Práctica de Laboratorio Introducción al uso de GIS en entorno … · 2017-05-17 · Ilustración...

PrácticadeLaboratorioGIS.Bloque3

IntroducciónalusodeGISenentornoráster.CreaciónyaplicacionesusandoMDTv1.1

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Asignatura:TopografíayGeodesia.Titulación:GradoenIngenieríaCivil.Curso2013‐2014.

Profesores:JavierSánchezyRaúlPereda

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Objetivos IntroducciónalusodeGISenentornoráster.Formacióndemodelosdigitalesdeelevaciones(MDE).Análisisbásicosdeunasuperficie.

Nota.EstaprácticaestáinspiradaenunaclaseimpartidaporlosprofesoresRaquelSánchezyFernandoSilio(GobiernodeCantabria)enelmarcodelosCursosdeVeranodelaUniversidaddeCantabriaenSantander,elcurso2010‐11.

Documentación de la práctica. Seadjuntalasiguientedocumentacióneneldirectoriodetrabajo:

• Carpeta<10_datosBase>.Cartografíavectorial,enformatoCAD,delentornodelmacizodePeñaCabarga,así

comoortofotosdelazona.• Carpeta<90_datosControl>.Resultadosparcialesdeldesarrollodelapráctica,parafacilitarsurealizaciónal

sertrabajadaporelalumno.

Contenido Objetivos .......................................................................................................................................................................... 1

Documentacióndelapráctica. ........................................................................................................................................ 1

ConceptosbásicosdeGISenentornoráster. .................................................................................................................. 2

Previo:activacióndelalicenciadelaextensión3Danalyst. ........................................................................................... 3

1FormacióndeunMDE................................................................................................................................................... 3

1.1. SeleccióndelosdatosprecisosyconversiónaShape. .................................................................................... 3

1.2. CreacióndeunmodelodigitaldeterrenosegúnunmodeloTIN. ................................................................... 6

1.3. ConversiónaunMDE....................................................................................................................................... 9

2. Explotaciónbásicadelmodelodigitaldeelevaciones. .......................................................................................... 11

2.1. Consultadelaelevacióndeunaposición ...................................................................................................... 11

2.2. Generacióndemapasdependientesyorientaciones. .................................................................................. 11

2.3. Obtencióndecurvasdenivel. ........................................................................................................................ 13

2.4. Análisisdevisibilidad. .................................................................................................................................... 13

2.5. Obtencióndeperfilesdeelevaciones. ........................................................................................................... 17



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Conceptos básicos de GIS en entorno ráster. Elmodelorásterdeinformaciónespacialessustancialmentediferentealmodelovectorialconelquesehatrabajadohastaelmomento,procediéndoseadividirelespacioenceldasdetamañoregularalasqueselesasignaunvalor,quebienpuedeserelidentificadordeunfenómenoolamagnituddeunavariable.Lascaracterísticasdeeste

modelo,asícomosusventajasydesventajasfrentealmodelovectorial,sehanexpuestoenlasclasesteóricas.

Unodelosusosmásadecuadosparaestemodeloeslagestióndeinformaciónespacialquevaríadeformacontinua,comoeselcasodelassuperficiesdeelevaciones,conlasquesehatrabajadohastaelmomentoenentornosvectorialesmodelizandolasmismasenbasealusodemodelosdemallasirregularesdetriángulos(TIN).

Particularizandoparaestetipodedatos,unflujodetrabajomuyhabitualquese

desarrollaráposteriormente,consisteenlaobtencióndeunmodelodigitaldeelevaciones(MDE)enformatorásterapartirdeunTIN,aprovechándoselomejordeambosentornos.Laformacióninicialdelmodelosedesarrollaenunentorno

vectorial,quepermiteincorporarlaexistenciadequiebrosodeconstruccioneshumanasenlasuperficie.EnunasegundafaseseprocedeacrearelMDEinterpolandolaaltitudparacadaceldaapartirdeltriángulocorrespondiente.

UnavezsedisponedeunMDE,esposibleprocederalanálisisdelasuperficiede

elevacionesempleandometodologíasmuyconocidasyampliamentedesarrolladas,especialmenteeficaceseneste

entornoquejustificanelusodeestemodelodedatos.DestacarlossiguientesusoscaracterísticosqueseobtienenapartirdeMDE,sincarácterexhaustivo:

• Modeloshidrológicos.Lamorfologíadelterrenoes,juntoaotrosfactores,origenyconsecuenciadelacirculacióndelaguasobrela

superficie.ApartirdelanálisismatemáticodelaselevacionesquealmacenaelMDEesposibleobtenervaloreshidrológicosdeinterés,enparticular:líneasdeflujo,sumideros,divisorias,superficiedelacuencavertienteenunpuntoconcreto,extensióndeunacuencahidrológica,…

• Modelosclimáticos.Esevidentequelatopografíaesunfactorfundamentalquelimitalaenergíasolarqueincidesobreloselementossituadosenlasuperficieterrestre.Lacombinacióndevariablescuantitativasquesepueden

obtenerdirectamenteapartirdeunMDEcomosonlaaltitud,lapendienteolaorientaciónpermitenefectuaranálisisdegraninterésparalaplanificaciónyordenacióndelterritorio,permitiendoobtenervalorescomoelángulodeincidenciadelsololassombrasprevisiblesenunadeterminadaposiciónparaun

instanteconcretodetiempo.• Modelosdevisibilidad.

Losmodelosdevisibilidaddelimitanzonasdelterritorioquesonvisiblesdesdeunadeterminadaposición,

generalmentedenominadascuencasvisuales,ysusaplicacionesenIngenieríasonnumerosas:o Búsquedadecuencasvisualesmáximas,enlascualesubicarporejemplounatorredevigilanciay

prevencióndeincendiosenunentornoforestal,ounpostedetelefoníaenunentornoruralpara

tratardeconseguirlamayorcoberturaposible.

Ilustración1.‐ObtencióndelaaltitudenunaceldadeunMDEa

partirdeunTIN.



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o Búsquedadecuencasvisualesmínimas,comopodríaserlaubicacióndeunvertederoounparque

eólico,actividadesnecesariasperoparalasquesedeseareducirsuimpactovisual.

Inicial: verificar la activación de la licencia de la extensión 3D analyst. Comprobarquesehanactivadolassiguientesextensiones,apartirdelaopcióndelmenúprincipalCustomize >

Extensions.

Ilustración2.‐Activacióndelasextensionesnecesarias.

1 Formación de un MDE a partir de datos cartográficos.

1.1. Selección y filtrado de los datos precisos en CAD y conversión a formato GIS –shp- ElentornoelegidoparaestaprácticaeslazonadelmacizodepeñaCabarga,situadoalsurdelaciudaddeSantander.Comprendecuatrohojasdelacuadrículaaescala1:5.000,quesefacilitanlacarpeta10_datosBase.Por

facilidadparasugestiónsehanunidolasmismasenunúnicoficherodenominado<cartoE05_2001_all.dwg>.

Elmodelodedatoselegidoeselcorrespondientealacartografíaautonómicadelaño2001,usadoenanterioresprácticas.Enesteapartadoseprocederáafiltrarlosdatosnecesariosdelabasecartográficaanuevosficherosen

formatoshape,paragenerarposteriormenteunmodelodigitaldeterrenoinicialmentesegúnelmodeloTIN.

ElentornoGISutilizadoreconocedatosparalaformacióndelmodelodigitaldeterrenoencategoríassemejantesalasquesehaexpuestoenentornovectorial,indicándoseenlatablasiguientequecapassevanadebenfiltrardesdeelCADparagenerarlasentidadesGISprecisas.Porsimplicidad,yparalosfenómenosdetiporotura,seincorporan

exclusivamentelascapasmássignificativascondichocomportamiento.

TiposdeentidadesenTINvectorial

CapasenCAD NuevaentidadGIS TipodeentidadenGIS

Curvasdenivel 11001,11002,11004,11005 curvasNivel_lin.shp Soft_lineRoturas 12001,12003,12004,12007,17002 lineasRotura_lin.shp Hard_linePuntosaleatorios 11006 puntosCota_pun.shp Mass_point

Tabla1.‐SeleccióndeentidadesCADynuevasclasesdeentidadGISprecisas.

Esteobjetivosedesarrollaráen2pasos:

a. Creacióndeunmapanuevo,ycargadelosdatosCADdepartida.



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Seprocederáacrearunmapanuevo,yaañadirelCADconlacartografíacombinadadelazona.Alseleccionareste,elalumnoobservaráquelosentornosGISaccedenalosdatosCADagrupandolosfenómenosporsugeometría,enlosquela“capa”quehastaahorahasidoelatributobásicoquepermitíasuidentificaciónenunCAD,pasaaserunatributomásdecadaentidad.Seprocederáaincorporarúnicamentelasentidadescongeometríadetipopuntoylíneapoligonal.

Ilustración3.‐AñadirelCADalmapa.

Elentornogeneraunaadvertenciaenlaqueinformaquesedesconocecuáleselsistemadereferenciadelosdatos.Seignorarálamisma.

b. FiltrodelasentidadesCADnecesariasyconversiónaformatoGIS,paracadatipodecomponentedelMDE.EnesteapartadoseprocederáafiltrarlosfenómenosdelCADqueseprecisanparaformarelmodelodigitalde

terrenoyconvertirlosmismosaunformatoGIS,enconcretoashape.Esteobjetivoserealizaráendosetapas,queserepetirántantasvecescomoseanecesario,conformealatabla1:

• SeleccióndelosfenómenosdelCADenbaseasucapa.LaherramientaGISeslaselección por

atributos.

• Exportarlasentidadesseleccionadasaunanuevaclasedeentidad.



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Acontinuaciónsedetallaesteprocedimiento,particularizandoparalascurvasdenivel.Seusarálaselecciónporatributos(Menú principal > Selection > Select by attributes),conlosajustesqueseindica.

Unavezseleccionadaslasmismas,seexportaránaunaclasedeentidad,enformatoshape.EnlaTable of contents,seseleccionarálalayer<cartoE05_2001_all.dwg Polyline>,yenelmenúcontextualqueaparececonelbotónderecho,seleccionarlaopciónData > Export Data,denominandoalanuevaclasedeentidad<1b_curvasNivel_lin.shp>.

Ilustración4.‐Selecciónyexportaciónaunanuevaclasedeentidadparalascurvasdenivel.

Sedeberepetiresteprocesoconlasroturasypuntosdecota,facilitándoselacondicióndeselecciónyelnombrede

laclasedeentidaddesalidaenlatablasiguiente.

Layerdepartida CláusuladeselecciónNombredelaclasedeentidadde

salidacartoE05_2001_all.dwgPolyline

("Layer">='12001'AND"Layer"<='12007')OR"Layer"='17002'

1b_lineasRotura_lin.shp



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cartoE05_2001_all.dwgPoint

"Layer"='11006' 1b_puntosCota_pun.shp

Tabla2.‐Criteriosdeselecciónparaelrestodecomponentesdelmodelodeterreno.

Elresultadofinalseráanálogoelquesemuestraacontinuación.

Ilustración5.‐ClasesdeentidadpreparadasparalaformacióndelMDT.

1.2. Creación de un modelo digital de terreno según un modelo TIN. EnprimerlugarseprocederáconlosdatosdisponiblesaformarunTIN,conlaherramienta<Create TIN>,queseobtendráusandoArcToolbox,enlacategoríaqueseindicaenlafigura

almargen.Estemodelosedenominará<1c_TIN>,asignando

lasclasesdeentidadobtenidasanteriormentealascategorías

quesedescribeacontinuación,conformeseindicaenlafigurasiguiente:

• < in_features>:nombredelayerqueseañade,que

seráncadaunodelosshapescreados.• <height_field>:origendelaelevacióndela

entidad.Seseleccionaráelvalor<Shape.Z>,queespecificaqueobtendrádelageometríadelaentidad.

• <SF_type>:tipodeclasedeentidad.Paraentidadeslinealessedistingueentre<hardline>y<softline>,queseemplearánpararupturasycurvasdenivelrespectivamente.Lospuntosacotadosse

incorporaráncomo<masspoints>.

Ilustración6.‐HerramientaCreate TIN.



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Ilustración7.‐CreacióndelTIN.Ajustesaestablecer.

ObservarelTINcreado.Pordefectoelprogramaaplicaunasimbologíaenlaquemuestraloselementoslinealesbase

delTIN,lamalladetriánguloscoloreadaporelevaciones,yademásseincorporaelsombreado–hillshade‐queprovocaríaunafuentedeluzenunaposicióndeterminada,conobjetodefacilitarlainterpretacióndelrelieve.

Symbology:tiposdebordes(edge types)

Symbology: colores de los triángulos por rangos de altitudes (elevation)



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Ilustración8.‐SimbologíadelTIN.

ElaspectodelMDTformadoeselquesemuestraacontinuación.DestacarquenoeshabitualquelosentornosGISdispongandeherramientasdeedicióndeMDT.Elalumnobuscaráelentornodelaposiciónindicadaenlaimagenderecha–situadaalestedelpuntomáselevadodePeñaCabarga‐,ytratarádebuscarlaposibleexistenciadelos

siguienteserrorestípicosyaconocidosenlaformacióndeMDT,enconcreto:triángulosplanosyerroresenzonasdedivisorias.Paraobtenerlosdatosasociadosauntriánguloseusarálaherramienta<Identify>,yaconocida.

Coordenadas:437027,4803535

Ilustración9.‐MDTformado.Aspectogeneralydetalle.

IndicarqueapartirdelaversióndeArcGis10.0,sehaincorporadounapaletadeherramientasqueincorporalasfuncionalidadesbásicasdeediciónmanualdeunTIN,denominada<TIN editing>,quesemuestraacontinuación.

Ilustración10.‐PaletadeherramientasdeedicióndeunTIN.



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1.3. Conversión a un MDE.

AcontinuaciónseprocederáagenerarfinalmenteunMDEdesdeelTIN,estableciéndoseenestaprácticauntamañodeceldade2,5m,usandolaherramientadeArcToolBoxdenominada<TIN to raster>queseindicaalmargen

Ilustración11.‐ConversióndeunTINaunMDE.

Seemplearánlosajustesindicadosacontinuación.

• NombrerásterMDE:1d_mde• Method:permiteespecificar

elcriteriodeinterpolacióndelaelevaciónapartirdelTIN.Elvalor<LINEAR>indicaquesedebeasignaracadaceldadelmodelolaaltitudqueseobtieneeneltriángulocorrespondienteparasuposicióncentral.

• Sampling distance:seindicaeltamañodelaceldacreadaenelnuevoMDE.Seoptaráporespecificaruntamañoconcretodecelda.



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IMPORTANTE.AdicionalmenteserecomiendaelestablecimientodelosajustesquemejoranlavisualizacióndelMDE,yqueseestablecenapartirdelbotón<Environments>,enlaventanaanterior,enlacategoría<raster storage>.

Ilustración12.‐AjustesparalaformacióndelMDE.

ElaspectoinicialdelMDEformadoeselquesemuestracontinuaciónenlaimagendelaizquierdasiguiente.Se

cambiarálasimbología,conalgunasemejantealamostradaenlazonaderecha,conformealosajustesindicadosacontinuación.



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Ilustración13.‐AspectogeneraldelMDEformado.Asignacióndeunasimbologíaadecuada.

2. Explotación básica del modelo digital de elevaciones.

2.1. Consulta de la elevación de una posición Dosopcionesparaconocerlaelevacióndelasposicionesdelmodelo.

Herramienta Identity. Altitudparaunpixelconcreto.

MostrandoMapTips paralalayer.SemuestranlaselevacionesalpasarsobreelMDEconelratónenpantalla.

Ilustración14.‐Identificacióndelaaltituddeunacelda,opcionesposibles.

2.2. Generación de mapas de pendientes y orientaciones. Sonmapasdestinadosacaracterizarlaformadeunasuperficie.



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Lapendiente–slope‐enunmaparásterindicalamáximavariacióndeelevaciónentrecadaceldaysusochoceldasvecinas.Setieneopcióndeobtenerlamismabienentantoporciento(0a100%),bienexpresadaengradossexagesimales(0a90º).Unángulode45ºcorrespondeaunapendientedel100%,amododeejemplo.Laorientación–aspect ‐indicaelacimutenelcualsucedelamáximapendiente,ysecuantificaengradossexagesimales,correspondiente0º,90º,180ºy270ºalasdireccionesNorte,Este,SuryOeste,respectivamente.Celdasplanas–flat ‐secodificanhabitualmenteconvalor‐1.Lasherramientasquegeneranestosmapasseubicanenlacategoríaquesemuestraenlaimagenadjunta.

Ilustración15.‐Herramientasparaelanálisisbásicodeunasuperficie.

Acontinuaciónseindicanajustesbásicosparasuobtención.

Mapadependientes Mapadeorientaciones

Leyenda

Leyenda



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Resultado.Transparencia60%,fondoortofoto.

Resultado.Transparencia60%,fondoortofoto.

Ilustración16.‐Creacióndemapasdependientesyorientaciones.

2.3. Obtención de curvas de nivel. ApartirdelMDEsepuedenobtenertambiéncurvasdenivel,bienparaunaaltitudconcreta,bienparatodoelmapaconunaequidistanciaconcreta.

Laprimeraopciónestádisponibleenlaherramienta<Create contour>,enlapaletadeherramientas

denominada3DAnalyst,quesemuestraacontinuación.

Ilustración17.‐Obtencióndeunacurvadenivelparaunaaltitudconcreta.

Indicarquesegeneraungráfico,parasuusoenpantalla.Laobtencióndemultiplescurvasdenivelseefectúaconlaherramientadelapaleta<contours>indicadaenlafigura15.

2.4. Análisis de visibilidad. Elobjetivoesdeterminaráreasvisibles,yocultas,desdeunadeterminadaposición.Sedisponededosherramientas

diferentes:

• Lineadevisibilidad(line of sight).Paraunaalineaciónrecta,indicaquezonasdelterrenosonvisibles

(colorverde)oocultas(colorrojo)paraunobservadorsituadoaliniciodelamisma.Tiene2ajustesadicionales,laselevacionessobreelterrenoparaelpuntoorigen–observer ‐yparaelpuntofinal‐



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target ‐queseconsidera.Elresultadoesungráfico,nounaclasedeentidad.Seaccedeusandoel

comandoindicadoenlapaleta3Danalyst.Sepuedecomprenderconmayorclaridadsusignificadosiseusa,paraelgráficogenerado,laherramientaProfile graph,quegeneraunperfilalolargodelmismo.

Ilustración18.‐Líneadevisibilidadapartirdeunaalineaciónpoligonal.

• Cuencavisual(viewshed).Determinaelterritoriovisibledesdeunaovariasposiciones,quesedefinenen

unficheroconunaestructuraconcretasisequiereexplotartodaslasopcionesdisponibles.Elresultadoes

unráster,queacumulaparacadaceldaelnúmerodeposicionespuntualesdesdelaqueesvisibleenuncampodenominado<Pixel value>.

Esposiblepersonalizarelanálisisdevisibilidadlimitandolaregióndelrásterenlaqueserealizaráelcálculo,especificandolosvaloresdeelevacióndelpuntodeobservación,losdesplazamientosverticalessobreel

terrenoparaelpuntoorigenyrestodeposiciones,losángulosdeanálisisenelplanohorizontalyverticalasícomounrangodedistanciasparaelcálculo.Conesteobjetivoelsistemaempleanueveajustesentotal:SPOT,OFFSETA,OFFSETB,AZIMUTH1,AZIMUTH2,VERT1,VERT2,RADIUS1yRADIUS2,cuyosignificadose

detallaacontinuación..

RADIUS2:estableceellímitededistancia,enunidadesdelmapa,hastaelquesedeseaaplicarelcálculodevisibilidad.Ladistanciapredeterminadaesellímitedelráster.RADIUS1:defineladistanciainicialdesdedondesedeterminalavisibilidad,permitiendoeliminardistanciaspróximasalpuntodeobservación.Ladistanciapredeterminadaes0.AZIMUTH;definenloslímitesdelángulohorizontaldelescaneoypermitenlimitarelradiodegirodelobservadorpotencial.Losvaloresdelánguloseproporcionanengradosde0a360,siendo0laorientaciónnorte.



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Elánguloverticaldefineloslímitesdelánguloverticaldelescaneo.Losángulosseexpresanengradosentre90y‐90,dondelosvalorespositivosrepresentanángulosporsobreelplanohorizontal,ylosvaloresnegativosrepresentanlosángulospordebajodelplanohorizontal.VERT1actúacomolímitesuperioryVERT2comoelinferior.SinoindicamosningúnvalorArcGIStrabajaconVERT1=90yVERT2=‐90;esdecir,todoelcampovisual.

OFFSETAindicaladistanciaverticalenunidadesdesuperficiequedebeañadirsealvalorzdelpuntodeobservación.OFFSETBindicaladistanciaverticalenunidadesdesuperficiequeseañadiráalvalorzdecadacelda,yaqueseconsideraparalavisibilidad.

Ilustración19.‐Ajustesdelaherramienta<viewshed>

Loscamposanterioresdebensercreadosporelusuario.Conesteobjetivoseproporcionaunaclasedeentidaddetipopuntual,denominada<puntosObservacion_pun>,queincorporacomoúnicoscamposlosoffsetquese

debenconsiderarenelpuntodeobservaciónyenelpuntovisado,yquesefijaráen10m.dealturaparaelpuntode

observación.

Seproponealalumnodeterminarunaubicaciónparatreshipotéticasantenasdetelefoníamóvilconlacondiciónqueabarquenelmayorcampodecoberturaposibleentodalazonadetrabajo,admitiendoquesoloexistecoberturasiexistevisióndirectaalaantenaporunclientepotencial,quesesuponeestaráaunaalturade1,20m

sobreelterreno.

Seañadiráenprimerlugarlaclasedeentidad,< puntosObservacion_pun>.Paraincorporarunnuevopunto,seprocederáaeditarlamisma,seleccionandolalayer,yenelmenúcontextual,opciónEdit features > start editing.

Enlapaletaflotantequeaparece,seseleccionarálaopción<Create feautures>,apareciendounanuevaventana

enlaquealseleccionarlalayer<puntosObservacion_pun>,seactivarálaherramientadeañadirpuntos,de

formainteractivaporpantalla.

Ilustración20.‐Edicióndelaclasedeentidadpuntual,paraañadirunaposicióninteractivamente.

Laincorporacióndelosdosvalorespedidosdeofssetseharádirectamenteenlatabladeatributos.



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Ilustración21.‐Personalizacióndelosoffsetsobreelterreno.

Enlapaleta<Editor>,sesalvaránloscambiosparaprocederatanteardistintasubicaciones.Ladeterminaciónde

lascuencasvisualesseefectuaráconlaherramienta<viewshed>,conlosajustesindicadosacontinuación.

Ilustración22.‐Ajustesdelaherramientaviewshed.

Unaposiblesoluciónpuedeserlaqueseindicaenlafigurasiguiente.



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Simbologíasegúnelnúmerodeposicionesvistas,entre0(nohayvisibilidad)y3(sevenlastrestorres).

Ilustración23.‐Mapadevisibilidades.

2.5. Obtención de perfiles de elevaciones. Seobtienenapartirdeungráficodibujadosobreelmapa,conlaherramienta<Interpolate line>delapaleta

3d Analist.Acontinuaciónseseleccionarálaherramienta<profile graph>,yaexpuestaanteriormente.

Ilustración24.‐Herramientasparaladefiniciónyobtencióndeperfilessegúnalineacionespoligonales.

Observarlasopcionesdisponiblesenelmismo,queseobtienenalpulsarconelbotóncontextualsobrelaventanadelperfil.

Ilustración25.‐Definicióndelaalineaciónyobtencióndeunperfilsobreunaalineaciónpoligonal.

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