Cartografía Básica y los GPS.

Mifamiliayotrosanimales comienza una nueva sección sobre Cartografía práctica, usos del GPS y sistemas GIS a nivel usuario.

Mapa topográfico 3D.
Vamos a explicar cómo se utilizan los mapas topográficos de toda la vida, el uso de los GPS (incluidas las aplicaciones de los móviles) y por qué no, también daremos una breve introducción al mundo de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) o sus siglas en inglés (GIS) y lo vamos a intentar sin entrar en excesivos detalles técnicos Además incorporaremos los principales portales para descargar mapas, ortoimágenes y las aplicaciones más útiles para fabricar nuestros mapas.

Dedicamos esta sección a nuestro querido compañero de fatigas Agus, a los integrantes de MAGIA SERRANA,  a Juan Gónzalez Rodríguez (Ciudad de Burgos: Rutas BTT) y a nuestro amigo Carrión, cuyas preguntas sobre los GPS y los mapas nos llevaron a realizar éste trabajo sobre cartografía y las nuevas tecnologías.


Este post está dirigido a aquellos que no tienen muchos conocimientos sobre cartografía pero que gracias a su pasión por la naturaleza y su afán por compartir rutas, puntos singulares y conocimientos han comenzado a introducirse en el mundo de los mapas, gps y el mundo digital, y que quizás, en algún momento, se han vuelto locos con estas herramientas.


Mapas topográficos y sus características más importantes.

Son mapas que muestran basicamente la información geográfica (ríos, casas, tendidos eléctricos, carreteras, líneas férreas, canales, acequias, etc...) de una zona, región o país y que generalmente están georeferenciados, es decir, tienen coordendas geográficas. La palabra "topografía" viene de topos, "lugar", y grafos, "dibujo-imagen".

Datos principales de un mapa. Ejemplo de la hoja topográfica de Cuenca a escala 1:25.000 del año 1978.
En los mapas topográficos además se incluye la altimetría sobre el nivel del mar. Este dato viene representado por la llamadas curvas de nivel o cotas.  Este tipo de información es muy valiosa para conocer de antemano los desniveles que vamos a recorrer en nuestro paseo, ruta, ascensión, y de éste modo estimar la duración, la cantidad de agua a llevar (ya que si tenemos fuentes en el camino vendrán señalizadas en el mapa), vituallas, la ropa adecuada etc...

A continuación, aquí va una rapidísima explicación sobre las curvas de nivel para los que apenas tienen conocimientos, ya que es necesario conocer bien a que nos referimos para luego continuar profundizando. Los que ya sabeís cómo es leer un mapa, las curvas de nivel y los Datums, saltaros este apartado.

Es como si cortásemos el terreno con un plano horizontal y representásemos la línea de intersección entre ambas superficies. Las imágenes inferiores dan una idea clara.
Relieve 3D obtenido de Google Earth.

Representación gráfica de una curva de nivel o cota topográfica

Detalle del plano horizontal a cota 1050 metros intersectando con el relieve.

  Reglas a tener en cuenta con las curvas de nivel:
  • Una línea representa siempre la misma altura o cota, no puede cambiar.
  • Las curvas de nivel nunca se pueden cruzar entre sí.
  • Siempre se representan en los mapas a intervalos constantes: cada 10m, cada 20m etc...dependiendo de la escala del mapa.
  • A las líneas más gruesas se las llama "maestras" y suelen representar un intervalo mayor (cada 25m, 50m, 100m etc...) sirven para localizar la altura más rápidamente. Son las únicas que tienen el valor de altura escrito.
  • Si las curvas están muy juntas significa que existe un desnivel/pendiente muy pronunciado (barrancos, montañas, etc...), por el contrario si están muy separadas es que el desnivel es muy bajo (praderas, llanuras de inundación, etc...)
  • Si las curvas de nivel tienen morfología circular y además tienen palitos dibujados en el lado interno representan depresiones, hundimientos de ese terreno (dolinas, simas, cráter de volcán)

Escala del mapa.

Aunque casi todos sabemos que es una escala, voy a explicarlo brevemente.
Se llama escala de un mapa a la relación entre la medida de lo que está dibujado en el mapa y su tamaño real. Por ejemplo, una escala 1:5.000 significa que si tenemos dibujado en un mapa una calle que mide de largo 1cm, en la realidad esa calle medirá 5.000 cm (50 metros).

Una pregunta frecuente es ¿qué unidad utilizamos en la escala? en realidad pone 1:5.000 pero no dice si son milímetros, centímetros, metros o kilómetros. Se trata de una relación adimensional, es decir, podremos utilizar la unidad más apropiada. Si utilizamos centímetros (lo habitual para medir en el mapa) los dos números serán cm. Lo que nunca podemos hacer es escribir 1cm es 5000m. Si la escala es 1:25.000 deberemos poner 1cm en el mapa equivale a 25.000cm en la realidad (o 1m en el mapa equivale a 25.000m en la realidad, o 1km en el mapa equivale a 25.000km en la realidad, etc...) Para nuestra comodidad podemos transformar los 25.000cm en metros, es decir, 250m. Por tanto 1cm en el mapa representarán 250m en la realidad y por tanto 4cm serán un kilómetro.

En base a los datos que necesitamos representar utilizaremos la escala más adecuada. Si quiero mostrar en un mapa la ruta en coche de Galicia a Cuenca, no es adecuado utilizar una escala 1:25.000, necesitaríamos un mapa gigantesco. Para este tipo de cartografía nos serviria un mapa a escala más regional, del tipo 1:400.000 (como la de los mapas de carreteras).

El Datum de los mapas y su utilización en los GPS.

Aquí entramos en un tema muy importante y algo delicado. ¿Que es el Datum de un mapa?

Aunque existe mucha teoría y cálculos geodésicos para la creación de los datums cartográficos, vamos a explicar lo básico.
El datum es el sistema de referencia geográfica que tiene un mapa, sin él no podriamos entendernos. Necesitamos trabajar con el mismo origen de coordenadas para localizarnos en un mapa o para dar nuestra posición a un tercero. Cuando tenemos que posicionar cualquier elemento en un mapa tenemos que saber sus coordenadas y su datum geográfico, si no, ¿cómo nos entenderíamos?
Un símil puede ser cuando nos comunicamos por walkie-talkie, para ello los aparatos deben estar conectados a la misma frecuencia de radio ¿no?, pues con los mapas igual.
La Tierra no es plana y necesitamos proyectar (de ahi el nombre de proyección) una parte de la superficie de esa esfera en un plano, el problema es que no nos ponemos de acuerdo sobre cual utilizar a nivel global y por ello existen muchos datums y proyecciones en el mundo y todos ellos válidos, solo hay que conocer cuál utiliza el mapa con el que trabajamos.

En la cartografía topográfica de España se utiliza generalmente el Datum ED50 (European Datum 1950). En los mapas  geológicos se utiliza el elipsoide internacional con proyección UTM y cuadricula Lambert y es un pequeño infierno hacer su transformación a ED50, pero eso es otra historia.

Ejemplo de Datum de un mapa geológico escala 1:50.000 de España. Fuente IGME

Siempre debemos comprobar el datum del mapa si queremos hacer uso de él. Y como norma, cuando creamos nuestros mapas debemos indicar el datum del mismo. Existen muchas datums geográficos y no tenemos que aprenderlos, solo saber que existen y cómo debemos usarlos.

Desde el 2007 España ha adoptado el datum llamado ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989), el cuál se está utilizando en los paises comunitarios. Actualmente se está actualizando y creando la cartografía digital española en ese datum. A partir del 2015 solo utilizaremos este sistema a nivel digital y en los nuevos mapas impresos.

Salvo los mapas muy antiguos (algunos referidos al antiguo meridiano de Madrid), los mapas de la serie cartográfica del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y el Servicio Geográfico del Ejército (SGE) están referidos a ED50. La proyección clásica para estos mapas es la UTM (Universal Trasverse Mercator) de unidad métrica, representada por una cuádricula ortogonal con separación de 1000 metros entre línea y línea (mapas a escalas 1:25.000 y 1:50.000).

La cuadrícula UTM es fácil de entender. Como vimos en la primera imagen del post, tenemos dos tipos de coordenadas que aparecen en el borde de los mapas: las geográficas clásicas (grados, minutos, segundos), y las UTM (metros). Las UTM además tienen que venir acompañadas con el huso correspondiente. En España tenemos los husos 28,29,30 y 31.

¿Qué son los Husos? ¿es complicado? en realidad no. Antes de seguir, seguro que más de uno se preguntará por qué tenemos que dividir la Tierra en cuadrículas y no tener una sola. Pues por que al ser una esfera no perfecta (esferoide), es muy difícil transformar ésta en un plano y si la región a transformar es muy grande el error aumenta.

De la wikipedia: la Tierra se divide en 60 husos de de longitud, la zona de proyección de la UTM se define entre los paralelos 80º S y 84º N. Cada huso se numera con un número entre el 1 y el 60, estando el primer huso limitado entre las longitudes 180° y 174° W y centrado en el meridiano 177º W. Cada huso tiene asignado un meridiano central, que es donde se sitúa el origen de coordenadas, junto con el ecuador. Los husos se numeran en orden ascendente hacia el este. Por ejemplo, la Península Ibérica está situada entre los husos 29, 30 y 31, y Canarias está situada en el huso 28. En el sistema de coordenadas geográfico las longitudes se representan tradicionalmente con valores que van desde los -180º hasta casi 180º (intervalo -180º → 0º → 180º); el valor de longitud 180º se corresponde con el valor -180º, pues ambos son el mismo.

Zonas UTM en el mundo.

Nota importante: Cada huso es un sitema de coordenadas individual, pero las coordenadas (los valores) son iguales en todos los husos, es decir,  si tenemos una coordenada X=555.000 Y=4750.000 en el huso 30T  tambien existe una coordenada igual en el 30S o en el 28T o en el 29L y en todos los demas.

Si no tenemos cuidado nos puede pasar lo siguiente:

Estoy en las Baleares de vacaciones, con mi mapa de papel (ED50 y Huso 31) y sin GPS, posiciono en él un manatial que he descubierto o un árbol singular. Cuando llego a casa introduzco la coordenada en Google Earth y me aparece que estoy en otro sitio del planeta ¿por qué?, reviso la coordenada pero confirmo que está bien. La explicación más probable es que no he introducido el huso adecuado y me ha llevado el punto a otro lugar.

Como en casi todas las aplicaciones, Google Earth cambia automáticamente el sitema de coordenadas sin que nos demos cuenta, aunque si observamos la parte inferior del visualizador veremos que nos indica siempre en qué zona estamos. Si no vemos esto es por que tenemos desactivado la opción de status bar (barra de estado) en la pestaña view (vista).

En la parte inferior se muestra las coordenadas del cursor y el huso. En este caso el huso es el 31S.

Los valores de las coordenadas están en metros, es decir:

X= 555.000 metros e Y= 4750.000 metros

En los mapas del IGN la cuadrícula UTM  presenta una línea cada 1000 metros por tanto, en este caso, la siguiente línea de la cuadrícula en longitud (X) será igual a 556.000 metros y en latitud (Y) 4751.000 metros.

Como se ha dicho, la cartografía digital española se está pasando al datum ETRS89, pero actualmente los datos los encontramos en los dos sitemas, el ED50 y el ETRS89.

Bien, ahora incorporamos las nuevas tecnologías y resulta que los Smartphones (con GPS) y los GPS de mano nos permiten registrar nuestras rutas y puntos de interés (POI en inglés) pero los manuales son un poco escasos a la hora de ilustrarnos o demasiado técnicos.

Desde hace unos cuantos años se utilizan los sistemas de posicionamiento global o en inglés Global Position System (GPS) gracias a los satélites que orbitan alrededor de la Tierra. Al principio los dueños de éste sistema eran los americanos y de dominio militar, es por lo que la precisión que ofrecían era cuando menos de unos 50m y con errores de altura considerables.
Hace unos años, desde que surgió el proyecto europeo Galileo (uso civil), la tecnología ha cambiado y la precisión de éstos tambien, llegando a un rango de error de solo 3-6 metros, más que suficientes para nuestros propósitos.

Si recordamos el tema de las escalas, en un mapa 1:25.000 un milímetro equivale a 25.000mm o 25m. Si 1mm equivale a 25m por tanto un error de 6m en el GPS es un error de 0.25mm en nuestro mapa, casi nada.
La tecnología de los nuevos smartphones y el desarrollo de aplicaciones en este campo ha sido espectacular. La ventaja de los smartphones frente a los GPS de mano es que para posicionarse además de la antena gps, utilizan las antenas de telefonía y las redes wifi de la zona (perfecto para la ciudad), y tambien nos permite tomar fotos georeferenciadas y subir rapidamente los datos a internet. La desventaja es la bateria (dura muy poco) y a veces no sabemos cómo pasar los datos al ordenador y "jugar con ellos", y otro inconveniente es que en pleno monte la cobertura móvil es ,a veces, escasa o nula dependiendo de la compañía. Yo particularmente sigo utilizando el GPS de mano (ahora son bastante económicos) y con baterias tipo AA, fáciles de conseguir en cualquier gasolinera y/o supermercado, en el caso de que se nos termine a medio recorrido.

GPS de mano y GPS smartphones.

Con los GPS tenemos que hablar del Datum WGS84. Si, si ¡otro más!, y sin embargo tan importante cómo los anteriores.

De la wikipedia:
El WGS84 es un sistema de coordenadas geográficas mundial que permite localizar cualquier punto de la Tierra (sin necesitar otro de referencia) por medio de tres unidades dadas. WGS84 son las siglas en inglés de World Geodetic System 84 (que significa Sistema Geodésico Mundial 1984).
Se trata de un estándar en geodesia, cartografía, y navegación, que data de 1984. Tuvo varias revisiones (la última en 2004), y se considera válido hasta una próxima reunión (aún no definida en la página web oficial de la Agencia de Inteligencia Geoespacial). Se estima un error de cálculo menor a 2 cm por lo que es en la que se basa el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
Y llegados a este punto: ¿por qué no utilizamos todos el mismo?...buena pregunta!, pero no tengo respuesta, es así. Esto creo que viene por el tema militar, pero de hay no paso.

Muy importante para los usuarios de los GPS.

Cuando configuramos nuestro GPS de mano (Garmin, Magellan, etc) podemos cambiar el datum de referencia que venga por defecto al que utilizemos en nuestros mapas (en papel) y eso está genial... pero cuidado!!, lo que cambiamos en realidad es el display del dispositivo para que nos muestre las coordenadas y los mapas internos del dispositivo en el datum deseado pero el GPS sigue comunicándose con los satélites en WGS84 (es su lenguaje) y tenemos que tener presente que los ficheros que guarda en la memoria se refieren al datum WGS84. En los smartphones, las aplicaciones GPS están muy avanzadas, aunque por otro lado es un inconveniente, generalmente no permiten transformar el datum de los mapas, trabajan directamente en WGS84 porque entre otras cosas Google Earth, Wikiloc y otros visores trabajan directamente en este sistema.

GPS Garmin Dakota10. Configuración de la cartografía cargada

Ojo con esto: al cambiar la configuración pensamos que todo está resuelto pero no exactamente. El GPS entiende que utilizas otro datum y te hace la conversión, pero registra en WGS84.
Si introduces una coordenada a mano, debes utilizar la coordenada del mapa con el que trabajes, el GPS la entenderá sin problemas siempre y cuando la cartografía cargada en el GPS y el mapa usen el mismo Datum, aunque en su sistema interno la almacene como WGS84.


Esquema de trabajo de un GPS de mano o aplicación de smartphone para resgistrar datos de GPS.

Por otro lado, si solo utilizamos el GPS y la cartografía cargada en el dispositivo (no llevamos mapa en papel) no es necesario tocar el datum, mantenemos el WGS84 y no pasa nada, es el lenguaje standar entre el GPS y las aplicaciones. Cuando salimos al campo conviene tener cargado en el dispositivo el mapa, la ruta y los puntos que queremos visitar. Si por el contrario queremos registrar nuestra ruta y luego pasarla al ordenador, ya haremos las transformaciones necesarias después, con programas específicos en el caso necesario. Para colgar nuestra ruta en Google Earth, Wikiloc, etc...no es necesario transformar coordenadas, todos ellos trabajan con WGS84, es decir, el datum de sus mapas es WGS84, el mismo que nuestro archivo.

En el siguiente post sobre cartografía hablaremos de los mapas para GPS y de las aplicaciones para utilizarlos en nuestros ordenadores.

Mapas y cartografía para los GPS de mano.

Cuando adquirís un GPS de mano recordad que la cartografía interna suele ser básica (ciudades y carreteras). Los mapas topográficos hay que conseguirlos a parte (a veces los incluyen en ofertas GPS+Carto).

Al día de éste post (Enero-2013) la cartografía principal existente es la siguiente:

Para Magellan
Como no uso esta marca no puedo hablar sobre ella con el detalle que quisiera y por tanto no comentaré mucho sobre la misma.
Los GPS Magellan se posicionan muy bien y rápidamente, pero tienen un menú algo complicado, el display puede mejorar y su manual es bastante escaso.

Para Garmin:

  • TopoEspaña v.4. (Comercial, 118€ aprox.)
  • TopoHispania v2.05 (Gratuita: Elgps.com) ATENCIÓN, tras la descarga, instalar y revisar con antivirus los archivos instalados (IMG). En mi caso, he detectado 6 troyanos. Una vez eliminados los virus ya podemos hacer uso sin miedo de la carto.
  • Topo España enRUTA
Este último es de muy reciente creación y a diferencia de los dos anteriores cuenta con la posibilidad de navegar en modo ruta (como en los coches cuando circulamos con un Tom-Tom o sucedáneos) dentro y fuera de asfalto (offroad), incluyendo caminos, pistas, senderos etc... Es compatible con GPS de alta gama y estoy seguro que será la cartografía del futuro. Hoy en día es un tanto arriesgado utilizar esta herramienta, ya que no está configurada para las restricciones de uso de las vias fuera de carretera. Es decir, podemos entrar en zonas prohibidas para vehículos a motor o incluso con un firme no adecuado para nuestro vehículo. En definitiva, esta herramienta promete y posiblemente se imponga al resto, aunque los usuarios tendrán la última palabra.

Display de navegación de Topo España enRUTA.


Vamos a ver los dos principales: TopoEspaña v.4 y TopoHispania 2.05 ambas exclusivas para Garmin.
Para utilizar esta cartografía necesitamos uno de los programas siguientes:
Mapsource (descarga gratuita)
BaseCamp (descarga gratuita)
Ambos no hacen nada sin tener la cartografia cargada, por lo tanto deberemos hacernos con los mapas.
Un poco más adelante hablaremos de aplicaciones gratuitas con las que poder hacer cosas sin enredarnos con la cartografía.


TopoEspaña v4.

Actualmente Garmin utiliza TopoEspaña V.4, y en breve van a sacar la versión 5. El TopoEspaña es la cartografía de toda España a escala 1:25.000, basada en la cartografía del IGN y cuesta alrededor de 118€. Tiene curvas de nivel y además cuenta con el modelo digital del terreno (siglas DEM en inglés).

En la imagen inferior se muestra el nivel de detalle de estos mapas.


 

En mi opinión es de lo mejor que hay en el mercado a día de hoy (Enero 2013),  y es exclusivo de la marca Garmin.
Respecto a la representación de autovías, crecimientos urbanos, algunas carreteras y otras construcciones recientes, está bastante desactualizado (se basa en la cartografía del IGN, qué también lo está, pero que sigue actualizando sus mapas).
Sin embargo, si no nos interesa el detalle de las grandes ciudades y lo que queremos es ir al campo para hacer rutas, los mapas nos vendrán genial y desde mi punto de vista, con ellos no necesitamos mucho más.
Este tipo de cartografia no requiere una actualización anual (los montes no cambian tanto, los ríos siguen estando en el mismo sitio año tras año), lo usaremos para nuestros paseos camperos, por tanto no necesitamos adquirir las nuevas actualizaciones cada vez que salga una, nos durará unos cuantos años y por ello creo que merece la pena hacerse con ella.
En mi opinión y por mi experiencia con los GPS de mano (he tenido dos Magellan y actualmente un Garmin) a día de hoy me decanto por la marca Garmin.

Topoespaña V.4 visto en el PC. Desde la aplicación de MapSource podremos gestionar los archivos y cargar los mapas en el GPS.
TopoHispania

Es una base cartográfica casi idéntica a TopoEspaña y además gratuita, ¡¿podemos pedir más?!, el enlace de la descarga lo tenéis unas líneas más arriba (ojo con los virus). Revisando ambas, he podido notar algunas diferencias. Recordad que las dos cartos se abren con los software anteriores.

Según nos indican desde la web elgps.com ambas cartos no tienen la misma actualización para cada una de las hojas 25.000 y nos muestran el mapa comparativo:
Comparativa de actualizaciones entre TopoHispania y TopoEspaña v.4. Fuente: http://www.elgps.com/foroGPS/viewtopic.php?f=41&t=8646

Por ejemplo: según éste mapa, la hoja cartográfica nº 587 (correspondiente a Las Majadas) tiene la cartografía TopoHispania 2.05 más actualizada que la de TopoEspaña v.4. Vamos a verlo:


Comparativa de cartografías.


Pues efectivamente, en este caso la cartografía de TopoHispania parece más actualizada. Las flechas azules indican elementos que, a priori, son distintos pero que en realidad están en ambas aunque se ven algo menos en la cartografía de TopoEspaña.
Respecto a las curvas de nivel son idénticas. Por tanto las principales diferencias están en la introducción de nuevos elementos como: construcciones, caminos nuevos, accesos a fincas etc...
Las áreas coloreadas de la carto TopoEspaña indican el tipo de vegetación predominante (ausente en la TopoHispania). Tambien, y aunque en el ejemplo no aparezca, TopoEspaña tiene algún símbolo más para roquedos, escarpes etc...

¿Por qué ésta diferencia de actualizaciones entre ambas cartografias?

Muy sencillo, ambas cartografías dependen de una misma fuente de datos: el IGN y dependiendo de la salida al mercado de la nueva versión una estará más actualizada que la otra. Por ahora la cartografía TopoHispania es más reciente y por ello está más actualizada que la TopoEspaña.

En breve saldrá al mercado la TopoEspaña v.5 y seguramente se cambiarán las tornas. Otra cosa a tener en cuenta es el modo de visualizar los datos y creo que con TopoEspaña está algo más logrado.

Hasta pronto!


4 comentarios:

  1. Felicidades!! Muy buena recopilación. Me resolvisteis mi duda de la configuración del DATUM en el GPS, hace unos meses por poco me vuelvo loca. Pero gracias a tu guía ya se que no lo estoy :p
    (Muy bueno lo del "Rincón de Serafín")

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  2. Gracias.

    ...¿Lianta? uhmmm cre qué se quien eres ja ja ja

    Añadiremos más entradas sobre el tema.

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  3. Enhorabuena y genial entrada. Muy necesaria y que me ha aclarado varias cosillas.
    No sabía yo que el rincón de Serafín estaba por Cuenca ;-)

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  4. Bueno, bueno, ..."chapeau". Para mi es un poco denso, tendré que releerlo y tomar apuntes.
    Gracias también por la dedicatoria.

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