Segunda edición de los Estándares de Exactitud Posicional para Datos Geoespaciales Digitales

En noviembre de 2014, la Sociedad Estadounidense de Fotogrametría y Teledetección (ASPRS) publicó la primera edición de los estándares cartográficos diseñados para aplicar a la producción de datos geoespaciales digitales. La segunda edición ha sido aprobada el 23 de agosto de 2023, con el objetivo de corregir algunas medidas, relajar algunas exigencias e incrementar otras e incorporar anexos sobre mejores prácticas y directrices para puntos de apoyo y de control terrestres, y para la cartografía con fotogrametría, LIDAR y vehículos aéreos no tripulados (drones).

Cabe señalar que estos estándares son relevantes para aplicar al desarrollo del marco geoespacial o base cartográfica de los catastros, siendo utilizables para ortoimágenes, datos planimétricos y datos de elevación digitales, y para establecer especificaciones técnicas y para validar el cumplimiento de las mismas a través de un control de calidad. 

La segunda edición fue desarrollada por consenso de la comunidad de profesionales especialistas provenientes de empresas privadas, organismos gubernamentales y académicos. Este paradigma de participación se creó para ampliar el alcance de los estándares a una comunidad más amplia de práctica de cartografía, teledetección y agrimensura. 

Detrás de estas nuevas ediciones, estuvo la necesidad de reemplazar los estándares NMAS (US National Map Accuracy Standards) de 1947 y ASPRS de 1990 diseñados para procedimientos cartográficos analógicos y semi-automatizados basados en cámaras de film fotográfico. A partir del desarrollo de sensores digitales (cámaras y LIDAR), se produjeron una serie de cambios sustanciales que crearon la necesidad de modificar la exactitud posicional basada en unidades de mapa (o escala de representación) a unidades de medición en el terreno. 

A esto además se agregó la necesidad de considerar que la exactitud cartográfica se encuentra influenciada por muchos factores, entre los que se pueden mencionar a: (i) los parámetros de calibración de la cámara, (ii) la calidad de los sensores digitales, (iii) la superposición de las imágenes, (iv) la disponibilidad de instrumentos para la georreferenciación directa, (v) la calidad y distribución de los puntos de apoyo terrestres, (vi) la calidad de la solución de la aerotriangulación, y (vii) la calidad del modelo digital del terreno para generar las ortoimágenes, entre otros.

En cuanto a los cambios más importantes introducidos por la segunda edición de los estándares se incluye lo siguiente: 

• eliminación del nivel de confianza del 95 %, manteniendo como única de medida de exactitud el error medio cuadrático RMSE;
• relajación del requisito de exactitud para los puntos de apoyo y control terrestres;
• inclusión de la exactitud de los puntos de control para calcular la del producto final;
• aumento de la cantidad mínima de puntos de control de 20 a 30 para la evaluación de la exactitud;
• limitación en el número máximo de puntos de control a 120 para grandes proyectos;
• introducción del concepto exactitud posicional tridimensional; e
• inclusión de anexos sobre directrices y mejores prácticas para el levantamiento de puntos de apoyo y control, y métodos de levantamiento (aún no disponibles).

Una novedad importante es que el estándar actual simplifica a los usuarios la tarea de establecer los requisitos para los productos intermedios que intervienen en la producción de los productos finales. Por ejemplo, cuando se establece la especificación para un producto de datos, es posible determinar los requisitos para la aerotriangulación y para la exactitud de los puntos de apoyo y de control. 

El estándar de exactitud posicional horizontal se especifica a través de clases en términos del RMSE_H, que es el error lineal sobre un plano horizontal en dirección radial y se obtiene del RMSE_X y RMSE_Y según la siguiente fórmula:

En el caso de mosaicos de ortoimágenes, en la siguiente tabla se especifica un criterio adicional para la discrepancia permitida en las líneas de unión de ≤ 2* RMSE_H

 

Clase de exactitud horizontal	Exactitud absoluta	Discrepancia en la línea de unión del mosaico de ortoimágenes (cm.)
	RMSEH (cm.)
#-cm	≤ #	≤ 2* #

En la siguiente tabla se presentan ejemplos para siete clases para datos planimétricos digitales. Los valores aproximados de GSD (Ground Sample Distance) de origen solo se aplican a las imágenes derivadas de cámaras métricas comunes de formato grande y mediano. El rango de GSD aproximado de las imágenes de origen se proporciona como una recomendación general basada en el estado actual de las tecnologías de sensores y las prácticas cartográficas, y no debe usarse para hacer referencia a la exactitud del producto. Es posible que en el futuro se consideren diferentes rangos dependiendo de los avances tecnológicos y las prácticas cartográficas (ASPRS, 2023).  

ASPRS Edición 2 (2023)
Clase de exactitud horizontal	RMSEH (cm.)	Tamaño del píxel en el terreno (GSD) de la fuente de imagen (cm.)	Discrepancia en la línea de unión del mosaico de ortoimágenes (cm.)
2.5	2.5	1.25 a 2.5	5.0
5.0	5.0	2.5 a 5.0	10.0
10.0	10.0	5.0 a 10.0	20.0
20.0	20.0	10.0 a 20.0	40.0
30.0	30.0	15.0 a 30.0	60.0
50.0	50.0	30.0 a 50.0	100.0
100.0	100.0	50.0 a 100.0	200.0

El estándar de exactitud posicional vertical se expresa como RMSE_V, tanto en terreno con vegetación como en terreno sin vegetación. Si bien el en este último caso se debe cumplir con los umbrales de exactitud para la clase, en los terrenos con vegetación solo necesita ser probado e informado según lo encontrado. 

La exactitud posicional en 3D se puede obtener a través de sus valores en horizontal y vertical, siendo especialmente útil para evaluar la exactitud de nubes de puntos provenientes de levantamientos con LIDAR. El RMSE_3D se deriva de los componentes horizontal y vertical del error según la siguiente fórmula:

 

Clase de exactitud 3D	Exactitud absoluta
	RMSE3D (cm.)
#-cm	≤ #

Por último es importante tener cuenta las siguientes definiciones, conceptos y supuestos al momento de trabajar con estos estándares: 

• el error medio cuadrático (RMSE) es la raíz cuadrada del promedio del conjunto de diferencias al cuadrado entre los valores de coordenadas del conjunto de datos y los valores de coordenadas de una fuente independiente de mayor exactitud para puntos idénticos;
• los errores posicionales son las diferencias citadas precedentemente sin elevarse al cuadrado, y sus valores son denominados residuos;
• los puntos de apoyo (denominados GCP: Ground Control Point) se utilizan para georreferenciar o ajustar el levantamiento al marco de referencia geodésico;
• los puntos de control (denominados Checkpoints) se utilizan para validar la exactitud del levantamiento;
• la exactitud absoluta es la medida que tiene en cuenta todos los errores sistemáticos y aleatorios de los datos de un conjunto de datos y que se determina respecto a un marco de referencia geodésico conocido y especificado explícitamente;
• la exactitud del producto es la exactitud (horizontal, vertical o 3D) calculada por medios estadísticos para un conjunto de datos geoespacial;
• los métodos de evaluación descriptos en el estándar asumen que los errores del conjunto de datos tienen una distribución normal y que han sido eliminados los errores sistemáticos o sesgos, siendo responsabilidad del productor de los datos realizar las pruebas que los datos cumplen con este requisito al evaluar todos los parámetros estadísticos como la desviación estándar, la media, la mediana y el RMSE; y
• se recomienda como regla general que el error medio sea inferior al 25% del RMSE especificado para el proyecto. 

El enlace para descargar la última versión del estándar es el siguiente: https://publicdocuments.asprs.org/PositionalAccuracyStd-Ed2-V1

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Establecida en 1934, la Sociedad Estadounidense de Fotogrametría y Teledetección (ASPRS) es una asociación científica que presta servicios a más de 2000 profesionales miembro en todo el mundo y brinda desarrollo profesional a través de educación, certificación profesional, publicaciones, becas y otros servicios. La ASPRS se encuentra en la avanzada del conocimiento y mejoramiento de las ciencias cartográficas para promover aplicaciones responsables en el campo de la fotogrametría, teledetección, sistemas de información geográfica (SIG) y tecnologías afines. 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 Fuentes consultadas y referencias:  

American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (2014).  ASPRS Positional Accuracy Standards for Digital Geospatial Data, Edition 1, Version 1.0, November 2014, https://www.asprs.org/wp-content/uploads/2015/01/ASPRS_Positional_Accuracy_Standards_Edition1_Version100_November2014.pdf 

American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (2023).  ASPRS Positional Accuracy Standards for Digital Geospatial Data, Edition 2, Version 1.0, August 2023.