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Introducción
El dinamismo económico multisectorial caracterizado por el creciente arribo importantes flujos de inversión y la instalación de nuevas empresas sigue siendo una constante en la Zona Metropolitana de Querétaro (ZMQ), esto debido a su estratégica ubicación geográfica, a los altos niveles de seguridad pública, su crecimiento ordenado, calificación de la mano de obra entre otras ventajas, generando principalmente empleos, reducción de la pobreza, y desarrollo sostenible en los municipios de la ZMQ. Este importante crecimiento económico y demográfico observado en el estado de Querétaro durante los últimos años, genera un reto importante ante las autoridades municipales y estatales para satisfacer las necesidades de infraestructura en todos sus ámbitos, a corto y mediano plazo, que permita sostener éste crecimiento sin que, entre otras consecuencias, el sistema vial colapse.
La red de carreteras que interconectan a los municipios de la ZMQ es un ejemplo de infraestructura productiva, esto quiere decir, que su desarrollo permitirá que estos municipios continúen con su próspera actividad de desarrollo a futuro. En este sentido podemos decir que dentro del desarrollo carretero se presenta el concepto de ampliación de la capacidad de la red vial. Al proyectar una vialidad nueva o ampliación de una carretera se encuentra con el problema de afectación para la incorporación al derecho de vía, principalmente por predios particulares. Este problema demanda a un levantamiento a detalle, meticuloso y preciso de los predios afectados por el proyecto de creación y ampliación, lo cual implica mayor inversión en costo y tiempo principalmente. Una herramienta que facilita la solución a la problemática del cálculo de la superficie que debe ser afectada por el derecho de vía, es la que deriva del empleo de técnicas de teledetección y sistemas geoespaciales.
Antecedentes
La información satelital es utilizada habitualmente como una herramienta que permite realizar cartografía de un sinnúmero de especificaciones, para posteriormente ser utilizada por múltiples disciplinas. La mayoría de las veces es necesario integrarla con otro tipo de información, conformando así un sistema de información geográfica (SIG) aplicado a un problema en particular.
En México el uso de la teledetección apoyada a través de los SIG se dirige a resolver problemas de sostenibilidad del medio ambiente, agricultura, agua, planificación urbana y ordenamiento del territorio principalmente. Tanto empresas privadas como instituciones gubernamentales han hecho uso de esta combinación para ayudarse en la toma de decisiones de sus problemas en específico.
Por primera vez en la historia, México obtuvo una licencia multiusuario de imágenes de satélite, para un Gobierno Federal por parte de la empresa SPOT Image®, mismas que son utilizadas por las dependencias e instituciones en los tres niveles de Gobierno, así como por las Universidades e Instituciones Públicas de nivel superior dedicadas a la investigación científica; y su aplicación es diversa: Defensa, Seguridad, Ordenamiento Ecológico, Catastro, Agricultura, Hidrología, Geografía, entre otras. En diciembre del 2012, se puso en órbita el satélite SPOT6 que cuenta con una resolución espacial de 1.5 metros por pixel en pancromático y 6 metros en multiespectral con 4 bandas. Las imágenes pueden ser adquiridas mediante convenio vía el programa ERMEXS NG. A través de la Secretaría de la Defensa Nacional (SEDENA) y el Sistema de Información de Agricultura y Pesca (SIAP) de la Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA).
Figura 1. Programa SPOT
Actualmente el sensor GeoEye 1 de la compañía Digital Globe, cuenta con 0.50 metros por pixel en pancromático y 1.64 metros por pixel en multiespectral con 4 bandas ó el sensor WorldView 2 de la misma compañía, cuenta con 0.50 metros por pixel en pancromático y 1.84 metros por pixel en multiespectral con 8 bandas. Dichas imágenes (de archivo solamente) pueden ser adquiridas mediante convenio vía el programa EVISMAR, a través de la Secretaría de Marina (SEMAR).
En cuanto a la aplicación de la percepción remota aplicada al transporte, se encuentran algunos temas desarrollados por investigaciones extranjeras donde utilizan está tecnología para detectar la cantidad de contaminantes emitidos por la combustión de los vehículos. (Wenzel 2003). Y así poder calibrar sus programas de inspección de emisión y mantenimiento. Como política primaria para reducir la emisión de contaminantes.
En el caso de identificación de infraestructura al transporte Berger (2011), presenta un método que integra imágenes orthorrectificadas con una resolución espacial extremadamente alta y nubes de puntos de escaneo laser aerotransportados (Tecnología LiDAR). Estos datos en su conjunto se utilizan para reconstruir las líneas centrales de una vía de ferrocarril. Utilizando un método de extracción de características con base a un algoritmo de consenso de la muestra aleatoria adoptada. Este flujo de trabajo se ha probado en dos secciones del ferrocarril y se encontró que produce resultados muy precisos de una manera rápida y altamente automatizada.
El plan nacional de desarrollo 2012-2018, bajo la perspectiva del plan sectorial de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), marca al desarrollo regional desde el punto de vista del factor transporte, como una línea fundamental de estudio, mediante la observación de su evolución a través del tiempo y del espacio. Motivo por el cual, el uso de imágenes de satélite se convierten en una herramienta potencial para la mejor gestión, análisis y representación de la información geoespacial, con técnicas cada vez más útiles y modernas.
La Unidad de Sistemas de Información Geoespacial (USIG) del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) ha desarrollado, aplicaciones con SIG y GPS (Sistema de Posicionamiento Global, por sus siglas en inglés), para solucionar problemas de transporte donde esté inmerso el factor espacial, y como consecuencia de su continua evolución está el incluir en sus líneas de trabajo las últimas tendencias en tecnología. Es por ello que se decide continuar con la línea de explotación y desarrollo de la percepción remota y el procesamiento de las imágenes de satélite de alta resolución, y con ello, dar continuidad al estudio, uso y aplicación de los sensores SPOT, GeoEye entre otros.
Figura 2. Mosaico de imágenes SPOT 5, que ilustra la continuidad de estudio de la teledetección dentro de la USIG. Elaboración: propia
Problemática
La Secretaría de Comunicaciones y Transporte (SCT), por medio de la Subsecretaria de Infraestructura, es el organismo encargado de planeación, construcción, conservación, operación, administración y buen desempeño de la Red Carretera Federal. Por otro lado la Comisión Estatal de Caminos del estado de Querétaro (CECQRO) tiene a su cargo las obras que determinan el consejo de administración y las incluidas en los programas de carreteras estatales, alimentadoras urbanas y libramientos, caminos rurales y aeropistas de jurisdicción estatal, comprendiendo la construcción, reconstrucción, modernización, conservación y mantenimiento de los mismos.
Dentro de la política de mejora y/o modernización en un sistema vial cuando los valores de flujos vehiculares están muy próximos a los de la capacidad, el tránsito se torna inestable y la congestión se hace presente. Más aún, los flujos vehiculares inferiores a la capacidad, que circulan a velocidades bajas y densidades altas, representan condiciones de operación forzada, que incluso pueden llegar a detenciones momentáneas de tránsito, produciendo bajos niveles de operación y alta siniestralidad. Es aquí donde se visualizan los proyectos de ampliación de carreteras que presentan éstas condiciones de operación y que llevan a cabo las dependencias anteriormente citadas, o en su defecto la creación de una nueva carretera.
El derecho de vía se define como la franja de terreno que se requiere para la construcción, conservación, ampliación, protección y en general para el uso adecuado de una vía general de comunicación cuya anchura y dimensiones fija la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), la cual no podrá ser inferior a 20 metros a cada lado del eje del camino. Tratándose de carreteras de dos cuerpos, se medirá a partir del eje de cada uno de ellos, (SCT, Ley de Caminos, Puentes y Transporte Federal, Art 2). En virtud de lo anterior, el uso adecuado del derecho de vía y su preservación es fundamental para resguardar el futuro crecimiento de las mismas.
Figura 3. Derecho de vía, sección transversal de una carretera.
En la actualidad, las carreteras son cada vez más complejas, a las obras de vías férreas y carreteras actuales se suman una serie de obras adicionales, tales como tendidos de líneas eléctricas, telegráficas y telefónicas, fibra óptica, ductos y cableados de muy diversa naturaleza e importancia económica y social.
Conforme a la importancia que representa para el desarrollo social y económico de nuestro país, la construcción de carreteras y puentes federales, para la realización de éstas obras es fundamental la liberación oportuna y eficiente de los terrenos que conforman el derecho de vía. En este sentido la SCT, a través de la Dirección General de Carreteras Federales (1998), creó el “Manual de Procedimientos para la Liberación del Derecho de Vía de Carreteras Federales” para lograr que los trámites, se lleven a cabo eficientemente por parte de las unidades administrativas involucradas en el procedimiento; a fin de que los terrenos requeridos por parte de la Secretaría se pongan a disposición de la unidades ejecutoras.
Para obtener el área de afectación de un predio particular debido al trazo de una nueva obra o proyecto de ampliación, se requiere de un levantamiento topográfico, el cual deberá tener como mínimo: la ubicación y linderos del predio afectado, cálculo analítico del área por adquirir y las servidumbres existentes.
El problema radica en la cantidad de predios afectados por el trazo, además del tipo y uso de suelo de los mismos, en consecuencia hace ardua y meticulosa la tarea de calcular la superficie de afectación de cada uno de los predios, además, dependiendo de las dimensiones del proyecto, el tiempo para su realización puede ser muy prolongado.
Por lo general se utilizan varias brigadas de topografía, las cuales cubren diversos frentes de la zona a levantar, “procedimiento tradicional”. Posteriormente la información recabada en campo es procesada en oficina para obtener todos los conceptos necesarios para la liberación de los predios.
Todo lo anterior conlleva un pesado y largo periodo de trabajo a detalle del levantamiento topográfico y un estricto trabajo de oficina, así como inversión en tiempo, personal y financiera que incluso pueden llegar a representar el 35% del costo total del proyecto.
Figura 4. Imagen que ilustra el barrido de información que se puede obtener con base en un sensor aerotransportado de alta resolución.
Objetivo general
Calcular el área de afectación que provoca la liberación del derecho de vía a predios particulares, provocado por la creación y/o ampliación de una carretera, por medio del análisis de imágenes satelitales, SPOT 6 y GeoEye 1.
Objetivos particulares
´ Describir y evaluar comparativamente los diferentes niveles de resolución espacial y espectral de los sensores SPOT6 y GeoEye 1, a través de sus imágenes pancromáticas y multiespectrales con el fin de reconocer su existencia y su campo de aplicación en el cálculo de afectación en el derecho de vía.
´ Identificar el uso potencial de cada uno de los sensores para la obtención de información requerida de acuerdo a la variabilidad del trazo.
´ Comparar el resultado obtenido versus levantamiento topográfico realizado en campo (método tradicional).
Desarrollo de investigación
Esta investigación se lleva a cabo dentro de la Unidad de Sistemas de Información Geoespacial (USIG) perteneciente a la Coordinación de Ingeniería Portuaria y Sistemas Geoespaciales del IMT. El área de estudio comprende la carretera estatal no. 200 del estado de Querétaro, en su tramo del Km 0+000 al Km 8+000. Dicha carretera conecta a los municipios de Querétaro y El Marqués pertenecientes a la ZMQ.
Figura 5. Carretera Estatal No. 200, tramo Km 0+000 al Km 8+000. Fuente: Elaboración propia
Después de analizar el estado del arte tanto de la percepción remota como del derecho de vía en el ámbito regional, nacional e internacional, con la finalidad de contar con un panorama más específico de la información útil concerniente al tema a desarrollar. Contando con imágenes de satélite del área de estudio de los sensores SPOT 6 y GeoEye1 y con ayuda del software ENVI® 5.0 (the Environment for Visualizing Images), software que permite visualizar, analizar y manipular todo tipo de imágenes digitales.
Figura 6. Mosaico SPOT5 de la ciudad de Querétaro, con vectores del Inventario Nacional de Infraestructura del Transporte 2007/2008 ed.2011, que ilustra la continuidad de estudios referentes a la Percepción Remota dentro de la USIG. Fuente: Elaboración propia.
Se hace un análisis espectral de las imágenes, (método conocido como: clasificación supervisada y no supervisada) y se obtienen los elementos que nos interesan de la misma según su respuesta espectral para cada objeto, para este caso, se aplicó a carreteras revestidas con asfalto.
Una vez obtenido los pixeles que en su respuesta espectral corresponden a las carreteras anteriormente mencionadas. Se hace una depuración de los pixeles, método también conocido como “entrenamiento de pixel”, el cual consiste en amplificar el área de pixeles acumulados y/o generalizando aquellos que quedan aislados y como resultado, obtenemos áreas más puras (con mayor grado certidumbre). Se procede a su vectorización, generando con ello sus propios atributos, para este caso: área, perímetro, coordenadas, entre otros.
Figura 7. Imagen que ilustra el comportamiento de los pixeles según su longitud de onda. Fuente: Elaboración propia.
Por otro lado, con las mismas imágenes satelitales utilizadas; Ahora se realiza un análisis de clasificación por objetos, el cual consiste en obtener polígonos similares que mantengan una relación entre el rasgo, color, textura y brillo principalmente, utilizando para ello una subrutina llamada “Feature Extraction”, propio del software ENVI 5.0, la cual automatiza dicho proceso.
De esta manera se contará con los resultados tanto de respuesta espectral para el derecho de vía como de clasificación por objetos para los predios que se invadirán. Para ambos casos se obtiene la superficie de los polígonos que representan cada uno de los predios particulares que estén invadiendo el derecho de vía. La relación entre el área del derecho de vía y los predios invadidos, nos darán el porcentaje de invasión.
Los valores resultantes obtenidos son comparados con los valores reales obtenidos en campo a través de un levantamiento topográfico realizado con anterioridad, lo cual permitirá verificar el grado de exactitud de esta nueva metodología.
Como resultado, tenemos un levantamiento topográfico más rápido y preciso de predios georreferenciados que existen dentro del área establecida anteriormente.
Figura 8. Imagen que ilustra el comportamiento de los sensores de alta resolución a lo largo de una carretera. Fuente: Elaboración propia.
Conclusiones
Los resultados de este trabajo de investigación van encaminados a la optimización de los recursos materiales, económicos, humanos y sobre todo en la reducción del tiempo que lleva realizar un levantamiento topográfico, de las propiedades afectadas y/o invasoras dentro del derecho de vía procedente de un proyecto nuevo o de ampliación, con la precisión necesaria para su validación ante instancias gubernamentales.
La implementación de este sistema de cálculo de superficie de afectación se podrá realizar en vialidades de pavimento asfáltico donde se tenga caracterizado la firma espectral del medio circundante. Además con ayuda de la herramienta de extracción de polígonos (Feature Extraction), se podrá determinar de manera semi-automática, todos aquellos predios que se ven afectados por el derecho de vía de manera georreferenciada y con información asociada a dicho polígono.
Este tipo de estudios beneficia en gran medida a los esfuerzos realizados por parte de los Centros SCT de los estados al contar con un método alterno para la liberación del derecho de vía. Incluso puede ayudar a obtener un diagnóstico del estado que guarda la invasión irregular o ilegal del el derecho de vía en la Red Carretera Nacional conlleven la toma de decisiones que impacten a favor de los bienes nacionales y, por tanto, del erario público.
Al disponer de imágenes de satélite actuales y de mayor resolución, el incremento en la calidad de los estudios y proyectos permitirán el desarrollo de metodologías más ágiles para su procesamiento y obtención de resultados en intervalos reducidos de tiempo. Para el caso específico del transporte, está demostrado que las técnicas de Percepción Remota y/o Teledetección tienen el potencial de proveer información detallada de caminos y puentes y pueden ofrecer una forma más rápida y económica de mejorar las prácticas comunes para la observación y el inventario de la red de transporte. La cartografía digital geo-referenciada, se liga fácilmente a variables censales e indicadores socioeconómicos y ambientales. De tal suerte que facilita la extracción de información y la construcción de indicadores de calidad de vida y de desarrollo. La aplicación de geotecnologías de vanguardia al sector Transporte, así como la correcta y eficaz aplicación de los recursos por parte de los profesionistas, académicos y representantes de la sociedad civil deberán reflejarse en una mejor calidad de vida y observar con seguridad el desarrollo hacia un mejor país.
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