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 las geociencias y las ciencias planetarias y se ocupa de los detalles locales en general, incluyendo no solo el relieve , sino también las características naturales , artificiales y culturales , como caminos, límites de tierras 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 caminos, lugares poblados, estructuras, límites de tierras, 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 del accidente geográfico en un mapa mediante una variedad de técnicas de representación cartográfica del relieve , incluidas las líneas de contorno , los tintes hipsométricos y el 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 usa a veces en su sentido original. [4]
Los estudios militares detallados en Gran Bretaña (que comenzaron a fines del siglo XVIII) se denominaron Ordnance Surveys , y este término se utilizó hasta el siglo XX como genérico para los estudios y mapas topográficos. [5] Los primeros estudios científicos en Francia fueron los mapas Cassini en honor a la familia que los produjo durante cuatro generaciones. [6] El término "estudios topográficos" parece tener origen estadounidense. Los primeros estudios detallados en los Estados Unidos fueron realizados por la "Oficina Topográfica del Ejército", formada durante la Guerra de 1812 , [7] que se convirtió en el Cuerpo de Ingenieros Topográficos en 1838. [8] Después de que el trabajo de cartografía nacional fuera asumido por el Servicio Geológico de los Estados Unidos en 1878, el término topográfico permaneció como un término general para los estudios y programas de cartografía detallados, 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 superficies en otros campos donde se utiliza la cartografía 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, de manera más general, de cualquier punto en términos de un sistema de coordenadas horizontales , como latitud, longitud y altitud . Identificar (nombrar) características y reconocer patrones de relieve típicos también son parte de este 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 estudio, pero la información detallada sobre las características del terreno y la superficie es esencial para la planificación y construcción de cualquier proyecto importante de ingeniería civil , obras públicas o recuperación .
Existen diversos enfoques para estudiar la topografía. El método o los métodos que se utilicen dependerán de la escala y el tamaño del área en estudio, su accesibilidad y la calidad de los estudios existentes.
La topografía permite determinar con precisión la posición de puntos en el espacio terrestre o tridimensional y las distancias y ángulos entre ellos utilizando instrumentos de nivelación como teodolitos , niveles de inclinación y clinómetros . También se utilizan GPS y otros sistemas globales de navegación por satélite (GNSS).
El trabajo en uno de los primeros mapas topográficos fue iniciado en Francia por 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 la precisión en largas distancias, el estudio directo todavía proporciona los puntos de control básicos y el marco para todo el trabajo topográfico, ya sea manual o basado en SIG .
En las zonas donde se ha llevado a cabo un extenso programa de levantamientos y cartografía directa (la mayor parte de Europa y los Estados Unidos continentales, por ejemplo), los datos recopilados forman la base de los conjuntos de datos básicos de elevación digital, como los datos DEM del USGS . Estos datos a menudo deben "depurarse" para eliminar discrepancias entre los levantamientos, pero aún así forman un conjunto valioso de información para el análisis a gran escala.
Los estudios topográficos estadounidenses originales (o los estudios "Ordnance" británicos) implicaban no sólo el registro del relieve, sino también la identificación de características históricas y de la cobertura vegetal del terreno.
La teledetección es un término general para la recopilación de geodatos a distancia del área en cuestión.
Además de su función en la fotogrametría, las imágenes aéreas y satelitales se pueden utilizar para identificar y delinear características del terreno y características más generales de la cobertura terrestre. Sin duda, se han convertido en una parte cada vez más importante de la geovisualización , ya sea en mapas o en sistemas SIG . Las imágenes en falso color y en espectros no visibles también pueden ayudar a determinar la disposición del terreno al delinear la vegetación y otra información sobre el uso de la tierra con mayor claridad. Las imágenes pueden ser en colores visibles y en otros espectros.
La fotogrametría es una técnica de medición que permite determinar las coordenadas de los puntos en 3D de un objeto a partir de las mediciones realizadas en dos imágenes fotográficas (o más) tomadas a partir de posiciones diferentes, generalmente a partir de diferentes pasadas de un vuelo de fotografía aérea. En esta técnica, se identifican los puntos comunes en cada imagen . Se puede construir una línea de visión (o rayo ) desde la posición 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 a estas posiciones relativas valores absolutos. Algoritmos más sofisticados pueden explotar otra información sobre la escena conocida a priori (por ejemplo, simetrías que en ciertos casos permiten 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 que utilizan sonar para determinar el terreno del fondo oceánico. En los últimos años, LIDAR ( Light Detection And Ranging ), una técnica de teledetección que utiliza un láser en lugar de ondas de radio, se ha empleado cada vez más para necesidades de mapeo complejas , como el mapeo de copas de árboles y el monitoreo de glaciares.
El terreno se modela comúnmente utilizando modelos matemáticos vectoriales ( red irregular triangulada o TIN) o cuadriculados ( imágenes rasterizadas ). En la mayoría de las aplicaciones en ciencias ambientales , la superficie terrestre se representa y modela utilizando modelos cuadriculados. En ingeniería civil y negocios de entretenimiento, la mayoría de las representaciones de la superficie terrestre emplean alguna variante de los modelos TIN. En geoestadística , la superficie terrestre se modela comúnmente como una combinación de las dos señales: la señal suave (espacialmente correlacionada) y la señal rugosa (ruido).
En la práctica, los topógrafos primero toman muestras de alturas en un área, luego las usan para producir un Modelo Digital de Superficie Terrestre en forma de TIN . El DLSM se puede usar para visualizar el terreno, cubrir imágenes de teledetección, cuantificar 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 de forma continua en cada ubicación en el 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 del dosel, edificios y objetos similares. Por ejemplo, en el caso de los modelos de superficie producidos utilizando la tecnología lidar, se pueden tener varias superficies, comenzando desde la parte superior del dosel hasta la tierra sólida real. La diferencia entre los dos modelos de superficie se puede utilizar para derivar medidas volumétricas (altura de los árboles, etc.).
La información de los estudios topográficos se basa históricamente en las notas de los topógrafos. Estos pueden obtener información cultural y sobre nombres de otras fuentes locales (por ejemplo, la demarcación de límites puede obtenerse de los mapas catastrales locales ). Si bien tienen interés histórico, estas notas de campo incluyen inherentemente errores y contradicciones que se resuelven en etapas posteriores de la producción del mapa.
Al igual que las notas de campo, los datos de teledetección (fotografías aéreas y satelitales, por ejemplo) son datos en bruto y sin interpretar. Pueden contener lagunas (debido a la cobertura de nubes, por ejemplo) o inconsistencias (debido al momento en que se capturan imágenes específicas). La mayoría de los mapas topográficos modernos incluyen un gran componente de datos obtenidos mediante teledetección en su proceso de compilación.
En su definición contemporánea, la cartografía topográfica muestra el relieve. En los Estados Unidos, los mapas topográficos del USGS muestran el relieve mediante curvas de nivel . El USGS denomina "mapas planimétricos" a los mapas basados en levantamientos topográficos, pero sin curvas de nivel.
Estos mapas muestran no sólo los contornos, sino también cualquier arroyo o masa de agua importante, cobertura forestal , áreas edificadas o edificios individuales (dependiendo de 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, y por eso a menudo se los llama "mapas topográficos".
Los mapas topográficos existentes, debido a su cobertura integral y enciclopédica, forman la base de muchos trabajos topográficos derivados. Los modelos digitales de elevación, por ejemplo, a menudo se han creado no a partir de nuevos datos de teledetección sino a partir de mapas topográficos en papel existentes. Muchos editores gubernamentales y privados utilizan las ilustraciones (especialmente las curvas de nivel) de las hojas de mapas topográficos existentes como base para sus propios mapas topográficos especializados o actualizados. [9]
El mapeo topográfico no debe confundirse con el mapeo geológico . Este último se ocupa de las estructuras y los procesos subyacentes a la superficie, más que de las características identificables de la superficie.
El modelo digital de elevación (MDE) es un conjunto de datos digitales basado en ráster de la topografía ( hipsometría y/o batimetría ) de toda o parte de la Tierra (o de un planeta telúrico ). A cada píxel 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 MDE pueden derivarse de mapas en papel y datos de encuestas existentes, o pueden generarse a partir de nuevos datos satelitales u otros datos de radar o sonar detectados de forma remota.
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 análisis y modelos espaciales complejos . Las relaciones topológicas entre entidades geométricas incluyen tradicionalmente la adyacencia (qué está junto a qué), la contención (qué encierra a qué) y la proximidad (qué tan cerca está algo de otra cosa).
La topografía se ha aplicado a diferentes campos científicos. En neurociencia , la disciplina de neuroimagen utiliza técnicas como la topografía EEG para el mapeo cerebral . En oftalmología , la topografía corneal se utiliza como técnica para mapear la curvatura de la superficie de la córnea . En ingeniería de tejidos , la microscopía de fuerza atómica se utiliza para mapear la nanotopografía .
En anatomía humana , la topografía es la anatomía humana superficial .
En matemáticas, el concepto de topografía se utiliza para indicar los patrones o la organización general de las características de un mapa o como término que se refiere al patrón en el que se distribuyen las variables (o sus valores) en un espacio.
Los topógrafos son expertos en topografía. Estudian y describen las características de la superficie de un lugar o región.