La topografía es el estudio de las formas y características de las superficies terrestres . La topografía de un área puede referirse a las formas y características del terreno en sí, o a una descripción o representación en mapas.
La topografía es un campo de la geociencia y la ciencia planetaria y se ocupa de los detalles locales en general, incluyendo no sólo el relieve , sino también las características naturales , artificiales y culturales , como carreteras, límites terrestres y edificios. [1] En los Estados Unidos , topografía a menudo significa específicamente relieve , aunque los mapas topográficos del USGS registran no solo contornos de elevación , sino también carreteras, lugares poblados, estructuras, límites terrestres, etc. [2]
La topografía en sentido estricto implica el registro del relieve o terreno , la calidad tridimensional de la superficie y la identificación de accidentes geográficos específicos ; esto también se conoce como geomorfometría . En el uso moderno, esto implica la generación de datos de elevación en forma digital ( DEM ). A menudo se considera que incluye la representación gráfica de la forma del relieve en un mapa mediante una variedad de técnicas cartográficas de representación del relieve , incluidas líneas de contorno , tintes hipsométricos y sombreado del relieve .
El término topografía se originó en la antigua Grecia y continuó en la antigua Roma , como la descripción detallada de un lugar. La palabra proviene del griego τόπος ( topos , "lugar") y -γραφία ( -graphia , "escritura"). [3] En la literatura clásica esto se refiere a escribir sobre un lugar o lugares, lo que ahora se llama en gran medida ' historia local '. En Gran Bretaña y en Europa en general, la palabra topografía todavía se utiliza a veces en su sentido original. [4]
Los estudios militares detallados en Gran Bretaña (que comenzaron a finales del siglo XVIII) se denominaron Ordnance Surveys , y este término se utilizó hasta el siglo XX como genérico para estudios topográficos y mapas. [5] Los primeros estudios científicos realizados en Francia se denominaron mapas de Cassini en honor a la familia que los produjo durante cuatro generaciones. [ cita necesaria ] El término "estudios topográficos" parece ser de origen estadounidense. Los primeros estudios detallados en los Estados Unidos fueron realizados por la "Oficina Topográfica del Ejército", formada durante la Guerra de 1812 , [6] que se convirtió en el Cuerpo de Ingenieros Topográficos en 1838. [7] Después del trabajo de cartografía nacional se Asumido por el Servicio Geológico de EE. UU. en 1878, el término topográfico se mantuvo como un término general para estudios detallados y programas cartográficos, y ha sido adoptado por la mayoría de las demás naciones como estándar.
En el siglo XX, el término topografía comenzó a usarse para describir la descripción de superficies en otros campos donde se utiliza el mapeo en un sentido más amplio, particularmente en campos médicos como la neurología .
Un objetivo de la topografía es determinar la posición de cualquier característica o, más generalmente, de cualquier punto en términos tanto de un sistema de coordenadas horizontales como de latitud, longitud y altitud . Identificar (nombrar) características y reconocer patrones típicos de accidentes geográficos también son parte del campo.
Se puede realizar un estudio topográfico por diversas razones: la planificación militar y la exploración geológica han sido los principales motivadores para iniciar programas de levantamiento, pero la información detallada sobre las características del terreno y la superficie es esencial para la planificación y construcción de cualquier obra importante de ingeniería civil , obra pública , o proyectos de recuperación .
Hay una variedad de enfoques para estudiar la topografía. El método a utilizar depende de la escala y el tamaño del área bajo estudio, su accesibilidad y la calidad de los estudios existentes.
La topografía ayuda a determinar con precisión la posición de los puntos en el espacio terrestre o tridimensional y las distancias y ángulos entre ellos utilizando instrumentos de nivelación como teodolitos , niveles rechonchos y clinómetros . También se utilizan GPS y otros sistemas globales de navegación por satélite (GNSS).
El trabajo en uno de los primeros mapas topográficos lo inició en Francia Giovanni Domenico Cassini , el gran astrónomo italiano.
Aunque la teledetección ha acelerado enormemente el proceso de recopilación de información y ha permitido un mayor control de precisión en largas distancias, el levantamiento directo todavía proporciona los puntos de control básicos y el marco para todo trabajo topográfico, ya sea manual o basado en SIG .
En áreas donde ha habido un extenso programa directo de levantamiento y mapeo (la mayor parte de Europa y los EE. UU. continentales, por ejemplo), los datos compilados forman la base de conjuntos de datos de elevación digitales básicos, como los datos DEM del USGS . Estos datos a menudo deben "limpiarse" para eliminar discrepancias entre las encuestas, pero aún así constituyen un conjunto valioso de información para análisis a gran escala.
Los estudios topográficos estadounidenses originales (o los estudios británicos "Ordnance") implicaban no sólo el registro del relieve, sino también la identificación de características históricas y de la cobertura vegetal del suelo.
La teledetección es un término general para la recopilación de geodatos a una distancia del área en cuestión.
Además de su función en fotogrametría, las imágenes aéreas y satelitales se pueden utilizar para identificar y delinear características del terreno y características más generales de la cobertura del suelo. Ciertamente se han convertido cada vez más en parte de la geovisualización , ya sean mapas o sistemas SIG . Las imágenes de colores falsos y de espectros no visibles también pueden ayudar a determinar la situación del terreno al delinear más claramente la vegetación y otra información sobre el uso de la tierra. Las imágenes pueden estar en colores visibles y en otro espectro.
La fotogrametría es una técnica de medición por la cual las coordenadas de los puntos en 3D de un objeto están determinadas por las mediciones realizadas en dos imágenes fotográficas (o más) tomadas a partir de diferentes posiciones, generalmente de diferentes pasadas de un vuelo fotográfico aéreo. En esta técnica se identifican los puntos comunes en cada imagen . Se puede construir una línea de visión (o rayo ) desde la ubicación de la cámara hasta el punto del objeto. Es la intersección de sus rayos ( triangulación ) la que determina la posición tridimensional relativa del punto. Se pueden utilizar puntos de control conocidos para dar valores absolutos a estas posiciones relativas. Algoritmos más sofisticados pueden explotar otras informaciones sobre la escena conocidas a priori (por ejemplo, simetrías que permiten en ciertos casos reconstruir coordenadas tridimensionales a partir de una única posición de la cámara).
El mapeo por RADAR satelital es una de las principales técnicas para generar modelos digitales de elevación (ver más abajo). Se aplican técnicas similares en estudios batimétricos utilizando sonar para determinar el terreno del fondo del océano. En los últimos años, LIDAR ( LI ght D etection And R anging), una técnica de detección remota que utiliza un láser en lugar de ondas de radio, se ha utilizado cada vez más para necesidades cartográficas complejas, como la cartografía de las marquesinas y el seguimiento de los glaciares.
El terreno se modela comúnmente utilizando modelos matemáticos vectoriales ( red irregular triangulada o TIN) o cuadriculados ( imagen rasterizada ). En la mayoría de las aplicaciones de las ciencias ambientales , la superficie terrestre se representa y modela mediante modelos cuadriculados. En las empresas de ingeniería civil y entretenimiento, la mayoría de las representaciones de la superficie terrestre emplean alguna variante de modelos TIN. En geoestadística , la superficie terrestre se modela comúnmente como una combinación de dos señales: la señal suave (correlacionada espacialmente) y la rugosa (ruido).
En la práctica, los topógrafos primero toman muestras de las alturas de un área y luego las utilizan para producir un modelo digital de superficie terrestre en forma de TIN . Luego, el DLSM se puede utilizar para visualizar el terreno, cubrir imágenes de sensores remotos, cuantificar las propiedades ecológicas de una superficie o extraer objetos de la superficie terrestre. Los datos de contorno o cualquier otro conjunto de datos de elevación muestreados no son un DLSM. Un DLSM implica que la elevación está disponible continuamente en cada ubicación del área de estudio, es decir, que el mapa representa una superficie completa. Los modelos digitales de superficie terrestre no deben confundirse con los modelos digitales de superficie, que pueden ser superficies de dosel, edificios y objetos similares. Por ejemplo, en el caso de los modelos de superficie producidos con tecnología LIDAR, se pueden tener varias superficies, desde la parte superior del dosel hasta la propia tierra firme. La diferencia entre los dos modelos de superficie se puede utilizar para derivar medidas volumétricas (altura de los árboles, etc.).
La información de los levantamientos topográficos se basa históricamente en las notas de los topógrafos. Pueden obtener información cultural y de nombres de otras fuentes locales (por ejemplo, la delineación de límites puede derivarse de un mapeo catastral local ). Si bien son de interés histórico, estas notas de campo incluyen inherentemente errores y contradicciones que se resuelven en etapas posteriores de la producción de mapas.
Al igual que con las notas de campo, los datos de teledetección (fotografías aéreas y satelitales, por ejemplo) están en bruto y no se interpretan. Puede contener agujeros (debido a la cobertura de nubes, por ejemplo) o inconsistencias (debido al momento de capturas de imágenes específicas). La mayoría de los mapas topográficos modernos incluyen un gran componente de datos de sensores remotos en su proceso de compilación.
En su definición contemporánea, el mapeo topográfico muestra relieve. En Estados Unidos, los mapas topográficos del USGS muestran el relieve mediante líneas de contorno . El USGS llama a los mapas basados en levantamientos topográficos, pero sin contornos, "mapas planimétricos".
Estos mapas muestran no solo los contornos, sino también cualquier arroyo u otra masa de agua importante, cubierta forestal , áreas urbanizadas o edificios individuales (según la escala) y otras características y puntos de interés.
Si bien no son mapas oficialmente "topográficos", los estudios nacionales de otras naciones comparten muchas de las mismas características, por lo que a menudo se les llama "mapas topográficos".
Los mapas topográficos existentes, debido a su cobertura integral y enciclopédica, forman la base de gran parte del trabajo topográfico derivado. Los modelos digitales de elevación, por ejemplo, a menudo no se han creado a partir de nuevos datos de sensores remotos sino de mapas topográficos en papel existentes. Muchos editores gubernamentales y privados utilizan las ilustraciones (especialmente las curvas de nivel) de hojas de mapas topográficos existentes como base para sus propios mapas topográficos especializados o actualizados. [8]
La cartografía topográfica no debe confundirse con la cartografía geológica . Este último se ocupa de las estructuras y procesos subyacentes a la superficie, más que de características superficiales identificables.
El modelo digital de elevación (DEM) es un conjunto de datos digitales rasterizados de la topografía ( hipsometría y/o batimetría ) de toda o parte de la Tierra (o de un planeta telúrico ). A cada uno de los píxeles del conjunto de datos se le asigna un valor de elevación, y una parte del encabezado del conjunto de datos define el área de cobertura, las unidades que cubre cada píxel y las unidades de elevación (y el punto cero). Los DEM pueden derivarse de mapas en papel existentes y datos topográficos, o pueden generarse a partir de nuevos satélites u otros datos de radar o sonar detectados remotamente.
Un sistema de información geográfica (SIG) puede reconocer y analizar las relaciones espaciales que existen dentro de los datos espaciales almacenados digitalmente. Estas relaciones topológicas permiten realizar modelos y análisis espaciales complejos. Las relaciones topológicas entre entidades geométricas tradicionalmente incluyen adyacencia (qué linda con qué), contención (qué encierra qué) y proximidad (qué tan cerca está algo de otra cosa).
La topografía se ha aplicado a diferentes campos de la ciencia. En neurociencia , la disciplina de la neuroimagen utiliza técnicas como la topografía EEG para mapear el cerebro . En oftalmología , la topografía corneal se utiliza como técnica para mapear la curvatura superficial de la córnea . En ingeniería de tejidos , la microscopía de fuerza atómica se utiliza para mapear la nanotopografía .
En anatomía humana , la topografía es anatomía humana superficial .
En matemáticas el concepto de topografía se utiliza para indicar los patrones u organización general de rasgos en un mapa o como término referente al patrón en el que las variables (o sus valores) se distribuyen en un espacio.
Los topógrafos son expertos en topografía.