Los modelos digitales de elevación (DEM) son parte importante de la información que integra un Sistema de Información Geográfica. Por definición un modelo digital de elevaciones es una estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de la altitud de la superficie del terreno y son considerados como la herramienta más poderosa para representar el relieve (Stocks y Heywood, 1994).
De forma general, la unidad básica de información en un DEM es un valor de altitud, definido como una terna compuesta por un valor de altitud, z, al que acompañan los valores correspondientes de x e y, expresados en un sistema de proyección geográfica para una georreferenciación espacial (Felisícimo, 1994). Los modelos derivados más sencillos pueden construirse exclusivamente con la información del DEM y reflejan características morfológicas simples (pendiente, orientación, etc.). Entre los modelos más complejo esta el algoritmo de ortorrectificación (García y López, 2003).
4.10.1. Estructura de datosen el D E M
Las estructuras de datos en los DEM, se dividen en dos grupos en función de la representación de los datos: vectorial y raster (Felicisimo, 1994):
1. El modelo de datos vectorial está basado en entidades u objetos geométricos definidos por las coordenadas de sus nodos y vértices. Los atributos del terreno se representan mediante puntos, líneas o polígonos con sus respectivos atributos. Los puntos se definen mediante un par de valores de coordenadas con un atributo de altitud, las líneas mediante un vector de puntos (de altitud única o no) y los polígonos mediante agrupación de líneas.
2. El modelo de datos raster está basado en localizaciones espaciales, a cada una de las cuales se les asigna el valor de las variables para la unidad elemental de superficie. Los datos se interpretan como el valor medio de unidades elementales de superficie no nula que teselan el terreno con una distribución regular, sin solapamiento y con recubrimiento total del área representada. Estas unidades se llaman celdas o teselas y/o píxeles.
Cada modelo de datos puede representarse mediante diferentes estructuras de datos. Las más representativas son dos estructuras vectoriales, basadas en entidades u objetos:
• Isohipsas o contornos
• Red irregular de triángulos (TIN, triangulated irregular network)
y dos estructuras raster:
• Matrices regulares (URG, uniform regular grigds)
• Matrices jerárquicas (quadtrees)
4.10.1.1 Modelo vectorial: T I N (redes de triángulos irregulares)
La estructura de datos TIN se compone de un conjunto de triángulos irregules adosados, se identifica por su denominación triangulated irregular network (Peucker et al., 1978, citado
por Felicísimo, 1994). Los triángulos se construyen ajustando un plano a tres puntos cercanos no colineales, y se adosan sobre el terreno formando un mosaico que se adapta a la superficie con diferente grado de detalle, en función de la complejidad del relieve. Este modelo hace una representación plana del terreno. El método de triangulación más utilizado es el de Delaunay
4.10.1.2. Modelo raster: matrices regulares
La estructura matricial propone el análisis topográfico basado en matrices regulares. Esta estructura resulta de superponer una retícula sobre el terreno y extraer la altitud media de cada celda. La retícula adopta la forma de una red regular de malla cuadrada. En esta estructura, la localización de cada dato está determinada de forma implícita por su situación en la matriz, una vez definidos el origen y el valor del intervalo entre filas y columnas (Felicísimo, 1994).
4.10.2. Fuentes de error en los D E M
Existen dos fuentes de error en los DEM; primarias y secundarias. Como fuente primaria, el error en los DEM puede provenir desde el origen, es decir; los documentos digitales existentes son creados a partir de mapas impresos de naturaleza muy heterogénea. Tales mapas pudieron haber sido generados con objetivos y expectativas distintas que no coinciden con las actuales. Como error de fuentes secundarias se consideran al error posicional, derivado de la digitalización de los mapas (Holmes et al. , 2000).
Los errores en los DEM pueden ser clasificados en dos categorías (Burrough et al., 1998):
• Errores posiciónales que refieren una deficiente localización geográfica de cota o la trayectoria de las curvas de nivel.
• Errores atributivos los cuales suponen una asignación imprecisa de la altitud asociada a la cota o a la curva e implican a las coordenadas en el eje Z.
Los errores posiciónales afectan a los modelos vectoriales y los errores atributivos afectan tanto a modelos raster como vectoriales. Sea cual sea el modelo a utilizar es recomendable efectuar un análisis de la calidad del DEM ya que esto ayudará a evitar la propagación del error. De lo contrario, las maquinas actuales hacen copias exactas de los originales, copian fielmente los errores además de introducir algunos nuevos (Felicisimo, 1994; Heuvelink, 1998).
El problema se incrementa con el tiempo, cuando los datos originales se utilizan para diferentes propósitos, cuyos resultados son, asimismo, tomados como ciertos y reutilizados en otros procesos. Esto puede continuar hasta olvidarse el origen de la cadena y perdiendo, por tanto, toda referencia con la realidad (Felicísimo, 1994). Para evitar esta problemática es necesario incorporar el metadato (información sobre información) en los productos SIG.
4.10.3. Utilidad de los Modelos digitales
Para realizar la corrección topográfica y la ortorrectificación de una imagen es necesario contar con un DEM. En algunos casos es otra imagen (cuyos valores digitales son alturas) obtenida del mapa topográfico de escala conocida. Los DEM también se usan junto con modelos atmosféricos para corregir las diferencias de iluminación y reflectancia sobre el dosel de vegetación en terrenos montañosos, lo cual permite eliminar las variaciones topográficas y obtener firmas espectrales limpias, incrementando la capacidad de realizar una buena clasificación de las imágenes (Shepherd y Dymond, 2003).
En terrenos de montaña donde las distorsiones de la imagen están asociadas no sólo al sensor y geometría de la imagen sino también a la topografía del terreno, se requiere una corrección de los desplazamientos debidos al relieve, y para este proceso es necesario contar con un DEM de buena calidad del cual se toman los valores de altura, requeridos durante este procedimiento (Itten y Meyer, 1993). Los modelos de elevación digital, constituyen una solución parcial al problema del cálculo de pendientes.