Detection Component

Una de las formas de referenciar los elementos de las carreteras es establecer un sistema de referencia absoluto, basado en coordenadas geográficas o en las proyecciones planas de las mismas. Las carreteras y sus elementos asociados son entidades situadas sobre el planeta Tierra, que tiene una forma sensiblemente elipsoidal con semi-eje mayor del orden de 6378 km y semi-eje menor en torno a 6354 km. Las carreteras discurren a lo largo de distancias de decenas, cientos o incluso miles de kilómetros, por lo que se ven afectadas por la forma curva de la superficie terrestre y no es posible utilizar sistemas de referencia planos, salvo en el caso de pequeños proyectos puntuales. Hay que utilizar, por tanto, un sistema de referencia que proporcione las coordenadas geográficas de los distintos elementos, su latitud, longitud y altitud.

El problema radica en que la Tierra no tiene la forma exacta de un elipsoide. El procedimiento para fijar un sistema de referencia geográfico consiste en elegir unas dimensiones para dicho elipsoide y fijar el punto de la superficie terrestre donde dicho elipsoide es tangente a la superficie y en el que coinciden la vertical del lugar, marcada por la gravedad, y la normal al elipsoide. En las proximidades de dicho punto de tangencia, las coordenadas elipsoidales se adaptan mejor a la realidad del terreno que en los puntos alejados del mismo. A este conjunto elipsoide más

Fig. 2.9: Coordenadas geodésicas en el elipsoide. λ=Longitud; f i=Latitud (Instituto Geográfico Nacional, 2017)

Cada país suele utilizar el sistema de referencia que mejor se adapte a su zona,

así, coexisten numerosos elipsoides y sistemas de referencia. (Bernabé Poveda and

López Vázquez, 2012)

Los elipsoides de referencia se definen por su semieje mayor o «radio

ecuatorial», ay su «factor de achatamiento»,f, que relaciona el radio ecuatoriala con el «radio polar»bmediante la siguiente expresión (Olaya, 2016):

f = a−b a

Es habitual utilizar el inverso del achatamiento,α, que es un número próximo a

300y se calcula por la expresión:

α= 1 f =

a a−b

En la actualidad, el World Geodetic System (WGS-84) es el sistema de

referencia más utilizado y es el que utilizan los dispositivos GNSS, proporcionando compatibilidad de la información geográfica entre distintas zonas del planeta (National Imagery Mapping Agency, 2000).

En España se adoptó en 1970 el Sistema ED50 (European Datum, 1950) como

sistema oficial, tomando como parámetros los del elipsoide de Hayford de 1909 (a = 6378388m yα = 297) y punto astronómico fundamental está en la torre de Helmert, en la ciudad alemana de Potsdam. Este sistema sustituyó al antiguo sistema que utilizaba el elipsoide de Struve y datum Madrid del Observatorio del

Retiro. La Subcomisión de la Asociación Internacional de Geodesia (IAG) para el marco de referencia europeo (EUREF), recomendó que el Sistema de Referencia

Terrestre para Europa que debía ser adoptado, es el denominado European

Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89). El Real Decreto 1071/2007 estableció el ETRS89 como sistema de referencia geodésico oficial en España para la referenciación geográfica y cartográfica en el ámbito de la Península Ibérica y las Islas Baleares. En el caso de las Islas Canarias, se adopta el sistema REGCAN95, ya que ETRS89 sólo afecta a la parte estable de la placa eurasiática.

Ambos sistemas tienen asociado el elipsoide GRS80 (a = 6378137m y

α = 298.257) y están materializados por el marco que define la Red Geodésica

Nacional por Técnicas Espaciales, REGENTE, y sus densificaciones (Instituto

Geográfico Nacional, 2017).

A pesar de que toda la cartografía que se desarrolla actualmente en España utiliza los últimos sistemas de referencia mencionados, (ETRS89, REGCAN95, WGS84), no es infrecuente encontrarse aun con cartografías y datos referidos al antiguo sistema de referencia ED50, por lo que hay que prestar atención a dicho detalle cuando se utilizan fuentes de datos. En concreto los proyectos de carreteras anteriores a 2007 utilizaban las coordenadas referidas al sistema de referencia ED50. Hay que tener en cuenta, que la diferencia al proyectar un punto con coordenadas referidas al sistema de referencia ED50 sobre una cartografía referida al sistema ETRS89 o al WGS84 pueden llegar a 200 metros.

Transferir las coordenadas geodésicas, longitud y latitud, a un mapa, es convertirlas en coordenadas planas de dos dimensiones y para ello se necesitan

las proyecciones cartográficas. Las proyecciones cartográficas son una

correspondencia biunívoca matemática entre los puntos de la superficie de una esfera o elipsoide de revolución, y los de un mapa. Se expresan en función de la

latitud φ y la longitud λ que se traducen en el plano en las coordenadas planas o

cartesianas x e y. Todas las conversiones desde una superficie esférica o elipsoidal a un mapa de dos dimensiones conllevan algún tipo de distorsión. Las distorsiones están relacionadas con ángulos, superficies, distancias y direcciones.

Si la proyección mantiene las relaciones angulares, es una proyecciónconforme; si

mantiene la representación de la superficie es una proyección equivalente, y si

conserva la representación de la distancia, es una proyección equidistante

(Bernabé Poveda and López Vázquez, 2012).

La proyección UTM (Universal Transversal Mercator) ha generado un sistema

de referencia propio que es el más usado en los Sistemas de Información Geográfica. Es de aplicación a toda la Tierra, excepto a las zonas polares. Utiliza el elipsoide WGS-84 y divide la Tierra en zonas rectangulares con una amplitud de

6◦de longitud, totalizando 60 husos, numerados de 1 a 60. En latitud, cada huso se

divide en 20 zonas con una amplitud de 8◦_{, desde los 80}◦_{Sur hasta los 84}◦_Norte,

condificadas desde la C hasta la X (solo esta última zona tiene una amplitud de

12◦). Por lo tanto, cada zona UTM se identifica por un número y una letra.

El espacio geográfico que ocupa España está comprendido en cinco husos y tres zonas, por lo que tiene cinco orígenes de coordenadas diferentes. La zona peninsular y Baleares están comprendidas en los husos 29, 30 y 31, mientras que las Islas Canarias están situadas en los husos 27 y 28. Las zonas son la R, para las Islas Canarias, y las S y T para la España peninsular y las Islas Baleares (Fernández-Coppel, 2001).

El cambio de coordenadas entre los diferentes sistemas de referencia y proyecciones requiere del correspondiente cálculo matemático. Dicho cá´lculo se basa en diferentes parámetros. Para facilitar la localización de los parámetros adecuados a una conversión concreta, así como para facilitar la utilización de los miles de sistemas de coordenadas existentes, diversos organismos internacionales han codificado los sistemas de referencia y facilitan el acceso a los valores de los parámetros de conversión. La base de datos más utilizada dentro de los Sistemas

de Información Geográfica es la EPSG, inicialmente creada por el European

Petroleum Survey Group y actualmente mantenida por la International Association of Oil and Gas Producers. La base de datos de sistemas de referencia del EPSG consta actualmente de más de cuatro mil sistemas de referencia codificados. Otra

base de datos muy utilizada es la de la International Astronomical Union, IAU, que

consta de unas dos mil cuatrocientas referencias (Butler et al., 2013; International

Association of Oil and Gas Producers, 2017).

Para realizar el cambio de coordenadas de unos sistemas de referencia a otros se pueden utilizar diversas herramientas informáticas. En el año 1990, Evenden

desarrolló la librería de procedimientos «PROJ» para entornos UNIX, por encargo

del Departamento de Interior de los Estados Unidos, que ha servido de base a

numerosos programas de conversiones cartográficas (Evenden, 1990).

Actualmente la librería más utilizada dentro de los programas SIG es laGeospatial

Data Abstraction Library, GDAL, desarrollada inicialmente por Frank Warmerdam y que actualmente forma parte de los programas mantenidos y desarrollados por la

Open Source Geospatial Foundation, OSGeo (Open Source Geospatial

Foundation, 2016).

Otra proyección cartográfica de uso frecuente es la proyección Mercator. En los últimos años la proyección Mercator se ha popularizado por ser la proyección que utilizan los mapas WEB, como el de Google o el de OpenStreetMap. En este caso

Tabla 2.4:Códigos EPSG de los principales Sistemas de Referencia utilizados en España

Descripción Código EPSG

Datum Madrid 1870 2062

Coordenadas geográficas ED50 4230 Proyección UTM ED50 Huso 28 N 23028 Proyección UTM ED50 Huso 29 N 23029 Proyección UTM ED50 Huso 30 N 23030 Proyección UTM ED50 Huso 31 N 23031 Coordenadas geográficas ETRS89 4258 Proyección UTM ETRS89 Huso 28 N 25828 Proyección UTM ETRS89 Huso 29 N 25829 Proyección UTM ETRS89 Huso 30 N 25830 Proyección UTM ETRS89 Huso 31 N 25831 Coordenadas geográficas WGS 84 4326 Proyección UTM WGS-84 Huso 28 N 32628 Proyección UTM WGS-84 Huso 29 N 32629 Proyección UTM WGS-84 Huso 30 N 32630 Proyección UTM WGS-84 Huso 31 N 32631 Coordenadas geográficas WGS84 Web Mercator 3857 Proyección Google Mercator 900913

Spherical Mercator, WGS 84 Web Mercator o WGS 84/Pseudo-Mercator. La proyección que utilizan no es estrictamente elipsoidal ni estrictamente esférica. Utilizan coordenadas geográficas elipsoidales referidas al elipsoide WGS-84, pero las proyectan como si se tratara de una esfera de radio 6 378 137 m. Hay algo de confusión con los códigos asociados a esta proyección en las bases de datos. Su codificación actual en la base de datos de la EPSG es EPSG:3857, con el nombre

oficial de «WGS 84 / Pseudo-Mercator». También se la conoce con el código

EPSG:900913.

Las codificaciones EPSG de los sistemas de referencia que se encuentran más frecuentemente en España, cuando se trabaja con cartografía, se han resumido en la tabla 2.4.

El sistema de referencia absoluto mediante coordenadas geográficas es de gran utilidad para fijar la posición absoluta de los elementos, pero no indica nada acerca de su localización respecto de la carretera a la que pertenecen dichos elementos. Por otra parte, la precisión de las coordenadas proporcionada por los dispositivos GNSS puede dar lugar a errores de interpretación en relación con la posición de determinados elementos. Por poner un ejemplo, las coordenadas de un determinado elemento de señalización vertical pueden hacer dudar acerca de a qué sentido del recorrido de la carretera corresponde la señal en cuestión.