UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
PRECISIÓN EN LA ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA APLICANDO SEGMENTACIÓN DINÁMICA
CLAUDIA DANIELA AYALA VEGA 2003
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
PRECISIÓN EN LA ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA APLICANDO SEGMENTACIÓN DINÁMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TÍTULO
CLAUDIA DANIELA AYALA VEGA 2003
RESUMEN El trabajo aquí presentado se desarrolló en la Ruta F-90, tramo que comprende las comunas de Casablanca y Algarrobo en la V región. Este proyecto se realizó para ver las ventajas que tiene la elaboración de un Sistema de Información Geográfica para Carreteras que maneje los grandes volúmenes de información que intervienen en estos proyectos. Utilizando como herramienta segmentación dinámica, se desea saber la precisión con la que cuenta este SIG. Para llevar a cabo esta memoria, se comenzó recopilando la información
existente
en
Ingeniería
Cuatro,
principalmente
la
información topográfica y apreciativa que se realizó en terreno, para poblar las bases de datos con la mayor cantidad de detalles posibles para obtener un buen resultado. Con la implementación del sistema se obtuvo una disminución significativa de tiempo en el manejo de información del camino y en su actualización. Además, es posible trabajar con ésta información y sacar el mayor provecho posible, creando mapas temáticos que permiten la visualización rápida de puntos de interés para luego realizar análisis espacial de dicha zona. Por ultimo se hizo un estudio de la precisión con la que cuenta este SIG utilizando segmentación dinámica, mostrando ejemplos y estableciendo parámetros en los cuales se muestra los errores que presenta.
ÍNDICE
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN
1
1.1 ANTECEDENTES
2
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
4
1.3 HIPÓTESIS
5
1.4 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
5
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
5
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
5
1.5 METODOLOGÍA
6
CAPITULO 2: MARCO TEÓRICO
8
2.1 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
9
2.1.1 INTRODUCCIÓN
9
2.1.2 MODELOS DE SIG Y ESTRUCTURA DE SUS DATOS
10
2.1.3 TIPOS DE ERRORES
13
2.1.4 VENTAJAS DE UN SIG
15
2.1.5 ELEMENTOS DE UN SIG
16
2.1.6 ARCVIEW
20
2.1.7 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA CARRETERAS 2.2 VIALIDAD
27 33
2.2.1 CATEGORÍA DE CAMINOS
33
2.2.2 TRÁNSITO MEDIO DIARIO ANUAL (TMDA)
35
2.2.3 DEFINICIÓN DE CONCEPTOS Y ELEMENTOS DE VIALIDAD35 2.2.4 ALINEAMIENTO VERTICAL DE UN CAMINO
38
2.3
SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
46
2.3.1 INTRODUCCIÓN
46
2.3.2 CONSTITUCIÓN DEL SISTEMA GPS
48
2.3.3 FUNCIONAMIENTO GPS
49
2.3.4 POSICIONAMIENTO GPS
51
2.3.5 MODALIDADES DE MEDICIÓN
53
2.3.6 FUENTES ERROR
55
CAPITULO 3: DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA APLICADO A PROYECTOS VIALES
58
3.1
INFORMACIÓN PARA LA CREACIÓN DEL SISTEMA
59
3.1.1 CAPTURA DE LA INFORMACIÓN
59
ELEMENTOS PARA LA CONFORMACIÓN DEL SIG
60
3.2.1 BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS
60
3.2.2 BASE DE DATOS GRÁFICA
70
3.2.3 CARTOGRAFÍA BASE
70
3.2.4 PROBLEMAS CON LA CARTOGRAFÍA BASE
71
3.3
COBERTURAS NUEVAS
72
3.4
AJUSTES DE LA CARTOGRAFÍA
72
3.4.1 AJUSTES DE CARTOGRAFÍA EN AUTOCAD
73
3.4.2 SENTIDO DE UNA POLILÍNEA
73
3.2
3.5
PROBLEMAS ASOCIADOS A LA BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS74 3.5.1 ESTADO INICIAL DE BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS 75 3.5.2 AJUSTES REALIZADOS A LAS BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS
75
3.6
INTEGRACIÓN EN AMBIENTE SIG DE LAS BASES DE DATOS
76
3.6.1 ASOCIACIÓN DE LAS BASES DE DATOS
76
3.6.2 VINCULACIÓN DE LAS BASES DE DATOS A LA CARTOGRAFÍA
77
3.7
CONSOLIDACIÓN DEL SISTEMA
80
3.8
COMPROBACIÓN DEL SISTEMA
81
3.9
CONSULTAS QUE SE PUEDEN REALIZAR AL SISTEMA
84
3.10 MAPAS TEMÁTICOS 3.10.1 GENERACIÓN DE PLANOS TEMÁTICOS
95 95
3.11 CREACIÓN DE GRÁFICOS
98
3.12 REPRESENTACIÓN COMPLETA DE LA INFORMACIÓN
99
CAPITULO 4: DETECCIÓN DE ERRORES DE PRECISIÓN AL GEORREFERENCIAR UN CAMINO POR MEDIO DE SEGMENTACIÓN DINÁMICA
101
4.1
INTRODUCCIÓN
102
4.2
DISEÑO GEOMÉTRICO RUTA F-90
103
4.2.1 TRAZADO EN PLANTA
103
4.2.2 TRAZADO EN ALZADO
104
DETECCIÓN DE ERRORES
108
4.3.1 TRAMOS RECTOS
109
4.3.2 TRAMOS CURVOS
111
4.3
CAPITULO 5: ANÁLISIS
116
5.1
117
ANÁLISIS
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
124
6.1 CONCLUSIONES
125
6.2 RECOMENDACIONES
128
BIBLIOGRAFÍA
130
CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES Actualmente, tanto en instituciones publicas y privadas de Chile, se están utilizando nuevas herramientas para los proyectos de vialidad. Con el amplio campo que se abre por el uso de Sistemas de Información Geográfica aplicado al catastro urbano, se propone el uso de la georreferenciación y actualización de proyectos viales aplicado a carreteras por medio de un modelo físico con bases de datos estructuradas para este fin. Con una herramienta poco conocida como es segmentación dinámica, la que por sus características entrega un Sistema de Información Geográfica de carreteras de gran versatilidad, que reúne en un solo proyecto una manera de evidenciar de forma rápida los múltiples elementos que conforman un camino. Ya que es poco lo que se conoce de segmentación dinámica, es aún menos lo que se conoce de su precisión. Es en este campo de la ingeniería donde cobra importancia el rol del Ingeniero de Ejecución en Geomensura que es un profesional idóneo para el manejo de la precisión respecto de cada proyecto. Este profesional con su amplio conocimiento en diversas áreas de la ingeniería y manejo de diversos software, es capaz de participar en todo tipo de mediciones y luego crear sistemas que georreferencien estas medidas, entregando como resultado la confección de un S.I.G., planos temáticos, diseños de caminos, análisis Espacial, etc. según sean los requerimientos del trabajo.
El concepto de segmentación dinámica está siendo aplicado sin haber un real conocimiento de su precisión, y si existen discrepancias importantes con la topografía existente en terreno. Se puede conocer la precisión que entrega segmentación dinámica para un proyecto de carreteras y así poder crear un Sistema de Información Geográfica para vialidad en donde su precisión esté definida de acuerdo a los parámetros del camino en cuestión. Este SIG podrá abarcar desde el diseño de carreteras, la generación de la cartografía,
los
modelos
de
terreno,
hasta
la
elaboración
de
mediciones y presupuestos, para luego llevar computacionalmente la gestión, actualización y su futura conservación. Una de las muchas herramientas que maneja el Geomensor es el manejo de los software para el Sistema de Información Geográfica: ArcView y AutoCAD. ArcView que sirve para crear, ordenar, actualizar y consultar una base de datos asociada a una cartografía, lo cual permite obtener información relevante en forma rápida y AutoCAD que entrega la cartografía en un formato reconocible por ArcView. Para este caso se pretende aplicar todas las herramientas que se han descrito para el tramo de un proyecto de mejoramiento de la ruta Casablanca - Algarrobo.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Es importante el manejo de base de datos para organizar los grandes volúmenes de información que se manejan en un proyecto vial. En la actualidad el manejo de la información puede ser llevado a cabo por medio de segmentación dinámica, pero ya que es poco lo que se conoce acerca de ésta, es aún menos lo que se conoce de su campo de aplicación y cuales son sus limitaciones y errores. Es por esto
que
es
utilizada
sin
conocer
sus
potencialidades
ni
los
parámetros bajo los cuales se maneja. Las mediciones realizadas en terreno tienen datos que están en tres dimensiones X, Y, Z; pero al aplicar segmentación dinámica estos datos quedan resumidos a un plano. Por lo tanto la medición que fue realizada en terreno no es la misma que actualizará segmentación dinámica. Esta problemática es de sumo interés para un Ingeniero de Ejecución en Geomensura, ya que la realización de un buen trabajo parte de la premisa de tener un conocimiento acerca de los parámetros bajo los cuales puede ser utilizada una herramienta como es el caso de la segmentación dinámica, o bien las consideraciones que se deben tener para lograr una buena georreferenciación.
1.3 HIPÓTESIS Por medio de ésta memoria, se pretende determinar el grado de precisión que tiene un Sistema de Información Geográfica al utilizar segmentación dinámica como herramienta para la actualización de un trazado vial.
1.4 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS 1.4.1 OBJETIVO GENERAL Realizar un análisis acerca de los errores que se pueden producir
al
georreferenciar
y
actualizar
un
proyecto
vial
con
segmentación dinámica. 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
Implementar un SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA mediante
la
integración
de
la
información
cartográfica
(previamente georreferenciada con puntos medidos con GPS) con las bases de datos; y estructurar
éstas últimas en forma lógica
para sacar el mayor provecho al sistema. Así se permitirá relacionar en forma rápida los eventos del proyecto. Por Ej. : Cubicación y movimiento de tierra, avance topográfico, remoción y recolocación de soleras, colocación de señales, etc. •
Configuración de los datos en forma lógica para interactuar con un software de SIG. Georreferenciar un camino con la información que se tenga del proyecto, usando segmentación dinámica.
•
Establecer parámetros que evidencien el error que se produce al trabajar con segmentación dinámica.
•
Analizar la precisión con la que trabaja segmentación dinámica en la georreferenciacion y actualización del proyecto vial denominado Ruta F-90 Casablanca - Algarrobo.
1.5 METODOLOGÍA La metodología que se utilizará para la realización de esta memoria será la siguiente: •
Se comienza analizando y reestructurando las base de datos que proporciona Ingeniería Cuatro Ltda.
•
Revisión de la cartografía y algunos puntos medidos con GPS, además de la verificación de la utilidad que ésta cartografía, y su posterior georreferenciación.
•
Implementación de un Sistema de Información Geográfica para Carreteras, mediante un modelo lógico que permita estructurar de manera adecuada las base de datos, para su posterior vinculación a
la
cartografía.
Se
creará
cartografía
temática
aplicando
segmentación dinámica a la información y se realizará el análisis espacial de ésta.
•
Se realizará un análisis comparativo de los datos entregados de terreno
y
los
datos
que
entregara
el
SIG
anteriormente
confeccionado. Para este análisis se utilizarán herramientas de ArcView 3.2, AutoCAD y conceptos de topografía.
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO 2.1 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA 2.1.1 INTRODUCCIÓN Se puede definir un SIG como un conjunto de métodos, herramientas y datos que trabajan en forma lógica y coordinada para capturar, almacenar; y posteriormente analizar y presentar la información geográfica requerida por el usuario, que responda a sus múltiples consultas. Los SIG permiten gestionar y analizar la información espacial. Esta tecnología nace de la necesidad de manejar y disponer de manera fácil de un gran volumen de información para responder a consultas y resolver problemas de forma inmediata. Son muchos los autores que han querido dar su definición acerca de los denominados Sistemas de Información Geográfica o SIG; algunas de estas definiciones son las siguientes: DEBRIAN Y MARK, 1986. “Es una base de datos computarizada que contiene información espacial.
Una
tecnología
informática
para
gestionar
y
analizar
información espacial.” COWEN,1988. “Un sistema de ayuda a la decisión que integra datos referenciados espacialmente en un contexto de resolución de problemas.”
BRACKEN Y WEBSTER, 1990. “Es un tipo especializado de base de datos, que se caracterizan por su capacidad de manejar datos geográficos, es decir, espacialmente referenciados, los cuales se pueden representar gráficamente como imágenes.” NATIONAL CENTER FOR GEOGRAPHIC INFORMATION AND ANALISYS, (NCGIA, USA), 1990. “Un sistema de hardware , software y procedimientos elaborados para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas complejos de planificación y gestión.” STAR Y ESTES, 1990. “Sistema
de
Información
diseñado
para
trabajar
con
datos
georreferenciados mediante coordenadas espaciales o geográficas. En otras palabras, un SIG es a la vez una base de datos con funcionalidades específicas para datos referenciados espacialmente y un conjunto de operaciones para trabajar con los datos.” Por las definiciones anteriores se puede distinguir que algunos autores dan relevancia al SIG como base de datos, otros a sus funcionalidades y otros a su ayuda en la toma de decisiones, pero todas coinciden en referirse a un SIG como un sistema integrado que trabaja con información espacial, herramienta esencial para el análisis y toma de decisiones en la planificación territorial.
Para dar solución a diversos problemas se requiere acceso a diversos tipos de información que se pueden relacionar únicamente por geografía o distribución espacial. La tecnología SIG permite almacenar y manipular información usando geografía, para analizar patrones, relaciones, y tendencias en la información y todo lo que concierna a una mejor toma de decisiones.
2.1.2
MODELOS DE SIG Y ESTRUCTURA DE SUS DATOS
Un SIG es un modelo por el cual se simplifica la realidad. Es aquí donde hay que ser selectivos, debido a que no se puede ni se debe representar toda la realidad, sino que se debe aislar los elementos y relaciones de la realidad que sean útiles para los propósitos del estudio que se desea realizar. En los Sistemas de Información Geográfica existen dos modelos de datos que son vectorial y raster.
MODELO VECTORIAL Este modelo representa las entidades gráficas del SIG por medio de objetos en la base de datos. Así por ejemplo una carretera (la entidad) puede ser representada por una línea (el objeto). Por esto no deben ser confundidos los tipos de objetos espaciales que pueden ser puntos, líneas, polígonos, etc., con los tipos de entidades que son almacenados en las bases de datos. Las entidades no tienen por que ser elementos visibles en el espacio.
MODELO RASTER Aquí las entidades se diferencian en función de un criterio de localización. El espacio se divide en porciones de igual tamaño y forma mediante la superposición de una cuadricula regular que luego registrará las propiedades de estos espacios denominados celda o pixel, generalmente en distintas capas, donde cada uno de estos representa elementos de la realidad. Si se quiere representar un fenómeno en particular, los pixeles se agrupan con respecto a un igual valor temático y queda evidenciado el fenómeno en estudio. El modelo raster centra su interés mas en las propiedades espaciales que en la representación precisa de los elementos que lo conforman, por esto uno de los mayores inconvenientes que se asocian al modelo de raster es la falta de exactitud al momento de localizar algún elemento.
2.1.3 TIPOS DE ERRORES Los errores son inherentes a los datos. Debido a que no es posible encontrar un mapa ni una base de datos sin errores. Lo que se plantea no es eliminar el error, sino ser capaces de controlarlo. Los errores pueden surgir en distintas etapas de la conformación de una SIG, como las siguientes: Recogida de datos La información gráfica digital trae de por si algún nivel de error, que se suma a la base de datos que genera. Algo similar ocurre en trabajo de campo o interpretación y análisis de imágenes satelitales, en las que también se producen errores derivados de la medición o de la clasificación. Captura de información En el proceso de captura de datos en el computador se pueden generar errores que no existen en las fuentes originales. Así puede ocurrir en la digitalización, donde un polígono puede no ser representado; al importar archivos con información métrica o de atributos, donde
un caractér alfanumérico puede
que no sea
reconocido por el sistema. Cabe diferenciar que si el error es la distancia entre un valor medido y uno real, en este caso no existe un valor real con el que se pueda comparar.
Almacenamiento Las coordenadas de puntos se almacenan en formato digital con una determinada precisión, y en algunas aplicaciones, se requiere una gran exactitud que solo es posible que sea alcanzada con un tratamiento especial para este fin, que conlleva una mayor cantidad de recursos informáticos o de memoria. Manipulación y análisis de datos Estos errores pueden surgir, por ejemplo, cuando varias capas se superponen y no coinciden exactamente líneas que debieran hacerlo; por lo que se generan polígonos que en realidad no existen. Salidas cartográficas Este error puede surgir debido a los dispositivos de salida como al material sobre el que se realiza la impresión. Las pantallas de los computadores y ploter cuentan con un sistema de coordenadas que tienen una precisión limitada lo que produce errores en la salida de la información, tanto como el papel en que se imprime que es deformable en mayor o menor medida. Uso de los resultados Los
mapas
que
genera
un
SIG
pueden
ser
utilizados
inapropiadamente, sin considerar el nivel de exactitud con el que se desarrolló el trabajo, lo que puede producir conclusiones erróneas.
2.1.4 VENTAJAS DE UN SIG •
Permite
manipular
un
amplio
volumen
de
información
sin
necesidad de afectar el formato de origen de ésta, como superponer mapas, cambiar escalas, mostrar una representación gráfica que sea entendible por el usuario y permitir gestionar base de datos. •
Puede consultar rápidamente las bases de datos, tanto la gráfica como la de atributos almacenadas en el sistema.
•
Permite realizar análisis temporal a través de la comparación de datos espaciales a lo largo del tiempo.
•
Realiza análisis de forma rápida, que al ser hechos manualmente requerirían una gran cantidad de tiempo.
•
Mantienen actualizada la información, incorporando los cambios que se vayan presentando, e integrando esta información al sistema.
2.1.5 ELEMENTOS DE UN SIG Software Existen varios programas que proveen las herramientas que necesita un SIG para almacenar, analizar y mostrar la información geográfica y, aunque todos los programas son algoritmos lógicos que permiten la comunicación entre el usuario y el equipo, la tecnología SIG distingue la clase que incluye todos los algoritmos, programas y rutinas que permiten realizar operaciones dentro del sistema y, con el sistema, sin tener la capacidad de graficar. Entre los programas gráficos se incluyen toda las herramientas que permiten dar información analógica a la información digital. Hardware Por su bajo costo y la masificación que han tenido, los computadores personales son la plataforma mas utilizada. El computador almacena información en una unidad de proceso central, por lo que cuenta con un disco transmisor, el que dota al computador de espacio para guardar archivos de datos y programas. También consta de una cinta de transmisión que se usa para almacenar y traspasar archivo de datos y programas, con esta cinta se hace posible el traspaso de información contenida en el disco de la unidad de proceso central.
El digitalizador es usado para ingresar al computador la información gráfica desde las cartografías base como actas, planos o mapas. La unidad de despliegue visual, el ploter u otro tipo de desplegador es usado para las salidas gráficas de los resultados entregados por el SIG. Datos Es la representación simple de la realidad, con la que se elaboran los SIG. Los datos en ambiente SIG se refiere a lo mapas digitales. Estos pueden obtenerse de dos formas: una, en que el usuario realice el mismo las operaciones de captura de información escaneando mapas o digitalizando. La segunda forma es adquirir en el mercado la información que necesita. La primera solución es larga y laboriosa y en muchos proyectos es esta la etapa que mayor tiempo ocupa; con respecto a la segunda solución, en el mercado existe relativamente poca información geográfica y esta información a veces tiene una calidad inferior a la requerida y un precio generalmente alto. Cada vez se utiliza mas la información que proviene de imágenes satelitales, debido a que el nivel de detalle va en aumento a la vez que su precio disminuye.
Personal El personal que trabaja con los SIG es una pieza clave en el funcionamiento de éste. Sin el personal experto en su desarrollo, la información se desactualiza y su manejo es erróneo. El software y el hardware no son trabajados en todo su potencial. Debido a que esta tecnología es relativamente reciente, no es fácil encontrar personal calificado para manejarla. La formación de expertos en Sistemas de Información Geográfica es algo fundamental por parte de las empresas y universidades, aunque los costos de formación son muy altos. Es necesario tener claro conceptos esenciales a la hora de abordar un SIG, como por ejemplo: Elipsoide de Referencia Es una superficie matemática generada por la rotación de una elipse alrededor de su semi-eje menor y se dimensiona al definir este 2
(a) y la primera excentricidad (e ). Es deseable que esta se aproxime lo más posible a la forma de la tierra, en ella se hacen los cálculos geodésicos. Existen diferentes elipsoides de referencia, los mas utilizados en Chile son:
•
PSAD 56: Elipsoide Provisorio Internacional de Hayford 1924, el punto Datum esta en La Canoa, Venezuela.
•
SAD 69: Elipsoide Sudamericano de la Asociación Internacional de Geodesia, el punto Datum esta en Chua, Brasil.
•
WGS 84: Sistema Geodésico Mundial, geocéntrico.
•
SIRGAS: Sistema Referencial Egocéntrico para América del Sur.
Proyección UTM Es una de las proyecciones mas utilizadas mundialmente, para la representación de mapas. Sus principales características son: •
La Tierra queda dividida en 60 husos, de 6° de longitud cada uno. Así se reduce la deformación lineal.
•
Los husos se enumeran correlativamente del 1 al 60 a partir de los 180°, y en sentido creciente hacia el Este.
•
Cada huso se divide horizontalmente, entre 84° de latitud Norte y los 80° de latitud Sur, en 20 fajas entre paralelos.
•
Cada huso queda así delimitado en áreas de 6° de longitud y 8° de latitud que se denominan zonas y constituyen la cuadrícula básica de la cuadrícula UTM.
•
Esta proyección es conforme, lo que significa que se conservan los ángulos del elipsoide al plano.
•
Concibe un cilindro secante al elipsoide, con un meridiano central cuyo factor de escala es 0.9996 (k).
•
En todas las zonas se usa la misma grilla o cuadricula.
•
Al existir 120 puntos con iguales coordenadas es necesario especificar la zona y el hemisferio al entregar los valores de las coordenadas UTM.
2.1.6 ARCVIEW Es un potente Sistema de Información Geográfica que permite realizar
el
trazado
de
mapas
y
su
visualización;
además
de
explorarlos, realizar análisis y consultas de datos geográficos y tabulares. Es por eso que éste software para SIG es uno de los más utilizados. Generalmente, los datos espaciales almacenan la ubicación geográfica de los rasgos, junto con la información de atributos que los describen. Los datos de ubicación (las coordenadas) se almacenan en una estructura de datos vector o raster, y los datos de atributos en tablas relacionadas con los rasgos que describen. Esto se conoce como la estructura de datos geo-relacional.
Aspectos operacionales Cuando se inicia un proyecto en ArcView, este por defecto contiene cinco tipos de documentos: Vistas, Tablas, Gráficos, Layouts y Scripts, los que se asocian al proyecto durante toda la sesión de ArcView.
La ventana de proyecto permite agregar, abrir, imprimir, ejecutar y además visualizar que documentos contiene el proyecto.
Figura 2.1 Ventana de Proyecto
DOCUMENTOS CON QUE TRABAJA ARCVIEW Vistas Una vista esta compuesta por capas de información geográfica. Las capas
son
un
conjunto
de
elementos
geográficos, como:
carreteras, ríos, colegios, limites municipales, etc.; estas capas son conocidas como “temas”, los que quedan representados en la tabla de materias de cada vista. Debe ser considerado el orden en que aparecen los temas, ya que esto influye en la apariencia de la vista.
En las vistas se puede controlar, manejar, entender y actualizar de manera fácil lo que se muestra, y visualizarlo a una escala determinada.
Figura 2.2 Vista.
Tablas El contenido que almacenan la tablas es información tabular, asociada a entidades gráficas que contienen las vistas (puntos, líneas, polígonos, etc.) y que guarda relación con lo que representa. Las tablas se pueden crear o modificar desde el mismo programa o importarla desde un archivo de base de datos como Dbase en sus distintas versiones, base de datos INFO o archivos ASCII (Delimited Text) el que debe estar separado por comas o tabulaciones.
Figura 2.3 Tabla. Gráficos Los gráficos representan los datos como una información de tipo estadística
de
manera
que
el
análisis
de
ellos
sea
de
fácil
entendimiento a razón de que la información se entrega de una manera visualmente atractiva.
Debido a que los gráficos están relacionados con tablas, la ausencia de éstas impide la creación de un gráfico. El programa permite realizar seis tipos de gráficos: de barras, columnas, líneas, circular, área y dispersión, el software discrimina internamente aquellos campos que pueden ser utilizados en cada tipo de gráfico. El siguiente ejemplo muestra la superficie de pavimento según el tipo de carpeta.
Figura 2.4 Gráfico Layouts Permiten entregar una visión completa de los distintos tipos de documentos que se hayan creado, de acuerdo a la finalidad del proyecto. Al realizar esta composición de elementos se eligen las vistas, simbología, gráficos, orientación, escala gráfica o imágenes, creando así mapas temáticos de temas de estudio que tendrán como formato de salida un archivo, una impresora o un ploter.
Figura 2.5 Layout
Scripts Son programas que trae incorporado ArcView, éstos están escritos en lenguaje Avenue, el lenguaje de programación del software y están orientados a automatizar tareas individuales, crear aplicaciones para el programa y personalizar este mismo, por lo que tareas muy largas y complejas se realizan con un script en corto tiempo y de manera muy sencilla.
Figura 2.6 Script.
2.1.7
SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA PARA CARRETERAS
Introducción El proceso de expansión territorial conlleva un gran volumen de información y con la ayuda del desarrollo informático se fue creando una manera mas rápida y sencilla de administrar esta información. Esta expansión también incluye el trazado de caminos para poder transitar en forma rápida y segura a lugares cuya geografía no permite el fácil acceso a ellos. En el proceso de generar un camino es donde interviene la aplicación de una herramienta que permita almacenar y disponer de este gran volumen de elementos en forma rápida y fácil, creando una base de datos cuya información sea mantenida y actualizada sin mayor complicación. Para realizar este procesamiento es necesario construir un sistema que permita interactuar con esta amplia gama de información y el análisis espacial de la misma, como lo es la dinámica.
segmentación
SEGMENTACIÓN DINÁMICA Es el proceso de ubicar en tiempo real, a lo largo de líneas que están previamente mensuradas, entidades que representen rasgos geográficos tales como: carreteras, líneas férreas, ríos, etc. La segmentación dinámica permite asociar diversos atributos a distintos tramos de una entidad lineal, esto se logra debido a que sus atributos dependen solo de base de datos. Los atributos de esta entidad lineal pueden ser almacenados, desplegados, consultados y analizados sin afectar las coordenadas de sus datos lineales ni su geometría. Los
Sistemas
de
Información
Geográfica
generalmente
representan la información espacial con un sistema de coordenadas en dos dimensiones (X,Y), en cambio, segmentación dinámica simplifica esto y utiliza una referenciación lineal, que es una posición relativa simple, por lo tanto la ubicación es determinada con respecto a una entidad conocida y geográficamente referenciada, sin necesidad de
utilizar
coordenadas
de
latitud
y
longitud,
ni
de
utilizar
coordenadas X,Y. Sus capacidades incluyen: •
Creación, validación y mantenimiento de una red de control de la segmentación, manejando entidades puntuales y lineales.
•
Manejo de carreteras concurrentes o discontinuas, es decir, que una carretera esté compuesta por varios tramos discontinuos o que un mismo tramo pueda denominarse con dos denominaciones
diferentes simultáneas. •
Salida en forma de segmentos gráficos o registros de la base de datos, o ambos combinados.
•
Localización de entidades por tipo o localización geográfica, a efectos de segmentación.
•
Creación de nuevos elementos puntuales o segmentos, con atributos en la base de datos.
•
Salidas personalizadas a las consultas (títulos, simbología y leyendas a medida de la consulta).
•
Capacidad de generar mapas temáticos como respuesta a las consultas. Aplicaciones: -
Análisis de accidentes.
-
Análisis de tráfico.
-
Estudio de niveles de servicio.
-
Gestión de inventarios.
-
Planeamiento y gestión de proyectos viales, etc.
FORMA EN QUE TRABAJA SEGMENTACIÓN DINÁMICA Segmentación dinámica ubica elementos puntuales o lineales sobre ejes que se encuentran mensurados. Las medidas están ligadas a una ruta, y es ésta la que indica a cual eje pertenece la medida. El sentido de este eje, viene dado desde AutoCAD y es el orden en que se unen las líneas para formar una polilínea, que será el eje o la columna vertebral de esta aplicación. Cada elemento cuenta con su respectiva base de datos donde se encuentra en un campo la distancia de su ubicación, y que será medida desde el Km. 0 adoptado por la segmentación. Para elementos que sean solo referenciales su ubicación puede quedar sobre el eje, pero si se cuenta con la información se puede ubicar el elemento con una distancia paralela a éste. Esta distancia se ingresará positiva o negativa y según el sentido de avance que tenga el camino, se ubicará a la derecha e izquierda respectivamente. A continuación se mencionan distintos conceptos con que trabaja segmentación dinámica: Ruta Una polilínea es un conjunto ordenado de caminos o tramos de éste, que no necesariamente deben estar conectados. Esta es la columna vertebral de un camino al utilizar segmentación dinámica.
Los elementos lineales son representados por una polilínea. Una ruta es uno o varios elementos lineales a los que se le pueden asignar atributos, esta asignación se puede realizar debido a que cada ruta tiene un identificador almacenado en un campo y tiene asociado un sistema de medidas. Las medidas son distancias a lo largo de elementos lineales. La geometría de las rutas es del tipo (X,Y,M), donde M es el valor que almacena la medida. Estos valores M no tienen por que ir en aumento monótonamente a lo largo de la ruta. Estos valores no necesariamente deben almacenar distancias, sino también pueden almacenar costos, tiempo u otro evento que ocurra en la ruta. Estos valores M medidos se almacenan en cada vértice de la polilínea que forman parte de la ruta y su valor es independiente del sistema de coordenadas usado para representar la ruta.
Calibración Una ruta calibrada es una polilínea que contiene valores M y un identificador. Los valores M almacenan información medida sobre la ruta que serán utilizados para calibrarla. La calibración se realiza tomando medidas a lo largo de la ruta con el fin de que el software pueda interpolar o extrapolar los demás valores para la polilínea.
Eventos Son
referencias
a
lugares
sobre
la
ruta,
y
pueden
ser
almacenadas y organizadas en tablas que se denominan tablas de eventos. Estas tablas deben contener como mínimo un campo que identifique una ruta determinada dentro de la red vial y una medida para eventos puntuales, y para eventos lineales deben ser dos que identifiquen el kilometraje inicial y el final. Las tablas de eventos son como una capa geográfica dinámica, en la que cada fila representa un elemento geográfico, cuya forma es calculada en tiempo real cada vez que se haga una consulta acerca de dicho elemento. Atributos asociados a Segmentación Dinámica Los
atributos
son
asociados
a
entidades
lineales
independientemente del comienzo o final de un arco (línea), por medio de la tabla de eventos y el identificador de la ruta. •
Se pueden asignar atributos a uno o varios arcos, ya sea en su totalidad o una parte de ellos.
•
Asignación de atributos a entidades puntuales a lo largo de la ruta.
•
Asignación de varios atributos a distintos tramos de la red vial.
•
Simbología cartográfica continua para líneas que se cruzan con distintos arcos.
•
Se realiza la superposición de puntos sobre líneas y de líneas sobre líneas.
2.2 VIALIDAD 2.2.1 CATEGORÍA DE CAMINOS La clasificación para el diseño de una vía, esta dividida en dos grupos con seis categorías.
CARRETERAS Autopistas: Son carreteras nacionales, se sitúan en terrenos rurales donde no existían obras viales de consideración, que impongan restricciones al trazado. Pasan a distancias razonablemente alejadas del entorno suburbano que rodea las ciudades o poblados. Son diseñadas para altas velocidades de desplazamiento por sus grandes longitudes, siendo compatibles con el terreno donde se encuentran emplazadas. Todo lo anterior debe lograrse asegurando altos estándares de seguridad y comodidad.
Autorrutas: Son carreteras nacionales existentes a las que se les ha construido o se les construirá una segunda calzada prácticamente paralela a la vía original. Generalmente, se emplazan en corredores en los que existen extensos tramos con desarrollo urbano, industrial o agrícola intensivo, cercano a la faja de la carretera. Están destinadas principalmente al transito de paso, de larga distancia, pero en muchos subtramos sirven también al transito interurbano entre localidades cercanas. Carreteras Primarias: Son carreteras nacionales o regionales, con un gran volumen de demanda, que sirve transito de paso con recorridos de mediana y larga distancia, pero que sirven también al transito de corta distancia en zonas densamente pobladas. CAMINOS Caminos Colectores: Son caminos regionales o provinciales que sirven tránsitos de mediana y corta distancia, a los cuales acceden numerosos caminos locales o de desarrollo. El servicio al tránsito de paso y a la propiedad colindante tiene una importancia similar. Caminos Locales: Son caminos provinciales o comunales que se conectan a los Caminos Colectores. Están destinados a dar servicio preferentemente a la propiedad adyacente. Son pertinentes las ciclovías.
Caminos de Desarrollo: Su finalidad es conectar zonas aisladas y por ellas transitarán vehículos motorizados y vehículos a tracción animal. Sus características responden a las mínimas consultadas para los caminos públicos. Su principal función es la de posibilitar el tránsito permanente aún a velocidades reducidas.
2.2.2
TRÁNSITO MEDIO DIARIO ANUAL (T.M.D.A.) El tránsito medio diario anual, es el promedio aritmético de los
volúmenes de vehículos diarios que circulan a lo largo de todo el año en
un
tramo
determinado
del
camino.
El
T.M.D.A.,
es
una
aproximación del volumen global de demanda para el año en que se habilite el proyecto como para años futuros.
2.2.3
DEFINICIÓN
DE
ELEMENTOS
Y
CONCEPTOS
DE
VIALIDAD Acera: Parte de una vía destinada principalmente para circulación de peatones, separada de la circulación de vehículos. Avenida: Vía vehicular de tipo troncal o colectora que cuenta con mediana como refugio peatonal.
Base Granular o Base no Ligada: Base conformada exclusivamente por una mezcla de suelos, que habitualmente cumplen con ciertos requisitos en cuanto a granulometría, límites de Atterberg, capacidad de soporte y otros. Bombeo: Pendiente transversal de la superficie de rodadura en las tangentes de una obra vial, que tiene por objeto facilitar el escurrimiento superficial del agua. Calle: Vía vehicular de cualquier tipo que comunica con otras vías y que comprende tanto las calzadas como las aceras entre dos propiedades privadas o dos espacios de uso público o entre una propiedad privada y un espacio de uso público. Calzada: parte de una vía destinada al transito de vehículos. CBR: El índice CBR (Razón de Soporte de California) es la relación, expresada en porcentaje, entre la presión necesaria para hacer penetrar un pistón de 50 mm de diámetro en una masa de suelo compactada en un molde cilíndrico de acero, a una velocidad de 1,27 mm/min, para producir deformaciones de hasta 12,7 mm (1/2") y la que se requiere para provocar las mismas deformaciones en un material chancado normalizado, al cual se le asigna un valor de 100%. Ciclovía: Vía destinada exclusivamente al tránsito de vehículos menores, tales como bicicletas, motos de baja cilindrada, triciclos y otros, sus características pueden corresponder a las de las ciclopistas.
Línea de Edificación: Distancia desde el fin y/o costado de un terreno que no puede ser traspasada por una edificación. Esta distancia está definida en los planos reguladores o en reglamentos de copropiedad. Mediana: isla continua, realzada altimétricamente mediante soleras, que separa flujos vehiculares, llamado también bandejón. Pasaje: Vía destinada al transito peatonal con circulación eventual de vehículos, con salida a otras vías o espacios de uso publico, y edificada a uno o ambos costados. Peralte: Inclinación dada al perfil transversal de un camino en los tramos de curvatura horizontal, para contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo en movimiento. Rasante: Plano que define la superficie de una carretera. Sub-base Granular: Capa constituida por un material de calidad y espesor determinados y que se coloca entre la subrasante y la base. Talud: Tangente del ángulo que forma el paramento de un corte o un terraplen con respecto a la vertical.
Tratamiento
Superficial
Asfáltico:
Una
o
más
aplicaciones
alternadas de ligante asfáltico y agregado pétreo sobre una base granular. Un tratamiento superficial doble o triple consiste de dos o tres tratamientos aplicados consecutivamente, uno sobre otro. Vereda: Parte pavimentada de la acera. Vía: Espacio destinado al tránsito. 2.2.4 ALINEAMIENTO VERTICAL DE UN CAMINO Las cotas del eje en planta de un camino o carretera, al nivel de la superficie del pavimento o capa de rodadura, constituyen la rasante o línea de referencia del alineamiento vertical. La rasante determina las características en alzado de la carretera y está constituida por sectores que representan pendientes de diversa magnitud y/o sentido, enlazadas por curvas verticales que generalmente son parábolas de segundo grado. Las curvas verticales permiten lograr una transición paulatina entre las pendientes, eliminando el quiebre de las rasantes. El buen diseño debe asegurar en todo punto la visibilidad de parada. El alineamiento vertical esta controlado por: •
La categoría del camino, que condiciona el alineamiento vertical.
•
Velocidad de proyecto, que controla tanto el valor de las pendientes y la amplitud que deben tener las curvas verticales.
•
Distancia de visibilidad.
•
Topografía del sector.
•
Alineamiento horizontal.
•
Seguridad vial.
•
Costos de construcción.
•
Valores estéticos y ambientales. Las cotas deben estar referidas en lo posible al nivel medio del
mar (N.M.M.).
PENDIENTES MÁXIMAS Las pendientes máximas admisibles dependerán de la categoría del camino. TABLA 2.1 Pendientes Máximas. VELOCIDAD DEL PROYECTO (km/h)
CATEGORÍA
Desarrollo
≤30
40
50
10-
10-
9
60
70
80
90
100 120
-
-
-
-
-
-
12
9
Local
-
9
9
8
8
-
-
-
-
Colector
-
-
-
8
8
8
-
-
-
Primario
-
-
-
-
-
6
5
4.5
-
Autorrutas
-
-
-
-
-
6
5
4.5
-
-
-
-
-
5
-
4.5
4
Autopistas
-
Fuente: Manual de Carreteras Volumen 3. El proyectista debe procurar utilizar la menor pendiente en relación a la topografía en que este emplazado el trazado. Caminos con un alto volumen de tránsito justifican económicamente que se usen pendientes moderadas, porque el ahorro en los costos de operación y la mayor capacidad de la vía compensan los mayores costos de construcción. En las carreteras con calzadas independientes, las pendientes de bajadas podrán superar hasta en un 1% las pendientes máximas establecidas en la tabla anterior (Tabla 2.1).
PENDIENTES MÍNIMAS Se deberá proyectar una pendiente mínima de 0.5% a fin de asegurar en todo punto el buen drenaje del camino. Se distinguen distintos casos particulares Si la calzada posee un bombeo o una inclinación transversal de 2% y no existen soleras o cunetas, se harán excepciones y se aceptaran sectores con pendientes longitudinales de hasta 0.2%. Si el bombeo es de 2.5%, excepcionalmente se aceptaran pendientes longitudinales iguales a cero. Si al borde del pavimento existen soleras, la pendiente longitudinal mínima será de 0.5% y mínima absoluta de 0.35%. En zonas de transición de peralte en que la pendiente transversal se anula, la pendiente longitudinal deberá ser como mínimo de 0.5% y en lo posible mayor a este porcentaje. Si los casos anteriormente presentados se dan en corte, el diseño de las pendientes de las cunetas deberá dotar al camino de una rápida evacuación de las aguas, y puede que sea necesario revestirlas para facilitar el escurrimiento.
ELEMENTOS DE LA CURVA VERTICAL
Donde: θ = li1 e i2 l ; i1 2 con su signo y expresada en m/m. 2T = K* θ 2
f = T = T* θ 2K
4
2
Y=X =f*X 2K
T
2
2
Toda vez que la deflexión (θ), sea mayor 0.5%, se debe proyectar curva vertical, bajo este valor se puede prescindir de la curva, ya que la discontinuidad es imperceptible para el conductor. La curva que se utiliza para el enlace de rasantes es la parábola de segundo grado, que se caracteriza por presentar una variación constante de la tangente a lo largo del desarrollo, además, presenta una serie de simplificaciones en sus relaciones geométricas que la hacen muy fácil para el cálculo y replanteo.
La deflexión (θ) se repite como ángulo del centro para una curva circular de radio R que sea tangente a las rasantes a enlazar en los mismos puntos que la parábola de segundo grado. La parábola y la curva circular son muy semejantes en la práctica, tanto así que el cálculo teórico de la curva de enlace requerido por el concepto de visibilidad se hace en base a la curva circular, en tanto que el proyecto y el replanteo se ejecuta en base a la parábola. Bajo estos conceptos el desarrollo de la curva vertical queda dado por: Lv = R* θ = R* (i1 e i2 ) ; i1 e i2 expresados en m/m. Si se adopta la nomenclatura correspondiente a la parábola de segundo grado, el radio R pasa a llamarse “K” que corresponde al parámetro de esta curva. Luego, el desarrollo de la curva de enlace queda descrito por: Lv = 2T siendo 2T la proyección horizontal de las tangentes a la curva de enlace.
Finalmente, se tiene que para todos los efectos de cálculo y replanteo, la longitud de la curva vertical se basa en las medidas reducidas a la horizontal: 2T = K* θ = K * l i1 e i2 l Longitud Mínima de Curvas Verticales Por condiciones de estética y comodidad, la longitud mínima de las curvas verticales esta dada por: 2T (m) ≥ |Vp (km/h)| Esto indica que el desarrollo mínimo de la curva vertical será el correspondiente al número de metros que representa la velocidad de proyecto del camino, expresada en km/h. En los casos en que la combinación parámetro mínimo ángulo de deflexión θ no cumple con esta condición de desarrollo mínimo, se determinará el parámetro mínimo admisible a partir de: K = 2T Mínimo /θ = Vp/θ.
CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO ALTIMÉTRICO •
La rasante debe tener pendientes moderadas con una variación gradual de ellas, de acuerdo a la categoría del camino, no son recomendables las rasantes onduladas con puntos altos y bajos, ya que se produce pérdida de trazado en los puntos bajos. No son recomendables rasantes con largas bajadas, seguidas de una subida, debido a que los camiones aumentan la velocidad creando peligro a su entorno.
•
No son recomendables curvas verticales de un mismo sentido separadas por una recta corta, si son convexas se generan amplios sectores
con
escasa
visibilidad,
si
son
cóncavas
resultan
antiestéticas y crean una falsa apreciación de la visibilidad. •
En pendientes largas es recomendable una pendiente fuerte al inicio y una suave al final.
•
En sectores de intersecciones debe haber la mínima pendiente posible.
•
En pendientes que superen la longitud critica se debe estudiar la posibilidad de proyectar pistas para el tránsito lento.
•
En pendientes largas de bajada es conveniente diseñar pistas de emergencia.
•
Para proyectar curvas verticales se deben usar parámetros superiores a los mínimos.
•
El trazado vertical en todos sus puntos debe tener la visibilidad de parada mínima.
•
En caminos bidireccionales se debe dar una razonable oportunidad de sobrepaso.
•
Se debe evitar diseñar curvas verticales cóncavas cuya parte inferior de la curva quede en corte.
•
La rasante debe ir por encima de la cota de agua máxima, cuando el trazado se desarrolle cercano al cauce de un río.
2.3 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS) 2.3.1 INTRODUCCIÓN El Sistema de Posicionamiento Global fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD), como un sistema de navegación de precisión con fines militares.
Anteriormente, desde el año 1967, se venía utilizando el sistema TRANSIT, basado en una constelación de seis satélites en orbita polar baja a una altura de 1074 Km., con una cobertura mundial pero de carácter intermitente. Trabajaba con dos señales en dos frecuencias y el error en la ubicación que este sistema proporcionaba estaba en torno de los 250 m. Su mayor aplicación estuvo en la navegación de submarinos y barcos. A partir del año 1973, comenzó el desarrollo de lo que sería la actual constelación NAVSTAR (Navegación de Satélite con medición de tiempo y distancia). Hasta que se lanzó el primer satélite que formaría parte de esta misma constelación en el año 1978. El propósito era lograr un sistema con precisiones 10 veces superiores a las del sistema TRANSIT. Actualmente la constelación NAVSTAR esta conformada por 27 satélites (24 principales y 3 de reserva), que dan al sistema GPS un gran grado de disponibilidad en cualquier lugar y en todo momento del día. Hoy en día se han encontrado múltiples aplicaciones al GPS, todas ellas basadas en la posibilidad de posicionar puntos sobre la superficie terrestre con gran precisión.
2.3.2 CONSTITUCIÓN DEL SISTEMA GPS
El sistema GPS esta formado por tres segmentos:
Segmento Espacial Esta constituido por satélites de la constelación NAVSTAR. Está constituido por 27 satélites que están situados a 20.180 Km. de altura desplazándose a una velocidad de 14.500 Km./h en 6 planos orbitales, con un mínimo de 4 satélites para cada uno, espaciados equidistantes a 60 grados y con una inclinación de 15 grados respecto del ecuador. Segmento Control Este segmento esta controlado por una serie de 5 estaciones oficiales de seguimiento repartidas por todo el planeta. Su misión es estar en continua comunicación con los satélites, recibiendo sus señales, para así poder determinar sus orbitas con gran exactitud. Los datos recogidos por las estaciones secundarias son enviados a la principal, donde se procesan y se calculan las efemérides, estados de tiempos, etc. Toda esta información se transmite a los satélites donde queda almacenada.
Segmento Usuario
Este segmento lo componen todos los usuarios los cuales mediante receptores convierten la señal proveniente desde los satélites en posición 3D, velocidad y tiempo.
La calidad de la
precisión en la toma de datos variará en función del tipo de receptor utilizado y del método que para obtener posición se emplee.
2.3.3 FUNCIONAMIENTO GPS Desde los satélites GPS es transmitida la información en ondas de radio en dos frecuencias denominadas L1 y L2. Estas ondas viajan a la velocidad de la luz, disminuyendo la velocidad al entrar en contacto con la atmósfera terrestre. Cada satélite posee dos relojes de cesio y dos de rubidio, los cuales mantienen el tiempo en base a vibraciones periódicas de los átomos, y ellos son la base para las aplicaciones
de
tiempo
y
estabilización
de
las
frecuencias
transmitidas. En los mensajes de navegación provenientes de los satélites está contenida la información de efeméride, almanaque, códigos, correcciones del reloj y estado del satélite. La
efeméride
corresponde
a
la
posición
de
un
satélite,
determinada en base a parámetros orbitales, en una fecha y hora determinada.
El almanaque es un archivo que contiene parámetros orbitales que entregan una posición aproximada de todos los satélites, esta información es recibida cada 12 minutos por el receptor GPS. Los datos de aproximación orbital son usados para ajustar en el receptor la posición aproximada del satélite y la frecuencia Doppler de la señal portadora que se refiere al desplazamiento de la frecuencia causado por el movimiento del satélite. El mensaje satelital es utilizado por el receptor para determinar posición mediante código pseudoaleatorio (PRN), el cual es utilizado para la navegación y el posicionamiento con precisión métrica, y mediante fase de la onda portadora para posicionamiento preciso. Los satélites GPS transmiten dos frecuencias portadoras de la banda L. Estas son obtenidas a partir de una frecuencia fundamental fo de 10,23 MHz la cual genera la señal portadora L1 de 1.575,4 MHz, longitud de onda de 19 cm. y que se modula con los códigos C/A y P, y L2 de 1.227,6 MHz y longitud de onda de 24 cm. la cual solo se modula con el código P. El código C/A (Coarse / Acquisition) o llamado código civil, posee una frecuencia de 1,023 MHz y se repite cada 0,001 segundo, posee una longitud de onda de aproximadamente 300 m y es modulado solamente en la frecuencia L1. Se utiliza para aplicaciones civiles de navegación y cartografía. El código P ( Precise ) o código preciso es generado en la frecuencia fo de 10,23 MHz, el periodo de este código es de 267 días,
con una longitud de onda de aproximadamente 30 m, se encuentra tanto en L1 como en L2, con lo cual evita el error de refracción. Es de uso civil pero al estar encriptado se transforma en el código Y el cual es de uso militar y solo entidades autorizadas consiguen decodificarlo. 2.3.4 POSICIONAMIENTO GPS Los tipos de posicionamiento realizables con GPS se pueden dividir, de acuerdo al método que se utilice para obtener las coordenadas, en Absoluto y Diferencial. Absoluto El posicionamiento absoluto es cuando se calcula la posición de un punto utilizando las medidas de pseudodistancia procedentes del código C/A o del código P. Dependiendo del código utilizado y de la disponibilidad selectiva se obtiene una precisión que puede variar de 15 a 100 m. Este tipo de posicionamiento es utilizado por los equipos llamados navegadores y gracias a los últimos avances tecnológicos y la desaparición de la disponibilidad selectiva, existen receptores que alcanzan precisiones de 3 a 5 m en tiempo real.
Diferencial (DGPS) Se llama posicionamiento diferencial cuando se ven involucrados dos o más receptores, con el fin de eliminar los errores propios del sistema GPS, calculando los incrementos de coordenadas desde la estación de referencia al receptor móvil. El incremento de coordenadas vendrá dado en el sistema geocéntrico de coordenadas. La gran ventaja de este método es que los errores de posicionamiento muy similares o comunes en ambos puntos, no tienen ninguna influencia en los incrementos de coordenadas. Este método tiene una cobertura de 200 Km, en torno a la estación terrena. Se eliminan los errores del segmento espacial y de control. En cuanto al segmento de los usuarios se eliminan los efectos de la ionosfera y troposfera y el parámetro que mas afecta es el ruido del receptor.
2.3.5 MODALIDADES DE MEDICIÓN Ya sea que el tipo de medición sea absoluto o relativo, se consideran dos tipos de modalidad en la manera de toma y procesamiento
de
las
mediciones.
Estas
modalidades
son
denominadas Estática y Cinemática. Como su nombre lo indica, estática denomina a observaciones estacionarias, mientras que la modalidad
cinemática
implica
movimiento.
A
continuación
se
presentan algunos tipos de estas modalidades: Estático Este método se utiliza para distancias largas, generalmente mayores a 20 Km. y entrega una alta precisión. Es la medición clásica de líneas bases. Consiste en estacionar dos o más receptores en los puntos a los cuales se desea conocer sus coordenadas, almacenar datos y calcular las coordenadas en tiempo diferido. Para obtener una precisión mayor a 1cm + 1ppm. es necesario un tiempo de observación mínimo de una hora además de considerar los factores de distancia entre receptores. Se debe recordar que las coordenadas que se obtienen están referidas al elipsoide WGS-84, y se debe incluir en la medición de está triangulación, al menos 3 puntos con coordenadas conocidas en el sistema donde se quiera dejar referidas dichas coordenadas, que por
lo general, serán UTM.
Estático Rápido En este método las distancias máximas que pueden existir entre el receptor referencia y el móvil es de 20 Km. con un tiempo de medición fija del este último de 5 a 20 minutos con buena cobertura y ubicación geométrica GDOP de los satélites y dependiendo de la distancia a la base se obtiene precisión de 5 a 10 mm + 1ppm. En
el
modo
de
medición
en
tiempo
real
se
eleva
la
productividad, ya que una medida en postproceso demanda un tiempo no menor a 5 min. mientras que en
tiempo real o RTK ( real time
kinematic) se obtiene lo mismo en 10 seg.
Cinemático RTK Este posicionamiento en modo cinemático consiste en obtener coordenadas en tiempo real con inicialización en movimiento (OTF). Es recomendable tener como mínimo 5 satélites sobre el horizonte para no perder la continuidad de datos. El registro de la información variará según se estime mejor para la representación de una trayectoria, la cual se crea en vuelos aerofotogramétricos, batimetría, registro de ruta, contornos aproximados de predios, etc.
Stop & Go Es un tipo de posicionamiento muy parecido al cinemático, a diferencia que aquí se realizan detenciones, para hacer toma de puntos. Se almacena la información del punto continuando al siguiente sin perder la señal de los satélites. 2.3.6 FUENTES DE ERROR Al igual que todos los equipos que se utilizan, una observación GPS también está sometida a varias fuentes de error que se pueden minimizar dependiendo del equipo que se utilice y la metodología de la observación. Estas fuentes de error pueden ser:
Dilución de Precisión en Posición (PDOP) El PDOP es un número adimensional que señala la geometría que ocupan los satélites en el espacio. Indica la distribución con que éstos envían la señal al receptor. Un valor de PDOP igual o menor a 4 significa una buena dispersión de los satélites con respecto al receptor, por lo que la intersección de los arcos será más nítida lográndose mayor precisión en la medida.
Multitrayectoria Este error se manifiesta cuando el receptor GPS recibe ondas por rebote. La señal original del satélite es reflectada por alguna estructura metálica, como torres de alta tensión, lo que genera una falsa posición de la antena. Para corregir esta anomalía algunos equipos identifican y eliminan este error mediante el uso de programas o empleando materiales absorbentes cerca de la antena.
Número de Satélites Cuanto mayor sea el número de satélites desde donde se reciba señal, mayor será la precisión obtenida. El mínimo de satélites sobre el horizonte es de 4 para poder generar una posición en tres dimensiones. Se recomienda que el mínimo de satélites observados sea de 5, pudiéndose alcanzar en teoría un máximo de 12. Al considerar el número de satélites los receptores pueden eliminar aquellos que se encuentren bajo cierto ángulo con respecto al horizonte, ya que estas señales sufren leves cambios de dirección al atravesar por mayor tiempo la tropósfera, lo que genera un retardo en la llegada al receptor. Por lo general se emplea un mínimo de 15 grados para receptores en movimiento y 10 grados para receptores base.
Refracción de la señal Este error se produce cuando la onda atraviesa la atmósfera, ya que la ionósfera posee una cantidad de electrones libres que varían dependiendo de la actividad solar y magnetismo terrestre. En el momento en que la onda atraviesa la tropósfera el mayor error en el desplazamiento de la señal es generado por la humedad que esta posea. La corrección de estos factores dependerá de la ubicación geográfica
en
donde
se
realiza
la
medición
y
parámetros
meteorológicos.
Señal - Ruido (SNR) Este parámetro señala la fuerza o intensidad de la señal satelital, la cual es directamente proporcional a la precisión obtenida y se relaciona de manera inversa respecto al ruido. El valor mínimo de la relación señal-ruido debe ser de 6, considerándose como bueno cuando este fluctúa entre 12 y 15.
CAPÍTULO III. Desarrollo de la Metodología para la Implementación de un Sistema de Información Geográfica Aplicado a Proyectos Viales. 3.1
INFORMACIÓN PARA LA CREACIÓN DEL SISTEMA Estos procesos se involucran con los mecanismos mediante los
cuales se realiza la recopilación de la información, es decir, los procesos previos al almacenaje de los datos en formato digital que maneja el computador. Dicho proceso incluye la información relativa a la cartografía y la información anexa que se realiza para dar atributos, la que queda definida de acuerdo a los objetivos y necesidades que representan para los interesados las características asociadas a un elemento gráfico. 3.1.1 CAPTURA DE LA INFORMACIÓN La información necesaria para el desarrollo de este proyecto se procesó en Ingeniería Cuatro Ltda. , y la construcción previa que tenía este camino, fue recopilada en terreno.
3.2
ELEMENTOS PARA LA CONFORMACIÓN DEL SIG
3.2.1 BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS La información proporcionada para este proyecto comprendido entre Casablanca y Algarrobo, fue entregada con el fin de poder ver los beneficios de llevar el control de este proyecto vial con segmentación dinámica. El origen de esta información venía en formato Excel, por lo que se trabajó con todas las tablas que provenían del informe final, donde se encontraba el cuadro de cubicaciones.
ESTRUCTURACIÓN DE LAS BASES DE DATOS INTRODUCCIÓN Se puede definir las Bases de Datos como un conjunto de información no redundante, formada por datos estructurados que se encuentran relacionados entre sí y que son de gran importancia para la toma de decisiones. Debido a que se encuentran organizados en forma independiente a su utilización y, además, se puede acceder a ellos de una manera inmediata, pueden utilizarse conveniente y eficientemente por los usuarios para sus respectivas necesidades de información.
Las Bases de Datos están diseñadas para gestionar grandes bloques de información, por lo que en su almacenamiento es de vital importancia que los sistemas de Base de Datos mantengan seguridad con respecto a la información que se guarda, ya que por alguna caída del sistema o por la manipulación de personas no autorizadas, esta información puede perderse o entregar resultados que se encuentren errados. Debido a la gran importancia que tiene la información de las empresas, y por consecuencia el valor de las Bases de Datos; trajo como consecuencia el desarrollo de una gran cantidad de conceptos y técnicas para gestionar eficientemente el manejo de datos. Descripción de Tablas Para elaborar las bases de datos se hizo un discernimiento acerca de la información que servía para este estudio y la claridad que debían tener los términos utilizados para que la información que aquí se arrojara fuese clara y no redundante. Para el diseño de las bases de datos se trató de sacar la mayor cantidad de información implícita que traían las tablas, por lo que se generaron nuevos campos para trabajar gráficamente con ellos. Las filas de estas bases de datos conforman los registros que contienen el mismo tipo de información, ya sea de caractér, numérico, de fechas, Sistema de Información Geográfica Aplicado a Proyectos Viales. etc., y las columnas o campos representan los atributos que tiene cada entidad.
Para la realización de este trabajo, se crearon las siguientes bases
de
datos:
cercos
nuevos,
cunetas,
defensas camineras,
descargas de agua, enlaces, marcos portaletreros, movimientos de tierra, obras de arte, pavimentos existentes, pavimentos nuevos, puentes, enlaces, recolocación de señales, remoción de soleras, remoción de pavimento asfáltico, señales nuevas y soleras con zarpa. Estas tablas están conformadas por diferentes campos los cuales se describen a continuación. TABLA 3.1
Definición y estructura de la base de datos de cercos nuevos.
CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU
NUMÉRICO
10
2
UBICACIÓN FINAL LONG
LONGITUD DEL CERCO
NUMÉRICO
8
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
OBS
OBSERVACIONES
CARACTÉR
20
2
TABLA 3.2
Definición y estructura de la base de datos de cuneta.
CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
TIPO
TIPO DE CUNETA
CARACTÉR
10
L_BASE
LONGITUD DE LA BASE
NUMÉRICO
6
2
LONG
LONGITUD DE LA CUNETA
NUMÉRICO
6
2
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARÁCTER
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARÁCTER
20
10
2
TABLA 3.3 Definición y estructura de la base de datos de defensa caminera. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
LONG
LONGITUD DE LA DEFENSA
NUMÉRICO
8
TIPO
TIPO DE DEFENSA
CARACTÉR
8
ESTE_INI
COORDENADA ESTE INICIAL
NUMÉRICO
13
3
NORTE_INI
COORDENADA NORTE INICIAL
NUMÉRICO
13
3
LUGAR
REFERENCIA DEL LUGAR EN QUE SE SITÚA
CARACTÉR
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARÁCTER
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARÁCTER
20
10
20
2
2
TABLA 3.4 Definición y estructura de la base de datos de descargas de agua. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
NUM
NUMERO DE LA DESCARGA
NUMÉRICO
5
0
KM
KILÓMETRO EN QUE SE UBICA
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
LONG
LONGITUD DE LA DESCARGA
NUMÉRICO
10
2
CANT_EMB
CANTIDAD DESCARGA
NUMÉRICO
2
0
TIPO
TIPO DE DESCARGA
CARACTÉR
25
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARÁCTER
20
TABLA 3.5
DE
EMBUDOS
POR
10
2
Definición y estructura de la base de datos de enlaces.
CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KM
KILÓMETRO EN QUE SE UBICA
NUMÉRICO
10
2
TIPO
TIPO DE OBRA
CARACTÉR
8
N_ESTR
NOMBRE DE LA ESTRUCTURA
CARACTÉR
15
SOLUCIÓN
REPARACIÓN DE LA ESTRUCTURA
CARÁCTER
8
OBS
OBSERVACIÓN
CARÁCTER
30
NORTE
COORDENADA NORTE
NUMÉRICO
13
3
COORDENADA ESTE
NUMÉRICO
13
3
ESTE RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARÁCTER
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARÁCTER
20
OBS
OBSERVACIONES
CARACTÉR
15
TABLA 3.6 Definición y estructura de la base de datos de marcos portaletreros. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KM
KILÓMETRO EN QUE SE UBICA
NUMÉRICO
10
2
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
TIPO
TIPO DE MARCO
CARACTÉR
LEYENDA
LEYENDA DEL MARCO
CANT
CANTIDAD DE MARCOS
NUMÉRICO
3
0
ANCHO
ANCHO DEL MARCO
NUMÉRICO
5
2
ALT
ALTURA DEL MARCO
NUMÉRICO
5
2
N_SUST
NUMERO DE SUSTENTOS
NUMERO
3
0
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
CARACTÉR
10
2
15 50
TABLA 3.7 Definición y estructura de la base de datos de movimiento de tierra. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
NUMÉRICO
10
2
EX_ESC
EXCAVACIÓN DE ESCARPE
TERR
TERRAPLÉN
NUMÉRICO
10
2
C_T_NAT
CORTE EN TERRENO NATURAL
NUMÉRICO
10
2
CAPA_NIV
CAPA NIVELANTE
NUMÉRICO
10
2
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
TABLA 3.8 de arte.
Definición y estructura de la base de datos de obras
CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KM
KILÓMETRO EN QUE SE UBICA
NUMÉRICO
10
2
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
TIPO
TIPO DE OBRA
CARACTÉR
15
DIM
DIMENSIONES
NUMÉRICO
5
10
2
REM_DUCTO
REMOCIÓN DEL DUCTO
NUMÉRICO
EXC_DREN
EXCAVACIÓN DE DRENAJE
NUMÉRICO
8
2
RELL_ESTR
RELLENO ESTRUCTURAL
NUMÉRICO
8
2
COORDENADA NORTE
NUMÉRICO
13
3
COORDENADA ESTE
NUMÉRICO
13
3
NORTE ESTE
8
2
OBS
OBSERVACIONES
CARACTÉR
30
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
2
TABLA 3.9 Definición y estructura de la base de datos de pavimento existente. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LONG
LONGITUD DEL PAVIMENTO
NUMÉRICO
10
2
TIPO
TIPO DE PAVIMENTO
CARACTÉR
25
ESTADO
ESTADO DEL PAVIMENTO
CARACTÉR
15
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
TABLA 3.10 Definición y estructura de la base de datos de pavimento nuevo. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LONG
LONGITUD DEL PAVIMENTO
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
SOLUCIÓN
REPARACIÓN DE LA OBRA
CARACTÉR
15
SUP
SUPERFICIE DE PAVIMENTO
NUMÉRICO
8
TIPO
TIPO DE PAVIMENTO
CARACTÉR
10
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
10
2
2
TABLA 3.11 Definición y estructura de la base de datos de puentes. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
T_OBRA
TIPO DE OBRA
CARACTÉR
15
N_ESTR
NOMBRE DE LA ESTRUCTURA
CARACTÉR
15
CAUCE
CAUCE QUE CRUZA
CARACTÉR
15
SOL
REPARACIÓN DE LA OBRA
CARACTÉR
50
OBS
OBSERVACIONES
CARACTÉR
18
SUP
SUPERFICIE DEL PUENTE
NUMÉRICO
10
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
10
2
2
TABLA 3.12 Definición y estructura de la base de datos de recolocación de señales. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KME
KILÓMETRO EXISTENTE
NUMÉRICO
10
2
KMN
KILÓMETRO NUEVO
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE UBICACIÓN FINAL
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
TIPO
TIPO DE SEÑAL
CARACTÉR
10
LEYENDA
LEYENDA DE LA SEÑAL
CARACTÉR
50
N_SUST
NUMERO DE SUSTENTOS
NUMÉRICO
3
0
ANCHO
ANCHO DE LA SEÑAL
NUMÉRICO
5
2
ALT
ALTURA DE LA SEÑAL
NUMÉRICO
5
2
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
EL
EJE
Y
SU
NUMÉRICO
10
2
TABLA 3.13 Definición y estructura de la base de datos de remoción de soleras. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LONG
LONGITUD DE LA REMOCIÓN
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
10
2
TABLA 3.14 Definición y estructura de la base de datos de remoción de pavimento asfáltico. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KMI
KILÓMETRO INICIAL
NUMÉRICO
10
2
KMF
KILÓMETRO FINAL
NUMÉRICO
10
2
LONG
LONGITUD DEL PAVIMENTO
NUMÉRICO
10
2
S_REM
SUPERFICIE A REMOVER
NUMÉRICO
10
2
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
TABLA 3.15 Definición y estructura de la base de datos de señales nuevas. CAMPO
DESCRIPCIÓN
TIPO
ANCHO
DECIMAL
KM
KILÓMETRO EN QUE SE UBICA
NUMÉRICO
10
2
DIST
DISTANCIA ENTRE EL EJE Y SU UBICACIÓN FINAL
NUMÉRICO
LADO
LADO QUE SE ENCUENTRA DEL EJE
CARACTÉR
10
TIPO
TIPO DE SEÑAL
CARACTÉR
10
LEYENDA
LEYENDA DE LA SEÑAL
CARACTÉR
50
NORTE
COORDENADA NORTE
NUMÉRICO
13
3
COORDENADA ESTE
NUMÉRICO
13
3
ESTE
10
2
N_SUST
NUMERO DE SUSTENTOS
NUMÉRICO
3
0
ANCHO
ANCHO DE LA SEÑAL
NUMÉRICO
5
2
ALT
ALTURA DE LA SEÑAL
NUMÉRICO
5
2
RUTA
IDENTIFICADOR
CARACTÉR
5
PROYECTO
RED VIAL DEL PROYECTO
CARACTÉR
25
CAMINO
LUGARES QUE UNE EL PROYECTO
CARACTÉR
20
3.2.2 BASES DE DATOS GRÁFICA La
cartografía
digital
constituye
la
primera
fuente
de
información para un SIG, y es en esencia el origen de la organización y la estructura básica del sistema, por lo que es muy importante cada aspecto que la constituye. Es por esto que el diseño de la base de datos gráfica debe dar respuesta a las necesidades e interrogantes que se tengan en forma rápida y directa. Las bases de datos de atributos se asociaron a las bases de datos gráfica, previo proceso de análisis de la información, en que condiciones
estaba
la
cartografía,
para
luego
segmentarla
dinámicamente.
3.2.3 CARTOGRAFÍA BASE La cartografía base o cartografía de inicio necesaria para realizar el trabajo, debe representar el área de estudio que en este caso corresponde al tramo localizado entre Casablanca y Algarrobo. El trabajo se inicia al adquirir la cartografía procedente de Ingeniería Cuatro, Ltda.; de la cual se rescató el eje principal en su completa extensión, dejando zonas de ramales y calles de servicio por no ser de gran relevancia para el desarrollo de éste trabajo.
La georreferenciación de este camino esta vinculada a una red geodésica, esto se hizo utilizando el sistema posicional por satélite (G.P.S), para lo cual se han generado puntos de apoyo para el área en cuestión. El plano digital se encuentra georreferenciado en coordenadas UTM, referidas al Datum PSAD 56. La cartografía base corresponde al Tema “Eje_ppal.”, el cual se obtuvo por métodos de topografía y como se mencionó anteriormente por medio de levantamiento GPS.
3.2.4 PROBLEMAS CON LA CARTOGRAFÍA BASE La cartografía base con la que se contaba venía con el camino principal dividido en 47 archivos CAD, y cada uno de estos archivos estaba subdividido en muchos trazos de líneas, que reiteradas veces estaban superpuestas o simplemente no se veían. Por lo que se debió unir cada línea o tramo, y así dejar una sola entidad grafica lineal, que es con la que se va a interactuar para aplicar segmentación dinámica, y es ésta la que representará el tema “Eje_ppal.”.
3.3 COBERTURAS NUEVAS Debido a la necesidad de representar un solo eje para la conformación de segmentación dinámica, lo que se hizo fue extraer del dibujo original el eje del camino principal, para elaborar una cobertura que realmente respaldara la información contenida en las bases de datos y que ésta, no contuviera información redundante del proyecto. Esta estructura
nueva de
cobertura
elemento
queda
gráfico,
representada
que
es
mediante
PolylineM
al
la
aplicar
segmentación dinámica al eje principal.
3.4 AJUSTES DE LA CARTOGRAFÍA Por el hecho de que las polilíneas traen un sentido desde el formato Dwg, que es en el sentido que se unieron, éste no es el sentido en el que los elementos deberían estar dispuestos, por lo que se tuvo que utilizar una rutina desde el software ArcView para invertir el sentido de la polilínea final y así comenzar a posicionar los elementos desde el Km. 0 que originalmente comenzaba el camino.
3.4.1 AJUSTES DE CARTOGRAFÍA EN AUTOCAD De los datos originales que estaban en AutoCAD se trabajó con el tema “Eje_ppal”. Una gran cantidad de líneas quedaron convertidas en una sola, esto se efectuó para todos los tramos en los que estaba dividido el camino principal, y el tema de “Eje_ppal” es el que se va a segmentar dinámicamente. Al utilizar segmentación dinámica, el sentido en que se hayan trabajado en AutoCAD las polilíneas cobra un rol de gran importancia, ya que es éste el sentido que asumirá finalmente el software para posicionar los elementos sobre dicha ruta. Es importante mencionar que no se puede generar una entidad a partir de líneas que no se encuentren unidas, o bien que estén superpuestas unas con otras, debido a que el software asume por cada línea una nueva ruta para posicionar entidades.
3.4.2 SENTIDO DE UNA POLILÍNEA En el momento en que se exporta la cartografía desde AutoCAD, se debe verificar el sentido en que están dispuestas las polilíneas, esto se hace con el editor de leyenda, lo que dio como resultado que el tema de “Eje_ppal” estaba con un sentido contrario al que originalmente debería tener.
Por lo que se tuvo corregir este error y aplicar una rutina del software ArcView y cambiar el sentido que tenia, para que los elementos gráficos quedaran en la disposición correcta.
3.5
PROBLEMAS ASOCIADOS A LAS BASES DE DATOS DE ATRIBUTOS Los
problemas
relacionados
con
las
Bases
de
Datos
de
Atributos, se refieren a las dificultades al momento de efectuar la posición de los elementos ya sea puntuales o lineales a lo largo de la ruta por medio de segmentación dinámica.
3.5.1
ESTADO INICIAL DE BASE DE DATOS DE ATRIBUTOS Las bases de datos inicialmente no poseían una estructura
lógica, además de venir en distintos formatos, por lo que se debió hacer una reestructuración de la información, además, de asignar un formato determinado a cada campo para que al segmentar el arco, éste fuese reconocido y posicionado en correcto orden.
3.5.2
AJUSTES REALIZADOS A LAS BASES DE DATOS DE ATRIBUTOS Debido a que segmentación dinámica trabaja con distancias que
vienen desde Excel de forma numérica, al momento de hacer las bases de datos de atributos fueron modificadas, por lo que perdieron su formato original, es decir, los campos que traían un formato numérico, al ser centradas perdieron este formato y al guardar las tablas como dbf la mayoría de los campos con formato numérico quedo como tipo alfanumérico, por lo que se tuvo que modificar y reasignarle un formato determinado. Al trabajar con arcos mensurados, las distancias que reconocen estos son metros y las longitudes originales venían con unidad métrica en kilómetros, por esto se tuvo que hacer una transformación para dejar estas distancias en metros.
Se corroboró la ubicación de los elementos, ya que por la precisión con la que se trabaja en ArcView pudo darse el caso que alguno de los elementos quedara situado fuera del tramo. Pero esto no sucedió por lo que se asume en una primera instancia que su ubicación es la correcta, sin involucrar el tema de la precisión que será tratado mas adelante. 3.6
INTEGRACIÓN EN AMBIENTE S.I.G. DE LAS BASES DE DATOS Al tener la base de datos gráfica definitiva, producto de la
cartografía que proporcionó Ingeniería Cuatro Ltda., y teniendo también las bases de datos de atributos, es posible integrar estos dos elementos en ambiente S.I.G., y así lograr el producto final. 3.6.1 ASOCIACIÓN DE LAS BASES DE DATOS Segmentación dinámica trabaja relacionando un campo de la Base de Datos de Atributos con extensión dbf, con un campo de la Base de Datos gráfica que debe estar mensurada con extensión shp. Estos campos deben ser del mismo tipo, es decir, con un mismo formato para ambas tablas, de lo contrario no se produce una intercomunicación de estas bases de datos debido a que los campos no son compatibles.
MENSURA DEL CAMINO Previamente a la relación de las bases de datos, se debe contar con que el tramo con el que se trabajará está georreferenciado y mensurado, ya que así se puede ubicar los eventos lineales y puntuales en relación con la longitud de éste. Las Bases de Datos de Atributos se incluirán al tema Eje_ppal_M con segmentación dinámica, una vez que éste esté mensurado y se haya convertido en una PolylineM, y así estas longitudes quedarán referidas a un único sistemas de medidas. Al estar el eje mensurado se está en condiciones de relacionar las Bases de Datos a la cartografía. 3.6.2
VINCULACIÓN
DE
LAS
BASES
DE
DATOS
A
LA
CARTOGRAFÍA Para realizar la vinculación de las Bases de Datos de Atributos con la Base de Datos Gráfica, se debe agregar un Tema de Evento que tenga la particularidad de estar mensurado. Esto se lleva a cabo al escoger del menú desplegable la opción VIEW, y dentro de las opciones que da este menú, se elige el comando ADD EVENT THEME. Este comando posee dos iconos, uno representado por una X e Y, y otro que muestra una regla, es ésta última la opción que representa la segmentación dinámica.
Figura 3.2 Agregar tema de evento puntual
Luego, en la opción ROUTHE THEME se selecciona el Tema que ya se ha mensurado que en este caso corresponde a “Eje_ppal_M”. En ROUTE FIELD se elige el campo con el cual se va a vincular la Base de Datos de Atributos con la Base de Datos Gráfica, el cual es “Ruta”, el tipo de evento va a depender del elemento gráfico, si es puntual o lineal. La opción TABLE corresponde a la tabla que se desea incorporar en formato “dbf”. En EVENT FIELD se debe escoger el mismo campo vinculador que en ROUTE FIELD. Si el tipo de elemento es puntual los campos a ingresar en LOCATION FIELD y OFFSET FIELD corresponden a “km” y “Dist” respectivamente.
En caso que el tipo de evento sea lineal los campos a ingresar son FROM FIELD que corresponde a “kmi”, TO FIELD que es “Kmf” y OFFSET FIELD que es igual a los eventos puntuales “Dist”. Este último campo es optativo, debido al tipo de información que se posea, es así que se puede tener información en la cual no es relevante que se tenga la distancia desde el eje, ya que es solo información referencial, como por ejemplo los cruces.
La asociación de ambas Bases de Datos se logra mediante la asignación del mismo campo para la Base de Datos de Atributos y la Base de Datos Gráfica, que en este caso es “RUTA”, con lo que se establece una correspondencia del tipo “UNO ES A UNO”, que es la forma en que ArcView con su aplicación de Segmentación Dinámica relaciona la información que proporciona la Base de Datos de
Atributos a la cartografía. Esta relación consiste en que a cada entidad gráfica le corresponde un único registro (FILA) dentro de las Bases de Datos
de
Atributos
que
contiene
en
sus
diferentes
campos
(COLUMNAS) la información que se atribuye a un objeto gráfico en específico. Así se configura el Sistema de Información Geográfica, permitiendo la formulación de consultas y obtención de respuestas.
3.7 CONSOLIDACIÓN DEL SISTEMA Así se fue consolidando el sistema, agregando los Temas de Eventos uno a uno con la información que se posee de las Bases de datos de Atributos.
Figura 3.4 Vista con temas de evento de la Ruta F-90
3.8 COMPROBACIÓN DEL SISTEMA Luego de haber integrado las Bases de Datos en ambiente S.I.G., se efectuó la verificación de la concordancia entre las Bases de Datos Gráfica y la correspondencia de éstas con las Bases de Datos de Atributos. Como Segmentación Dinámica asume un sentido para las rutas, a partir de este sentido ubica las distancias paralelas al eje hacia la derecha o hacia la izquierda. Esto se logra al ingresar las distancias en las Tablas de Atributos con un sentido positivo o negativo, es decir, si la distancia se ingresa con signo negativo, la entidad gráfica quedará posicionada al lado izquierdo del eje según el sentido de avance de la ruta, en caso contrario quedara al lado derecho del eje. Es por esto que al comprobar la ubicación de los elementos gráficos, habían casos en que se ubicaban en el mismo kilometraje pero en distintos lados del eje y en la Tabla de Atributos aparecían los dos elementos con el mismo signo, por lo que estos se superponían y solo se podía apreciar uno solo. En estos casos se debía elegir “TABLE” del menú y elegir la opción start Editing y cambiar el signo de las distancias. Terminadas las correcciones del mismo menú se selecciona stop editing, al realizar esta operación automáticamente se puede visualizar el cambio en la localización del elemento intervenido. Se creo una nueva Tabla “Km_ref” que se utilizó para verificar la longitud que había en la cartografía y la distancia que se encontraba en la Base de Datos de Atributos. Esta tabla es de eventos puntuales que definen tramos de 1000 metros, para verificar de forma grafica la
ubicación de los elementos. Con el comando “Mesure” se mide desde el kilómetro mas cercano y se le suma la distancia que dicte el comando.
Figura 3.5 comprobación de la distancia Así se seleccionaron diversas entidades gráficas que cumplían con las medidas que estaban registradas en las Bases de Datos de Atributos. Se comprobó también la capacidad del sistema para responder consultas y elaborar nuevas coberturas con características específicas. Así, se efectuó una consulta que permitiera visualizar tramos del
camino cuyo campo fuera "Pavimento" y su registro fuera “Recapado Asfáltico”
Figura 3.6 Tramos con pavimento de recapado asfáltico Por otra parte, la comprobación del sistema se orientó a la selección de una entidad con el comando de información “i”. Así, se eligió una entidad de las que ya estaban seleccionadas y se comprobó el registro que tenia asociado.
3.9 CONSULTAS
QUE SE PUEDEN REALIZAR AL SISTEMA
El Sistema tiene una capacidad de realizar consultas, que permite especificar un criterio de selección que se utiliza para generar una nueva tabla de resultados. En este proceso de creación se pueden derivar nuevos campos a partir de la información que contiene una tabla
existente,
relacionar
datos
y
poder
realizar
operaciones
matemáticas entre ellos, que permiten generar nueva información, sin necesidad de modificar la original.
Se dará el caso de los pavimentos, en que se cuenta con la longitud que posee el tramo del camino que tienen distinto tipo de material y además se tiene el ancho de la calzada, con lo que se puede realizar una simple operación matemática y conocer la superficie del material nuevo. Se creó un campo denominado “Superficie” de tipo numérico, donde será almacenado el resultado de la operación matemática que se realizará entre los campos “Long” que contiene la longitud del tramo de pavimento a cambiar y el campo “Dist” que contiene el ancho de la calzada. Se selecciona el comando CALULATE, que esta representado por una calculadora. Este comando permite realizar todo tipo de operaciones matemáticas entre diferentes campos. Se activa al seleccionar un campo de la Base de Datos de Atributos. La operación se realizará utilizando la siguiente estructura:
Figura 3.8 Operación para calcular superficie de pavimento
Cuando se trabaja con una Base de Datos, ArcView destaca la información que se ha consultado y la resalta con un color amarillo. Así se destaca los objetos gráficos asociados al Tema con que se relaciona esta Base de Datos y los destaca del mismo color de la tabla. CONSULTAS AL SISTEMA Las consultas que se pueden realizar al sistema pueden ser de tipo simple que involucren un campo, o bien según la necesidad del usuario se puede hacer un sondeo de lo ya seleccionado. Se dará algunos ejemplos de las consultas que se pueden realizar al sistema. ¿Que tramos del camino serán repavimentados en la Ruta de Mejoramiento F-90? Los
tramos
del
camino
que
se
repavimentarán
serán
consultados a la Tabla “Pavimentos Nuevos. dbf” y se consultó a los campos “Ruta” y “Solución”, utilizando la siguiente estructura lógica.
( Ruta = “F-90”) and (Solución = “Repav”)
Figura 3.9 Tramos de la ruta F-90 que serán repavimentados La consulta que se hizo, dio como resultado un total de 38 tramos de un total de 58 registros que cumplen con las dos condiciones antes propuestas. Además, información.
en
ésta
misma
consulta
se
puede
filtrar
mas
¿Que tramos de la Ruta F-90 están repavimentados y además su material es Asfalto? Para responder esta consulta, se debe ocupar una aplicación del comando QUERY BUILDER que es Select From Set, que selecciona de acuerdo a alguna condición especifica de lo que esta previamente seleccionado. La secuencia completa es la siguiente: ( Ruta = “F-90”) and (Solución = “Repav”) Select From Set (Material = “Asfalto”)
Figura 3.10 Tramos de la ruta repavimentados con asfalto
El resultado obtenido de esta consulta fue de 20 registros seleccionados de un total de 38 que previamente habían sido consultados, es decir, son 20 los registros que cumplen con la condición
que
sean
repavimentados
y
el
material
de
la
repavimentación se realice con asfalto. Con esta aplicación ( Set from Set) se puede ir depurando el grado de precisión de una consulta y ahondar dentro de una pregunta ya formulada por algo mas especifico. ¿Cuántas son las defensas camineras que existen a lo largo de la ruta que son simples y se encuentran ubicadas en el puente Las Bayicas y su largo excede los 10 metros? Para resolver esta consulta se trabajó con la Tabla de “Defensas Camineras.dbf” y con los campos “Tipo” “Lugar” y “Long”. Utilizando la siguiente estructura. (Tipo = “Simple”) and (Long > 10) and (Lugar = PUENTE LAS BAYICAS) Para tener una confirmación de los resultados obtenidos, se mostrará la tabla de “Puentes.dbf” resaltando el puente Las Bayicas.
Figura 3.11 Defensas camineras simples que se encuentran en el puente Las Bayicas y que miden mas de 10 metros. La pregunta arrojó 4 de 41 registros consultados que cumplen con estas 3 condiciones. Se muestra la concordancia que hay en las respuestas, debido que al consultar la tabla de puentes, el que se encontraba en ese lugar era el puente por el cual se consultó. Se aplicó un comando para el Tema Puentes que fue Auto-Label. Lo que hace este comando es etiquetar o mostrar una leyenda de un campo, y en este caso se mostró el campo donde se aprecia el nombre de los puentes denominado “N_Puente”.
¿ Cuantos signos PARE existen en el camino? Para esta consulta se trabajó con la tabla de “señales nuevas” y se consultó al campo “leyenda” con la siguiente estructura: Leyenda = “PARE”
Figura 3.12 Signos PARE existentes en el camino La consulta muestra que existen 4 signos pare en el camino. Si se realiza un análisis de la ubicación de estas señales, se puede decir que éstos indican la precaución que se debe tener por algún elemento existente en el camino, ya sea por un elemento que se visualice en esta ventana o por otro existente en terreno y del que se carezca de información, pero para tener una certeza de esto, se debería ir a terreno a corroborar la información.
¿En que estado se encuentra el pavimento existente? Para resolver esta pregunta, se consultó a la Tabla “Pavimento Existente” y la consulta se realizó con la siguiente estructura (Estado = “Regular”) and (Estado = “Malo”)
Figura 3.13 Pavimento en estado regular y malo
Son 2 de 26 tramos de pavimentos que se encuentran en un estado regular o malo. Esta sencilla consulta evidencia en que condición se encuentra el camino. A pesar de ser solo 2 tramos los que se encuentran dentro de este rango, su longitud no es menor, ya que las longitudes de los tramos regular y malo, abarcan 2660 y 2253 metros respectivamente. Lo que muestra que existe casi medio
kilómetro de pavimento que se encuentra en precarias condiciones. Otra información que se puede obtener de esta consulta es el tipo de material del que están construidos estos pavimentos. El tramo que se encuentra en malas condiciones es una carpeta asfáltica, por lo que habría que averiguar acerca del tiempo en el cual se debería hacer una mantención y cuanto ha transcurrido desde su instalación.
¿Cuantas obras de arte tienen acceso a propiedades particulares? Para esta consulta se trabajó con la tabla de “Obras de arte” estructurando la pregunta de la siguiente manera: (Lugar = “Acceso a predio”) and (Lugar = “Acceso a fundo”)
Figura 3.14 Obras de arte con acceso a predios y fundos La consulta muestra que existen 9 de las 28 obras de arte que tienen acceso a propiedades particulares, ya sea predios o fundos, lo que significa que serán 9 los sitios donde se deberá avisar a sus propietarios que se harán trabajos cercanos a su propiedad y que conllevan molestias de ruido, polvo, etc.
Al tener esta información de manera rápida por medio del SIG, se puede ir a terreno a verificar que alcances tendrá la obra y así hablar con los propietarios del lugar para evitar tener cualquier tipo de conflicto u oposición por parte de los residentes de la zona afectada.
3.10 MAPAS TEMÁTICOS Los mapas temáticos permiten dar información gráfica asociada a los datos que desean ser representados sobre un mapa. Éstos se crean para mostrar valores específicos de una tabla, lo que hace de éste un método rápido y eficaz para visualizar la información y efectuar un análisis de datos. La creación de un mapa temático, consiste en resaltar de un mapa (por medio de diferentes colores, achurados, símbolos, etc) un tema en particular en base a las herramientas que el sistema ofrece.
3.10.1 GENERACIÓN DE PLANOS TEMÁTICOS Clasificación del pavimento existente según su material o tratamiento Para la elaboración de esta cartografía temática, se utilizó la Tabla denominada “Pavimento existente” que incluye entre sus variables el campo a representar llamado “Pavimento”. Se edita la leyenda y se le asigna un único valor a la información contenida en el
campo anteriormente señalado. Se elige un tipo de línea y su ancho, además, de un color determinado para cada tipo de material que permita visualizar claramente la diferencia entre uno y otro. Para evidenciar mas información, además del material de los pavimentos, se utilizó el comando Auto-label para mostrar el estado en que se encontraban.
Figura 3.15 Plano temático del pavimento existente según su material
Tipo de señales que se encuentran en la Ruta F-90 Para la creación de esta cartografía temática, se trabajó con la tabla “señales nuevas” y eligiendo la opción de único valor con el campo “Tipo” se muestra los tipos de señales, y para mostrar el contenido de su leyenda, se etiqueta (Auto-lavel) con el campo “leyenda”.
Figura 3.16 Tipo de señales y su leyenda La
consulta
evidencia
que
existen
3
tipos
de
señales:
informativas, preventivas y restrictivas. Además, muestra la leyenda en cada caso.
La generación de planos temáticos es muy simple y no se trabaja con el comando Query builder como las consultas anteriores, pero muestra claramente el tipo de información que se busca. 3.11 CREACIÓN DE GRÁFICOS Las consultas realizadas también pueden ser representadas en forma de gráficos, estos presentan los datos como información estadística, así el análisis de estos es de fácil entendimiento para el usuario. Los gráficos relacionan información gráfica y tablas que poseen información común. Pueden ser de distintos tipos dependiendo del análisis que se desea realizar y la cantidad de datos que se desea mostrar. SUPERFICIE DE CAMINO SEGÚN TIPO DE MATERIAL Para la realización de este gráfico se utilizó la Tabla “Pavimentos Existentes” y se seleccionó el campo con el cual se iba a hacer la comparación en el gráfico, que en este caso es “Pavimentos” al que se le aplico el comando “SUMARIZE”, cuyo icono es una sumatoria. Se selecciona el campo que se quiere trabajar en forma matemática que es “superficie” y se le asigna que realice una suma de superficie por tipo de pavimento.
El comando entrega como resultado una tabla con la cual se realiza el gráfico.
Figura 3.17 Tabla y gráfico de superficies por material de pavimento 3.12
REPRESENTACIÓN
COMPLETA
DE
LA
INFORMACIÓN Los elementos antes mencionados pueden ser reflejados en un Layout, que permite una visualización completa de los elementos que constituyen información relevante del proyecto, de acuerdo a su finalidad. Un Layout tiene la capacidad de ser dinámico, porque permite que al hacer un gráfico o modificarlo, esto se vea reflejado automáticamente en el Layout. Ocurre lo mismo con cualquier modificación de tablas, vistas, etc.
Al hacer la conformación de los elementos que constituirán el layout se debe elegir las vistas, leyenda, simbología, escala gráfica, orientación, gráficos e imágenes creando mapas temáticos de los temas en estudio.
Figura 3.18 Layout de Ruta F-90
CAPÍTULO IV. DETECCIÓN DE ERRORES DE PRECISIÓN AL GEORREFERENCIAR UN CAMINO POR MEDIO DE SEGMENTACIÓN DINÁMICA 4.1 INTRODUCCIÓN Debido
a
que
segmentación
dinámica
es
una
poderosa
herramienta que poseen los Sistemas de Información Geográfica, es necesario que se conozcan sus potencialidades y limitaciones. Por esto, se ha querido realizar un estudio acerca de la forma en que trabaja. Los datos que son tomados en terreno tienen coordenadas (X, Y, Z), pero al trabajar con segmentación dinámica, la información altimétrica de estos datos queda reducida a un plano, por lo que pierde precisión. Para efectos de este proyecto se necesita conocer que incidencia tendrá este cambio de posición al realizar su actualización, por lo que se mostrarán distintos casos que señalan el cambio de posición, y si son relevantes o despreciables de acuerdo a las longitudes que se manejan. Para esto se ejemplificará con tramos rectos y curvos. Estos tramos se eligieron para dar una idea general del proyecto, es por esto que se eligieron tanto pendientes altas y como bajas. A continuación se dará una breve descripción del camino y los parámetros que se manejan para ver sus características de diseño.
4.2 DISEÑO GEOMÉTRICO RUTA F-90 4.2.1 TRAZADO EN PLANTA En la ruta, el alineamiento horizontal actualmente presenta 25 curvas junto con 31 deflexiones en planta. Con el proyecto realizado para esta ruta su alineamiento horizontal queda compuesto por 27 curvas circulares, de las cuales 8 tienen enlaces clotoidales, junto a 23 deflexiones. TABLA 4.1 Parámetros del diseño en planta de la Ruta F-90.
Parámetros de Diseño en Planta
Velocidad de Proyecto (Km/hr) 100
80
50
1.
Radio Mínimo (m)
400
240
80
2.
Parámetro Mínimo de Clotoide (m)
190
135
60
3.
Radio para prescindir de curva clotoidal (m)
900
600
225
4.
Radio límite Contraperalte (m)
2.000
1.200
-
5.
Distancia de visibilidad de parada (m)
175
120
55
El sector rural del camino tiene definida una velocidad de proyecto de 100 Km/hr. En general, el diseño en planta de este sector responde a dicho requerimiento, con la excepción del tramo del Km 16,597 al 18,135; donde se produce una sucesión de curvas y deflexiones que limitan la velocidad hasta 70 Km/hr. Del kilómetro 24,100 en adelante, el trazado en planta cumple con la velocidad de proyecto establecida de 80 Km/hr. La geometría en planta de la segunda calzada proyectada cumple con las velocidades de proyecto de cada sector donde se encuentra emplazada.
4.2.2 TRAZADO EN ALZADO La geometrización del trazado en alzado que actualmente tiene la Ruta F-90 entrega un total de 63 curvas verticales (27 convexas y 36 cóncavas) y de 13 deflexiones. Del total de curvas verticales, 16 curvas convexas están restringidas para velocidades inferiores a 100 Km/hr, mientras que 6 curvas cóncavas presentan la misma situación. Los parámetros de diseño
que
se
tomaron
como
referencia
para
realizar
las
modificaciones del trazado, son las que a continuación se muestran. TABLA 4.2 Parámetros del diseño en alzado de la Ruta F-90.
Parámetros de Diseño en Alzado
Velocidad
Pendiente
Máxima
Proyecto
(Km/hr) 100
1.
de
4.5
80 6-5
2.
(%)
Parámetro 7.200
3.500
3.
convexo Kv Parámetro 4.200
2.700
50 8
800
1.000
cóncavo Kc
El sector rural del camino, tiene definida una velocidad de proyecto de 100 Km/hr, cuenta con trece curvas con restricción para dicho parámetro, de las cuales diez son convexas. En lo referente a pendientes, existen 15 sectores donde aquellas superan el 4%, aunque algunas se presentan en longitudes muy poco significativas.
Sin embargo, cabe señalar que algunos de estos
sectores están contiguos a otros que tienen pendientes sostenidas superiores al 3.5%.
Emplazamiento de Futura Segunda Calzada Los volúmenes de tránsito crecientes que ha presentado en los últimos años la Ruta F-90, sumado al hecho de que el mejoramiento de la red vial costera y de las carreteras de acceso desde Santiago hagan prever un incremento adicional importante de los flujos hacia el litoral, han determinado que se considere que en el mediano plazo esta vía requiera ampliarse con una segunda calzada en toda su extensión. De esta forma, en primer lugar se estableció el lado de la vía en el cual conviene que sea ubicada la segunda calzada, a través de toda la ruta. Para ello, se consideró antecedentes tales como los anchos de la faja actual, la topografía de cada sector, la situación en la entrada y salida de los puentes existentes, la ocupación que presenta cada costado de la carretera y las actividades que allí se realizan. Producto
de
esto,
se
ha
determinado
el
esquema
de
emplazamiento de segunda calzada que se muestra en el cuadro que se adjunta, el que ha servido de referencia para los diseños a lo largo de la ruta, especialmente para los tramos locales con doble calzada en el entorno de los enlaces Orrego Abajo y Algarrobo. Velocidad de Proyecto El
análisis
de
la
información
contenida
en
las
tablas
paramétricas del trazado en planta y alzado del camino existente, permite concluir que en general la ruta está diseñada para una
velocidad de 80 Km/hr en los sectores más restrictivos, con algunas limitaciones mayores muy puntualmente. Sin embargo, existen importantes longitudes donde velocidades de 100 Km/hr pueden desarrollarse sin inconvenientes con la actual geometría (especialmente en planta), si se dota a la vía de un perfil transversal adecuado y se establece al menos un control parcial de los accesos. Por otra parte, las características funcionales del camino varían muy marcadamente a lo largo de su recorrido, registrándose a partir del comienzo de la comuna de Algarrobo (bifurcación Loma Verde) un importante
incremento
de
la
fricción
lateral,
producto
del
emplazamiento de centros residenciales, de recreación y de veraneo junto a la ruta, generados por la cercanía del balneario de Algarrobo y del litoral central en general, en un sector que se puede calificar como suburbano para los efectos de este análisis. Además de lo anterior, está el sector urbano de Algarrobo, regulado por el Plan Regulador Comunal, que comienza en el Km. 32,000; pero que actualmente sólo presenta edificaciones junto a la ruta a partir del Km 32,800. Del análisis conjunto de las situaciones descritas (geometría existente y sectores con distintos grados de utilización de los terrenos en el entorno), se desprende la necesidad de tramificar el camino, adoptando diferentes velocidades de proyecto, de acuerdo al uso que tiene la vía, considerando la factibilidad de modificar los parámetros
geométricos existentes y conforme a la disponibilidad y costos de los terrenos necesarios para ejecutar las ampliaciones necesarias. De esta forma, se ha adoptado una tramificación básica para estos efectos, que regirá todos los procesos de diseño. Dicha tramificación es la siguiente: TABLA 4.3 Kmi - Kmf 0,400 – 24,100
Tramificación de tipos de camino en Ruta F-90. Descripción Ruta 68 - Loma Verde
Tipo Rural
V proyecto (Km/hr) 100 80 50
24,100 - 32,800 Loma Verde - Algarrobo Suburbano 32,800 - 32,940
Algarrobo Urbano
Urbano
4.3 DETECCIÓN DE ERRORES Al conocer las características del trazado del camino se puede realizar un estudio acerca de las precisiones y tener un conocimiento previo de las situaciones que se pueden encontrar (pendientes máximas y mínimas) para realizar este estudio.
Se desarrollará separadamente el estudio para posteriormente analizar las similitudes o discrepancias que se tiene sobre la precisión para tramos rectos y curvos. Para esto se trabajo en AutoCAD y se hizo nuevamente el trazado en alzado, pero esta vez se hizo con una escala 1 es a 1 para hacer una simulación del terreno.
4.3.1 TRAMOS RECTOS Se tomaron distintos tramos en los que había una pendiente que sea de interés para el estudio de la precisión, y para estos tramos se trato la rasante como distancia inclinada por ser lo mismo. El tramo que se abordo en primera instancia, fue un tramo de 100 metros entre los kilómetros 5 y 6 de la Ruta F-90. El que arrojó como resultado lo siguiente:
La rasante se calculó por el método de Pitágoras y el resultado fue: Di = 100.0032 m.
Con esto se puede observar que hay un mínimo grado de imprecisión para 100 m. Con una pendiente baja de 0.8% que es de 3.2 mm entre la distancia horizontal y la rasante.
Para este tramo la pendiente era mucho mayor que para el tramo anterior y esta era de -4.81%. Aquí la distancia horizontal se diferencia de la rasante en 24.2 cm.
Para este tramo con pendiente 4.1% la diferencia entre la rasante y la distancia horizontal fue de 43.6 cm.
La diferencia entre rasante y la distancia horizontal es de 5.7 cm, con una pendiente de –1.95% para 300 m.
4.3.2
TRAMOS CURVOS A pesar que el camino tiene muchas curvas, se tomaron en
consideración curvas que tuvieran una pendiente significativa ( de acuerdo a los parámetros de diseño del proyecto) para que quedara en evidencia la diferencia existente entre la distancia horizontal de la curva es decir el parámetro 2T y la rasante de la curva vertical, el que se calculó en forma directa con las herramientas que posee Auto-CAD.
Valor de la rasante en la curva = 280.05 m. En esta curva se puede apreciar que la diferencia entre el parámetro 2T y la rasante de la curva vertical, tiene una diferencia de 5 cm. Con una pendiente inicial de –3.465% y una pendiente final de 3.07%.
Valor de la rasante en la curva = 160.08 m. El parámetro 2T se diferencia en 8 cm. de la rasante en la curva vertical. Km: 13,0775 – 13,6625 f= 5.93 m. K=7218 2T= 585 m. θ= 0.08105
Valor de la rasante en la curva = 585.17 m. La diferencia que existe entre el desarrollo de la curva vertical es de 17 cm. , con respecto al parámetro 2T. Km: 17,7775 – 18,0425 f= 2.076 m. K=4228 2T= 265 m. θ= 0.0627
Valor de la rasante en la curva = 265.09 m.
La rasante en la curva indica que existe una diferencia de 9 cm. con respecto al parámetro de distancia horizontal 2T. Km: 20,898 – 21,478 f= 5.72 m. K=7353 2T= 580 m. θ= 0.0789
Valor de la rasante en la curva = 580.18 m. Existe una diferencia de 18 cm. entre el parámetro 2T de la curva y el valor de la rasante. Con estos resultados se puede realizar una visión global de las incidencias debido a que se tomaron las pendientes que estaban bordeando los extremos para este tipo de camino.
CAPÍTULO V. ANÁLISIS 5.1 ANÁLISIS Del estudio realizado para ver la precisión con que cuenta la actualización cartográfica al utilizar un modelo físico de una base de datos
estructurada,
utilizando
como
herramienta
segmentación
dinámica, se desprenden los siguientes análisis. Para el caso de la Ruta F-90 que une las comunas de Casablanca con Algarrobo (ruta catalogada como carretera), se puede apreciar una
diferencia
georreferenciación
mínima y
en
relación
actualización
de
al esta
resultado ruta
de
la
aplicando
segmentación dinámica, en comparación al proyecto considerando la parte altimétrica. Esto se debe a distintos factores que se comentaran a continuación: Debido a que es un proyecto vial que esta diseñado para altas velocidades, como es el caso de una carretera, sus velocidades de uso varían entre los 80 km/h. a los 120 km/h. Este proyecto vial no puede superar pendientes del orden de 5% en la mayoría de su extensión, por lo que no deberían esperarse grandes cambios a nivel altimétrico. Al revisar el tramo recto cercano al kilómetro 15, se puede decir que es el tramo en que mayor diferencia existe entre la rasante y la distancia inclinada con una diferencia de 43.6 cm. Aunque esto se deba mas a un factor de longitud del tramo que es de 520 m; que a la pendiente misma que es de 4.1%.
En las curvas verticales se aprecia que la diferencia máxima que presenta el parámetro 2T con respecto a la rasante es de 18 cm; esto se debe a lo dicho anteriormente, que al ser un camino catalogado como carretera se tiene especial cuidado en las pendientes que conforman la curvas verticales, sean cóncavas o convexas, ya que para dotar al usuario de la seguridad en todo el trayecto del camino, se debe usar parámetros que sean superiores los mínimos. Por esto la rasante debe tener pendientes moderadas que varíen gradualmente a lo largo de la vía. Además, por prevención, estas pendientes no pueden ser muy altas debido a que se tiene que asegurar la visibilidad de parada en todo punto del trayecto. Al ver los ejemplos descritos anteriormente, se puede mencionar que la mayoría de los tramos no presenta una diferencia significativa de medidas en la actualización del proyecto. Aún tomando los casos en que interviene una pendiente alta en relación a los parámetros del proyecto. A modo general se pueden establecer parámetros en cuanto a la diferencia existente entre la distancia en terreno, que es la distancia inclinada y la distancia horizontal que es con la que trabaja segmentación dinámica, por la forma en que traspasa la distancia con coordenadas (X,Y,Z) a un plano (X,Y). Para esto se toma como referencia 500 m. y 1000 m. con lo que se puede hacer una visión global de esta diferencia:
Para una distancia horizontal de 500 m.:
TABLA 5.1 Error producido por segmentación dinámica en 500 m. para distintas pendientes.
Pendiente
D.inclinada
∆
(m)
(m)
1%
500.025
0.025
2%
500.100
0.100
3%
500.225
0.225
4%
500.400
0.400
5%
500.625
0.625
6%
500.899
0.899
7%
501.224
1.224
8%
501.597
1.597
9%
502.021
2.021
10%
502.494
2.494
distancia
Para una distancia horizontal de 1000 m.: TABLA 5.2
Error producido por segmentación dinámica en 1000 m.
para distintas pendientes.
Pendiente
D.inclinada
∆
(m)
(m)
1%
1000.050
0.050
2%
1000.200
0.200
3%
1000.500
0.500
4%
1000.800
0.800
5%
1001.249
1.249
6%
1001.798
1.798
7%
1002.447
2.447
8%
1003.195
3.195
9%
1004.042
4.042
10%
1004.988
4.988
distancia
Con estos parámetros se puede realizar una visión general de las modificaciones que hará segmentación dinámica al trabajar con estas pendientes en longitudes similares. Si se observa la tabla se puede decir que para pendientes altas existe una gran variación de distancia, lo que incide directamente en la actualización que se quiera hacer del camino, debido a que se pueden ubicar elementos sobre la vía que pueden afectar la seguridad de los usuarios, como es el caso de las señales.
Al hacer un análisis de las escalas con las que se trabajan los proyecto de vialidad que son de 1:1000, si los errores máximos son del orden de 50 cm. aproximadamente, se tiene que para escalas grandes como por Ej. 1:100 el error es de 5 mm. Entonces se puede decir que a nivel puntual de estos elementos como curvas y pequeños tramos este error es despreciable, y para el proyecto en general que tiene una longitud aproximada de 33 Km. es bastante confiable el resultado que entrega el SIG con la aplicación de segmentación dinámica. La cartografía entregada por la empresa consultora Ingeniería Cuatro Ltda. se encontraba en escala 1: 1000, esta cartografía poseía un gran volumen de información y detalles, pero estaba parcializada en distintos archivos CAD, por lo que fue necesario unir líneas que muchas veces estaban superpuestas o no coincidían, aun así se pudo unir completa y sin perdida significativa de información. La consolidación del sistema se comprobó, verificando la ubicación de algunos puntos tomados con GPS los que ayudaron en la georreferenciacion y, además, se comprobó la ubicación de elementos del SIG con puntos de control que se realizaron para este fin. Además de ir contabilizando otros elementos que se iban agregando a la cartografía
base,
comparándolos
con
las
bases
de
datos
correspondiente a cada elemento. Las bases de datos se encontraban hechas en formato Excel, pero no estaban regidas por un formato adecuado para trabajar en ambiente SIG, por lo que en un primer intento realizado para ubicar por medio de segmentación dinámica ciertos elementos que se
encontraban a lo largo de todo el eje, éstos quedaron en los primeros metros de la ruta evidenciando algún tipo de error. Luego se comprobó que las longitudes no estaban en formato numérico, sino como caractér por lo que fue necesario corroborar que cada uno de los campos estuviese estructurado con un formato correspondiente al tipo de información que manejara. Para las bases de datos fue necesario poblarlas de información que no fuera redundante, se crearon nuevos campos y se separó otros, o por el contrario se juntaron algunos que se encontraban en varios registros y que correspondía a un solo tipo. Además se detectó información que se encontraba repetida y se debió extrapolar otra que, a pesar de no salir explícitamente, era importante que se encontrara. La creación de nuevos campos fue necesaria para aprovechar en su máxima
capacidad el
SIG,
rescatando
información que se
encuentra implícita, como por ejemplo, los pavimentos. Se crearon campos para la superficie total y la superficie por material. También la superficie dañada total que se repondría por el mal estado en que se encontraba. Algunos de los cálculos que se realizaron para este proyecto es la superficie de los pavimentos. Para realizar este cálculo se tuvo que trabajar con una base de datos en que la distancia paralela al eje fuese negativa y positiva, para poder cubrir toda la calzada y que ésta quedara
representada
gráficamente.
Esto
se
hizo
porque
segmentación dinámica trabaja con un modelo 1 es a 1, y solo quedaba representado un solo lado de la calzada.
Uno de los principales aportes del sistema es el permitir a los profesionales y técnicos que trabajen en el proyecto, tener un acceso rápido a la información y que esto se transforme en una plataforma con datos confiables y una estructura gráfica sencilla y didáctica de ver y mostrar información.
CAPÍTULO
VI.
CONCLUSIONES
Y
RECOMENDACIONES 6.1 CONCLUSIONES Uno de los objetivos planteados en la realización de este trabajo ha sido el desarrollo de un Sistema de Información Geográfica mediante un modelo físico y estructurar en forma lógica las variables que intervienen en el proyecto de vialidad que une las comunas de Algarrobo y Casablanca denominado ruta F-90 , con el fin de agilizar el proceso de búsqueda gráfica de la información existente en la empresa constructora Ingeniería Cuatro Ltda., se puede afirmar que este objetivo ha sido cumplido, pasando por los distintos procesos que conforman la consolidación de este sistema. Alguno de los procesos tienen relación directa con la carrera del geomensor, y otros no menos importantes complementan la carrera de un ingeniero como profesional íntegro y más autosuficiente. A este trazado vial se le puede asociar toda la información que se posea como cubicaciones, movimientos de tierra, remoción y recolocación
de
soleras,
señales,
etc.
Además,
se
puede
complementar con información que provenga de otro tipo de institución que no este ligada directamente al proyecto en si, como accidentes, industrias cercanas, redes de agua potable, tendido eléctrico, ríos, líneas férreas etc.
La importancia que tiene segmentación dinámica a diferencia de otras herramientas de los sistemas de información geográfica, es que puede modificar la ubicación de cualquier elemento gráfico, con el solo hecho de cambiar su ubicación en la base de datos de atributos, lo que permite un ahorro de tiempo en la identificación de dicho elemento y la modificación de su tabla. La finalidad de este trabajo fue mostrar los errores que se pueden producir al actualizar con segmentación dinámica un proyecto de vialidad, y con respecto a esto se puede decir que para este proyecto vial los errores que se producen en relación con la altimetría al llevar la información a un plano, no es de gran relevancia, debido a que el proyecto esta determinado para ser un carretera, por lo que esta habilitada para ser usada a velocidades promedio de 100 km/h con lo que se pone gran énfasis en las pendientes, éstas no pueden ser muy elevadas por seguridad de los usuarios. Con esto se puede decir que segmentación dinámica es una herramienta de SIG que georreferencia y actualiza proyectos viales de esta envergadura con gran precisión. Cabe destacar que la precisión obtenida de un SIG, esta ligada directamente con la precisión de: la cartografía y la de sus bases de datos, y son ambas las que deben cumplir con la que requiera cada tipo de trabajo. A pesar que es posible realizar una estimación de la precisión que tendrá el trazado vial al actualizarlo con segmentación dinámica, (teniendo en cuenta los parámetros de diseño que intervienen en el proyecto). Se puede averiguar con certeza las diferencias con el trazado vial, si éste se encuentra en un formato CAD. Esto se logra
realizando un análisis altimétrico con escalas 1:1 y con herramientas propias del programa. Para la actualización de un SIG es imprescindible el contar con una cartografía base que sea confiable y que tenga una buena densificación de hitos georreferenciados; además que sus bases de datos cumplan con una determinada estructura que optimice el tiempo y el costo de cambiar de ubicación un elemento o simplemente descartar lo que haya sido removido. La creación de este sistema permite acceder al poco tiempo de haber ingresado los datos a visualizar la obra completa y dejar los planos de papel de lado para utilizarlos solamente como apoyo, así se evita el tener que cargar con gran cantidad de información y además, evita que este tipo de información se encuentre parcializada. Si se quisiese, ésta información podría ser vista a distancia por medio de una pagina web, lo que simplificaría aun mas su visualización y se podría realizar su actualización a distancia. Es decir si se realiza un cambio en la obra, la información se podría modificar con el solo hecho de informar de los cambios realizados al encargado del SIG lo que lleva a una actualización casi en tiempo real. Los SIG tienen la finalidad de ser un instrumento que facilite el almacenaje y análisis de la información georreferenciada, pero si no se cuenta con un diseño lógico y no se aprovecha al máximo las herramientas con que cuentan los software que respaldan un SIG, éstos solo servirán para mostrar información grafica, sin explotar la amplia gama de soluciones que puede brindar un SIG a nuestra sociedad.
A pesar que la cartografía con la que se cuente puede ser escasa, es muy importante la información que contengan las bases de datos, por que es aquí donde está realmente lo que destaca un sistema de otro. La
importancia
del
rol
del
Ingeniero
de
Ejecución
en
Geomensura, como se puede apreciar en ésta memoria, no se limita solo a aplicar sus conocimientos en el área de topografía o geodesia, sino también a la creación de sistemas que permitan la visualización rápida y sencilla de un gran volumen de información, logrando un posterior análisis basado tanto en la cartografía, como en las características que aporten a realizar una visión general de la realidad. Por esto la Universidad de Santiago de Chile, logra entregar a la sociedad un profesional capacitado íntegramente en la creación de proyectos de distinta índole, pasando por todas las etapas de éste. 6.2 RECOMENDACIONES Actualmente, el software de ArcView en sus últimas versiones trae incorporado segmentación dinámica como una rutina, pero para el desarrollo de ésta memoria, se tuvo que ingresar externamente. Una de las características de ésta nueva rutina es que puede intervenir directamente en la longitud del elemento (trazado vial), separándolo en distintos tramos, los que siguen perteneciendo a una misma entidad. Con esto se pueden tomar medidas que contemplen la altimetría, asignándole a cada tramo la medición hecha en terreno.
Es recomendable realizar un estudio de precisión cuando se quiera trabajar con segmentación dinámica, debido a que algunos caminos como los de desarrollo tienen pendientes máximas muy elevadas de 10% y 12%, es aquí donde existe una diferencia significativa al contemplar la altimetría, debido por ejemplo, a que en un tramo de 500 m. con una pendiente de un 10% el sistema tendrá un diferencia de 2.5 m. aproximadamente con el trazado vial, si éste error no se contempla y se acumula al de otros tramos, los elementos (señales, postes, paraderos, etc.) quedarán en una ubicación distinta a la del proyecto.
BIBLIOGRAFÍA
•
Javier Gutiérrez Puebla, Sistema de Información Geográfica, Editorial Síntesis S.A., 1994.
•
José Luis Borcosque Díaz, Teoría de SIG, Universidad de Santiago de Chile, 1999.
•
José Luis Borcosque Díaz, Manual de ArcView, Universidad de Santiago de Chile.
•
Hugo
Núñez
Cancino,
Apuntes
de
Catastro,
Universidad
de
Santiago de Chile, 2002. •
Javier Peñafiel y Jorge Zayas, Fundamentos del Sistema GPS y Aplicaciones en la Topografía, Madrid, 2001.
•
Walterio González, Apuntes de Topografía de Obras, Universidad de Santiago de Chile, 2002.
•
Ministerio de Obras Publicas, Procedimientos de Estudios Viales, Vol. 3 Manual de Carreteras, Chile, 2002.
•
Cristian Guevara, Optimización de Proyectos Viales Mediante un Modelo Físico de una base de datos estructurada (SIG), Memoria Universidad de Santiago de Chile, 2002.
•
Ingeniería Cuatro Ltda., Estudio de Ingeniería, Mejoramiento Ruta F-90, Casablanca-Algarrobo, V Región.
•
www.mop.cl
•
www.carreteras.org
