Tutorial: Preparación de datos a partir de mapas impresos

1. Introducción

El orden para utilizar mapas impresos en un SIG, requieren escanearse y georreferenciarse. El proceso de georreferenciación, a su vez, es necesario en imágenes de Percepción Remota como fotografías aéreas e imágenes de satélite.

Obtén un mejor resultado con un mapa limpio, sin demasiado pliegues. Utiliza un scanner del tamaño suficiente para escanear todo el mapa. La resolución del escáner debe ser adecuado (por ejemplo 1200 dpi) que permita un buen detalle  en los mapas ráster resultantes.

En el proceso de georreferenciación, necesitas vincular las ubicaciones en la imagen escaneada a las coordenadas. Hay dos formas:

• Recopila los puntos de control (GCPs por sus siglas en inglés)  en ubicaciones que sean claramente visibles en las imágenes como puentes y cruces.
• Si el mapa impreso contiene una gratícula puedes utilizarlos como referencia, identifica la proyección de la gratícula que por lo regular se encuentra indicada en el mapa.

2. Teoría

2.1. Modelo de datos vectoriales SIG

Revisa el siguiente video acerca del Modelo de datos vectoriales SIG.

2.2. Proyección cartográfica en los SIG

2.3. Formatos de archivo en los SIG y buenas prácticas

Revisa este video sobre formatos de archivos en los SIG y buenas prácticas.

3. Eleccion de una proyección cartográfica

Revisa el mapa escaneado e identifica la proyección cartográfica utilizada en la gratícula del mapa, en este caso, puedes utilizar cualquier software de visualización de imágenes.

Ahora, busca las palabras clave de la proyección en el sitio

4. Habilita el complemento de georreferenciación de GDAL

El complemento Georreferenciación de GDAL es un complemento nativo, lo cual significa que esta preinstalado, sólo se requiere habilitarlo.

1. Ejecuta QGIS Desktop (busca en el menú de inicio)
   
   
2. Después, en la ventana inicial, selecciona desde el menú principal  Plugins | Manage and Install Plugins [Complementos |Administrar e instalar complementos]
   
   
3. Busca el complemento de georreferenciación de GDAL y verifica el checkbox. Cierra la ventana de diálogo con el botón de cerrar (Close).

5. Importar el mapa escaneado con el complemento georreferenciador de GDAL

3. Da un click en el botón Abrir Ráster (Open Raster) 

6. Configuración de los parámetros de transformación

1. En el menú del georreferenciación, selecciona Settings | Transformation Settings; se puede escoger:

7. Agregar puntos de control (GCPs)

La forma en que enlazamos las coordenadas del mapa escaneado con las coordenadas reales, es necesario indicar puntos de control (GCPs) con coordenadas conocidas, podemos determinar estas coordenadas de diferentes formas:

• La forma más sencilla es el uso de una gratícula sobre el mapa escaneado, si este se encuentra disponible y tiene una proyección conocida. Has un click sobre un punto de la gratícula y teclea la coordenada X y Y correspondiente en la ventana de diálogo.
• Utilizando el mapa de referencia en el canvas en QGIS que ya ha sido georreferenciado, de esta forma podemos obtener las coordenadas con un click sobre el mapa de referencia.
• Con el uso de puntos de control (GCPs) medidos en campo con un GPS.
  

2. Da un click en el botón  que agrega el punto de control (GCP).

6. Agrega de forma similar un GCO en la esquina inferior derecha e izquierda del mapa. Si tuviste un error puedes borrar un punto de control con el botón  

8. Reducir los errores y rendimiento de la transformación

En la parte inferior de la pantalla, observarás el error medio estimado (41.2999 pixeles en nuestro caso). Este error es también visualizado en los GCP mediante una línea roja. Obviamente, tus valores no serán exactamente los mismos.

Hay dos formas de reducción del error:

• Puedes utilizar el botón para colocar los puntos de control (GCPs) en los puntos donde las líneas de la gratícula cruzan. Requieres acercarte al pixel adecuado de selección. Nota que el error medio no es automáticamente actualizado. Requieres el cambio del tipo de transformación a otro y luego regresar.
  

• Si la primera opción no reduce el error, podemos cambiar el tipo de transformación. Si cambiamos a otro tipo de transformación en la configuración (settings) de la transformación, los valores de error serán recalculados.
  

En este ejercicio, aplicaremos la segunda opción (posterior a la verificación de los puntos de control -GCPs-).

1. En el menú, dirígete otra vez a  Settings | Transformation Settings

2. Ahora, selecciona la transformación polinomial de primer orden (Polyniomial 1)  en lugar de la transformación lineal. Mantén el resto por default.

3. Da click en el botón OK que regresa a la tabla de los puntos de control (GCP table).

Ahora, observaremos que el error medio se redujo a una fracción del pixel, lo cual es aceptable. Si no observas  mean error < 1 pixel,  verifica las ubicaciones de los puntos de control GCP  y corrígelos.

Nota que  mean error < 1 pixel no puede alcanzarse siempre. La decisión para aceptar una cierta precisión depende del propósito del mapa.

4. Ahora, iniciemos el proceso de georreferenciación con el botón .

Después de algún tiempo de cálculo, el mapa georreferenciado aparecerá en el Canvas de QGIS.

5. Puedes cerrar el complemento Georrefenciador (Georeferencing plugin).  Este te preguntará si guardarás tus puntos de control (GCPs), si no requieres puedes indicar que descartas la opción con un  click en  Discard . Si guardas los puntos de control podrás cargarlos posteriormente en el complemento Georrefenciador (Georeferencing GDAL plugin).

9. Verifica el mapa georreferenciado

Verifica el resultado, puedes utilizar el complemento  Coordinate Capture.

1. Si el complemento no esta activado, dirigete desde el menú principal, seleccionando Plugins | Manage and Install Plugins (complementos | administrar e instalar complementos), entonces busca el complemento  Coordinate Capture. Verifica el checkbox que activa este y cierra la ventana con el botón Close.

Un panel aparece bajo la lista de capas.

2. Da un click sobre el botón Start capture.

3. Da un click sobre un punto de la gratícula en el mapa y las coordenadas son desplegadas en el panel.

El primer campo muestra las coordenadas en el Sistema Coordenado Geográfico (GCS, Lat/Lon coordinates), el segundo campo muestra las coordenadas en un sistema proyectado del proyecto.

4. Lee las coordenadas del extremo del mapa y verifica si estas corresponden con las coordenadas en el panel Coordinate Capture.

Otra forma de verificación del resultado es el uso de mapas web como mapa de fondo. El complemento QuickMapServices proporciona una acceso fácil a muchos mapas base como Google satellite y OpenStreetMap.

Si aún no has instalado el complemento QuickMapServices, hazlo de la misma forma que con otros complementos (plugins). Después de la instalación selecciona Web | QuickMapServices plugin | Settings desde el menú principal. Después, escoge la pestaña More services y da un click en el botón Get contributed pack. Da un click en el botón Save cuando el paquete de contribución (contributed pack) se haya instalado. Esto nos permitirá acceder a muchos mapas base muy útiles.

5. Desde el menú  principal, dirigete a  Web | QuickMapServices plugin , selecciona Google | Google Terrain, después  OSM | OSM Standard. Compara el mapa georreferneciado con las capas de  Google Terrain y OpenStreetMap.

En esta comparación, auxiliate en esta comparación utilizando el modo Blending Mode.  este modo determina como dos capas interactuan visualmente. Cuando un modo de mezcla ( blending mode) es aplicado a una capa se mezclará con la capa inferior.

6. Abre el panel de estilizado( Layer Styling)  por medio de un click en el icono . Coloca la capa destino  (target layer) a  Mount_Marcy_New_York_USGS_topo_map_1979_modified.

7.  En el panel, selecciona Blending mode Multiply.

Los modos de mezcla (Blending modes) permiten un rendereo más elegante entre las capas del SIG. Estas características son más poderosas que simplemente el ajuste de la opacidad de la capa (layer Opacity). Los modos de mezclado permiten efectos donde la intensidad completa de una capa subyacente es aún visible a través de la capa superior. Hay trece modos de mezcla disponibles.

Es buen momento de guardar el proyecto QGIS  (.qgz file).

8. Desde el menú principal, slecciona Project | Save as... y salva con el nombre Exercise_1.qgz.

El archivo del proyecto contiene la referencia a todas las capas, los estilos, proyecciones, extensión y niveles de acercamiento del canvas. Te recomiendo guardar tu proyecto regularmente.

10. Digitalización de capas vectoriales a partir de un mapa georreferenciado de fondo

Nuestro mapa escaneado puede utilizarse como fondo, con ello digitalizar capas vectoriales  (puntos, -poli-líneas o polígonos). En este ejercicio digitalizaremos:

• Cimas de las montañas como puntos
• Ríos como polilíneas
• Lagos como polígonos

10.1. Digitalización de los picos de las montañas

1. Desde el menú principal, selecciona Layer | Create Layer | New GeoPackage Layer.

2. EN la ventan de diálogo  New GeoPackage Layer  (Nueva capa Geopckage), primero selecciona el archivo de la capa, con un click en el botón .  Navega al folder donde quieras guardar el GeoPackage y nombralo como Mount_Marcy.gpkg. En el caso del nombre de la tabla (Table name) teclea Peaks. En el tipo de geometría(Geometry type) selecciona punto (Point). Asegúrate que el código es EPSG:26718 para la proyección. Crea un nuevo campo con el nombre  Elevation, en el tipo de dato número entero -Whole Number (integer)- y da un click en :.

3. Agrega un nuevo campo tipo Texto llamado Name. Da un click en el botón OK.

Una capa vacía ahora ha sido agregada a la lista de capas

Comenzaremos la digitalización, se debe cambiar al modo de edición.

4. Selecciona la capa Peaks  con un click sobre esta. Ahora, da un click en el icono para activar el modo de edición. También puedes hacer un click derecho sobre la capa y elegir el modo de edición (Toggle Editing) desde el menú contextual.

Ahora los botones sobre la barra de herramientas se activan. Un icono de un lápiz aparecerá junto a la capa en el panel de las capas indicando que la capa se encuentra en modo de edición.

5. Sobre el mapa topográfico identifica una montaña. Si el datum geodésico esta presente en la parte superior habrá un valor X y un valor de elevación.

6. Cuando hayas encontrado un valor, acercate y haz un click en el botón  Añadir punto (Add Point Feature) . El cursos cambia a un punto de mira. Mueve el puntero del mouse en la parte superior de la montaña y da un click sobre esta.

Una venyana de diálogo con una forma se desplegará. fid  es el identificador del rasgo que se generá automaticamente. Este es un valor entero único por cada rasgo. Los otros atributos que llenarás son Elevation y Name.

7. En este ejemplo, teclearemos  1501 como valor del campo  Elevation and Mt Skylight para el campo Name. En caso de que en tu mapa, el pico de la montaña no tiene una etiqueta de elevación, determínala basada en las curvas de nivel.

8. Repite los pasos para agregar otro picos de montañas.

Si tienes un error, puede utilizar la herramienta de vértices (Vertex Tool)  para mover los objetos o utilizar una de las opciones de la herramienta de selección de objetos y selecciona un objeto punto ( observa la captura de pantalla abajo) y da un click en el botón  que borra el objeto punto seleccionado. Puedes utlizar estos botones para deshacer/rehacer las acciones de edición. Usa el botón  que guarda las ediciones.

9. Cuando termines, otra vez da un click en el botón  que deshabilita el modo de edición. Si aún no has salvado las ediciones, te preguntará si deseas guardar o descartar, siempre puedes deshacer las ediciones hasta la última ocasión en que se guardo.

10. Puedes revisar la tabla de atributos de la nueva capa de puntos vectoriales, haciendo un click derecho sobre la capa Peaks  y seleccionando Abrir Tabla de atributos (Open Attribute Table).

Observa los atributos que has agregado y los valores de los campos fid, Elevation y Name .

10.2. Digitalización de los ríos

Tu siguiente tarea es la digitalización de las líneas (rivers). El procedimiento es similar para la creación de capas de puntos.

1. En la ventana de diálogo de Nueva capa Geopackage (New GeoPackage Layer), navega primero a una base de datos existente Mount_Marcy.gpkg.

2. Nombra a la nueva tabla (Table name) de los ríos como  Rivers y el tipo de geometría (Geometry type)  como línea (Line). Como nuevo atributo, agrega Name con el tipo Text (Text data). Por favor, no olvides hacer un click en el botón .  Verifica si la ventana de diálogo se parece como la figura inferior, entonces haz click en el botón OK.

En la ventana de Nueva capa Geopackage (New GeoPackage Layer)  apaarecerá el mensaje de que el archivo ya existe.

3. Escoge Agrega nueva capa (Add New Layer).

La capa Rivers ahora esta agregada al panel de capas.

4. Alterna la edición y comienza a agregar ríos (rivers). Da un click sobre el botón Añadir línea ( Add Line Feature)que agrega un nuevo objeto línea (río). Acércate y mueve el mapa hasta encontrar una corriente que digitalizar.

Siempre empiece la digitalización desde arriba hacia abajo. La dirección se almacenará en la capa. Siempre, coloque un vértice cuan un afluente se une a una corriente mayor. Eso es importante cuando conectas tributarios posteriormente.

5. Con un click sobre el punto de inicio de una línea (node) y haz un click cuando sea necesario para hacer otro vértice.

Puedes utilizar los botones de acerca y mover para rastrear la secuencia de las corrientes. La barra espaciadora (Spacebar)  te permite mover el mapa durante el proceso de digitalización. Con la barra de retroceso puedes borrar el último vértice mientras estas en el proceso de digitalización.

6. Después de que colocas el vértice final de la línea, da un click derecho que termina la línea. Ahora introduce los datos del atributo en la forma.

Ahora digitalizaremos un afluente. Primero habilita las opciones de ensamblado (snapping).

7. Desde el menú principal, selecciona View | Toolbars | Snapping Toolbar (alternativamente da un click derecho sobre alguna parte vacia de la barra de herramientas y escoge Herramienta de autoensamblado (Snapping Toolbar). Da un click en el botón  que habilita el autoensamblado. Elije el ajuste de ensamblado a los vértices de la capa activa con una tolerancia de 15 metros.

8. Ahora digitaliza el afluente desde aguas arriba hasta donde se une a la corriente de orden superior. Observa como la línea se ensambla al vértice que colocaste previamente en el río principal.

Si buscas que todos los afluentes sean un sólo objeto, requieres disolver  (dissolve) los objetos.

9. Cuando hayas dado el mismo nombre a todos los afluentes (tributarios) puedes disolverlos, seleccionando desde el menú principal Vector | Geoprocessing Tools | Dissolve . Utiliza el botón  para elegir el campo  Name como el campo de disolución (Dissolve field)  y salva el resultado en una capa Geopackage con el nombre de  Rivers_dissolved. Después da un click en el botón Ejecutar (Run).

10. Verifica la tabla de atributos resultante antes y después del proceso de disolución.

10.3. Digitalización de Lagos

Finalmente, crearemos una capa de polígonos de algunos objetos Lagos. Descubre la forma  de hacerlo por ti mismo. El proceso es muy similar que el seguido con las líneas. La única diferencia es que el primer vértice es el mismo vértice que cierra el polígono. Utiliza el nombre del lago como un atributo tipo texto.

11. Estilizado de las capas de picos de las montañas, ríos y lagos

En esta sección final, estilizaremos las capas de los picos de las montañas, los ríos y lagos.

11.1. Estilizado de la capa de picos de las montañas

Empieza con la estilización de la capa Peaks.

1. Abre el panel de estilizado (Layer Styling panel)  con u n click en el botón . Coloca la capa Peaks como capa objetivo.

Por default, las capas se estilizan con un marcador simple.

2. Selecciona un marcador simple (Simple marker)  y cambia el tipo de simbología de la capa (Symbol layer type)  a un marcador (SVG Marker). En la parte inferior, habrá una sección llamada Grupos SVG (SVG Groups). Puedes navegar por los iconos SVG que vienen instalados con QGIS. Encuentra el símbolo del folder y da un click sobre este. Desplazate hasta encontrar el icono de marcador rojo (red marker) y selecciona este. Cambia el ancho (Width) y  alto (Height) a 12 mm cada uno.

11.2. Etiqueta la capa de picos

En seguida, etiqueta los picos de las montañas.

1. Cambia a la pestaña de etiquetas (Labels) del panel de estilizado (Layer Styling Panel).  Cambia del modo sin etiquetas (No Labels) a etiquetas únicas (Single labels). Coloca en la opción etiquetar con (Label with) con el campo Name . Es posible utilizar múltiples campos en la etiqueta utilizando una expresión.

2. Da un Click en el botón de expresión (Expression) que abre la ventana de diálogo de expresiones (Expression Dialog). Expande la sección Campos y valores (Fields and Values)  y agrega el campo  Elevation después el campo Name . Cuando se combinan textos en una expresión se requiere un operador de concatenación (String Concatenation)   que los separa.

3. Adicionalmente, el operador de una nueva línea (New line) agrega una columna en una nueva línea. Sin embargo, esto requiere otro operador de concatenación (String Concatenation) después de este. Preparemos una expresión como: "Name" || '\n' || "Elevation".  El resultado es bueno, aunque puede que no sea clara la lectura de los números y las etiquetas sean más fácil de representar con el separador de miles.

4. La adición de las unidades de medida de la elevación, puedes agregar la cadena meters después del valor, agregando el operador || ' meters' a la expresión existente. Una segunda mejora es con el uso de la función format_number. Utiliza la caja de búsqueda para encontrar la función format_number . Insertala del lado derecho antes del campo "Elevation" . El panel de ayuda te muestra la sintaxis de la función, se requiere como parámetros un número y una cantidad de lugares decimales. El parámetro de número el campo "Elevation" y el número de lugares decimales igual a cero 0.  Así, la expresión de un formato simple de los datos con un número y con un separador de miles se encuentra preparado. Considera que el uso de las dobles comillas (") es para los campos y comillas simples (') para las cadenas de texto.

5. Facilita la lectura de las etiquetas, con el cambio del estilo de la fuente (Style) a negritas (Bold). Cambia a la pestaña de buffer (Label buffer) y habilita el  checkbox Dibujar buffer de texto (Draw text buffer). Aumenta la separación entre etiquetas y los objetos geométricos en la pestaña de ubicación (Label placement)   y coloca el campo Distance a 2 mm.

6. Por último, da un click en el botón  ubicación automática (Automated placement settings) que abre la ventana motor de ubicación automática (Automated Placement Engine). Deshabilita la opción del checkbox Permitir etiquetas truncadas sobre los bordes ( Allow truncated labels on edges of map) . Esta acción previene que las etiquetas se corten.

7. Da un click en el botón OK para descartar, tus etiquetas lucirán como:

11.3. Estiliza la capa de ríos

Next you will style the rivers.

1. Set the target layer in the Layer Styling Panel to Rivers and switch from the Labeling tab back to the Styling tab.

2. Select Simple line. Click the Color bar to open the Select line color panel.

3. Change the Color to an RGB value of 31|120|180.

4. Click the Go back button to return to the main symbology panel.

5. Increase the Stroke width to 0.86.

6. To label the rivers switch to the Labels tab .

7. Repeat the initial steps of labeling Peaks to label Rivers with just the Name field.

8. Switch to the Label placement tab and choose a Placement style of Curved.

To make them more readable against the topo map you will apply a buffer.

9. Switch to the Label buffer tab and check Draw text buffer option.

You will set the color to the green background of the topo map.

11. Click the drop down arrow for the Color setting and choose Pick color. With the eye dropper cursor click on a place to select that green topo map background color.

12. Finally return to the Text and set the label Color to an RGB value of 31|38|180, the Font to Calibri, the Size to 11 and the Style to italic.

Your rivers should look like:

11.4. Estiliza la capa de lagos

A continuación, estilizarás la capa de lagos (lakes). Utiliza un relleno de shapeburst que te permitirá  colorear los lagos desde un azul claro hacia un azul oscuro.

1. Coloca la capa objetivo en el panel de estilizado (Layer Styling Panel) a la capa Lakes y cambia de la pestaña de etiquetado (Labeling) a la pestaña de estilizado (Styling). Selecciona la opción de línea simple ( Simple line).

2. Selecciona el estilizado de relleno simple (Simple fill). Cambia el tipo de símbolo de la capa (Symbol layer type) a Shapeburst fill. Mantén por default la configuración del gradiente (Gradient colors) con dos colores (Two color). Coloca el primer color a un valor RGB de 185|239|255 y el segundo color a un valor RGB de 31|133|180.

3. Cambia el estilo de sombreado (Shading style)  con un valor de distancia (Set distance) de  6. Incrementa el desenfoque (Blur strength)  a 12.

Finalmente, agrega una línea simple que representa la línea de costa de cada lago.

4. Haz un clik en el botón Añadir símbolo (Add symbol layer) . Cambia a un nuevo rendereador de rellenado simple (Simple fill)  a uno de tipo símbolo (Symbol layer type) de contorno simple (Outline simple line) con un  Color RGB de 31|133|180.

5. Etiqueta los lagos con su nombre (Name). Coloca la etiqueta de Color con un valor RGB de 225|255|255 (light blue), la fuente (Font) a Calibri, el tamaño (Size) a 10 y el estilo (Style) a bold italic.

6. Cambia a la pestaña de ubicación (Label placement) y cambia la ubicación (Placement) a Horizontal (slow). Después cambia a la pestaña de formato de la etiqueta (Formatting) e introduce un espacio como carácter de separación (Wrap on character). Coloca la alineación  (Alignment) a centrado (Center).

Los polígonos de los lagos lucirán como:

12. Conclusiones

En esta lección aprendiste a:

• buscar la proyección y código EPSG de un mapa
  
• instalar complementos (plugins)
  
• georeferenciar un mapa escaneado utilizando puntos de control (GCPs) desde una gratícula
• usar el complemento coordinate capture tool
• usar capa en línea desde el complemento QuickMapServices
  
• digitalizar puntos, líneas y polígonos agregando además sus atributos
• usar la herramiento de ensamblado (snapping toolbar)
• disolver objetos geométricos
  
• almacenar los datos en un archivo GeoPackage
• estilizar y etiquetar las capas vectoriales