Historia de la topografía: cómo se mapearon tierras sin GPS

Desde la Era de la Exploración, la topografía ha desempeñado un papel crucial en la cartografía de nuestro mundo. Este artículo explora la fascinante historia de la topografía en una época en la que el GPS no existía. Cuando los primeros exploradores zarpaban en busca de nuevas tierras, ¿qué técnicas de levantamiento topográfico utilizaban y qué desafíos superaron para ayudarse a navegar por territorios desconocidos y crear mapas detallados?

Los primeros exploradores enfrentaron numerosos desafíos en sus expediciones —desde enfermedades hasta motines— y tuvieron que afrontarlos sin las tecnologías modernas que hoy damos por sentadas. La navegación y la cartografía eran tareas especialmente arduas, que dependían en gran medida de instrumentos rudimentarios, la navegación celeste y el cálculo por estima. Uno de los principales retos era determinar ubicaciones precisas. Sin GPS, los exploradores se valían de herramientas como astrolabios, sextantes y brújulas para determinar su posición utilizando el sol y las estrellas. Este método dependía en gran medida de dos factores: cielos despejados y un navegante altamente capacitado.

En el siglo XVI, determinar la hora del día era uno de los principales desafíos de la navegación, lo que dificultaba establecer con precisión la longitud. Como resultado, las longitudes a menudo eran meras conjeturas, lo que generaba inexactitudes en los mapas y, por tanto, errores en la navegación. Este problema persistió hasta la creación del cronómetro marino en el siglo XVIII.

La cartografía temprana era una forma de arte. Los cartógrafos traducían los relatos de los exploradores sobre sus viajes en impresionantes imágenes, que a menudo se publicaban en libros y periódicos para informar a la población general sobre aquellas aventuras. Sin embargo, las duras condiciones y los desafíos que enfrentaban los exploradores que proporcionaban la información significaban que muchos de esos mapas eran inexactos y, con frecuencia, especulativos.

Técnicas de levantamiento topográfico temprano

La Era de la Exploración (desde finales del siglo XV hasta el siglo XVII) marcó un periodo significativo en la historia, cuando los continentes se conectaron y los europeos establecieron rutas hacia mundos anteriormente desconocidos. Uno de los principales motivos de estas expediciones fue el establecimiento de nuevas rutas comerciales, lo que hizo que la cartografía y la topografía precisas fueran esenciales para el éxito.

Una de las primeras y más importantes herramientas utilizadas por los primeros exploradores fue la brújula. Esta proporcionaba una noción básica de la dirección, lo que resultó crucial en la navegación exploratoria. Para medir ángulos, los exploradores empleaban instrumentos como astrolabios y báculos de Jacob. Los astrolabios, que se remontan a la antigüedad, resultaban útiles para determinar la altitud de los cuerpos celestes. Al medir el ángulo entre el horizonte y el sol o las estrellas, los exploradores podían estimar su latitud. Los báculos de Jacob se utilizaban para medir ángulos entre objetos distantes en tierra, facilitando así la creación de mapas y cartas náuticas básicas.

La triangulación también desempeñó un papel clave en los primeros levantamientos topográficos. Los exploradores y topógrafos establecían una línea base entre dos puntos y luego medían los ángulos hacia un tercer punto desde cada extremo de dicha base. Mediante cálculos trigonométricos, podían determinar con precisión las distancias y posiciones de puntos desconocidos en relación con la línea base. Este proceso se repetía a lo largo de grandes extensiones para crear una red de triángulos interconectados, permitiendo así el trazado preciso de paisajes y costas. La triangulación proporcionó un método sistemático y fiable para que los topógrafos recopilaran datos y crearan mapas detallados, lo que permitió a los exploradores comunicar eficazmente las características del terreno a sus países de origen.

Avances tecnológicos

Durante la Ilustración (en los siglos XVII y XVIII), el campo de la topografía experimentó una serie de avances que mejoraron la precisión y eficiencia de la cartografía y la navegación. Una de las innovaciones más destacadas fue el perfeccionamiento del teodolito, que evolucionó a partir de dispositivos más simples como el círculo plano. Este instrumento se originó en el trabajo del reconocido matemático y topógrafo inglés del siglo XVI, Leonard Digges, quien lo describió como el «instrumentum topographicum». Durante la Ilustración, el teodolito fue perfeccionado para medir ángulos con gran precisión tanto en planos horizontales como verticales. El teodolito está equipado con una mira telescópica para apuntar y círculos graduados para medir ángulos, lo que permite determinar distancias y elevaciones con gran exactitud. La incorporación de abrazaderas y tornillos de ajuste fino mejoró aún más su funcionalidad, permitiendo ajustes precisos y mediciones de ángulos estables. Estas mejoras hicieron que el instrumento fuera cada vez más práctico y eficiente para que navegantes y topógrafos lo llevaran consigo en sus expediciones.

Otro avance crucial fue la adopción generalizada del sextante. Su diseño se mejoró con un brazo móvil (el brazo índice) y una escala (el arco) graduada en fracciones de grado. Esto proporcionó a los navegantes un medio fiable para determinar su posición, incluso en condiciones meteorológicas adversas.

Al igual que hoy en día, los niveles eran una parte integral del equipo del topógrafo, ya que permitían establecer líneas horizontales y garantizar la precisión en las mediciones. Estos dispositivos consistían en un nivel de burbuja que contenía un tubo lleno de líquido con una burbuja de aire; una superficie se consideraba nivelada cuando la burbuja quedaba centrada en el tubo. Los topógrafos colocaban el nivel en diversos puntos a lo largo de su ruta de levantamiento, ajustando cuidadosamente su orientación para compensar las pendientes o variaciones del terreno. Al utilizar niveles junto con otros instrumentos, como teodolitos y cadenas, los topógrafos podían crear una línea de referencia consistente para sus mediciones. El topógrafo ubicaba el nivel en un punto conocido y lo alineaba horizontalmente, desde donde se determinaban los ángulos y las diferencias de altura.

La Ilustración también fue testigo de importantes avances en las metodologías de triangulación y geodesia. Los geodestas se dedicaron a determinar la forma y el tamaño exactos de la Tierra, lo que resultó vital para el desarrollo de proyecciones cartográficas precisas y para comprender las características físicas del planeta. Los esfuerzos por resolver el debate entre los seguidores de Newton y los de Cassini sobre la forma de la Tierra, mediante expediciones como las realizadas a Laponia y Perú, ejemplifican el compromiso de la época con la investigación geodésica empírica.

Estos avances tecnológicos y metodológicos durante la Ilustración tuvieron un impacto profundo y duradero en el campo de la topografía. Las contribuciones de este periodo sentaron las bases para futuros desarrollos (muchos de los cuales no ocurrieron hasta el siglo XX), preparando el terreno para las prácticas modernas. Como resultado, los topógrafos actuales pueden confiar en mapas detallados y precisos que forman la base de los sistemas contemporáneos de navegación y de información geográfica (GIS), y que continúan moldeando nuestra comprensión de la geografía mundial.

La vida de un topógrafo en el siglo XVIII

Equipados con herramientas esenciales y un espíritu explorador, numerosos topógrafos se aventuraron a cartografiar territorios desconocidos en el siglo XVIII. En la época anterior a los satélites y el GPS, estas eran las técnicas e instrumentos que empleaban:

El sextante

Para determinar su posición actual, los topógrafos utilizaban un sextante para medir el ángulo entre un objeto celeste (como el sol o una estrella) y el horizonte. Esto les permitía calcular su latitud y longitud.

Puntos de referencia y teodolitos

A continuación, los topógrafos se centraban en establecer puntos de referencia. Para ello, empleaban un teodolito (un telescopio montado sobre un trípode) para medir ángulos tanto horizontales como verticales. Al fijar visualmente puntos de referencia y registrar sus ángulos, creaban una red de puntos interconectados. Estos puntos de referencia formaban la base de su trabajo topográfico.

La cadena de Gunter

Los topógrafos se adentraban en el terreno provistos de una cadena metálica. La llamada cadena de Gunter medía exactamente 22 yardas (aproximadamente 20 metros) y constaba de 100 eslabones. Esto aportaba coherencia a la medición de distancias, además de ser más fiable y duradera que la cuerda. Las distancias entre los puntos de referencia establecidos con el teodolito se medían y documentaban con precisión.

Niveles para mayor precisión

Para compensar las pendientes y el terreno irregular, los topógrafos utilizaban niveles. Estos se combinaban frecuentemente con otros instrumentos para medir diferencias de altura a lo largo de distancias mayores. Al tomar lecturas con el nivel, ajustaban las mediciones para garantizar la máxima precisión posible.

Conclusión

La exploración y cartografía del mundo desconocido durante la Era de la Exploración fue una hazaña extraordinaria lograda por los primeros exploradores a pesar de numerosos desafíos. La ausencia de tecnologías modernas como el GPS, la medición precisa del tiempo, mapas fiables y la comunicación instantánea hizo que sus viajes fueran increíblemente peligrosos. Dependían de herramientas básicas como brújulas, astrolabios y báculos de Jacob para facilitar sus esfuerzos topográficos.

A medida que la Ilustración trajo avances tecnológicos como el perfeccionamiento del teodolito, la adopción del sextante y los progresos en triangulación y geodesia, la topografía experimentó una revolución que mejoró significativamente la precisión de los mapas. El legado de estos primeros exploradores y sus innovaciones tecnológicas es evidente en los mapas detallados y precisos de los que dependemos hoy en día.

Cronología de la topografía

Los avances tecnológicos a lo largo de los siglos han transformado la topografía, que pasó de ser un proceso manual y laborioso a un campo altamente preciso y eficiente que aprovecha la tecnología electrónica y satelital. Los topógrafos actuales logran niveles de precisión y eficiencia impensables en el pasado, y el sector continúa evolucionando gracias a la innovación tecnológica constante.

• Siglo XII: Primer uso de la brújula magnética en la topografía minera en Harz, Alemania.
• Siglo XVI: Gemma Frisius inventó la mesa de planos alrededor de 1530, que se popularizó gracias a J. Praetonius a finales del siglo XVI.
• Siglo XVII: Instrumentos como los cuadrantes y astrolabios, empleados para medir ángulos, fueron notablemente mejorados por Snellius (en 1615) y Picard (en 1669-70). Picard también introdujo las miras telescópicas, permitiendo mediciones angulares más precisas.
• Siglos XVIII y XIX: Se realizaron importantes mejoras en los teodolitos, incluyendo la incorporación de miras telescópicas y una mayor precisión en la medición de ángulos.
• 1947: Desarrollo del geodímetro, un instrumento electrónico de medición de distancias (EDM) que utilizaba ondas de luz para medir con precisión grandes distancias.
• 1957: Desarrollo del telurómetro, otro dispositivo EDM que empleaba microondas para la medición de distancias, cambiando la topografía de la triangulación a la trilateración.
• Década de 1970: Esta década fue testigo de varios avances clave, entre ellos:
  • El taquímetro electrónico, que combinaba las funciones de un teodolito y un EDM, permitiendo mediciones rápidas de ángulos y distancias.
  • Receptores satelitales Doppler, que empleaban el efecto Doppler de los satélites para determinar posiciones en la Tierra, mejorando la precisión de las mediciones de ubicación.
  • Sistemas de topografía inercial, que utilizaban giroscopios y acelerómetros para determinar posiciones sin necesidad de referencias externas (especialmente útiles en zonas sin visibilidad clara).
• 1978: El lanzamiento del primer satélite del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) marcó el inicio de la topografía basada en satélites, que ha revolucionado el sector al proporcionar datos de ubicación precisos en cualquier parte del planeta.

Mas información:

GIM International

Holsen, J. (2015), ‘The Development of Survey Instruments’, The International Hydrographic Review, 61(1). Available at: https://journals.lib.unb.ca/index.php/ihr/article/view/23512 (Accessed: 30 June 2024).

Smith J.,De Graeva J. (2010), ‘History of Surveying’, FIG Publications