad del área igual) y la conformidad se conservan mejor utilizando mapas no rectangulares.

4.2 Actividad 2: Exploración de proyecciones de mapas mundiales

Examinemos una proyección cartográfica más adecuada para cartografiar el mundo entero: la proyección Eckert IV. La proyección cartográfica Eckert IV es una proyección cartográfica pseudocilíndrica de área igual con líneas de latitud paralelas rectas y meridianos igualmente espaciados.

Cambiemos la proyección en esta vista a la proyección Eckert IV.

1. Abra las Propiedades del proyecto y seleccione la pestaña SRC.

2. En el cuadro Filtro, escriba Eckert. Esto filtra la larga lista de sistemas de referencia de coordenadas para que podamos encontrar fácilmente el que estamos buscando por nombre.

3. Seleccione Eckert IV / World_Eckert_IV de la lista filtrada del Sistema de referencia de coordenadas.

4. Haga clic en Aceptar para ver el mapa. Debería ver el mapa que se muestra en la Figura a continuación.
   -Nota: Debido a problemas ocasionales de representación, el mapa proyectado puede verse “bloqueado”. Si esto sucede, acercar o cambiar temporalmente el SRC a otro SRC y viceversa a veces solucionará el problema.

El Eckert IV es útil para mapas mundiales, ya que es de área igual y es agradable a la vista. Sus paralelos estándar están a 40°30’N y 40°30’S. Este mapa solo está libre de distorsiones donde los paralelos estándar se cruzan con el meridiano central.

Veamos cómo le va a las propiedades de distancia.

4. Usando la herramienta Medir, mida la distancia desde Atlanta a Alice Springs.

La distancia mide aproximadamente 20.848 kilómetros. Por lo tanto, el Eckert IV no es una proyección equidistante y no debe usarse para medir distancias.

Examinemos ahora la proyección Azimutal equidistante. La característica principal es que la distancia y la dirección son precisas desde el punto central. Esta proyección puede admitir todas las orientaciones: ecuatorial, polar y oblicua. El mundo se proyecta sobre una superficie plana desde cualquier punto del globo. Aunque todas las orientaciones son posibles, la más habitual es la orientación polar, en la que todos los meridianos y paralelos se dividen en partes iguales para mantener la propiedad equidistante. Las orientaciones oblicuas centradas en una ciudad también son frecuentes.

5. Abra las Propiedades del proyecto y seleccione la pestaña SRC.

6. Seleccione el sistema de referencia de coordenadas North_Pole_Azimuthal_Equidistant.

7. Debería ver el mapa de la siguiente forma

8. Esta proyección es utilizada por las personas que quieren creer que la tierra es plana, sin embargo se ve plana por que es una proyección de la tierra en un plano.