Generación de un Modelo Digital del Terreno (MDT) a partir de LIDAR aéreo para preservación del sitio arqueológico El Shincal de Quimivil

SIMONTACCHI, LAUTARO; FALIP, SOFÍA; GÓMEZ, MARÍA EUGENIA; DEL COGLIANO, DANIEL; MORALEJO, REINALDO A.; MEZIO, VICTOR; GOBBO, JUAN DIEGO; MUNTZ, DANIEL; PINTO, LEANDRO

San Miguel de Tucumán y Amaicha del Valle

Congreso; VII Congreso Nacional de Arqueometría: Materialidad, Arqueología y Patrimonio; 2018

Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo

LIDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología basada en la emisión de pulsos láser que permite representar la superficie de objetos mediante una densa nube de puntos en 3D, en verdadera magnitud, a partir de la cual se pueden realizar cálculos métricos, modelado de entidades, cortes y perfiles. Para cada punto reflejado se registra la época de emisión, el tiempo de vuelo de la señal, que se convierte en la distancia entre el objeto reflectante y el sensor, y un valor de intensidad, que en general estará relacionado con la reflectividad de la superficie detectada.Cada pulso láser alcanza la superficie con una determinada sección, impactando parcialmente en la vegetación y en otros objetos que encuentra en su camino, generando, de esta manera, múltiples retornos. Los diferentes retornos son registrados en el receptor y luego del procesamiento, convertidos en puntos. Esta característica es la principal ventaja de la técnica respecto a otras tradicionales, ya que permite reconocer objetos ubicados debajo de la capa vegetal. Justamente, un gran número de restos arqueológicos se encuentran cubiertos por vegetación que los ocultan a la inspección visual o fotográfica.Las mediciones LIDAR son asociadas a coordenadas a través de un sistema de navegación, en general basado en determinaciones GNSS e inerciales (IMU: Inertial Measurement Unit), por lo que es posible obtener información georreferenciada 3D de gran precisión. La emisión de cientos de miles de pulsos por segundo convenientemente distribuidos, resulta en una nube de puntos de alta densidad (Shan y Toth 2009). El procesamiento de los registros de LIDAR aéreo incluye la solución de una sucesión de líneas de vuelo con un porcentaje de superposición, que al momento de compararlas contienen desacuerdos de pocas decenas de centímetros, producto de errores típicos de navegación originados en las posiciones GNSS, en los ángulos determinados a partir de la unidad inercial y parámetros de calibración del sistema. Esas diferencias se minimizan a través de un ajuste de mínimos cuadrados que incluye transformaciones de similitud afectadas a cada línea de vuelo. El resultado es una nube de puntos 3D con una densidad media de 15 pts/m2 y calidad centimétrica en latitud, longitud y altura elipsoidal. Las coordenadas son obtenidas en el marco de referencia geodésico POSGAR07; materializado a través de puntos de apoyo de esa red observados con GNSS.Con la nube de puntos geométricamente resuelta, comienza un proceso de clasificación, aplicando distintos filtros y criterios de selección. Los puntos asociados a la vegetación son descartados para dejar a la vista el resto de los objetos próximos. En esta instancia se espera, por un lado detectar estructuras arqueológicas que permanecen ocultas por la cobertura vegetal; y por el otro, clasificar los puntos pertenecientes al suelo desnudo, para generar el Modelo Digital de Terreno (MDT). Estos modelos son utilizados para el cálculo de perfiles sobre el terreno, de movimientos de tierra o para la generación de mapas de representación del relieve, como mapas de curvas de nivel, de sombras, de pendientes o de orientaciones.En noviembre del año 2016 se realizó un vuelo LIDAR aéreo sobre la zona de El Shincal de Quimivil, un sitio incaico localizado en Londres, departamento de Belén, provincia de Catamarca (Raffino 2004). Este vuelo se completó en 3 horas y facilitó el estudio detallado de una superficie boscosa de 5600 ha. El objetivo de este trabajo es presentar la metodología para la generación del MDT basado en la nube de puntos LIDAR resultante. Este MDT será fundamental para resolver el problema hidráulico que se genera debido a la existencia de varias cárcavas o zanjas que pueden alcanzar más de 20 metros de ancho y superar los 7 metros de profundidad, que avanzan sobre las estructuras y ya han comenzado a derribar algunas (e.g. perímetro de la plaza principal o aukaipata, kanchas). El sistema es complejo debido a las pendientes del paisaje serrano y a la influencia de conductos a nivel del subsuelo realizados por unos roedores, conocidos como tucu-tucus (género ctenomys), que habitan la zona en gran cantidad. Las lluvias torrenciales en los meses de noviembre a marzo generan avenidas de escurrimiento con arrastre de mucho material suelto, lo que provoca que rebalsen los canales naturales, filtrándose además por los conductos trazados por los roedores; generando y ampliando permanentemente las citadas cárcavas. Asimismo, todo ello se ve favorecido por las fuertes insolaciones que producen gran evaporación agudizando la sequedad del suelo (Niz et al. 2009). Por dichos motivos, se considera necesaria la generación de un MDT junto con un estudio hidráulico, lo que permitirá conocer las vías de escurrimiento superficial del agua, evaluar el impacto nocivo de la erosión hídrica (carcavamiento o abarrancamiento), planificar obras para evitar esta erosión y generar una base de datos temporal para determinar el avance de este fenómeno. De esta manera se contribuirá a la preservación del sitio arqueológico. Asimismo, la conformación de este MDT también será de utilidad para realizar estudios del uso de agua e irrigación en época incaica en El Shincal de Quimivil.El MDT está expresado naturalmente en alturas elipsoidales basadas en el apoyo GNSS; es decir que tiene un significado puramente geométrico. La utilización del MDT en estudios hidráulicos, impone expresar el mismo en términos de alturas físicas, como las ortométricas. Estas alturas tienen como superficie de referencia, el Geoide, definido como la superficie equipotencial del campo de la gravedad terrestre que mejor ajusta al nivel medio del mar en una determinada época (Torge 2001). La transformación se realiza aplicando un modelo geoidal que puede tener características globales o regionales, producido a nivel global como es el caso de los modelos geopotenciales (MGG) o un modelo regional. En este trabajo fueron analizados los modelos geopotenciales globales EGM2008 y EIGEN6C4, y el modelo recientemente publicado por el Instituto Geográfico Nacional (IGN) para la Argentina, GEOIDE-AR16. La incertidumbre de estos modelos fue controlada a partir de la información de los pilares altimétricos ubicados en la ciudad de Belén y en el Km 48 de la Ruta Nacional 40, los que arrojan como resultado un buen acuerdo entre los modelos y las observaciones. En particular, se verificó que el error de GEOIDE-AR16 es menor a 5 cm en el área de trabajo.Finalmente, el MDT obtenido representa el terreno con una precisión de 15 cm, tanto en altimetría como en las componentes horizontales, y resolución métrica.