Topografía: sus inicios y evolución hasta la topografía 4.0
Inicios de la topografía
Lo que no se mide no se puede mejorar. Desde la antigüedad, y siempre, el ser humano ha usado la tierra para algún fin, ya sea para agricultura, vivienda, por conquistas o por el crecimiento de la población, razón por la que es necesario mensurarla. Desde esa época, la forma más básica de medir los terrenos era estableciendo como límites los accidentes geográficos (ríos, lagos, montañas y acantilados). Con la aparición de la civilización egipcia se inició el uso de instrumentos como la plomada, la escuadra y el compás para establecer linderos en las riberas del río Nilo, instrumentos que en la actualidad se siguen usando para algunas medidas básicas, por ejemplo, a la hora de levantar el muro de una casa, pues son herramientas que se aplican muy bien para distancias muy cortas o lo que se conoce como replanteo en la topografía convencional; luego, los griegos usaron los astros para establecer medidas más exactas, entre estos, el cálculo del radio de la Tierra por el griego Eratóstenes al analizar las sombras que se producían en dos puntos específicos, lo que se puede establecer como el principio de la geodesia, que no es más que la medición de grandes dimensiones de terreno.
Eratóstenes y el radio de la Tierra, por Carlos Bausá Valdés / Universidad de Murcia
Durante los siglos posteriores surgieron otros precursores de la topografía, cabe mencionar a la civilización Romana, que perfeccionó la técnica que hizo posible la construcción de sus monumentales obras -caminos, templos y acueductos- entre otros; todo ello gracias a nuevos inventos como la groma (escuadra), usada para comprobar las direcciones perpendiculares; o la dioptra, basada en un nivel de agua fijo en un trípode usado para el replanteo de las alineaciones de las calzadas. Este invento fue la base para los niveles modernos que siguen usando un trípode con una esfera tórica de agua, estos se usaron por mucho tiempo y, paulatinamente, fueron perfeccionados siguiendo los principios trigonométricos y geométricos inventados por los griegos: el teorema de Pitágoras y la ley del seno y coseno, empleados en las construcciones de los romanos, esta forma de medir se mantuvo por mucho tiempo hasta la incorporación de los lentes o espejos a finales del siglo XVIII d. C.
La topografía en la actualidad
El inglés Jesse Ramsden inventó el primer aparato de medición mecánico y óptico, ya que incorporaba lentes y espejos que daban una mayor precisión, y que fue la base de lo que hoy conocemos como estación total; este invento, llamado teodolito, fue perfeccionado con los años por diversos fabricantes, quienes disminuyeron el peso y el tamaño de los lentes, además de aumentar la calidad de las piezas. En 1920, el ingeniero suizo Enrique Wild mejoró la calidad de los lentes y con esto se logró una mayor precisión en las lecturas.
Con los teodolitos se lograba una mayor precisión gracias a que -por medio de los lentes- se podía medir mayores distancias, debido a que estos funcionaban como si fueran un telescopio, a diferencia de los aparatos usados por los egipcios y romanos con los que se medía hasta donde la vista podía ver.
Durante los años posteriores a 1920, diversas empresas a nivel mundial intentaron satisfacer las demandas del mercado: la suiza Leica o las japonesas Topcon y Sokkia y la norteamericana Trimble, estas fueron perfeccionando los lentes y las partes externas de los teodolitos logrando con esta competencia un mayor avance en la fabricación de estos, pero todos mantuvieron el mismo principio: medir los ángulos y distancias que hay de un punto a otro apoyándose en equipos auxiliares como la cinta métrica y el bastón para las alturas de los puntos de referencia y los cálculos trigonométricos se trabajaban por medio de fórmulas. Por ejemplo: si se va a medir un terreno necesitamos el apoyo de un ayudante/cadenero, el cual va a apoyarnos con el bastón, ya que los nuevos teodolitos incorporan un distanciómetro láser que elimina el uso de la cinta métrica dándonos un mayor alcance y precisión, este ayudante/cadenero se para en un punto de interés y el operador -por medio de los lentes- apunta al espejo que va montado en el bastón, el cual se llama prisma, y luego el operador aprieta un botón y la estación total mide -por medio del láser- la posición del bastón en ángulo y distancia, elementos que constituyen la base que usan todas las estaciones totales para medir las distancias entre dos o más puntos, no importa la marca de la estación total o teodolito electrónico, el proceso es el mismo.
Medición de terreno por medio de estación total y prisma montado en bastón / César Samudio
Los teodolitos no han cambiado mucho en su estructura base, son aparatos ópticos y en algunos casos electrónicos montados sobre un trípode de metal o madera; algunos puntos que han cambiado en la fabricación y uso es la incorporación de otros materiales como el plástico que cubre las partes ópticas en lugar de metal, o el tipo de baterías o la incorporación de pantallas táctiles que permiten una mejor visualización de los datos y, por último, los microprocesadores, los cuales almacenan las mediciones de los puntos tomados en campo y permiten realizar cálculos de perímetros y áreas que antes se realizaban solo a mano o con algún programa externo como AutoCAD o Excel. Por ejemplo, en la estación total Trimble Modelo C5, lo único que necesitamos para calcular el área y perímetro es usar el módulo que incorpora la misma estación, y que se llama COGO, y elegir los puntos a los cuales se les quiere conocer el área y perímetro. El mismo programa arroja gráficamente el polígono con los datos del perímetro y área, estos datos se anotan en una libreta o se pueden descargar por medio de una USB junto a los datos de rumbos, distancias y ángulos que son usados para realizar los planos en AutoCAD. Por último, se necesita obtener -por lo menos- un punto con coordenadas conocidas para incorporarlo en el plano, este dato solo se obtiene por medio de un GPS o un GNSS, ni las estaciones totales ni los teodolitos electrónicos pueden realizar esa medición.
Estación total trimble C5 con microprocesador con módulo para cálculo de área y perímetro / César Samudio
El futuro de la topografía
El futuro de la topografía apunta al uso de los vehículos aéreos no tripulados -conocidos popularmente como drones-, esto gracias a que estos aparatos incorporan el sistema GPS (global position system) y en algunos casos el sistema GNSS (Global Navigation Satellite System). Estos sistemas de posicionamiento global permiten tomar muchos puntos con coordenadas reales, optimizan el tiempo de toma de datos y ahorran cálculos, además, muchos de estos drones tienen la facilidad de agregar otros tipos de cámaras más sofisticadas como las que usan el sistema LIDAR, que posee un escáner que puede tomar millones de puntos simulando en tres dimensiones el terreno o edificación objeto de medición; otra ventaja que presentan estos sistemas es que a diferencia de la estación total -en la cual para medir un terreno debemos ir tomando datos de cada punto uno por uno por medio de un ayudante con el bastón- el dron sobrevuela un área y puede -en pocos minutos- tomar muchos más datos de campo que lo que se logra en un día de trabajo con una estación total; otra ventaja de estos drones es que podemos usar programas de sistemas de información geográfica para realizar cálculos exactos de perímetro, áreas, inundaciones, cobertura boscosa, elevaciones, curvas de nivel, tipo de uso de suelo y muchos más, gracias a que estos drones tienen la facilidad de poder incorporar cámaras especiales que permiten tomar datos en infrarrojos o en sistema LIDAD o radar, lo que aumenta las posibilidades de realizar diversos cálculos desde la comodidad de la oficina.
Cálculo de área, curvas de nivel y perímetro usando DRON / César Samudio
El futuro de la topografía está en estos nuevos sistemas de vehículos aéreos no tripulados, pues permiten analizar -por medio de drones y usando software- un gran número de variables en poco tiempo y optimizan los recursos disponibles al realizar un levantamiento, lo que mejora la precisión y exactitud. Estos datos se pueden conectar a diversos programas como AutoCAD, Revit, ArcGIS, QGIS y bases de datos, estableciendo la conexión 4.0 entre todos los sistemas de manera más eficiente y rápida, por eso se le denomina a esta la topografía 4.0: una integración total de la máquina a los sistemas informáticos usados, no solamente en la construcción, sino también en otras áreas como las agricultura, arquitectura, cartografía y geodesia, entre muchas otras disciplinas. Debemos tener claro que lo que no se mide no se puede mejorar y si no usamos estas nuevas y ventajosas tecnologías estamos perdiendo una gran oportunidad para mejorar el análisis y la toma de decisiones.
César Samudio / Ingeniero civil
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