Preprocesado SIG de raster para Hidrología en gvSIG, ArcGis y QGis

Una de las cosas que aprendes cuando trabajas a diario y con relativa profundidad con los  SIG (sistemas de información geográfica), y en concreto en lo relativo al software, es que no hay una única solución para todo ni un único programa capaz de hacer todo mejor y más rápido.

Diferentes SIG (Sistemas de Información Geográfica), mismo fin

Es una conclusión complicada porque te habitúas a un software, a sus comandos, a sus iconos, a su modo de organizar carpetas…y de repente te das cuenta que para un problema concreto hay un software que lo hace mejor, más rápido o incluso ambas a la vez.

Así que uno aprende varias cosas: no te centras en un solo programa (aunque tu programa de cabecera sigue siendo tu programa favorito), y sobre todo a manejar con cierta soltura los intercambios de formatos entre uno y otro. Es algo a lo que te habitúas y te sale tan natural que ni te das cuenta.

En este caso abordamos, desde nuestra experiencia (personal e intransferible), el uso de 3 de los software punteros en cuanto a desarrollo e implantación en el mercado: ArcGIS, QGIs y gvSIG.

Uso de las herramientas hidrológicas en los SIG

Y además nos vamos a centrar en la experiencia de uso para el preprocesado de los Modelos Digitales del Terreno previo a su uso dentro de los algoritmos de cálculos hidrológicos.

Este procesado previo tiene que ver con la eliminación de zonas llanas y depresiones de los raster MDT, ya que representan un problema a la hora de asignar las direcciones de flujo. EN concreto centraremos el estudio en el geoproceso Fill, tal y como está definido en cada uno de estos programas.

El preprocesado con vistas a eliminar las depresiones persigue evitar esas celdas con valores erróneos producto de las interpolaciones que se realizan en los MDE o las depresiones artificiales por procesado. Sobre estas el procedimiento pueden ser dos: aplicación de filtros (poco recomendable por afectar a la totalidad del MDE), o bien mediante algoritmos que simulan el comportamiento del agua, llenando las depresiones hasta una altura fija igual en todas las celdas, de manera que vierte así fuera de esta celda (o haciendo el proceso inverso, es decir, disminuyendo las cotas de las celdas donde se ubican estos “sumideros” y abriendo caminos para el flujo.

El algoritmo se puede localizar bajo los siguientes epígrafes:

Imagen 1: Fill Sinks en ArcGIS
Imagen 1: Fill en ArcGIS

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Imagen 2: Eliminar depresiones en gvSIG

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Imagen 3: Fill sinks en QGIS

En ArcGis el valor configurable es el de Z. Se entiende Z como la diferencia máxima entre un agujero y sus celdas adyacentes para que se rellene. Si la diferencia en los valores de la Z entre un agujero y sus vecinos es mayor que el valor límite z, el agujero no se rellena. Este valor tiene que ser mayor que 0 y si no se especifica valor se rellenan todos los agujeros.

Tanto en gvSIG como en QGis el valor configurable es el “Ángulo mínimo entre celdas (º)”, que es el valor del ángulo del plano por el que se sustituyen las depresiones. Si este ángulo es cero, las depresiones se sustituyen por una superficie plana.

Prueba de velocidad en SIG

Hemos realizado una “prueba de velocidad” sobre un MDT relativamente grande (aproximadamente 14.500 has) y probado la respuesta de los tres programas SIG, comparando los resultados finales.

Hay que partir de la base que las pruebas se han realizado sobre gvSIG 2.1, QGIS 2.8.2 y ArcGIS 10.2.

Modelo digital del terreno original
Imagen 4: Modelo digital del terreno original

 

Estos son los resultados:

QGIS:   6,51 sg

gvSIG: 24,52 sg (14 iteraciones)

ArcGis: 3,30 sg

El más lento es (con mucho) gvSIG, incrementando el tiempo de cálculo por las iteraciones que lleva a cabo sobre los valores calculados. ArcGis es el más rápido y QGIS se sitúa en valores medianos.

Respecto a la estructura hay que recalcar varias cosas:

  • Tanto QGis como ArcGIS crean capas con la misma estructura que la original. En concreto, tanto número de filas y columnas, tamaño del pixel final como profundidad y tipo de dato es el mismo en el raster sin rellenar que tras el proceso de relleno de huecos.
  • gvSIG modifica algunos de los datos del raster de partida: el número de filas y columnas y el tamaño de píxel es el mismo. Sin embargo se modifica la profundidad y el tipo de dato. En este ejemplo en concreto el raster original tenía datos en Flotante y el raster generado por gvSIG es formato Doble. En cuanto a la profundidad, el dato del original es de 32 bits, mientas que gvSIG crea un raster procesado de 64 bits.

En cuanto a los valores calculados por cada uno de los programas se puede comprobar visualmente las diferencias de cálculo respecto al orginal. No se incluye el ArcGIS porque básicamente no hay diferencia alguna respecto al original.

Imagen 2: Diferencias entre el original y el procesado por gvSIG
Imagen 5: Diferencias entre el original y el procesado por gvSIG
Imagen 3: Diferencias entre el original y el calculado por QGIS
Imagen 6: Diferencias entre el original y el procesado por QGIS

 

Conclusiones sobre los SIG:

La conclusión es que…no se puede llegar a una conclusión. Cada caso es un mundo y si bien es cierto que gvSIG presenta unos tiempos de cálculo superiores a QGIS o ArcGIS, los datos calculados tienen una mayor precisión. Precisión que puede no ser necesaria en algunos casos, o que puede ser muy relevante en otros.

La elección de un sistema o de otro es tarea del operario en función del proyecto, del trabajo concreto y del resultado esperado. Lo importante es por un lado no cerrarse y centrarse en el uso exclusivo de uno o de otro sistema.

Y por otro lado es importante señalar que las soluciones SIG de software libre como QGis o gvSIG representan alternativas tan válidas como el software comercial para análisis hidrológicos…si no más.

 

Juan Santos Ruiz de Eguílaz

Project Manager at IDEYA

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