Primera Unidad

Fundamentos de SIG

1.1 Historia de los SIG

La distribución espacial es un punto muy importante en lo que respecta a los fenómenos naturales y artificiales que ocurren sobre la corteza terrestre y siempre ha representado para la evolución de las sociedades humanas algo fundamental para su desarrollo como civilización, de forma que a lo largo del tiempo, se ha organizado y almacenado toda esa información espacial, lo que ha permitido que se hayan desarrollado poderosas herramientas que han mejorado conforme al avance de la tecnología.

1.1.1 Evolución de los SIG´s

Las civilizaciones antiguas eran nómadas y recorrían los continentes, pero podemos imaginarnos que almacenaban información de los lugares que conocían a su paso y la representaban como pinturas rupestres para sí mismos o para generaciones venideras, de esta forma podían saber si esos lugares ya habían sido explorados o que podían encontrar allí, para su beneficio.

Los fenicios fueron navegantes, exploradores y estrategas militares que recopilaron información de un formato pictórico, y desarrollaron una cartografía primitiva que permito la expansión y la mezcla de razas y culturas.

Los griegos adquirieron un desarrollo político, cultural y matemático, refinaron las técnicas de abstracción con sus descubrimientos geométricos y aportaron elementos para completar la cartografía utilizando técnicas de medición mediante modelos matemáticos, como el teorema de Pitágoras. Hicieron observaciones astronómicas para medir la superficie de la Tierra y toda esta información la almacenaron en mapas.

Los Romanos al conquistar Grecia adoptaron muchas de sus creencias y con ello sus conocimientos espaciales, imitaron a los griegos utilizando un banco de datos con información espacial que fueron desarrollando y heredando. Con la introducción de la agrimensura en aspectos topográficos también fueron una gran base para la creación de mapas y otros recursos de información, lo que contribuyó a un alto grado de organización política y económica para el Imperio Romano.

Desde los tiempos de los conquistadores y las invasiones se fueron recopilando datos y almacenando, incluso se crearon organismos comisionados para recopilar información y construir mapas topográficos a nivel de países enteros, esos organismos han subsistido hasta el día de hoy.

En el siglo XIX se crearon los primeros mapas temáticos que revelaban una gran cantidad de información geomorfológica. Recientemente con las fotografías aéreas e imágenes por satélite han permitido la observación periódica de los fenómenos sobre la superficie terrestre, pero la información arrojada por este tipo de sensores han exigido la demanda de herramientas que almacenen tanta información de forma sencilla y que se pueda observar fácilmente, como lo es la demanda de ordenadores que no solo portan las imágenes cartográficas de alguna zona sino que permitan explicar con detalle muchos fenómenos que se dan en esa área.

Con el transcurso de tiempo se ha logrado desarrollar un trabajo multidisciplinario y por esta razón se creó la herramienta conocida como "Sistema de Información Geográfica" (SIG).

1.1.2 Componentes de un SIG

Un SIG es un sistema de hardware, software y procedimientos diseñados para soportar la captura, administración, manipulación, análisis y graficación de datos u objetos referenciados espacialmente, para resolver problemas complejos de planeación y administración mediante el uso de un ordenador con inteligencia propia sobre topología y representación.

Hardware: Corresponde a todas las partes tangibles de un sistema informático; sus componentes son: eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos. Son cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado, por ejemplo; cada uno de los componentes físicos de una computadora, como el teclado, mouse, monitor, CPU, impresoras, scanner, etc.

Software: Es el equipamiento lógico o soporte lógico de un sistema informático, comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas, por ejemplo; el conjunto de aplicaciones como procesadores de texto o el sistema operativo que permite la interacción ente ordenador y usuario mediante una interfaz entre componentes físicos (hardware que maneja el usuario) y componentes lógicos (software).

Datos: Es una representación simbólica, numérica, alfabética, algorítmica, entre otros, un atributo o característica de una entidad.

• Datos espaciales: El núcleo básico del SIG, son aquellos datos que almacenan la ubicación geográfica de determinados objetos, junto con la información de sus atributos.
• Base de datos geográfica: Es la colección de datos acerca de objetos localizados en una determinada área de interés en la superficie de la Tierra, organizados de forma que pueden servir para varias aplicaciones y vinculados a tablas que guardan atributos no gráficos que permita el manejo y gestión de toda esa información que comprenden los datos.

Procedimientos: Es un conjunto de acciones u operaciones que tienen que realizarse de la misma forma, para obtener siempre el mismo resultado bajo las mismas circunstancias o pueden variar si son aplicadas variables pero de igual forma siguen un plan o una estrategia estructural que permite localizar o verificar la información espacial en un SIG.

Recurso humano: Es el trabajo que aporta el personal o los colaboradores que operan las herramientas que comprenden un SIG, por ejemplo; la persona encargada de almacenar, gestionar y actualizar la información en la base de datos de un ordenador para la utilización eficiente de un sistema de información geográfica.

1.2 Tipos de datos geográficos

1.2.1 Raster

Supone la existencia de un área de estudio sobre la cual se sobrepone un sistema de cuadrículas, donde cada unidad se denomina celda y tienen la misma forma. Se caracteriza porque la representación de la información no se realiza por medio de puntos, líneas o polígonos, sino por celdillas o píxeles. Las fotografías aéreas son una forma de datos raster utilizada comúnmente con un sólo propósito: mostrar una imagen detallada de un mapa base sobre la que se realizarán labores de digitalización.

El modelo ráster es muy útil a la hora de representar densidades y gradientes. Sin embargo el principal problema a la hora de usar el modelo ráster los vamos a encontrar cuando usamos computadoras y tarjetas gráficas que operan a baja resolución, ya que para usar dicho modelo sin pérdida de resolución se requieren ordenadores potentes.

La captura de esta información se hace por medio de scanners, imágenes de satélite, fotografías aéreas, cámaras de video, entre otros.

Modelo Ráster

Ventajas

Utiliza una estructura de datos muy simple.

Las superposiciones de las diferentes coberturas se implementan de forma rápida y eficiente.

Permite una forma más eficiente de representación cuando la variación espacial es muy alta. El modelo ráster es muy apropiado para el tratamiento de imágenes de satélite.

Da la posibilidad de generar modelos de elevación del terreno.

Desventajas

La estructura de datos es menos compacta

Algunas relaciones topológicas son difíciles de representar

La información original se generaliza una vez que se traspasa al sistema, tanto cuanto más grande sea la dimensión de las celdas.

La mayoría de estos SIGs se ven limitados por la cantidad de filas y columnas que pueden manejar, por tanto la resolución dependerá de estas.

La salida en duro no resulta de muy buena calidad

1.2.2 Vectorial

Tiene dos elementos en común, la descripción de la imagen por medio de una lista de pares de coordenadas XY, y una lista o tabla de las variables que se encuentran unidas a esa imagen, donde hay símbolos para cada área. Lleva a cabo la representación de los datos por medio de los elementos bien definidos como son el punto, la línea o el polígono, éstos se encuentran representados en el SIG por medio de coordenadas UTM (Universal Transversal Mercator), tratándose de estas coordenadas las representadas en un eje cartesiano (x e y). Los puntos por ejemplo representan una ubicación; las líneas son rasgos lineales como ríos, caminos o vías; y los polígonos representan áreas delimitadas, como parques, edificios o hasta ciudades enteras.

La información puede ser utilizada para crear un mapa que describa un atributo particular contenido en la base de datos. Los lagos pueden tener un rango de colores en función del nivel de contaminación. Además, las diferentes geometrías de los elementos también pueden ser comparadas. Así, por ejemplo, el SIG puede ser usado para identificar aquellos pozos (geometría de puntos) que están en torno a 2 kilómetros de un lago (geometría de polígonos) y que tienen un alto nivel de contaminación. La captura de esta información es indirecta y se basa en la transformación del modelo raster a vectorial con convertidores digitalizadores como los sistemas de posicionamiento global (GPS).

Modelo Vectorial

Ventajas

Posee una estructura de datos muy compacta.

Codifica eficientemente la tipología.

La salida en papel presenta muy buenos productos

Desventajas

La estructura de datos es más compleja

Las sobreposiciones son más complejas de realizar

Si la variación espacial es baja, resulta poco eficiente la aplicación.

El procesamiento de imágenes digitales no puede ser realizado eficientemente en este tipo de formato.

1.2.3 Matricial

Es un modelo híbrido entre ráster y vectorial, se trata de un modelo digital de terreno (MDT). Consiste en la representación tridimensional de la topografía de un territorio. Su principal característica es que se representa por medio de coordenadas geográficas (x,y,z) siendo x e y la representación del punto en un eje de coordenadas cartesiano y la z la altitud o elevación que posee el punto en el espacio. Dicho modelo consiste en la formación de rejillas formadas por la representación de formas geométricas, tales cómo, triángulos, rectángulos, cuadrados o hexágonos de las cuales se conoce la altitud de sus propios nodos.

Los MDT permiten, además de la obtención de una forma realista el paisaje, representar toda una serie de datos relativos a pendientes, iluminación, visibilidad, etc.

1.3 Representación de los datos con modelos Ráster y Vectorial

1.3.1 Mapas

Un mapa es una representación gráfica y métrica de una porción de territorio generalmente sobre una superficie bidimensional, pero que puede ser también esférica como ocurre en los globos terráqueos. El que el mapa tenga propiedades métricas significa que ha de ser posible tomar medidas de distancias, ángulos o superficies sobre él, y obtener un resultado lo más exacto posible.

Iniciados con el propósito de conocer el mundo, y apoyados primeramente sobre teorías filosóficas, los mapas constituyen hoy una fuente importantísima de información, y una gran parte de la actividad humana está relacionada de una u otra forma con la cartografía.

Actualmente se tiene la inquietud (y la necesidad) de proseguir con la nunca acabada labor cartográfica. El universo en general (y el Sistema Solar en particular) ofrecerá sin duda nuevos terrenos para esta labor que tiene orígenes inmemoriales.

El uso de las técnicas basadas en la fotografía por satélite, ha hecho posible no sólo conocer el contorno exacto de un país, de un continente, o del mundo, sino también aspectos etnológicos, históricos, estadísticos, hidrográficos, orográficos, geomorfológicos, geológicos, y económicos, que llevan al hombre a un conocimiento más amplio de su medio, del planeta en el que vive.

Mapa de bits

Es una estructura o fichero de datos que representa una rejilla rectangular de píxeles o puntos de color, denominada matriz, que se puede visualizar en un monitor, papel u otro dispositivo de representación.

A las imágenes en mapa de bits se las suele definir por su altura y anchura (en píxeles) y por su profundidad de color (en bits por píxel), que determina el número de colores distintos que se pueden almacenar en cada punto individual, y por lo tanto, en gran medida, la calidad del color de la imagen.

Los gráficos en mapa de bits se distinguen de los gráficos vectoriales en que estos últimos representan una imagen a través del uso de objetos geométricos como curvas de Bézier y polígonos, no del simple almacenamiento del color de cada punto en la matriz. El formato de imagen matricial está ampliamente extendido y es el que se suele emplear para tomar fotografías digitales y realizar capturas de vídeo. Para su obtención se usan dispositivos de conversión analógica-digital, tales como escáneres y cámaras digitales.

Grafico vectorial

Una imagen o mapa vectorial es una imagen digital formada por objetos geométricos independientes (segmentos, polígonos, arcos, etc.), cada uno de ellos definido por distintos atributos matemáticos de forma, de posición, de color, etc. Por ejemplo un círculo de color rojo quedaría definido por la posición de su centro, su radio, el grosor de línea y su color.

Este formato de imagen es completamente distinto al formato de las imágenes de mapa de bits, también llamados imágenes matriciales, que están formados por píxeles. El interés principal de los gráficos vectoriales es poder ampliar el tamaño de una imagen a voluntad sin sufrir la pérdida de calidad que sufren los mapas de bits. De la misma forma, permiten mover, estirar y retorcer imágenes de manera relativamente sencilla. Su uso también está muy extendido en la generación de imágenes en tres dimensiones tanto dinámicas como estáticas.

Todos los ordenadores actuales traducen los gráficos vectoriales a mapas de bits para poder representarlos en pantalla al estar ésta constituida físicamente por píxeles.

1.3.2 Diseño de datos

Para la implementación de un Sig es necesaio fijar objetivos y así saber que tipo de datos se deben introducir para conformar la cartografía necesaria, la extención geográfica que abarcara nuestor proyecto, la escala del trabajo, los recursos en software y el hardware y el tipo de perfil de los recursos humanos en el proyecto. Posteriormente se define cada nivel ´temático recalionado con tablas de datos internas y externas.
El modelo de datos se define con las variables de incorporación, tipo, rango, unidades, etc., los procesos aplicados a estas variables seran tanto gráficos como alfanuméricos. Los resultados finales se muestran gráficamente, esta propiedad es lo que le da la verdadera potencialidad al SIG.

Diseño de GeoDataBase

La geodatabase es una colección de datasets de diversos tipos que se utiliza en ArcGIS y se administra en una carpeta de archivos o una base de datos relacional. Es la fuente de datos nativa para ArcGIS y se utiliza para la edición y automatización de datos en ArcGIS. Una geodatabase es una base de datos diseñada para almacenar, consultar y manipular información geográfica y datos espaciales.

Es un concepto actual surgido de la idea que el software permite administrar y gestionar grande base de datos, soportando información espacial, se denomina soporte GIS. Esto permite integrar sobre un motor de base de datos todos nuestros SIG, denominandose a esto, GeoDataBase.En ArcGIS se puede manejar el conjunto de datos de funciones, clases de funciones, clases de relación, Redes geométricas, topología de red, conjuntos de datos, tablas, conjuntos de datos raster, comportamientos, catálogos de ráster, cajas de herramientas y elementos adicionales geodatabase.

1.4 Conversión de datos Ráster-Vectorial

1.4.1 Captura de datos

La captura de datos y la introducción de información en el sistema consumen la mayor parte del tiempo de los profesionales de los SIG. Hay una amplia variedad de métodos utilizados para introducir datos en un SIG almacenados en un formato digital.
Los datos impresos en papel o mapas en película PET pueden ser digitalizados o escaneados para producir datos digitales.
Con la digitalización de cartografía en soporte analógico se producen datos vectoriales a través de trazas de puntos, líneas, y límites de polígonos. Este trabajo puede ser desarrollado por una persona de forma manual o a través de programas de vectorización que automatizan la labor sobre un mapa escaneado. Los datos obtenidos de mediciones topográficas pueden ser introducidos directamente en un SIG a través de instrumentos de captura de datos digitales mediante una técnica llamada geometría analítica. Además, las coordenadas de posición tomadas a través un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) también pueden ser introducidas directamente en un SIG.

Actualmente, la mayoría de datos digitales provienen de la interpretación de fotografías aéreas. Para ello se utilizan estaciones de trabajo que digitalizan directamente elementos geográficos a través de pares estereoscópicos de fotografías digitales. Estos sistemas permiten capturar datos en dos y tres dimensiones, con elevaciones medidas directamente de un par estereoscópico de acuerdo a los principios de la fotogrametría.

La teleobservación por satélite proporciona otra fuente importante de datos espaciales. En este caso los satélites utilizan diferentes sensores para medir la reflectancia de las partes del espectro electromagnético, o las ondas de radio que se envían a partir de un sensor activo como el radar. La teledetección recopila datos raster que pueden ser procesados usando diferentes bandas para determinar las clases y objetos de interés, tales como las diferentes cubiertas de la tierra.
Cuando se capturan los datos, el usuario debe considerar si estos deben ser tomados con una exactitud relativa o con una absoluta precisión. Esta decisión es importante ya que no solo influye en la interpretación de la información, sino también en el costo de su captura.

1.4.2 Conversiòn de datos Ràster-Vectorial

Los SIG pueden llevar a cabo una reestructuración de los datos para transformarlos en diferentes formatos. Por ejemplo, es posible convertir una imagen de satélite a un mapa de elementos vectoriales mediante la generación de líneas en torno a celdas con una misma clasificación determinando la relación espacial de estas, tales como proximidad o inclusión.
La vectorización no asistida de imágenes raster mediante algoritmos avanzados es una técnica que se viene desarrollado desde finales de los años 60 del siglo XX. Para ello se recurre a la mejora del contraste, imágenes en falso color así como el diseño de filtros mediante la implementación de transformadas de Fourier en dos dimensiones.
Al proceso inverso de conversión de datos vectorial a una estructura de datos basada en un matriz raster se le denomina rasterización.
Dado que los datos digitales se recogen y se almacenan en ambas formas, vectorial y raster, un SIG debe ser capaz de convertir los datos geográficos de una estructura de almacenamiento a otra.

*ANEXO*

Tareas ejecutadas en un SIG

• Organización de datos: Almacena datos de modo que sustituya una mapoteca analógica por una mapoteca digital, lo cual implica una reducción en el espacio físico y pronta recuperación de los datos.
• Visualización de datos: Permite ver de diferentes formas la información, para que pueda ser comprendida y estudiada.
• Producción de mapas: En general los SIG poseen herramientas para la producción de mapas.
• Consulta espacial: Permite observar cada uno de los atributos de un determinado objeto o las propiedades que tiene un lugar, lo que revela una interacción entre el usuario y los datos.
• Análisis espacial: Es el conjunto de procedimientos de consulta, integración y modelación de los datos en función de su distribución geográfica.

Aplicaciones de los SIG´s

En la antigüedad hubo diversas aportaciones que contribuyeron a la creación de los Sistemas de información geográfica con las múltiples aplicaciones que le daban las civilizaciones a estas herramientas antecesoras al Sig., como por ejemplo:

• Uso de mapas con sistemas de coordenadas para poder facilitar el trasporte y comercio, escogiendo los caminos más accesibles o más cortos.
• Como estrategias de guerra.
• Para los conquistadores era fundamental explorar y almacenar información para sus líderes sobre las tierras que se deseaban conquistar, ya que muchas tierras contaban con recursos naturales muy importantes como el oro, la plata entre otras cosas.
• La agrimensura que fue un antecesor a la topografía y eran un cargo muy importante en el gobierno ya que gracias a los agrimensores se sabían que tierras eran buenas para construir edificios o caminos.
• Para navegar sobre aguas ya exploradas y conocidas o conocer nuevas tierras.
• Localizaban puntos importantes que frecuentaba la gente para así establecer centros urbanos y facilitar el comercio y mejorar la economía de los países.

Actualmente muchas de esas aplicaciones en el pasado se siguen dando pero con el avance de la Tecnología son tareas más sencillas, las herramientas actuales dan posibilidad de hacer diversidad de actividades y con mejor calidad y precisión, por ejemplo:

• Ciencias medioambientales y relacionadas con el espacio.
• Modelación cartográfica.
• Modelos dinámicos.
• Teledetección
• Gestión.
• Cartografía automática.
• Información pública.
• Planificación física.
• Ordenación territorial.
• Establecer límites.
• Planificación urbana.
• Estudios de impacto ambiental.
• Evaluación de recursos.
• Seguimiento de actuaciones.
• Empresarial.
• Marketing.
• Estrategias de distribución.
• Planificación de transportes.
• Localización precisa y óptima.

Segunda Unidad

2 Proyecciones cartesianas

Son transformaciones matemáticas que permite representar (proyectar) a la esfera en plano, y convertir las coordenadas geográficas (latitud &longitud) en coordenadas cartesianas (x&y).

Este proceso conlleva a distorsionarse de la superficie original en 3-dimensiones. Al convertirse a una superficie plana de dos dimensiones.

2.1 Coordenadas cartesianas

Un sistema de coordenadas es un sistema que utiliza uno o más números (coordenadas) para determinar unívocamente la posición de un punto o de otro objeto geométrico.^[] El orden en que se escriben las coordenadas es significativo y a veces se las identifica por su posición en una tupla ordenada; también se las puede representar con letras, como por ejemplo «la coordenada-x». El estudio de los sistemas de coordenadas es objeto de la geometría analítica, permite formular los problemas geométricos de forma "numérica".^[]

Un ejemplo corriente es el sistema que asigna longitud y latitud para localizar coordenadas geográficas. En física, un sistema de coordenadas para describir puntos en el espacio recibe el nombre de sistema de referencia.

Un sistema de coordenadas cartesianas lo forman dos ejes perpendiculares entre sí, que se cortan en el origen.

Las coordenadas de un punto cualquiera vendrán dadas por las proyecciones de la distancia entre el punto y el origen sobre cada uno de los ejes.

 

 

 

Al sistema de coordenadas también se le llama ejes de coordenadas o ejes cartesianos. El eje horizontal se llama eje X o eje de abscisas; y el eje vertical se llama eje Y o eje de ordenadas. El punto O, donde se cortan los dos ejes, es el origen de coordenadas.

Las coordenadas de un punto cualquiera P se representan por (x, y).

La primera coordenada se mide sobre el eje de abscisas, y se la denomina coordenada x del punto o abscisa del punto.

La segunda coordenada se mide sobre el eje de ordenadas, y se le llama coordenada y del punto u ordenada del punto. Los ejes de coordenadas dividen al plano en cuatro partes iguales y a cada una de ellas se les llama cuadrante.

El origen de coordenadas, O, tiene de coordenadas: O (0, 0).

Los puntos que están en el eje de ordenadas tienen su abscisa igual a 0.

Los puntos situados en el eje de abscisas tienen su ordenada igual a 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Los puntos situados en una misma línea vertical (paralela al eje de ordenadas) tienen la misma abscisa.

 

A(1, 4), B(-3, 2), C(0, 5), D(-4, -4), E(-5, 0), F(4, -3), G(4, 0), H(0, -2)

 

2.1.2 Reproyecciónes

Las Proyecciones, son la transformación de la esfera o el elipsoide de referencia en una superficie plana, es decir permite representar el globo terrestre sobre un mapa, auxiliándose en una red de meridianos y paralelos a través de una grilla, tenemos proyecciones cilíndricas, cónicas y azimutales, cada una con sus respectivas distorsiones, para evitarlas lo ideal sería representar el globo terráqueo en una esfera, pero no resulta práctico. Entonces es un tema complejo ponerse de acuerdo en seleccionar la mejor proyección, por ello cada país del mundo, utiliza un sistema propio de coordenadas basado una proyección específica.

Antes de analizar los datos en el SIG la cartografía debe estar toda ella en una misma proyección y sistemas de coordenadas. Para ello muchas veces es necesario reproyectar las capas de información antes de integrarlas en el Sistema de Información Geográfica.

La Tierra puede estar representada cartográficamente por varios modelos matemáticos, cada uno de los cuales pueden proporcionar un conjunto diferente de coordenadas (por ejemplo, latitud, longitud, altitud) para cualquier punto dado de su superficie. El modelo más simple es asumir que la Tierra es una esfera perfecta. A medida que se han ido acumulando más mediciones del planeta los modelos del geoide se han vuelto más sofisticados y más precisos. De hecho, algunos de estos se aplican a diferentes regiones de la Tierra para proporcionar una mayor precisión.

La proyección es un componente fundamental a la hora de crear un mapa. Una proyección matemática es la manera de transferir información desde un modelo de la Tierra, el cual representa una superficie curva en tres dimensiones, a otro de dos dimensiones como es el papel o la pantalla de un ordenador. Para ello se utilizan diferentes proyecciones cartográficas según el tipo de mapa que se desea crear, ya que existen determinadas proyecciones que se adaptan mejor a unos usos concretos que a otros. Por ejemplo, una proyección que representa con exactitud la forma de los continentes distorsiona, por el contrario, sus tamaños relativos.

Dado que gran parte de la información en un SIG proviene de cartografía ya existente, un Sistema de Información Geográfica utiliza la potencia de procesamiento de la computadora para transformar la información digital, obtenida de fuentes con diferentes proyecciones y/o diferentes sistemas de coordenadas, a una proyección y sistema de coordenadas común. En el caso de las imágenes (ortofotos, imágenes de satélite, etc.) este proceso se denomina rectificación.

Análisis espacial mediante SIG

Dada la amplia gama de técnicas de análisis espacial que se han desarrollado durante el último medio siglo, cualquier resumen o revisión sólo puede cubrir el tema a una profundidad limitada. Este es un campo que cambia rápidamente y los paquetes de software SIG incluyen cada vez más herramientas de análisis, ya sea en las versiones estándar o como extensiones opcionales de este. En muchos casos tales herramientas son proporcionadas por los proveedores del software original, mientras que en otros casos las implementaciones de estas nuevas funcionalidades se han desarrollado y son proporcionados por terceros. Además, muchos productos ofrecen kits de desarrollo de software (SDK), lenguajes de programación, lenguajes de scripting, etc. para el desarrollo de herramientas propias de análisis u otras funciones.

Un SIG puede reconocer y analizar las relaciones espaciales que existen en la información geográfica almacenada. Estas relaciones topológicas permiten realizar modelizaciones y análisis espaciales complejos. Así, por ejemplo, el SIG puede discernir la parcela o parcelas catastrales que son atravesadas por una línea de alta tensión, o bien saber qué agrupación de líneas forman una determinada carretera.

En suma podemos decir que en el ámbito de los Sistemas de Información Geográfica se entiende como topología a las relaciones espaciales entre los diferentes elementos gráficos (topología de nodo/punto, topología de red/arco/línea, topología de polígono) y su posición en el mapa (proximidad, inclusión, conectividad y vecindad). Estas relaciones, que para el ser humano pueden ser obvias a simple vista, el software las debe establecer mediante un lenguaje y unas reglas de geometría matemática.

Para llevar a cabo análisis en los que es necesario que exista consistencia topológica de los elementos de la base de datos suele ser necesario realizar previamente una validación y corrección topológica de la información gráfica. Para ello existen herramientas en los SIG que facilitan la rectificación de errores comunes de manera automática o semiautomática.

2.2 Redes

Un SIG destinado al cálculo de rutas óptimas para servicios de emergencias es capaz de determinar el camino más corto entre dos puntos teniendo en cuenta tanto direcciones y sentidos de circulación como direcciones prohibidas, etc. evitando áreas impracticables. Un SIG para la gerencia de una red de abastecimiento de aguas sería capaz de determinar, por ejemplo, a cuantos abonados afectaría el corte del servicio en un determinado punto de la red.

Un Sistema de Información Geográfica puede simular flujos a lo largo de una red lineal. Valores como la pendiente, el límite de velocidad, niveles de servicio, etc. pueden ser incorporados al modelo con el fin de obtener una mayor precisión. El uso de SIG para el modelado de redes suele ser comúnmente empleado en la planificación del transporte, hidrológica o la gestión de infraestructura lineales.

 2.3 Superposición de mapas

Se parte de dos mapas fuente para obtener otro del mismo tipo que el primero de ellos con modificaciones sobre los objetos espaciales (salvo en la superposición punto en polígono) y los atributos. La operación es más compleja que en los Raster, ya que se debe calcular la geometría y crear la topología de los objetos de la capa resultante.

La combinación de varios conjuntos de datos espaciales (puntos, líneas o polígonos) puede crear otro nuevo conjunto de datos vectoriales. Visualmente sería similar al apilamiento de varios mapas de una misma región. Estas superposiciones son similares a las superposiciones matemáticas del diagrama de Venn. Una unión de capas superpuestas combina las características geográficas y las tablas de atributos de todas ellas en una nueva capa. En el caso de realizar una intersección de capas esta definiría la zona en las que ambas se superponen, y el resultado mantiene el conjunto de atributos para cada una de las regiones. En el caso de una superposición de diferencia simétrica se define un área resultante que incluye la superficie total de ambas capas a excepción de la zona de intersección.

En el análisis de datos raster, la superposición de conjunto de datos se lleva a cabo mediante un proceso conocido como álgebra de mapas, a través de una función que combina los valores de cada matriz raster. En el álgebra de mapas es posible ponderar en mayor o menor medida determinadas coberturas mediante un "modelo índice" que refleje el grado de influencia de diversos factores en un fenómeno geográfico.

Las tres operaciones que se pueden plantear son:

Unión: El mapa resultado contiene la unión de la extensión de los mapas a superponer.

Intersección: Como resultado final se obtendrá un mapa que contiene únicamente el área común a los mapas originales.

Identidad: El mapa final es el resultado de recortar el mapa inicial con el límite exterior de los elementos del mapa que se le superpone. En este caso es importante el orden de los mapas iniciales, ya que el resultado final será diferente.

Tipos de superposición:

En la segunda fase se producen variaciones en función a tipo de variable representada en ambos mapas a superponer. Las diferentes posibilidades de variables son las siguientes: 1. Variables de tipo nominal/ordinal. Los procedimientos que se pueden seguir para obtener el valor de la variable temática de los nuevos polígonos son:

Operaciones lógicas con dos variables booleanas (únicamente tienen valor 0 ó 1). Se emplean los operadores lógicos: Y (AND), O (OR), Ni (NOR), No (NOT), para calcular el valor.

Intersección de variables nominales/ordinales. Las dos variables iniciales tienen un conjunto de modalidades A, B respectivamente pudiendo presentar una nueva variable con A*B modalidades, en cada nuevo polígono en función de las que existían en los polígonos fuente.

Enmascarado de mapa. En este caso uno de los mapas iniciales (el que se coloca por encima del otro) elimina los valores temáticos del mapa que hay debajo, excepto en aquellos polígonos del mapa superior que tienen un determinado valor (generalmente el valor 0). Estos polígonos actuarían como una ventana que nos permitiría ver el mapa que hay debajo. El nuevo mapa presenta en todos los polígonos valores temáticos existentes en el mapa superior, a excepción de donde en éste se encontraban estos “polígonos ventana”, polígonos en los que aparecen los valores temáticos del mapa inferior.

2. Las dos variables cuantitativas. Se pueden dar dos tipos de operaciones:

Álgebra de mapas. Se define una ecuación algebraica que relaciona la nueva variable temática con las dos iniciales, a partir de la cual se calculará el nuevo valor para cada polígono.

Enmascarado de mapas: similar al caso anterior con variables nominales/ordinales.

3. Una de las variables es nominal/ordinal y la otra cuantitativa.

Composición de mapas. El mapa asociado a la variable nominal/ordinal actúa de mapa máscara (el que se sitúa por encima) y generará tantas zonas como variantes tenga la variable cualitativa asociada al mapa. Los polígonos frutos de la superposición se agrupan por tener en el mapa máscara en un valor concreto, es decir, por las zonas que se han creado. Seguidamente se realiza una operación estadística con los valores de la variable cuantitativa del otro mapa fuente, asociándose el resultado de la misma a la variable temática de cada polígono. Las operaciones posibles son muy variadas, desde el cálculo de valor central o más representativo de una zona: media aritmética, mediana, moda, etc.; hasta el cálculo de la variabilidad de los valores cuantitativos: desviación típica y varianza.

2.3.1 Polígonos

A)   Superposición punto a polígono. Se trata de superponer una capa de puntos sobre una de polígonos para averiguar en qué polígono se encuentra cada punto, es decir, se trata de determinar una relación topológica de inclusión. El resultado es una nueva capa de puntos en la que los objetos tienen atributos procedentes de las dos capas fuente. Un caso muy común es disponer de dos capas, una de las cuales contiene las estaciones depuradoras de una provincia y otra los límites administrativos municipales, y se desea determinar en qué municipio se encuentra cada estación, basta con realizar un superposición de forma que los atributos de cada uno de los polígonos pasen a los puntos situados en el interior de los mismos.

B)   Superposición de línea en polígono. Consiste en determinar que líneas están dentro de que polígonos obteniendo una nueva capa de líneas en la que consta como atributo de cada línea en que polígono está incluida. Las líneas se dividirán en los puntos de intersección con el perímetro de los polígonos, cada uno delos segmentos formados además de los atributos que en principio tenía la línea heredará los del polígono en el cual se encuentre incluido. Por ejemplo, disponemos de dos capas una contiene los límites administrativos municipales y la otra las carreteras que pasan por dichos términos municipales, y se desea determinar la longitud de las carreteras en cada uno de los términos.

C)   Superposición de polígono en polígono. En este caso las capas fuente y la resultante son de polígonos conteniendo la capa resultante un mayor número de objetos. La superposición de polígonos se produce en dos fases, una geométrica, en la que se determinan los nuevos polígonos por intersección de los existentes en las capas fuente, se le asigna un identificador y se reconstruye la topología, y otra en la que se asocian los datos temáticos a los nuevos polígonos, datos que heredarán de los polígonos fuente La superposición se puede realizar de diferentes modos, en función del área final que se desee representar.

 

2.3.2 ANÁLISIS DE ÁREAS DE INFLUENCIA DE DETERMINADOS ELEMENTOS

Se denominan áreas de influencia (buffers) a los polígonos irregular o regular que se crean en función de un valor dado a partir de una entidad espacial. Por tanto, el resultado final será siempre un mapa de polígonos. Por ejemplo, en ambos márgenes de los cauces fluviales se deben dejar una zona de servidumbre de paso y uso de 10 mts; dicha zona se puede tratar como un área de influencia de dicho cauce fluvial. Tipos de corredores (Buffers)

ANÁLISIS DE REDES

Una red es un sistema interconectado de elementos lineales que forman una estructura espacial por la que pueden pasar flujos de cualquier tipo. En una red se diferencian los elementos lineales o aristas, que interrelacionan las intersecciones que son elementos puntuales origen y destino de los flujos que pasan por la red. El atributo más importante asociado a la arista de una red es la longitud o coste en recorrerla. La aplicación más habitual en el análisis de redes es el cálculo de caminos óptimos. El camino mínimo entre dos puntos depende de la variable que se tome para su estimación: coste, importe, longitud, tiempo, etc. Estos caminos son, por tanto, los de menor impedancia, siendo ésta una medida de resistencia al desplazamiento que puede estar asociada a arcos o nodos. Para realizar el análisis de caminos óptimos, se debe indicar cuál es la variable de impedancia de arco que se quiere usar, si se van a usar impedancias de nodos y cuáles son los puntos de origen y destino de la ruta. El SIG marca sobre la pantalla el camino mínimo e indica la impedancia; algunos programas pueden sacar listados de las calles que se atraviesa y los giros producidos entre unas y otras. En otras ocasiones, si se han de hacer paradas a lo largo de la ruta, se puede calcular el orden en que éstas han de hacerse.

2.4 Cartografía automatizada

Constituye junto con otras áreas a fin, como los sistemas de desarrollo y de gestión de base de datos y cartografía digital se relaciona con los métodos numéricos, técnicas de almacenamiento, y la representación de información espacial, el termino es muy ambicioso y explica el desarrollo tecnológico creciente por automatización de proceso de producción cartográfica y el análisis de información geográfica.

2.4.1 Fuentes

La adquisición de fuentes de información geográficas de calidad es uno de los requisitos principales a la hora de acometer un proyecto patrimonial de carácter territorial en el que el SIG es una de las herramientas clave. En la mayoría de las ocasiones, y cuando se está empezando en todo este mundo, las fuentes cartográficas que se manejan son las más cercanas (administración local, en el caso que se pueda acceder a ellas, y administración autonómica) por ser las más conocidas, utilizadas y fáciles de conseguir.

Aunque esto pueda parecer de cajón, no todo el mundo conoce las producciones cartográficas para ámbito nacional (este aspecto está cambiando radicalmente gracias al impacto de las IDEs y sobre todo de la IDE-España) por lo que hemos creído de interés hacer un entrada resumiendo los recursos cartográficos que pueden ser de utilidad para trabajos patrimoniales (p.e. cartas arqueológicas, inventarios patrimoniales, estudios territoriales, etc.)

Hoy por hoy y generalizando mucho la cartografía existente se puede encontrar de dos formas:

Cartografía en formato para trabajar desde PC. Por ejemplo shape, dwg, dgn, gml (vectorial) o jpg, ecw, tiff (para ráster imágenes)

Cartografía disponible en web mediante servicios OGC (WMS, WFS, WCS, etc.).

Estas dos “formatos”, respecto a la disposición de recursos cartográficos para ámbito nacional tienen su reflejo en la página del CNIG y en la web de la IDE España (Instituto Geográfico Nacional-Ministerio de Fomento). Existen muchas más web vinculadas con la administración general que ofrecen cartografía en estos formatos (Instituto Geológico Minero, Mº de Medioambiente, Rural y Mariano o del Mº de la Vivienda) pero nos centraremos en estas ya que recopilan la mayoría de la Información Geográfica de Referencia

El inventario sobre los servicios OGC disponibles para escala nacional se puede consultar en la web de la Infraestructura de Datos Espaciales de España (IDE-E). Estos son los WMS que creo pueden ser de interés para los trabajos de patrimonio arqueología.

Mapa Base (Servicio Web de Mapas conforme a ISO/DIS 19128 que permite visualizar la Base Cartográfica Numérica 1:25.000 y 1:200.000 del IGN)

MTN-RASTER (Servicio Web de Mapas conforme a ISO/DIS 19128 que permite visualizar cartografía rasterizada producida en el IGN -Mapa Topográfica Nacional)

Cuadriculas (Hojas cartográficas)

1ª Edición del Mapa Topográfico Nacional 1:50.000

Redes Geodésicas del IGN

PNOA (Ortofotos de máxima actualidad del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA) a partir de la escala 1:50.000)

Pueden utilizarse según los trabajos los siguientes WMS:

Corine Land Cover (IGN)

Mapas aspectos-pendientes Canarias (IGN)

Mapas aspectos-pendientes-Península y Baleares (IGN)

Ortofotos Sistema de Información Geográfica de Parcelas Agrícolas (SIGPAC – FEGA) (Mº MARM)

WMS de las Confederaciones Hidrográficas (Ebro, Guadalquivir y Segura )

WMS del IGME (Geología, Litología, etc.)

WMS del Sistema de Información Geográfico del Banco de Datos de la Biodiversidad (Mº MARM) Por ejemplo Vías Pecuarias o Espacios Naturales Protegidos.

 2.4.2 fotografía aérea

 

 

 

2.4.3 Imagenes satelitales