Modelo Digital de Elevación GEBCO 2021 con cobertura marítima.

Cuando buscamos recursos geográficos a menudo no necesitamos una gran resolución ni detalle en los mismos, simplemente una cobertura mundial y una resolución discreta que nos permitan disponer de unos datos apropiados para mapas base o análisis menos profundos. Es el caso del Modelo Digital de Elevación de GEBCO, conocido además por disponer también de cobertura marítima para batimetrías.

GEBCO (General Bathymetric Chart of the Oceans) está formada por un grupo internacional de expertos en cartografía oceánica cuyo objetivo es proporcionar batimetría pública de los océanos del mundo. Sus servicios incluyen una cuadrícula batimétrica global, diccionario geográfico de nombres de accidentes geográficos submarinos, un servicio de mapas web y mapas imprimibles de batimetría oceánica.

Por un lado podemos descargar los datos del planeta en su última versión 2021 (con información de topografía/batimetría bajo el hielo para Groenlandia y la Antártida) como archivos globales en formato netCDF o como un conjunto de 8 mosaicos (cada uno con un área de 90° x 90°), lo que brinda una cobertura global, en formatos Esri ASCII raster y GeoTiff. Los archivos de datos se incluyen en un archivo zip junto con la documentación del conjunto de datos.

Y por otro lado podemos hacer descargas por zona de interés desde su visor de batímetría con la aplicación ya preparada a tal efecto. Sin necesidad de registro deberemos seleccionar la zona de nuestro interés, elegir el formato deseado de descarga y añadir nuestra petición a la cesta.

En pocos segundos los archivos se estarán descargando en nuestro PC. Si la petición fuera de mayor tamaño o complejidad es posible que se nos solicite una dirección de e-mail a la que nos remitirán enlace de descarga una vez preparados los datos.

La resolución del modelo digital ronda los 400 metros y, para que os hagáis una idea, la zona de la península ibérica seleccionada en la imagen superior de ejemplo genera un archivo TIFF de 32 megas de peso y unas dimensiones de 4472 x 3755 en proyección WGS84. Aquí podemos verlo abierto en QGIS.

En definitiva una alternativa rápida y sencilla que nos proporciona datos globales terrestres y marítimos genéricos de una forma fiable. No todo van a ser resoluciones tremendas imposibles de manejar.... Saludos.

Un último ejemplo del GeoTIFF representado con una rampa de color hipsométrica.

WMS de los Modelos Digitales de Andalucía 2016.

El artículo de hoy quiere desglosar el servicio web interoperable de la Junta de Andalucía que, a través del Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía, ofrece el Modelo Digital del Terreno (MDT) y los Modelos Derivados generados a partir de datos de dos vuelos fotogramétricos realizados en el año 2016. Uno de ellos de la mitad norte de Andalucía con resolución de 0.5 metros/pixel y otro para la zona Sur de Andalucía con resolución 0.25 metros/pixel.

Decir antes de nada que este MDT 2016 de Andalucía solamente parece estar disponible a través del servicio web, ya que en el portal cartográfico andaluz Line@ solamente se ofrece para descarga en formato TIFF el MDT 2008-2009 (10 metros/pixel). Imaginamos que está en fase de producción y que su resolución estimada dada la de sus vuelos origen será de 5 metros/pixel.

Se trata pues de un servicio WMS cuya URL es https://www.ideandalucia.es/wms/mdt_2016

Cargamos el WMS en QGIS y según observamos en la imagen superior dicho servicio consta de cuatro capas diferenciadas. La primera de ellas, denominada modelo_digital_terreno_2016_color, muestra el Modelo Digital del Terreno del año 2016 representado mediante un gradiente de tintas hipsométricas. Esta clásica representación de colores por alturas ofrece una paleta muy atractiva.

La segunda de las capas se denomina modelo_digital_terreno_2016_escala_grises y muestra el Modelo Digital del Terreno del año 2016 representado mediante un gradiente de escala de grises.

La tercera capa es la llamada modelo_digital_pendientes_2016 y muestra el Modelo Digital de Pendientes obtenido a partir del MDT.

Y la última de las capas, denominada sombreado_orografico_2016, nos muestra el sombreado orográfico de Andalucía obtenido a partir del modelo digital del terreno del año 2016.

Es ésta la única de las capas totalmente opaca, ya que las tres primeras vienen predefinidas con cierto grado de transparencia, ideal para ser superpuestas sobre la del sombreado y conseguir un efecto 3D mucho más realista en cada caso. En ninguna de las capas hemos detectado función GetFeatureInfo por la que podamos obtener la combinación RGB, el dato de altitud o alguna otra información.

En el visor geográfico de la IDE Andalucía está presente, como capa de fondo, una combinación de las capas 1 y 4 de este servicio (MDT color+sombreado), sin duda la combinación más clásica y aparente para representaciones cartográficas, por lo que es también la que nosotros hemos escogido para agregar a nuestro lote de mapas para SASPlanet. Ya es cuestión de los gustos de cada usuario utilizarla como capa, como mapa o superponer ésta o aquella información para conseguir productos más atractivos o útiles.

MDS05, nuevo modelo de superficies.

Si hace poco más de tres meses el Instituto Geográfico Nacional anunciaba la puesta en marcha de un nuevo Modelo Digital del Terreno de 2 metros de resolución, en esta ocasión la noticia se trata de la publicación de un nuevo Modelo Digital de Superficies con paso de malla de 5 metros que, siguiendo la nomenclatura habitual, se presenta con la abreviatura de MDS05.

Inaugura de esta forma el IGN un nuevo capítulo en los productos dedicados a Modelos Digitales de Elevaciones, nacido de la necesidad de disponer de un modelo digital de superficies -LIDAR aparte- homogéneo y preciso para todo el territorio español.

Y como siempre los metadatos son un excelente primer resumen de sus características principales: Modelo digital de superficies con paso de malla de 5 m. Formato de archivo ASCII matriz ESRI (asc). Sistema geodésico de referencia ETRS89 (en Canarias REGCAN95, compatible con ETRS89) y proyección UTM en el huso correspondiente a cada hoja del MTN50. En Canarias el huso UTM es el 28. El MDS se ha obtenido mediante la rasterización, con paso de malla de 5 metros, de las clases suelo (2), vegetación (3, 4 y 5) y edificación (6) de las nubes de puntos debidamente clasificadas correspondientes a la primera cobertura del proyecto PNOA-LiDAR. En el proceso de rasterización a cada celda del fichero asc se le asigna la cota del punto más elevado de todos los puntos de la nube contenidos en dicha celda. No se dispone de MDS de Ceuta, Melilla ni Gibraltar, ya que no existen datos LiDAR en estas zonas. Disponible en Centro de Descargas (formato ASCII).

Características muchas de ellas presentes en la propia nomenclatura de los archivos. Ejemplo:

En la información y documentación auxiliar del producto encontramos sendos archivos Excel y SHP que nos informan de las hojas disponibles (toda España salvo Ceuta, Melilla y Gibraltar como ya se ha mencionado) y su año de vuelo.

También encontramos una breve descripción técnica del formato ASC en PDF y una pequeña utilidad que nos permite convertir dichos archivos ASC al formato de texto XYZ. Como ya comentamos al hablar del MDT02 los archivos convertidos de esta guisa aumentan considerablemente su tamaño.

La unidad de descarga del MDS05 son las hojas MTN50.

A pesar de cierta confusión en los términos, no queremos dejar de recordar la diferencia entre Modelo Digital del Terreno (MDT, que representa la superficie de la tierra libre de elementos adyacentes) y Modelo Digital de Superficies (MDS, que representa la superficie de la tierra con algunos de esos elementos). En este caso y como se ha indicado, una representación por interpolación a partir de las clases terreno (2), vegetación (3 baja, 4 media y 5 alta) y edificación (6) de vuelos LIDAR de la primera cobertura del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA).

Clases de puntos en las nubes LIDAR (imagen de la web de ArcGIS).

¿El resultado? Veámoslo de manera práctica como siempre nos gusta
La mejor forma de apreciar de un vistazo rápido las características de los archivos MDS05 será sin duda con una imagen global comparada con su "primo" el MDT05. Para el ejemplo hoja 105 del MTN50.

La inclusión de los elementos superficiales edificios y vegetación resulta evidente a primera vista: edificaciones de los núcleos de población en los valles, vegetación media en riberas de ríos, alta vegetación en los bosques de las laderas de la montaña, etc...

Incluso una sensación de mejor luminosidad al disminuir las zonas de sombra por la presencia de vegetación y, por tanto, un rango de medición más elevado que rebaja los terrenos más escondidos. Especialmente significativo resultan casos como el de los viaductos que, destacados además sobre una superficie plana como la de las aguas de un embalse, son fácil objetivo de clasificación.

Detalle mostrando como la presencia de elementos superficiales como un viaducto se recogen perfectamente
 a la hora de elaborar por ejemplo un perfil topográfico que los atraviese.

Dichos perfiles topográficos arrojan también datos significativamente diferentes debido a que, como se dijo arriba, para el MDS se asigna la cota del punto más elevado de la celda como altitud de la propia celda. Es por ello que efectuado un corte topográfico se nos muestran estas tablas de valores para cada caso:

El perfil nos muestra nítidamente la mayor altura del MDS en zona de densa vegetación (corroborado por la tabla de datos al comienzo del perfil)
 y la igualdad de cotas con el MDT en la zona del claro del bosque.

En definitiva, un nuevo producto de calidad en el marco de los modelos digitales de elevación que amplia la oferta ya muy extensa de material de trabajo en este campo. Enhorabuena una vez más al IGN por su trabajo y por facilitarnos el acceso a la información geográfica. El producto está disponible en el Centro de Descargas del CNIG. Saludos.

MDT02, el nuevo modelo de elevaciones.

Hace escasos días el Instituto Geográfico Nacional (IGN) anunciaba la puesta a descarga de un nuevo Modelo Digital del Terreno (MDT) con una resolución o paso de malla de 2 metros (MDT02). Este nuevo producto viene a completar la variada gama de archivos de elevaciones que ya estaban disponibles para España, desde el MDT200 (paso de malla 200 metros y unidad de descarga provincial) hasta los MDT25 y MDT05, con resoluciones de 25 y 5 metros respectivamente y con unidad de descarga hoja MTN50. Nubes de puntos LIDAR aparte.

En sus metadatos encontramos un excelente resumen de características: 

Modelo digital del terreno con paso de malla de 2 m, con la misma distribución de hojas que el MTN25. Formato de archivo ASCII matriz ESRI (asc). Sistema geodésico de referencia ETRS89 (en Canarias REGCAN95, compatible con ETRS89) y proyección UTM en el huso correspondiente a cada hoja. En Canarias el huso UTM es el 28. El MDT02 se ha obtenido por interpolación a partir de la clase terreno de vuelos LIDAR correspondientes a la segunda cobertura del proyecto PNOA-LIDAR, a excepción de las hojas de Andorra, Ceuta, Melilla, Isla de Alborán y Gibraltar (183-2, 1110-3, 1111-3, 1078B, 1078-2) obtenidas por estereocorrelación automática de vuelos fotogramétricos del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA) con resolución de 25 a 50cm/píxel, revisada e interpolada con líneas de ruptura donde fuera viable. Disponible en Centro de Descargas (formato ASCII).

Características que tienen un primer reflejo en la nueva nomenclatura de los archivos, como vemos en el siguiente ejemplo:

En la información y documentación auxiliar del producto encontramos sendos archivos Excel y SHP que nos informan de las hojas disponibles actualmente y su año de vuelo, y que a fecha de este artículo son 1844 con la siguiente distribución:

También encontramos una pequeña utilidad para convertir los archivos de formato ASC a formato texto XYZ, igual de universal pero mucho más pesado (CambioFormato_ASC_XYZ.exe). En la prueba que hemos realizado una hoja ASC de 272 megas ha pasado a pesarnos 756 megas en XYZ.

Hablando de tamaños, la diferencia de peso en megas de estos nuevos MDT02 respecto a los anteriores MDT05 demuestra también claramente el aumento de resolución. No olvidemos que su unidad de descarga es la hoja MTN25 respecto a la MTN50 de los MDT05 (o sea, una cuarta parte de terreno).

Obviamente en estos productos se busca calidad sin importar mucho el tamaño. Simplemente dejamos constancia de su peso porque a la hora de tratar decenas o centenas de hojas MDT la cosa puede complicarse sin una buena máquina.

Eso si, la calidad, nitidez, detalle. resolución o como queramos llamarlo ha ganado unos cuantos enteros. Aunque pueda parecer anecdótico bajar de 5 a 2 metros de paso de malla, las consecuencias son muy palpables en la apreciación del terreno.

En este ejemplo sobre el detalle de un campo de fútbol y los viales que lo rodean se aprecia con mucha claridad la diferencia positiva de resolución.

Otro ejemplo en una zona más amplia donde volvemos a observar nítidamente la diferencia de calidad y la precisión de una fuente de datos LIDAR optimizada a la hora de captar pequeños matices del terreno.

Diferencias encontramos también si ejecutamos alguno de los procesos más comunes sobre el propio MDT como la extracción de curvas de nivel. Obviamente los resultados del algoritmo, aunque ejecutado de forma idéntica, no pueden ser los mismos sobre un MDT con un paso de malla mucho más estrecho.

Ejemplo de extracción de curvas de nivel cada 5 metros sobre ambos MDT. En naranja MDT05 y en verde MDT02.

Y lo mismo podemos decir al generar un relieve sombreado o hillshade. Ejecutado el proceso en igualdad de parámetros los resultados vuelven a ser evidentes entre un tamaño de pixel 5 y 2.

El perfil topográfico de un mismo recorrido sobre ambos MDT es quizá lo que menos se ve afectado en una vista general, aunque yendo al análisis concreto de, por ejemplo, siete puntos al azar sobre el terreno, si volvemos a apreciar ligeras diferencias al asignarles altitudes y pendientes desde cada MDT.

Pidiendo al software que extrapole las cotas máximas y mínimas de un mismo área obtenemos valores también diferentes tanto en altitudes como en coordenadas de ubicación (más diferencia en la mínima y muy similar la máxima en este caso).

Seguramente todos estos datos sean poco más que pequeños matices para usos lúdicos, pero diferencias apreciables para los trabajos de precisión más profesionales. O en los acumulados de grandes distancias.
Por terminar con un experimento hemos probado a extraer las alturas de un par de vértices geodésicos desde ambos MDT's. Los vértices geodésicos son puntos del terreno con coordenadas y altitudes ciertas y precisas, por lo que hemos decidido probar cual de los dos MDT nos arroja una altura más cercana a la real.
Más allá de nuestros experimentos de principiantes debemos concluir con la lógica respuesta de que este MDT02 nos ofrecerá siempre mayor precisión y fiabilidad que sus hermanos con paso de malla mayor. Al fin y al cabo lo que se busca es un modelo lo más semejante a la realidad, y la tecnología se muestra muy terca en mejorar cada día.

Caso práctico QGIS: estilo Tanaka en curvas de nivel.

Hoy vamos a intentar desarrollar un caso práctico con QGIS consistente en aplicar un estilo a las curvas de nivel conocido como Tanaka. Dicho en tres palabras este método consiste en aplicar una fuente de luz a los contornos de las curvas, con lo que se consigue una representación similar al 3D proporcionando un efecto de sombra realista sin necesidad de datos de relieve verdaderos. Dibujando en tonos más claros las líneas que miran directamente a la fuente de luz y en tonos más oscuros las que caen en sombra, y apoyados también en diferentes grosores (más delgadas las perpendiculares a la luz) se termina de pulir ese efecto realista del paisaje.

Dado que para este tipo de operaciones se requieren conocimientos avanzados de expresiones y funciones (que yo por desgracia no tengo), seguimos el excelente tutorial de LandscapeArchaeology. Todo lo que necesitamos para este caso práctico es un MDT (o DEM). Vamos con ello:

1.- Cargar en QGIS el MDT sobre el que trabajar.

Hemos elegido para este caso práctico una zona costera de las Rías Baixas para una mejor visualización del efecto.

2.- Extraer las curvas de nivel.

En QGIS disponemos de varias fórmulas para realizar esta operación: SAGA, GRASS, GDAL... Según nuestro guía parece conveniente para un resultado más óptimo que las curvas tengan la misma orientación o sentido (a favor o en contra de las agujas del reloj, pero nunca ambas). Y parece también que el algoritmo GDAL es el que nos asegura la consistencia en este proceso. Así pues, procedemos a generar las curvas de nivel con él.

Con los parámetros por defecto simplemente generamos las curvas con una equidistancia de p,ej. 20 metros.

Una rápida comprobación usando la simbología de flechas para comprobar que la orientación de las curvas es uniforme.

3.- Aplicando el estilo.
Dado que el método Tanaka busca aplicar el estilo a cada tramo de línea, es necesario segmentar la curva para disponer de polilíneas individualizadas cada dos nodos. Entendemos que este es uno de los quiz de la cuestión: a tramos más cortos el estilo se aplicará con mayor precisión que tratando la curva completa, pues cada segmento de la misma dispone de una orientación diferente respecto a la fuente de luz.
Aunque ya Anita Graser utilizó esta segmentación previa, parece que las últimas versiones de QGIS permiten integrarla dentro de la misma fórmula de estilo ahorrando este paso adicional.

• Usamos Geometry generator como tipo de símbolo de la línea y la expresión segments_to_lines( $geometry) para conseguir la división de la línea en segmentos (split).

• Introducimos el estilo como una expresión mediante el botón Edit. Primero para el color:

color_hsl( 0,0,

  scale_linear(

    abs(

      (135 +

        degrees(

          azimuth(

             end_point(geometry_n($geometry,@geometry_part_num)),

            start_point(geometry_n($geometry,@geometry_part_num))

     )))

      % 360 - 180),

  0, 180 ,0, 100))

• Y después la expresión para el grosor:

scale_linear(

  abs(

    (135 +

      degrees(

        azimuth(

          end_point(geometry_n($geometry,@geometry_part_num)),

          start_point(geometry_n($geometry,@geometry_part_num))

      ) ))

    % 180 - 90),

 0, 90 ,0.2, 1)

Obviamente, sin tener los conocimientos necesarios de Python, la explicación técnica completa de estas expresiones a nosotros se nos escapa en gran parte (sigo sin entender por qué situar el Noroeste en 135° en vez de los 315° habituales depende de que las curvas estén en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario...), por lo que es conveniente que recurráis al artículo original para los detalles extra. Para variaciones en la dirección de la luz podéis modificar el "135" en ambas fórmulas (color y grosor).

• Un par de retoques finales redondeando los extremos de línea y aplicando el modo de representación Overlay (Superponer) para un resultado más fino e integrado...

... y ya podemos Aplicar todos los cambios para ver el resultado.

4.- Podemos dar algún color al DEM para estar más cerca de un resultado realista mediante el uso de un Singleband pseudocolor.

Aunque creemos que la magia de este método es conseguir el efecto sin necesitar un DEM degradado por alturas, por lo que la prueba con un fondo plano es igualmente efectista. Hemos añadido algunos elementos básicos del mapa para comprobar el efecto conjunto:

Aún así, y a falta de probarlo a fondo, compartimos la impresión de Zoran Čučković cuando dice que "los ejemplos originales de Tanaka de contornos sombreados se usan principalmente para representar la topografía natural. Encuentro ese acercamiento visualmente demasiado pesado; es difícil agregar información adicional sin sobrecargar el mapa (pero eso es solo una impresión ...). Lo que funciona mejor son todos esos mapas de calor que, de otro modo, son salpicaduras de colores: ¡los contornos de Tanaka les dan vida! Solo echa un vistazo al hermoso mapa de profundidad a continuación ...".

Maravilloso ejemplo en el artículo original en el que se aprecia el radical efecto tras el cambio del color base y el ángulo de iluminación.

Decir por último que en el artículo original que nos ha servido de guía está disponible para descarga el archivo de definición de estilo generado con este efecto (tanaka_style.qml), y que como sabéis podemos cargar directamente en nuestra capa ahorrándonos todo el proceso, pero... ¿y lo bonito que es descubrir cómo se hacen las cosas?

Desde Cartografía Digital agradecemos de nuevo la impagable labor de estos profesionales que gracias a sus conocimientos descubren nuevas fórmulas de representación cartográfica, enriqueciendo desde la nada las posibilidades estéticas de nuestros mapas. 

Y brindamos por ellos.