Georreferenciació

La georreferenciación és la tècnica de posicionament espacial d'una entitat en una localisació geogràfica única i ben definida en un sistema de coordenades i datum específics. És una operació habitual dins dels sistemes d'informació geogràfica (SIG) tant per a objectes ráster (imàgens de mapa de píxels) com per a objectes vectorials (punts, llínees, polilíneas i polígons que representen objectes físics). La georreferenciaació és un aspecte fonamental en l'anàlisis de senyes geoespaciales, puix és la base per a la correcta localisació de l'informació de mapa i, per això, de l'adequada fusió i comparació de senyes procedents de diferents sensors en diferents localisacions espacials i temporals. Per eixemple, dos entitats georreferenciadas en sistemes de coordenades diferents poden ser combinables despuix d'una apropiada transformació afí (ben al sistema de coordenades del primer objecte, be al del segon).

Sistemes de coordenades i datum geodèsics

Els sistemes de coordenades poden desglossar-se i representar-se en dos grans grups de gran importància:

• Sistemes de coordenades geogràfiques, l'entitat és descrita en térmens de coordenades latitut-llongitut associades a un datum geodèsic específic. El més comú i estés és el World Geodetic System 84 (WGS84), encara que en proyectes europeus es promou l'us del European Terrestrial Reference System 89 (ETRS89).

• Sistemes de coordenades proyectades, si són coordenades referides a un pla en el qual s'ha proyectat part de la superfície terrestre modelada en un datum. Ya que no és possible una proyecció sense distorsió entre una superfície elipsoidal i un pla, estos sistemes de coordenades es restringixen a regions suficientment chicotetes per a minimisar estos efectes. Un dels sistemes més comuns és el Sistema de coordenades universal transversal de Mercator (UTM).

Transformació a coordenades de mapa

Un dels objectius principals en l'àmbit de la georreferenciaació és la generació de funcions que permeten convertir les coordenades originals d'una image en coordenades de mapa. Estes coordenades de mapa es caracterisen perque la separació entre dos píxels es manté constant en tota l'image, i una georreferenciaació d'este tipo queda perfectament definida a través d'únicament quatre paràmetros:

• Les coordenades planimètriques del píxel situat en el cantó superior esquerre.

• La llongitut associada a cada píxel en el sentit d'alvanç de files i columnes.

Este método és l'empleat internament pel format d'imàgens georreferenciadas GeoTIFF. No existix una manera unívoca per a almagasenar en quin sistema estan expressades les coordenades que descriuen la finestra geogràfica: els métodos més habituals són el seu còdic EPSG o el seu Well Known Text (WKT).

Esta definició de les finestres geogràfiques és especialment útil a el hora de superpondre senyes ráster en atres tipos d'informació cartogràfica (per eixemple, vectores), o en ajustar imàgens en estudis multitemporales o en mosaics.

Métodos de georreferenciaació

Es poden distinguir dos métodos principals de georreferenciaació:

• La georreferenciación orbital, en la que es modelen les fonts d'error geomètric conegudes (la curvatura terrestre, la distorsió panoràmica, la rotació terrestre, etc.) i s'apliquen transformacions inverses que corrigguen estos errors intrínsecs i sistemàtics de forma automatizado. Té la principal ventaja de que no necessita intervenció humana una volta que és implementat, pero pot donar lloc a grans errors en les coordenades de les imàgens de satèlit si el seu sistema de posicionament no té la suficient precisió (problema que ha disminuït en l'arribada dels sistemes de navegació moderns).

• La georreferenciación per punts de control, en la que a partir d'un conjunt de punts ben identificats en l'image i dels que es coneixen les seues coordenades es calculen les funcions de transformació (llineals, quadràtiques) que millor s'ajusten a estos punts. Per a que esta georreferenciaació resulte satisfactòria és necessari elegir de forma apropiada els punts de control (en número, ubicació i distribució). Es tracta, puix, d'un procés manual en el que es requerix intervenció humana. Oferix major exactitut quan es treballa en zones a on és possible identificar be els punts coneguts.

Métodos de remuestreo

Les tècniques de remuestreo permeten determinar quin és el valor de nivell digital de l'image original que deu prendre cada píxel de l'image georreferenciada, i es basen en els comuns métodos matemàtics d'interpolació. Les més habituals són:

• El remuestreo per veí més pròxim, en el que s'assigna el nivell digital del píxel original en coordenades més pròximes a les del píxel georreferenciado. És el método més ràpit i s'ampra fonamentalment per a remuestrear senyes discretes, ya que conserva els valors originals. En el remuestreo pot haver píxels originals que no siguen associats a cap píxel georreferenciado.

• El remuestreo per interpolació bilineal, que calcula el valor del píxel georreferenciado com una mija ponderada dels quatre veïns més pròxims en l'image original. És útil per a magnituts contínues i du associat intrínsecament un suavisat de les senyes originals en l'image georreferenciada.

• El remuestreo per convolución cúbica, en el que s'assigna al píxel georreferenciado el seu valor en la curva que millor ajusta els 16 veïns originals més pròxims. És apropiat per a magnituts contínues, encara que poden aparéixer valors fora del ranc del ráster original, i ademés el temps de processat és major que en els casos anteriors.

• El remuestreo per majoria, en el que el píxel georreferenciado pren el valor que més es repetix en una finestra entorn al seu veí més pròxim en l'image original.

• El remuestreo de Lanczos, que en l'assignació del valor en el píxel georreferenciado ampra el filtre de convolució de Lanczos. És de gran utilitat quan en el remuestreo és necessari que les senyes no sofrixquen suavisat i existixca conservació local del contrast de l'image.

Soport llògic en ferramentes de georreferenciaació

Existixen diferents aplicacions, tant comercials com a lliures, especialment en l'àmbit de les ferramentes SIG, per a la georreferenciaació per punts de control o per a la transformació de senyes entre sistemes de coordenades. Entre les aplicacions comercials es troben ArcMap, ENVI, ERDAS Imagine, PCI Geomatics o TNTmips. Dins de les llibreries lliures, la fundació OSGeo manté de forma activa GDAL/OGR, que conté un gran número de funcions geoespaciales per a la reproyecció i remuestreado de vectores i imàgens ráster; també conta en una funció de mapeado inicial d'imàgens ráster a partir de la seua matriu de coordenades, encara que la validea dels seus resultats es troba en discussió.

En l'última década el propi concepte de georreferenciaació s'ha difòs més allà de l'àmbit científic-tecnològic gràcies a ferramentes com Google Earth, la facilitat de les quals d'us ha estés i democratizado el tractament d'informació de mapa fora de l'àmbit tècnic existent fins ara, en certes llimitacions (per eixemple, Google Earth solament admet informació en coordenades geogràfiques latitut-llongitut en el datum WGS84).

Aixina mateix, la massificació i evolució constant de la georreferenciaació s'ha vist impulsada per l'us mashups dins de la web 2.0, permetent la localisació de continguts digitals (vídeo, notícies, modelats 3D, etc.) en cartografia digital, en el marc de la informació geogràfica voluntària. Ara la georreferenciaació té un impacte sociològic lloc que es realisa sobre tots els continguts socials presents en el món. Açò està accelerant l'aparició d'una web geosemántica.