Proyecciones cartográficas explicadas: cómo representar la Tierra en un mapa

¿Por qué son necesarias las proyecciones cartográficas?

¿Has intentado alguna vez extender sobre una mesa la cáscara de una naranja sin romperla? Es imposible. La cáscara se dobla, se rompe o forma arrugas. El mismo problema aparece cada vez que se intenta representar la Tierra sobre una superficie plana.

Por mucho cuidado que pongas, la cáscara nunca podrá quedar completamente plana sin romperse, doblarse o deformarse. Esto se debe a que la superficie de una naranja es curva, mientras que la mesa es perfectamente plana.

Con la Tierra ocurre exactamente lo mismo.

Nuestro planeta tiene una superficie curva, mientras que un mapa o la pantalla de un ordenador son superficies planas. Para representar el mundo en un mapa es necesario aplicar una transformación matemática que convierta la superficie terrestre en una representación bidimensional.

Esta transformación recibe el nombre de proyección cartográfica.

¿Qué es una proyección cartográfica?

Una proyección cartográfica es un conjunto de reglas matemáticas que permite transformar la posición de los puntos sobre la superficie terrestre en coordenadas que pueden utilizarse sobre una superficie plana, como un mapa o la pantalla de un ordenador.

Cada punto de la Tierra se representa en el mapa mediante fórmulas matemáticas precisas. El resultado es una representación continua y coherente del territorio, indispensable para elaborar mapas, planificar rutas y visualizar datos geográficos.

Las coordenadas describen siempre el mismo punto de la Tierra: lo único que cambia es la forma en que ese punto se representa en el mapa.

Esta transformación no modifica únicamente la forma de la Tierra: también cambia la manera en que se representan las distancias, las superficies, las direcciones y los ángulos. Por ello, la elección de la proyección es uno de los aspectos más importantes de la cartografía.

Las proyecciones cartográficas se utilizan prácticamente en todas partes: en los navegadores GPS, en los mapas topográficos, en servicios en línea como Google Maps y OpenStreetMap, en los sistemas SIG y en programas como OkMap.

¿Por qué toda proyección introduce deformaciones?

Puede parecer lógico preguntarse por qué no existe simplemente una proyección "perfecta" capaz de representar la Tierra sin ningún error.

La razón es puramente geométrica: una superficie curva no puede transformarse en un plano conservando simultáneamente todas sus propiedades. Se trata de una limitación matemática, no de una limitación tecnológica ni de la precisión de los instrumentos.

Por ello, toda proyección debe elegir qué características conservar con mayor fidelidad y cuáles aceptar deformar. Algunas preservan los ángulos, otras las superficies y otras determinadas distancias o direcciones.

En consecuencia, no existe una proyección que sea la mejor en términos absolutos. Solo existe la proyección más adecuada para el objetivo con el que se crea el mapa.

Ejemplo. En los mapas de Mercator, Groenlandia parece enorme. Muchas personas creen que tiene un tamaño similar al de África. En realidad, África es aproximadamente catorce veces mayor. Groenlandia parece tan grande únicamente porque la proyección amplía progresivamente las superficies cercanas a los polos.

¿Qué propiedades pueden conservarse?

Dado que es imposible conservarlo todo al mismo tiempo, cada proyección se diseña dando prioridad a unas características frente a otras. Las cuatro propiedades más importantes son las siguientes.

En el próximo capítulo veremos cómo estas diferentes prioridades han dado lugar al desarrollo de numerosas familias de proyecciones cartográficas, cada una diseñada para responder a necesidades distintas.

Las principales familias de proyecciones cartográficas

A lo largo de los siglos, los cartógrafos han desarrollado cientos de proyecciones cartográficas diferentes, cada una diseñada para resolver problemas específicos de representación.

Las distintas proyecciones pueden agruparse en varias familias principales, según la superficie geométrica utilizada para proyectar la Tierra.

Estas superficies deben entenderse como herramientas geométricas utilizadas para construir un mapa. En realidad no existen cilindros ni conos que envuelvan la Tierra: son simplemente modelos matemáticos que ayudan a transformar una superficie curva en una representación plana.

Cylindrical Projections

In cylindrical projections, the Earth's surface is represented as if it were projected onto a cylinder tangent or secant to the globe. After the projection, the cylinder is "unrolled" to produce a rectangular map.

Do not imagine a real cylinder or a real cone surrounding the Earth. They are geometric models used by mathematicians to construct map projections.

This family includes some of the best-known projections, such as the Mercator projection and the Web Mercator projection used by most online mapping services.

Distortion increases progressively as you move away from the equator, becoming very noticeable in the polar regions.

Conic Projections

Conic projections use a cone placed over the Earth. After the cone is unrolled onto a plane, the resulting maps are particularly accurate in the areas crossed by the standard parallel or standard parallels.

They are often used to represent continents or countries that extend primarily in an east-west direction, such as much of Europe and North America.

Azimuthal Projections

In azimuthal projections, the Earth's surface is projected directly onto a plane tangent to the globe at a specific point.

These projections are particularly effective for representing polar regions or limited areas around the point of tangency, where distortion remains relatively low.

Conformal, Equal-Area, Equidistant, and Compromise Projections

In addition to their geometric classification, map projections are also classified according to the property they preserve most effectively. In practice, this classification is the most important one when choosing which projection to use.

Compromise projections deserve a brief explanation. They do not attempt to preserve any single property perfectly. Instead, they distribute distortion in a balanced way. For this reason, they are often used for general-purpose maps.

The Most Commonly Used Map Projections

Over the centuries, hundreds of map projections have been developed, each designed to solve specific problems. In practice, however, only a few have become widely used and are now employed in GPS devices, mapping software, and online mapping services.

Understanding their main characteristics helps explain why the same geographic location can be represented in different ways and why every projection has its own advantages and limitations.

La proyección de Mercator

Ideada en 1569 por el cartógrafo flamenco Gerardus Mercator, es probablemente la proyección cartográfica más famosa de la historia. Es una proyección conforme: conserva correctamente los ángulos y las formas locales, una característica que la convirtió durante siglos en una herramienta fundamental para la navegación marítima.

Su principal limitación es la importante deformación de las áreas en las altas latitudes. A medida que uno se acerca a los polos, los continentes y las islas parecen progresivamente más grandes de lo que realmente son.

Un ejemplo muy conocido es Groenlandia, que en los mapas clásicos de Mercator parece tener un tamaño comparable al de África. En realidad, África es aproximadamente catorce veces más grande.

Web Mercator

Cuando utilizas Google Maps, OpenStreetMap, Bing Maps o muchos otros servicios de mapas en línea, casi con toda seguridad estás viendo un mapa creado con la proyección Web Mercator.

Web Mercator deriva de la proyección de Mercator tradicional, pero utiliza el datum WGS84 y una formulación matemática simplificada que permite gestionar con gran eficiencia los mapas divididos en teselas (tiles). Este enfoque hace posible cargar rápidamente las teselas del mapa durante el zoom y el desplazamiento de la vista.

La enorme difusión de Web Mercator no se debe a su precisión absoluta, sino a la facilidad con la que permite crear y distribuir cartografía digital a escala mundial.

UTM (Universal Transverse Mercator)

El sistema UTM merece una explicación aparte, ya que con frecuencia se confunde con una simple proyección cartográfica.

En realidad, UTM es un sistema de coordenadas basado en la proyección Transverse Mercator. La superficie terrestre se divide en 60 husos, cada uno de 6 grados de longitud, y cada huso utiliza su propia proyección para limitar las deformaciones.

Esta división proporciona coordenadas métricas muy precisas y convierte al UTM en uno de los sistemas más utilizados en la cartografía técnica, los levantamientos topográficos, el senderismo y los receptores GPS.

Precisamente gracias a la limitada extensión de cada huso, las deformaciones se mantienen reducidas, lo que permite realizar mediciones de distancia y cálculos cartográficos con gran precisión.

Un excursionista que cruza el límite entre dos husos continúa naturalmente en el mismo punto de la Tierra, pero las coordenadas UTM cambian.

Lambert Conformal Conic

La proyección Lambert Conformal Conic es una de las proyecciones cónicas más utilizadas. Conserva los ángulos y las formas locales en áreas reducidas, y resulta especialmente adecuada para representar territorios que se extienden principalmente en dirección este-oeste.

Por este motivo, es utilizada por numerosos organismos cartográficos nacionales y agencias cartográficas, especialmente en las regiones de latitudes medias.

Cómo elegir la proyección más adecuada

No existe una única respuesta válida para todas las situaciones. La elección de la proyección depende del tipo de trabajo que se vaya a realizar, de la extensión del área que se desea representar y de la propiedad que se quiera preservar.

Los programas de cartografía como OkMap gestionan automáticamente una amplia variedad de sistemas de referencia de coordenadas y proyecciones cartográficas, permitiendo trabajar con datos procedentes de distintas fuentes sin tener que preocuparse por los complejos cálculos matemáticos que hacen posibles estas transformaciones.

¿Por qué Google Maps utiliza Web Mercator?

Llegados a este punto, quizá te preguntes: si Web Mercator introduce deformaciones, ¿por qué la utilizan Google Maps, OpenStreetMap, Bing Maps y la mayoría de los servicios de mapas en línea?

La respuesta es sencilla: porque ofrece un excelente equilibrio entre simplicidad, rapidez y compatibilidad.

Web Mercator permite dividir toda la superficie terrestre en millones de pequeñas teselas cuadradas (tiles). Cada nivel de zoom utiliza teselas del mismo tamaño, que solo se cargan cuando son necesarias.

Gracias a este sistema, es posible desplazarse por el mapa y cambiar el nivel de zoom de forma fluida, sin necesidad de descargar cada vez el mapa completo del mundo. Esta es una de las principales razones del éxito de los modernos servicios de mapas en línea.

Para muchas aplicaciones, la precisión que ofrece Web Mercator es más que suficiente. Cuando es necesario realizar mediciones geodésicas precisas, es preferible utilizar sistemas de coordenadas y algoritmos diseñados específicamente para ese propósito.

Google Maps no fue diseñado para ser un atlas escolar, sino una herramienta rápida y práctica de consulta.

Las proyecciones cartográficas en OkMap

OkMap admite una amplia variedad de sistemas de referencia de coordenadas y proyecciones cartográficas, lo que permite importar, visualizar y procesar datos procedentes de distintas fuentes sin tener que realizar manualmente complejas transformaciones de coordenadas.

El programa utiliza la información contenida en los sistemas de referencia de coordenadas (CRS) y en sus correspondientes códigos EPSG para transformar automáticamente coordenadas, mapas ráster, trazados GPX, waypoints y otros datos geográficos, manteniendo la coherencia entre los distintos formatos. Por ejemplo, EPSG:4326 identifica el sistema de coordenadas geográficas WGS84, mientras que EPSG:3857 identifica la proyección Web Mercator utilizada por la mayoría de los mapas en línea.

Esto permite, por ejemplo, superponer un mapa georreferenciado, un trazado GPS registrado sobre el terreno y datos procedentes de servicios de cartografía en línea, incluso cuando utilizan sistemas de referencia de coordenadas diferentes.

Comprender el papel de las proyecciones cartográficas ayuda a interpretar correctamente estos resultados y a elegir, cuando sea necesario, el sistema de referencia de coordenadas más adecuado para cada trabajo.