TTE88

COMPARACION GEOMORFOLOGICA DE UNA CUENCA

HIDROGRAFICA POR MEDIO DE DRON Y GOOGLE

EARTH PARA SU REPRESENTACION EN SIG

Proyecto de título para optar al título de:

INGENIERO CIVIL GEOLOGO

Presenta:

ANDREA PAZ NAVARRETE MARTINEZ

Tutor : Dr. Oswaldo J. Peña V. Cotutor: Ing. MSc. Jackeline Peña Suarez

Temuco, 2022.

AGRADECIMIENTOS

Primeramente quiero agradecer a Dios por permitirme llegar hasta estas instancias en mi vida, a mi familia por todo el apoyo y cariño brindado a lo largo de todos estos años de esfuerzo y entrega. También quiero agradecer a mis mascotas por ser un apoyo emocional y finalmente a todas las personas que me apoyaron de una u otra manera en mi proyecto.

ii

Índice de contenido

Resumen ................................................................................................................. x

Abstract ................................................................................................................ xii

Introducción ....................................................................................................... xiv

1 CAPITULO I ............................................................................................... 16

1.1

Planteamiento del problema .............................................................. 16

1.2

Justificaciones ...................................................................................... 17

1.3

Objetivo General ................................................................................. 17

1.4

Objetivos Específicos .......................................................................... 17

1.5

Alcances y limitaciones ....................................................................... 18

2 CAPITULO II ............................................................................................. 19

2.1

MARCO TEÓRICO ........................................................................... 19

2.1.1 Fotogrametría .................................................................................... 19

2.1.2 Dron .................................................................................................. 19

2.1.3 Modelo DJI Mavic Air 2 ................................................................... 19

2.1.4 Aplicaciones para fotogrametría con dron (Dronelink). ................... 21

2.1.5 GSD y Altura de vuelo ...................................................................... 22

2.1.6 Software de procesamiento (Agisoft Metashape) ............................. 23

2.2

Georreferenciación.............................................................................. 24

2.2.1 Geoide ............................................................................................... 24

2.2.2 Elipsoide............................................................................................ 25

2.2.3 Datum ................................................................................................ 26

2.2.4 Sistema de coordenadas .................................................................... 26

2.3

Sistemas de información geográfica (SIG)........................................ 26

2.3.1 Almacenamiento y representación de datos. ..................................... 27

2.3.2 Modelos de elevación digital ............................................................ 28

2.3.3 TIN .................................................................................................... 28

2.4

Hidrología. ........................................................................................... 28

2.4.1 Cuenca hidrográfica. ......................................................................... 28

iii

2.4.2 Morfometría de cuencas. ................................................................... 29

2.5

Medidas de dispersión, Teoría de errores......................................... 32

2.6

METODOLOGÍA ............................................................................... 34

2.6.1 Tipo y diseño de investigación.......................................................... 34

2.6.2 Descripción metodológica................................................................. 34

a) Área de estudio...................................................................................... 36

Para delimitar el área de estudio se identifica la zona de interés, para

posteriormente descargar las imágenes satelitales obtenidas de la base de

datos de Earth Explorer, con el fin de construir un modelo digital del terreno

y generar una cuenca aproximada de la zona................................................ 36

En base al área de esta cuenca se genera un polígono que contenga a esta

misma, la cual será el área de estudio. .......................................................... 36

b) Fotogrametría con dron ......................................................................... 36

f) Topografía con Google Earth................................................................ 39

i) Cuenca................................................................................................... 41

j) Comparación estadística ....................................................................... 42

3 Capítulo IV: Resultados y Análisis ............................................................ 43

3.1

Zona de estudio.................................................................................... 43

3.2

Planificación ........................................................................................ 44

3.2.1 Cuenca de referencia. ........................................................................ 44

3.2.2 Calidad de imagen y altura de vuelo. ................................................ 45

3.2.3 Rutas.................................................................................................. 45

3.2.4 Características de los vuelos ............................................................. 52

3.2.5 Puntos obtenidos con Google Earth. ................................................. 53

3.3

Elaboración de los Modelos del Terreno........................................... 55

3.3.1 Resultados obtenidos con Dron......................................................... 55

3.3.2 Resultados obtenidos con Google Earth. .......................................... 61

3.4

Resultados de la delimitación de cuencas con las herramientas

Google Earth y Dron. ...................................................................................... 67

3.5

Parámetros morfo métricos................................................................ 73

3.5.1 Área ................................................................................................... 73

3.5.2 Perímetro ........................................................................................... 74

iv

3.5.3 Pendiente media de la cuenca ........................................................... 75

3.5.4 Longitud del cauce principal ............................................................. 76

3.5.5 Distancia al centro de gravedad ........................................................ 77

3.5.6 Amplitud de la cuenca....................................................................... 78

3.5.7 Factor Forma ..................................................................................... 79

3.5.8 Coeficiente de compacidad ............................................................... 80

3.5.9 Razón de elongación ......................................................................... 81

3.6

Variabilidad de los resultados............................................................ 83

3.6.1 Medidas de dispersión....................................................................... 83

3.6.2 Análisis.............................................................................................. 85

3.6.3 Variables que influyen en los resultados con Dron........................... 88

3.7

Puntos de control................................................................................. 91

3.7.1 Resultados de la delimitación de la cuenca con datos ajustados con

puntos de control. .......................................................................................... 96

3.7.2 Comparación ..................................................................................... 97

4 Conclusión.................................................................................................... 99

5 Bibliografía ................................................................................................ 101

Índice de imágenes

Imagen 1: Mavic Air 2. Fuente: DJI. ................................................................... 20

Imagen 2: Alcance máximo. Fuente: Manual Mavic Air 2.................................. 20

Imagen 3 : Ejemplo malla. Fuente: Dronelink. ..................................................... 21

Imagen 4: Comparación GSD. Fuente: Pix 4D mapper....................................... 22

Imagen 5: Variables GSD. Fuente: Pix 4D mapper. ............................................ 23

Imagen 6 : Geoide. Fuente: Educalingo ................................................................ 25

Imagen 7 : Geoide, Elipsoide y Superficie de la tierra. Fuente: Alfa Geomatics . 25

Imagen 8: Representación gráfica y vectorial. Fuente: Alonso,2006. ................. 27

Imagen 9: Esquema metodológico general. Fuente: Propia................................. 35

Imagen 10: Esquema metodológico fotogrametría. Fuente: Propia..................... 36

Imagen 11 : Procedimiento para cuencas en ArcGIS. Fuente: Propia. ................. 41

v

Imagen 12: Esquema metodológico de la comparación estadística. Fuente: Propia.

....................................................................................................................... 42

Imagen 13: Emplazamiento de la zona de estudio. Fuente: Propia. .................... 43

Imagen 14: Cuenca de referencia. Fuente: Propia. .............................................. 44

Imagen 15: Ruta Nº1, WNW – ESE. Fuente: Propia. .......................................... 46

Imagen 16: Ruta Nº2, NNE – SSW. Fuente: Propia. ........................................... 47

Imagen 17 : Ruta Nº3, NW – SE. Fuente: Propia. ................................................ 47

Imagen 18 : Ruta Nº4, ENE – WSW. Fuente: Propia. .......................................... 48

Imagen 19: Ruta Nº5, NNW – SSE. Fuente: Propia. ........................................... 48

Imagen 20 : Ruta Nº6, NE – SW. Fuente: Propia. ................................................ 49

Imagen 21: Ruta Nº7, N – S. Fuente: Propia. ...................................................... 49

Imagen 22: Ruta Nº8, WNW – ESE. Fuente: Propia. .......................................... 50

Imagen 23: Ruta Nº9, E – W. Fuente: Propia. ..................................................... 50

Imagen 24: Ruta Nº10, WNW – ESE. Fuente: Propia. ........................................ 51

Imagen 25: Ejemplo ruta Nº1, Google Earth. Fuente: Propia.............................. 54

Imagen 26: Modelo digital del terreno Ruta Nº1 dron, orientación WNW-ESE.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 55

Imagen 27: Modelo digital del terreno Ruta Nº2 dron , orientación NNE – SSW.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 56

Imagen 28: Modelo digital del terreno Ruta Nº3 dron, orientación NW – SE.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 56

Imagen 29: Modelo digital del terreno Ruta Nº4 dron, orientación ENE – WSW.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 57

Imagen 30: Modelo digital del terreno Ruta Nº5 dron, orientación NNW – SSE.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 57

Imagen 31: Modelo digital del terreno Ruta Nº6 dron, orientación NE – SW.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 58

Imagen 32: Modelo digital del terreno Ruta Nº7 dron, orientación N – S. Fuente:

Propia. ........................................................................................................... 58

Imagen 33: Modelo digital del terreno Ruta Nº8 dron, orientación WNW – ESE.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 59

vi

Imagen 34: Modelo digital del terreno Ruta Nº9 dron, orientación E – W. Fuente:

Propia. ........................................................................................................... 59

Imagen 35: Modelo digital del terreno Ruta Nº10 dron, orientación WNW – ESE.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 60

Imagen 36: MDT Ruta Nº1 Google Earth, orientación WNW-ESE. Fuente:

Propia. ........................................................................................................... 61

Imagen 37: Modelo digital del terreno Ruta Nº2 Google Earth , orientación NNE

– SSW. Fuente: Propia. ................................................................................. 62

Imagen 38: Modelo digital del terreno Ruta Nº3 Google Earth, orientación NW –

SE. Fuente: Propia......................................................................................... 62

Imagen 39 : Modelo digital del terreno Ruta Nº4 Google Earth, orientación ENE –

WSW. Fuente: Propia. .................................................................................. 63

Imagen 40 : Modelo digital del terreno Ruta Nº5 Google Earth, orientación NNW

– SSE. Fuente: Propia. .................................................................................. 63

Imagen 41: Modelo digital del terreno Ruta Nº6 Google Earth, orientación NE –

SW. Fuente: Propia. ...................................................................................... 64

Imagen 42: Modelo digital del terreno Ruta Nº7 Google Earth, orientación N – S.

Fuente: Propia. .............................................................................................. 64

Imagen 43: Modelo digital del terreno Ruta Nº8 Google Earth, orientación WNW

– ESE. Fuente: Propia. .................................................................................. 65

Imagen 44: Modelo digital del terreno Ruta Nº9 Google Earth, orientación E –

W. Fuente: Propia. ........................................................................................ 65

Imagen 45: Modelo digital del terreno Ruta Nº10 Google Earth, orientación

WNW – ESE. Fuente: Propia........................................................................ 66

Imagen 46: Cuencas generadas a partir de las herramientas Google Earth y Dron

respectivamente, con orientación WNW-ESE (Ruta Nº1). Fuente: Propia. . 67

Imagen 47: Cuencas generadas a partir de las herramientas Google Earth y Dron,

orientación NNE-SSW (Ruta Nº2). Fuente: Propia. ..................................... 68

Imagen 48: Cuencas generadas a partir de las herramientas Google Earth y Dron,

orientación NW-SE (Ruta Nº3). Fuente: Propia. .......................................... 68

Imagen 49: Cuencas generadas a partir de las herramientas Google earth y Dron,

con orientación ENE-WSW (Ruta Nº4). Fuente: Propia. ............................. 69

vii

Imagen 50: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación NNW-SSE (Ruta Nº5). Fuente: Propia. ..................................... 69

Imagen 51: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación NE-SW (Ruta Nº6). Fuente: Propia. .......................................... 70

Imagen 52: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación N-S (Ruta Nº7). Fuente: Propia. ............................................... 70

Imagen 53: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación WNW-ESE (Ruta Nº8). Fuente: Propia. .................................... 71

Imagen 54: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación E-W (Ruta Nº9). Fuente: Propia. ............................................. 71

Imagen 55: Cuencas generadas con las herramientas Google Earth y Dron, con

orientación WNW-ESE (Ruta Nº10). Fuente: Propia. .................................. 72

Imagen 56: Ejemplo punto de control. Fuente DJI. ............................................. 88

Imagen 57: Modelo digital del terreno vuelo Nº2 y Nº4. Fuente: Propia. ........... 90

Imagen 58: Estación total. Fuente: Propia. .......................................................... 92

Imagen 59: Ortofoto generada con la ruta Nº2 y sus respectivos puntos de

control. Fuente: Propia. ................................................................................. 93

Imagen 60: Estaca de control, punto Nº3. Fuente: Propia. .................................. 94

Imagen 61: Cuencas generadas a partir de la herramienta Dron con puntos de

control, orientación NNE-SSW (Ruta Nº2). Fuente: Propia......................... 96

Índice de Tablas

Tabla 1: Coordenadas UTM, zona de estudio. Fuente: Propia. ........................... 43

Tabla 2: Parámetros dron. Fuente: Propia............................................................ 45

Tabla 3: Orientación de las rutas. Fuente: Propia. ............................................... 46

Tabla 4: Características de los vuelos. Fuente: Propia......................................... 52

Tabla 5: Características de los vuelos. Fuente: Propia......................................... 53

Tabla 6: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto al área de las cuencas. Fuente: Propia............................................. 73

Tabla 7: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron respecto

al perímetro de las cuencas. Fuente: Propia .................................................. 74

viii

Tabla 8: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto a la pendiente de las cuencas. Fuente: Propia. ................................ 75

Tabla 9 : Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron respecto

a la longitud del cauce principal. Fuente: Propia. ......................................... 76

Tabla 10: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto a la distancia al centro de gravedad. Fuente: Propia....................... 77

Tabla 11: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto a la amplitud de la cuenca. Fuente: Propia. .................................... 78

Tabla 12 : Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto al factor forma de las cuencas. Fuente: Propia. .............................. 79

Tabla 13: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto al coeficiente de compacidad. Fuente: Propia. ............................... 80

Tabla 14: Resultados obtenidos con las herramientas Google Earth y Dron

respecto a la razón de elongación. Fuente: Propia. ....................................... 81

Tabla 15: Resumen de los resultados obtenidos de las cuencas generadas con

Dron. Fuente: Propia. .................................................................................... 83

Tabla 16: Resumen de los resultados obtenidos de las cuencas generadas con

Dron. Fuente: Propia ..................................................................................... 84

Tabla 17: Resumen de los resultados obtenidos de las cuencas generadas con

Google Earth. Fuente: Propia. ....................................................................... 84

Tabla 18: Resumen de los resultados obtenidos de las cuencas generadas con

Google Earth. Fuente: Propia. ....................................................................... 85

Tabla 19 : Diferencias de variabilidades. Fuente: Propia. .................................... 87

Tabla 21 : Puntos de control. Fuente: Propia. ....................................................... 94

Tabla 22 : Error modelo con puntos de control. Fuente: Propia ........................... 95

Tabla 23: Errores estimados para los modelos generados con Dron. Fuente:

Propia ............................................................................................................ 95

Tabla 24: Parámetros morfo métricos de la cuenca generada con puntos de

control. Fuente: Propia. ................................................................................. 96

Tabla 25: Tabla comparativa de la cuenca realizada con: puntos de control, Dron

y Google Earth. Fuente: Propia. .................................................................... 97

ix

Resumen

Actualmente existen diversas herramientas que nos facilitan la comprensión

de la superficie de la tierra y por tanto al estudio de la cuencas hidrográficas.

Este proyecto se llevó a cabo con la finalidad de realizar una comparación

geomorfológica de una cuenca hidrográfica mediante dos herramientas, Google

Earth y Dron.

El tipo de investigación empleada para este proyecto es de carácter

exploratoria y cuantitativa correlacional. Para ello se definieron diez rutas con

diferentes orientaciones, en una misma área, con el fin de obtener veinte modelos

digitales del terreno (MDT), originados de la información que nos entregan

Google Earth y Dron (diez modelos por herramienta). Estos modelos fueron

representados en un sistema de información geográfica (SIG), permitiendo tener

una perspectiva del relieve de la superficie estudiada. Posteriormente, se

delimitaron las cuencas hidrográficas para cada uno de estos modelos y se

estimaron sus respectivos parámetros morfométricos.

Para realizar la comparación y observar la distribución de los resultados

obtenidos, se utilizaron las medidas de dispersión y gráficos de valores

individuales. La medida de dispersión utilizada para comparar la variación de los

parámetros morfométricos es el coeficiente de variación por su a dimensionalidad.

Los resultados indican que los parámetros morfométricos de las cuencas

obtenidas con Google Earth presentan una menor variabilidad comparados con los

obtenidos con Dron. En promedio la variabilidad del dron para los parámetros

morfométricos de una cuenca corresponde a 11,1% y Google Earth corresponde a

un 6,9%.El parámetro morfométrico que presenta mayor variabilidad entre

herramientas corresponde a la amplitud de la cuenca, con un 7% de diferencia en

el coeficiente de variación y el con menor variabilidad entre las herramientas es la

longitud del cauce principal con un 0,4%.

Evaluando el promedio de los resultados obtenidos, la cuenca generada

con dron, posee un área y perímetro más extenso que la cuenca delimitada con

Google Earth. La amplitud, longitud del cauce principal y distancia al centro de

gravedad presentan diferencias menos significativas , por el contrario sucede con

la pendiente de la cuenca, que presenta la mayor diferencia entre las herramientas.

x

Finalmente parámetros indicativos de forma, coinciden para ambos casos que la

cuenca estudiada es de forma oblonga y alargada.

Se concluye que ambas herramientas cumplen con la función de realizar

modelos digitales del terreno, sin embargo cada una presenta diferentes limitantes.

Las limitantes relacionadas con el dron, que ocasionan una mayor variabilidad en

sus resultados radican en las condiciones climáticas, en el software de

procesamiento de las imágenes y en los equipos complementarios que se deben

utilizar para su exactitud. Si bien esta herramienta posee una mayor variación en

sus resultados, no significa que sus resultados sean menos exactos o más alejados

de la realidad. Por otro lado las limitantes asociadas a Google Earth radican, en la

desactualización de sus imágenes (no en tiempo real) y baja resolución de estas

mismas, por lo que entrega modelos digitales del terreno con poco nivel de detalle.

Palabras claves: Cuenca, SIG, dron, relieve, morfometría.

xi

Abstract

Currently there are several tools that facilitate the understanding of the earth's

surface and therefore the study of watersheds.

This project was carried out with the purpose of making a geomorphological

comparison of a watershed using two tools, Google Earth and Dron.

The type of research used for this project is exploratory and quantitative

correlational. For this purpose, ten routes with different orientations were defined

in the same area, in order to obtain twenty digital terrain models (DTM),

originating from the information provided by Google Earth and Dron (ten models

per tool). These models were represented in a geographic information system

(GIS), allowing us to have a perspective of the relief of the studied area.

Subsequently, the watersheds were delimited for each of these models and their

respective morphometric parameters were estimated.

In order to make the comparison and observe the distribution of the results

obtained, dispersion measures and graphs of individual values were used. The

measure of dispersion used to compare the variation of the morphometric

parameters is the coefficient of variation by dimensionality.

The results indicate that the morphometric parameters of the basins obtained with

Google Earth present a lower variability compared to those obtained with Dron.

On average, the variability of the drone for the morphometric parameters of a

watershed corresponds to 11.1% and Google Earth corresponds to 6.9%. The

morphometric parameter with the greatest variability between tools corresponds to

the width of the watershed, with a 7% difference in the coefficient of variation

and the one with the least variability between tools is the length of the main

channel with 0.4%.

Evaluating the average of the results obtained, the watershed generated with the

drone has a larger area and perimeter than the watershed delimited with Google

Earth. The amplitude, length of the main channel and distance to the center of

gravity present less significant differences; on the contrary, the slope of the basin

presents the greatest difference between the tools.

Finally, parameters indicative of shape, coincide for both cases that the basin

studied is oblong and elongated.

xii

It is concluded that both tools fulfill the function of making digital terrain models,

however each one has different limitations.

The limitations related to the drone, which cause greater variability in its results,

lie in the climatic conditions, in the image processing software and in the

complementary equipment that must be used for its accuracy. Although this tool

has a greater variation in its results, it does not mean that its results are less

accurate or farther from reality. On the other hand, the limitations associated with

Google Earth lie in the outdatedness of its images (not in real time) and their low

resolution, so it delivers digital terrain models with a low level of detail.

Palabras claves: Watershed, GIS, drone, relief, morphometry.

xiii

Introducción

La presencia del agua en la historia de la humanidad es una de las claves para

entender nuestro desarrollo y evolución. Desde la antigüedad los seres humanos

procuraban instalarse en las cercanías de las aguas, o laderas de los ríos, ya que les

aportaba para el riego, consumo, medio de comunicación, entre otros. De allí nace

la importancia de conocer y gestionar las cuencas hidrográficas.

La representación científica de la altimetría del terreno se considera que

comienza con el descubrimiento de las curvas de nivel. Los antecedentes de la

representación del relieve mediante las curvas de nivel no surgieron para describir

la orografía, sino para representar cauces hidrográficos. La representación más

temprana de las curvas de nivel descubierta hasta ahora se encuentra fechado en

1584.

Cada día se va perfeccionando más las herramientas para proporcionar una

mejor comprensión de la superficie de la tierra. En la actualidad hay diferentes tipos

de métodos con los cuales llevar a cabo levantamientos topográficos, como los son

con equipos de estaciones totales, GNSS, mediante softwares como Google Earth

o con nuevas tecnologías como los drones. Con todas estas herramientas se logran

generar modelos digitales del terreno, y cada una posee una manera diferente de

obtener la información topográfica.

La tecnología que ofrecen los drones ha sido masificando poco a poco, si bien

antes se creía que podían ser utilizamos solo en el sector audiovisual, ahora su uso

se amplía mucho más, por lo que su aplicación se ha vuelto imprescindible para

proyectos topográficos e ingenieriles debido a los grandes beneficios que podemos

obtener con esta herramienta. A su vez Google Earth es una plataforma que nos

permite visualizar y analizar imágenes satelitales, que igualmente nos proporcionan

información topográfica del terreno de manera rápida y sencilla. La delimitación de

cuencas hidrográficas y sus parámetros morfo métricos dependen directamente de

la topografía que nos proporcionan estas herramientas por lo que estudiar los

resultados que otorga cada una de estas herramientas y determinar la variación es

de gran importancia cuando se decide ejecutar un proyecto, ya que permitirá tomar

decisiones importantes respecto a el aprovechamiento del recurso hídrico.

xiv

Por lo anteriormente dicho, el objetivo de este proyecto se enfoca en comparar

la geomorfología de una cuenca hidrográfica, generada mediante dos herramientas

diferentes, Google Earth y Drone y determinar su variabilidad. Para efectuar la

comparación se realizarán diez maneras diferentes de obtener el modelo digital del

terrenoNMK para cada herramienta, delimitando y estimando los parámetros

morfometricos de la cuenca hidrográfica en ArcGIS

xv

1

CAPITULO I

1.1

Planteamiento del problema

Según (Gaspari,2012) el análisis morfométrico es el estudio de un conjunto

de variables lineales, de superficie, de relieve y drenaje; que permite conocer las

características físicas de una cuenca, lo cual permite realizar comparaciones entre

varias cuencas, así como ayuda a la interpretación de la funcionalidad hidrológica.

Para realizar el estudio de una cuenca y determinar sus parámetros, necesitamos

conocer la superficie que se desea analizar, trabajando con curvas de nivel y

modelos digitales del terreno. Para obtener estos modelos existen diversas

herramientas, como Google Earth que es un programa sencillo y rápido de utilizar

o nuevas tecnologías como son los drones. Ambas herramientas trabajan con

fotogrametría. La primera herramienta obtiene las imágenes de satélites y la

segunda captura las imágenes desde el aparato a una distancia determinada. Sin

embargo no existen mediciones totalmente precisas y todas varían en un cierto

porcentaje, por ello, es importante medir la variabilidad y el error de cada

herramienta, ya que ésta radica en la necesidad de validar la herramienta mediante

la determinación de parámetros para avalar estos mismos.

Según distintos autores todo dato geográfico capturado por cualquier medio

debería ir acompañado de un valor cuantitativo que nos dé una idea de su calidad,

es decir, de un parámetro que caracterice la dispersión de los valores que podrían

atribuirse razonablemente al mismo. En tal momento se entiende que el resultado

de la medición está completo. La evaluación de este parámetro de calidad debe

realizarse de la forma más rigurosa posible ya que determinará la metodología de

captura más adecuada a cada caso. (Cicum, 2010).

Al establecer la precisión y variabilidad de las herramientas podremos

establecer una comparación estadística de los parámetros morfométricos de una

cuenca hidrográfica y de esta manera tomar decisiones respecto a la herramienta

que se utilizará en un estudio de cuencas, proporcionando alternativas o soluciones.

.

16

1.2

Justificaciones

Estadísticamente, la variabilidad es una medida de dispersión y se puede

identificar como que tan cerca, o lejos, se encuentran los datos en un conjunto

estadístico con respecto a un valor central (Mendoza & Bautista, 2002). Esta

medida estadística nos puede ayudar a determinar el error de una herramienta

computacional y de tal manera poder evaluar y ajustar los resultados para obtener

mejor calidad en la información obtenida.

Mantener una estimación de la variabilidad y error de las herramientas como

Google Earth o drones, son de vital importancia en la morfología de cuencas, ya

que las ultimas tienen una estrecha relación con el comportamiento de los caudales

que transitan por ella, por lo que dependiendo de estas se pueden tomar decisiones

sobre el control y aprovechamiento del caudal de dicha cuenca. Sin contar que

además que la morfología permite determinar la semejanza entre flujos de

diferentes tamaños y se pueden aplicar modelos elaborados de pequeña escala a

prototipos de gran escala.

Por otro lado obtener la variabilidad de los resultados topográficos obtenido

mediante los drones, es de gran importancia ya que con la variabilidad se pueden

ajustar los resultados finales y obtener datos más exactos, lo que lo haría un método

aplicable a esta área reduciendo considerablemente el costo de la topografía y el

volumen de trabajo en terreno.

1.3

Objetivo General

• Comparar la geomorfología de una cuenca hidrográfica por medio de Dron

y Google Earth para su representación en el SIG.

1.4

Objetivos Específicos

• Realizar un modelo digital del terreno (MDT) de la cuenca con los datos

obtenidos del Dron procesados en ArcGIS, definiendo la morfometría de la

cuenca hidrográfica.

17

• Realizar un modelo digital del terreno (MDT) de la cuenca con los datos

obtenidos de Google Earth, procesados en ArcGIS, definiendo la

morfometría de la cuenca hidrográfica.

• Comparar las características geomorfológicas de la cuenca obtenidas con

los dato del Dron y Google Earth para el análisis estadístico.

1.5

Alcances y limitaciones

Limitaciones:

• El proyecto requiere de la adquisición de un dron profesional para la

ejecución de los vuelos.

• Por norma de la dirección general de aeronáutica civil (DGAC) las

imágenes aéreas capturadas con dron, no pueden excederlos 120 m sobre el

nivel del suelo.

• Debido a la pandemia se dificulta la ida a la zona de estudio.

•

Se requiere de una estación total.

Alcances:

• El presente proyecto abarca únicamente la comparación geomorfológica

de las herramientas dron y ArcGIS, por lo que no se realizará un estudio

hidrológico de la cuenca.

• En la investigación se utilizará la comparación estadística para analizar

los resultados obtenidos de los parámetros morfométricos.

18

2

CAPITULO II

2.1

MARCO TEÓRICO

2.1.1

Fotogrametría

La Fotogrametría es un método de levantamiento indirecto, que permite

medir y registrar coordenadas tridimensionales y producir representaciones muy

precisas (gráficas o fotográficas) de todo tipo de objeto, cuya imagen o imágenes

puedan ser registradas mediante rayos de luz sobre soportes analógicos o digitales.

(Cheli, 2011)

2.1.2

Dron

Un dron es un vehículo no tripulado de tamaño pequeño o mediando que es

capaz de sobre volar a grandes altitudes un área determinada. Estos están equipados

con cámaras de alta resolución, GPS y sensores infrarrojos que permiten cumplir

determinadas funciones.

Si bien los drones son conocidos por su participación en el área militar, hoy en día

con la ayuda de la tecnología son capaces de capturar imágenes para crear mapas

exactos de alta resolución, obtener videos en lugares poco accesibles para el ser

humano, etc.

2.1.3

Modelo DJI Mavic Air 2

En el mercado existen varias marcas y modelos de drones con distintas

características que son utilizados de diversas maneras a lo largo del mundo. El

Mavic air 2 de DJI es un modelo de dron con la cámara aérea más pequeña de DJI.

Cuenta con una cámara totalmente estabilizada, Modos de Vuelo Inteligente y un

Sistema Anticolisión. Captura vídeos 4K y fotos de 12 o 48 megapíxeles. El Mavic

19

air 2 alcanza una velocidad de vuelo máxima de 68,4 km/h (40 mph) y un tiempo

máximo de vuelo de 34 minutos (DJI).

Imagen 1: Mavic Air 2. Fuente: DJI.

El control ofrece una tecnología de transmisión que permite un alcance

máximo de 7 km y a su vez la altura máxima que puede volar la aeronave son 500

m, debido a esto el dron volará un área restringida como se muestra en la siguiente

imagen .

Imagen 2: Alcance máximo. Fuente: Manual Mavic Air 2.

El control remoto posee una especie de brazo sujetador que puede extenderse

con la función de poder conectar un dispositivo móvil, y de esta manera poder

controlar el dron mediante aplicaciones descargadas previamente en conjunto con

el control. Esto nos permite, crear mallas de vuelos preestablecidos, observar

mediante el dispositivo las imágenes que el dron está captando en el momento, etc.

20

2.1.4

Aplicaciones para fotogrametría con dron (Dronelink).

Dronelink en una aplicación pagada que permite crear distintos planes de vuelo

(mapeos, hyperlapses , fotos 360º,entre otros) y es una de las pocas que soporta en

su sistema al dron Mavic Air 2 debido a que es un modelo reciente.

En cuanto al mapeo, esta aplicación permite generar mallas de vuelo dependiendo

de la necesidad del proyecto. Dronelink permite previsulizar el vuelo, entregando

un estimativo cual es el área de la malla generada, cuantas baterías se utilizarán, en

que minuto se comenzarán a tomar las fotografías, entre otros.

Imagen 3 : Ejemplo malla. Fuente: Dronelink.

Para generar una malla de vuelo no solo es necesario establecer el área,

también se requiere establecer una altura de vuelo la cual dependerá de la calidad

de imagen que queremos obtener para nuestro proyecto.

21

2.1.5

GSD y Altura de vuelo

GSD corresponde a la distancia entre el centro de dos píxeles consecutivos

medidos en el suelo. Entre más grande es el valor GSD, menor es la resolución de

la imagen, por lo tanto menos detalles se pueden apreciar en ella. El siguiente

ejemplo muestra dos fotografías de calidades diferentes. La primera tiene un GSD

de 30 centímetros, por lo que la calidad de imagen no es muy buena y no se alcanzan

a visibilizar algunos detalles de la fotografía. Por el contrario la segunda imagen,

se observa de una mejor calidad, donde se aprecian detalles que en la primera

imagen no se logran ver. Esto se debe a que el GSD de la segunda fotografía es

mucho menor (5 centímetros).

Imagen 4: Comparación GSD. Fuente: Pix 4D mapper.

El GSD se afectado principalmente por dos parámetros, la altura de vuelo

del dron y las especificaciones de la cámara. Pix4Dcapture nos permite calcular el

GSD mediante la siguiente ecuación:

= ( ∙ ∙ 100)/( ∙ )

Ecuación 2.1

Donde:

Sw: Ancho del sensor (mm).

Fr: Longitud Focal (mm).

imW: Ancho máximo de la imagen (pixeles).

H: Altura de vuelo (m).

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La representación gráfica de las variables se presentan en siguiente imagen.

Imagen 5: Variables GSD. Fuente: Pix 4D mapper.

Las variables como el ancho del sensor, longitud focal y ancho máximo de

la imagen, varían según la cámara del dron que se utilizará. Estas variables serán

constantes y se pueden encontrar en las especificaciones técnicas del dron. Mientras

que la altura de vuelo será variable y definida según el proyecto, ya que depende la

calidad de imagen que se requiera.

2.1.6

Software de procesamiento (Agisoft Metashape)

Es un software que procesa miles de imágenes aéreas, permite generar

Ortofotos georreferenciadas de alta resolución y DEMs texturizados con alto nivel

de detalles. El flujo de trabajo es completamente automatizado y permite procesar

miles de imágenes aéreas, obtenidas ya sea por un vuelo fotogramétrico

convencional, o bien por un UAV (avión no tripulado) (Geocom, s.f.).

Con un flujo de trabajo intuitivo y amigable, es posible alcanzar la solución

y productos requeridos dentro del mismo software. (BMP , s.f.)

23

•

Triangulación Fotogramétrica.

• Nube de puntos densos: edición y clasificación.

• Modelo de elevación digital: exportación DSM / DTM.

• Exportación ortomosaico georreferenciado.

• Medidas: distancias, áreas, volúmenes.

• Puntos de control de tierra: topografía de alta precisión.

2.2

Georreferenciación

Es el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación espacial a

entidades cartográficas (Magnolia Cepeda).

2.2.1

Geoide

La tierra sufre efectos de gravitación y fuerza centrífuga al rotar sobre su

eje, esto hace que no sea una esfera en la medida en que presenta achatamiento en

los polos y ensanchamiento en el ecuador. A partir de esta condición, se define el

Geoide como una superficie teórica que une puntos de igual gravedad, teniendo en

cuenta que esta última varía con la irregular distribución de masas al interior de la

tierra, la latitud, la longitud e incluso el tiempo (Magnolia Cepeda).

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Imagen 6 : Geoide. Fuente: Educalingo

2.2.2

Elipsoide

El Geoide, se considera una figura compleja de definir matemáticamente y

geométricamente como referencia para los cálculos, geodésicos y topográficos

terrestres, razón por la cual se emplea una figura similar, más sencilla denominada

elipsoide de revolución (Magnolia Cepeda).

La siguiente imagen representa la superficie de la tierra, el geoide y elipsoide.

Imagen 7 : Geoide, Elipsoide y Superficie de la tierra. Fuente: Alfa Geomatics

25

2.2.3

Datum

Conjunto de parámetros que determina la posición del origen, escala y

orientación de una sistema de coordenadas y está definido por el punto tangente al

elipsoide y al geoide, donde ambos son coincidentes (Magnolia Cepeda).

En Chile los datum más usados son: WGS84,PSAD56,SAD69,SIRGAS

(DGA, 2015).

2.2.4

Sistema de coordenadas

a) Coordenadas geográficas: Es un sistema que referencia cualquier punto de

la superficie terrestre y que utiliza para ellos dos coordenadas angulares,

latitud y longitud.

b) Coordenadas proyectadas: Es una representación plana, bidimensional de la

tierra. Se basa en un sistema de coordenadas geográficas esféricas o

esferoidales, pero utiliza unidades lineales para las coordenadas. Las

coordenadas de longitud y latitud se convierten en coordenadas x, y en la

proyección plana.

2.3

Sistemas de información geográfica (SIG).

Un sistema de información geográfica (SIG) es un marco para recopilar,

gestionar y analizar datos. Adaptado en la ciencia de la geografía, SIG integra

muchos tipos de datos. Analiza la ubicación espacial y organiza capas de

información en visualizaciones utilizando mapas y escenas en 3D. Con esta

capacidad única, SIG revela conocimientos más profundos sobre los datos, como

patrones, relaciones y situaciones, lo que ayuda a los usuarios a tomar decisiones

más inteligentes. (Esri, s.f.)

26

2.3.1

Almacenamiento y representación de datos.

Un SIG almacena información real en capas temáticas, que pueden ser

vinculadas junto con la geografía. Los datos almacenados se pueden encontrar en

dos formatos, vectoriales y raster, ambos dan origen a dos grandes tipos de capas

de información espacial, tal como indica la imagen 8 (Alonso, 2006)

a) En el formato vectorial los diferentes objetos se representan como puntos,

líneas o polígonos. (Alonso, 2006)

b) En el formato raster se divide el espacio en un conjunto regular de celdillas,

cada una de estas celdillas contiene un número que puede ser el identificador

de un objeto. (Alonso, 2006).

Imagen 8: Representación gráfica y vectorial. Fuente: Alonso,2006.

Las entidades geográficas son representaciones de cosas ubicadas en la

superficie de la Tierra o cercanas a ella. Las entidades geográficas pueden ocurrir

de forma natural (por ejemplo, ríos y vegetación) y pueden ser construcciones

(como carreteras, canalizaciones, pozos y edificios) o subdivisiones de tierra (como

condados, divisiones políticas y parcelas de terreno).

27

2.3.2

Modelos de elevación digital

Un modelo digital de elevación es una representación visual y matemática

de los valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar

las formas del relieve y los elementos u objetos presentes en el mismo. Estos valores

están contenidos en un archivo de tipo raster con estructura regular, el cual se genera

utilizando equipo de cómputo y software especializados (INGEGI).

2.3.3

TIN

Las TIN son medios digitales para representar la morfología de la superficie.

Son un tipo de datos geográficos digitales basados en vectores construidos al

triangular un conjunto de vértices (puntos).

2.4

Hidrología.

Las ciencias hídricas están relacionadas con las aguas de la Tierra, su

distribución y circulación, sus propiedades físicas y químicas, su interacción con el

ambiente y con los seres vivos y en particular con los seres humanos. En una forma

más estricta, puede definirse como el estudio del ciclo hidrológico, es decir, la

circulación ininterrumpida del agua entre la Tierra y la atmosfera. (David

R.Maidment, Larry W.Mays).

2.4.1

Cuenca hidrográfica.

Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera

impermeable) las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el

sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida (Aparicio, 1992).

Desde el punto de vista de su salida existen dos tipos de cuencas: endorreicas

(cerradas) y exorreicas (abiertas). En el primer tipo, el punto de salida se ubica

dentro de los límites de la cuenca y generalmente es un lago. En el segundo tipo, el

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punto de salida se localiza en los límites de la cuenca y a su vez la descarga se vierte

en una corriente o en el mar.

2.4.2

Morfometría de cuencas.

EI ciclo hidrológico, visto a nivel de una cuenca, se puede esquematizar

como un estímulo, constituido por la precipitación, al que la cuenca responde

mediante el escurrimiento en su salida. Entre el estímulo y la respuesta ocurren

varios fenómenos que condicionan la relación entre uno y otra, y que están

controlados por las características geomorfológicas de la cuenca y su urbanización.

(Aparicio, 1992)

a) Área de la cuenca: A la medida de la superficie de una cuenca de drenaje se

le denomina área, y es la variable más utilizada para el cálculo de otras, que

consecuentemente, serán dependientes de ella. La unidad de esta variable,

al tratarse de superficie será normalmente kilómetro cuadrado (Jardi, 1985).

b) Perímetro de la cuenca: Este parámetro por sí solo no da ningún tipo de

información respecto al tamaño o forma de la cuenca, sólo si comparamos

cuencas de igual superficie, el valor del perímetro podrá darnos una idea de

su forma. La unidad de dicha variable son las que corresponden a la

longitud, y debido a las dimensiones de la cuenca de drenaje suele utilizarse

el kilómetro (Jardi, 1985).

c) Pendiente: La pendiente es la variación de la inclinación de una cuenca; su

determinación es importante para definir el comportamiento de la cuenca

respecto al desplazamiento de las capas del suelo.

∙

=

Ecuación 2.2

29