Proceso de Georeferenciación de la Cartografía Histórica.

Miguel Romero Fernández.
Técnico Servicio de Conservación del Patrimonio Histórico Artístico de la Universidad de Sevilla.

Introducción.

¿Que se entiende por georeferenciación? Básicamente es una técnica geográfica, que  consiste en asignar mediante cualquier medio técnico apropiado, una serie de  coordenadas geográficas  procedentes de una imagen de referencia conocida, a una  imagen digital de destino. Estas coordenadas geográficas reemplazaran a las coordenadas graficas propias de una imagen digital en cada píxel, sin alterar ningún otro atributo de la imagen original, cada  serie de pixeles serán fácilmente reconocibles, en ambas imágenes  y pueden tener un origen  antrópico (Cruces de carreteras, caminos, edificaciones y estructuras, construcciones, vértices geodésicos, etc)  o naturales normalmente de carácter fisiográficos y topográficos, y que no sean demasiado  dinámicos en el espacio ni en el tiempo ( Desembocaduras de ríos, línea de costa,  toponimia etc). Los puntos adicionados de esta forma deben estar bien distribuidos en la escena, tratando al máximo de evitar la linealidad en su colocación,  a este proceso se le denomina Corrección geométrica de una imagen.

 El nivel de precisión alcanzado en la georeferencia depende en gran medida de la fuente de información geográfica utilizada (mapas temáticos, cartografía oficial, puntos de GPS etc.) y de la escala a la cual se vaya a realizar el trabajo. Como regla general de precisión se puede decir que el error medio cuadrático de los puntos debe ser inferior a tres.

Como se puede inferir de la anterior explicación es fundamental para cualquier tipo de corrección geométrica,  identificar previamente  sobre la imagen un serie de puntos conocidos, denominados puntos de control, que  por su naturaleza sean poco dinámicos en el tiempo y en el espacio. La característica a tener en cuenta en la elección  de un punto de control terrestre (GCP) es la capacidad de “localización inequívoca” con la mayor precisión tanto en la imagen como en el terreno. Los puntos de control de tierra se adquieren  directamente sobre una cartografía base de referencia en formato digital o analógico o bien con mediciones en campo con GPS o cualquier otro aparato topográfico. La cantidad de puntos necesarios para una buena rectificación depende del orden del polinomio a usar, de la escala del mapa, relieve del área y del grado de precisión requerido.

Coordenadas geográficas

La elaboración de mapas a partir de imágenes involucra conocer la localización geográfica de los elementos y características de la Tierra, transformar estas localizaciones sobre la Tierra a una posición sobre un mapa plano requiere el uso de una proyección de mapa a una  simbolización gráfica de estos elementos.

Un sistema de coordenadas geográficas es un sistema de referencia usado para localizar  elementos geográficos de la tierra sobre una superficie plana. Y es preciso  dominar conceptos tales como escala, proyección, dátum y transformación de coordenadas.

La tierra se puede considerar una volumen  esférico  no uniforme, aunque se puede aproximar a una figura geométrica, a la que se denomina Geoide,  para su mejor concepción se la intenta adaptar a una figura mas uniforme como es la de un  elipsoide. Dependiendo del elipsoide de referencia escogido, el sistema de coordenadas geográficas varía para un mismo punto terrestre,   ya que el  tamaño y  el  centro de origen de cada uno de ellos no son coincidentes.

El elipsoide WGS84, es uno de los más utilizados en la actualidad  ya que se conformo  a partir de datos procedentes de  los satélites  que constituyen el  Sistema de Posicionamiento Global. (GPS). Con WGS84, se logra obtener un único sistema de referencia en coordenadas geográficas para todo el mundo.  y es considerado más preciso que los anteriores. Los grandes distribuidores de cartografía privados y públicos se han acogido a este sistema rápidamente.

Para la elaboración de mapas es necesario conocer la latitud y longitud y a menudo la altitud de los elementos a cartografiar. Antes de empezar la elaboración de mapas es necesario establecer una red de puntos de control geodésicos sobre la tierra. Estos puntos definen la precisión del mapa.

La cartografía histórica presenta una serie de dificultades para su correcta georeferenciación. La primera radica en la geometría de sus elementos y por ende en la precisión de las mediciones topográficas realizadas en origen. Por regla general y por razones fundamentalmente de origen tecnológico cuanta más antigua es una cartografía, su geometría es más débil y por lo tanto presenta más distorsiones con respecto a una cartografía de referencia actual. El otro parámetro a tener  en cuenta  es la  evolución temporal de aquellos elementos geográficos tanto físicos como humanos que se encuentran dispuestos en estas cartografías y que no se identifican en la actualidad.

Proceso de Georreferenciación

El proceso de georreferenciación ha sido largo y meticuloso para asegurar al nivel de detalle previsto. El mapa histórico original  en formato  papel,  ha sido escaneado con una precisión mínima de 400 dpi, esta fase a sido realizada en las sala de fondos antiguos de la biblioteca de Sevilla por los becarios del servicio. El archivo resultante en formato tif es compilado con el resto de archivos del volumen analógico original y se le asigna el nº de catalogo de la biblioteca.

Se han tomado un mínimo de 20 puntos de control para cada  mapa, y  en la gran mayoría la función de transformación utilizada ha sido una polinómica de primer orden, sobre todo en aquellas que presentaban una escala grande o mediana, para escalas pequeñas si se ha tenido que emplear un grado de polinomio superior.

El nivel de exactitud, en términos de RMSE (Root Mean Squared Error), se complica al tratarse de mapas antiguos dibujados sobre papel y trazados a mano, por lo que se han asumido incrementos razonables sobre el umbral teórico, con un valor promedio, en valores de realidad terreno de 10 metros, aproximadamente. La cartografía de referencia utilizada para este proceso ha sido la ortofotografía  aérea  del servicio WMS (Web Map Service) que disponen cada una de las  comunidades  Autónomas al respecto,  en las consejerías de medio ambiente, agricultura Ordenación del Territorio etc.

A priori, hubiera sido recomendable trabajar con el sistema ETRS89 al ser el nuevo estándar que deberán asumir como obligatorio los centros de producción cartográficos a partir de enero de 2015 (Real Decreto 1071/2007, de 27 de julio, por el que se regula el sistema geodésico de referencia oficial en España), pero el hecho de que se utilizara tanto el  sistema WGS84  y ED50 según la comunidad autónoma de la que se han tomado las ortofotos de referencia, ha condicionado que se haya optado por georreferenciarlo en WGS84  y ED50, respectivamente y en el huso correspondiente a la  proyección UTM, (Huso 29, 30 y 31 que ocupan todo el territorio nacional excluyendo las islas Canarias).

En la siguiente figura se muestra la ortoimagen de referencia de la bahía del Ferrol en Galicia del año 2008, a escala 1:100.000 (En salida cartográfica en formato A3)  tomada de un mosaico del servidor  WMS de la Xunta de Galicia, IDEG (Infraestructura de Datos Espaciales de Galicia), a la derecha se encuentra la cartografía histórica del Atlas Marítimo de España de 1789 de  Vicente Tofiño. Después de la georeferenciación ambas imágenes pueden ser superpuestas guardando la imagen georeferenciada todas las características geométricas de la primera. ( Datum, Sistema geográfico y de coordenadas).

En la siguiente figura se muestra la ortoimagen de referencia de la bahía de Cádiz a escala 1:100.000 (En salida cartográfica en formato A3) tomada de la  ortofoto del suroeste de Andalucía del año2008,  mosaico del servidor WMS de la Junta de Andalucía ( Infraestructura de Datos Espaciales de Andalucía ) es el punto de acceso telemático que el Sistema Cartográfico Andaluz pone a disposición de quienes deseen buscar, localizar, ver, descargar o solicitar algún tipo de información geográfica referida al territorio de Andalucía.

La IDEAndalucía al igual que el de la ortofoto de La Xunta de Galicia, forma parte de una red de infraestructuras de datos espaciales con nodos a nivel autonómico, estatal y europeo, que integran geoservicios interoperables mediante estándares internacionales, implantados en desarrollo de la Directiva InspirE a la derecha se encuentra la cartografía histórica del Atlas Marítimo de     España de 1789 de  Vicente Tofiño. Al igual que la figura anterior ambas imágenes pueden ser superpuestas guardando la imagen georeferenciada todas las características geométricas de la primera.

A esta imagen georeferenciada se la puede someter a multitud  de procesos fotográficos,  otorgandole  mayor o menor transparencia para conseguir una imagen más nítida de ambas superpuestas. Obsérvese la precisión alcanzada y la cantidad de información territorial que se puede inferir, este es uno de los aspectos que caracterizan la implementación de una cartoteca  de esta naturaleza y es el proporcionar una información de primer orden para estudios multitemporales de diferente índole en el que se requieran datos espaciales.

Mosaicado y equilibrado

Una vez finalizada la georreferenciación de todas las cartografías,  se ha realizado el mosaicado  de todas las  imágenes y la superposición  sobre cartografía en formato raster  para escalas grandes (utilizada para el proceso de georeferenciación previo)  como en formato vectorial  que nos permita una mejor interpretación  a escalas más pequeñas.

A este conjunto de imágenes se le han efectuado correcciones del color y del brillo en el momento de componer el mosaico final para homogeneizar las características visuales del resultado final.  Las hojas escaneadas del original estaban afectadas de cambios en la tonalidad e iluminación que se han arrastrado durante la georreferenciación y mosaicado.

De este modo, se ha aplicado un filtro global para difuminar los desequilibrios de luz entre las s imágenes. A continuación se ha realizado un balanceo del color para atenuar las diferencias tonales. Finalmente, se ha llevado a cabo una homogeneización de los histogramas.  Sobre el mosaico total se ha realizado finalmente un proceso de edición y corrección manual de los errores más importantes, generalmente localizados en los sectores de solape entre hojas.