TEMA 04 SIG (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
Año del apunte 2016
Páginas 14
Fecha de subida 04/04/2016
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Unybook: Egarciamarin TEMA 04. INTRODUCCIÓN A LOS SIG ¿QUÉ SON Y CÓMO APARECEN LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA EN LA CARTOGRAFÍA?: un Sistema de Información geográfica es un conjunto de programas y aplicaciones informáticas que permiten la gestión de datos georreferenciados espacialmente y que pueden ser reflejados o visualizados en mapas.
La demanda de datos geográficos no es un tema reservado exclusivamente a los investigadores en Ciencias de la Tierra. Los profesionales que se dedican a la planificación territorial, las agencias de catastros y las administraciones territoriales necesitan información muy precisa acerca de la disposición espacial de ciertos fenómenos, como por ejemplo la distribución de la población, los flujos migratorios, el crecimiento urbano, trazado vías comunicación, urbanismo… etc.
También los organismos de Protección Civil necesitan conocer bien la ubicación y distribución geográfica de vías de comunicación y sus características, la localización de núcleos de población, de masas forestales, distribución de tendidos eléctricos, conducciones de gas o agua, etc. Toda esta información se registra y maneja como un dato espacial o geográfico y por lo tanto está referida y se representa habitualmente en un mapa.
¿CUÁNDO APARECEN?: la utilización de las computadoras en la confección de cartografía se produjo de forma paralela al desarrollo de la investigación en otros campos profesionales con diferentes propósitos y orientaciones. Entre ellos cabe citar:       La informatización de los catastros.
La edición digital de mapas topográficos.
Estadística espacial.
Fotogrametría.
Planificación rural y urbana.
Teledetección (fotografías aéreas e imágenes de satélite).
Este esfuerzo multidisciplinar que inicialmente fue realizado por separado desde diversas instituciones, empresas privadas y centros de investigación, estaba en realidad muy conectado ya que los resultados pronto convergerían en la aparición y desarrollo de los Sistemas de Información Geográfica.
La utilización de los sistemas de cartografía asistida por ordenador en España se remonta a principios de los años setenta, cuando el Instituto Geográfico Catastral adquiere equipos informáticos para la confección de los mapas del Atlas Nacional de España.
Otro paso lo constituye la aparición del Centro Nacional de Información Geográfica (CNIG), organismo autónomo (comercial) encargado de la distribución de la información geográfica producida por el Instituto Geográfico Nacional.
Se puede destacar también el Centro de Gestión Catastral y Cooperación Tributaria, que inició la actualización del catastro con el apoyo de los Sistemas de Información Geográfica.
La Universidad española y en especial los Departamentos de Geografía y de Ingeniería Cartográfica, comienzan a utilizar los programas de Sistemas de Información Geográfica en la década de los años 80.
1 Unybook: Egarciamarin A principios de los años noventa se crea la Asociación española de Sistemas de Información Geográfica (AESIG). El desarrollo reciente ha sido espectacular y se hace evidente en la gran oferta actual de cursos especializados de SIG de interés para diversas ramas profesionales.
Hoy en día se necesitan conocimientos de SIG en multitud de profesiones.
CON LA APARICIÓN DEL LOS SIG: SE SUPERAN LAS LIMITACIONES DE LOS MAPAS EN PAPEL:  En los mapas de producción en serie a escala determinada sólo se puede representar un número reducido de datos.
 Necesariamente los mapas tienen que expresar los datos de manera muy precisa y además los temas complejos tienen que expresarse de manera sencilla y clara.
No admiten cambios fácilmente.
 El mapa en papel es un producto cualitativo y estático. No es fácil su actualización si no se acomete una nueva edición (para que sea rentable una nueva edición hay que esperar al menos 20 años). Tampoco se pueden extraer datos cuantitativos con mayor precisión que la que permite la escala.
APARECEN LAS VENTAJAS DE LOS MAPAS DIGITALES:     Ejecución rápida.
Bajo coste de realización y actualización. Permite continua actualización.
Facilidad para realizar mapas para necesidades específicas.
Facilidad en la presentación de diferentes soluciones gráficas a partir de los mismos datos.
 Facilidad de análisis de datos que precisan de interacción entre las técnicas estadísticas y la cartografía.
 Creación de mapas en tres dimensiones y de visualización del relieve.
 Procedimientos de selección y generalización bien definidos y ejecutados.
APLICACIONES DE LOS SIG: básicamente su aplicación abarca cualquier necesidad de análisis o toma de decisiones en cualquier sector siempre que la componente espacial sea relevante.
Algunas de sus aplicaciones serían: o Desarrollo de cartografía automatizada.
o Diseño y gestión de infraestructuras (redes de electricidad, gas, agua, teléfono, etc.).
o Planificación territorial o Medio ambiente (evaluación del impacto ambiental, explotaciones agrícolas, caracterización de ecosistemas, estudio de especies).
o Equipamiento social (gestión de servicios de impacto social como servicios sanitarios, centros escolares, deportivos, culturales, puntos de reunión en caso de emergencia).
o Recursos mineros (análisis de sondeos, realización de perfiles, definición de áreas o volúmenes de explotación).
o Gestión del tráfico o de sistemas de transporte (modelización del tráfico, identificación de patrones de circulación, definición de rutas y paradas optimizadas, definición de cortes de tráfico y rutas alternativas).
2 Unybook: Egarciamarin o Demografía (análisis de la distribución espacial de la población para la toma de decisiones como la implantación de negocios o servicios públicos, zonificación electoral o gerrymandrismo).
o GeoMarketing (toma de decisiones en función del cliente potencial, planificación de campañas de marketing, buzoneo, diseño de rutas óptimas para comerciales, ubicación optima de sucursales).
o Cartografía Digital 3D (estudio tridimensional de construcciones civiles, planificación de la cobertura de redes de telecomunicación —ubicación optimizada, análisis de interferencias, etc.—, gestión del espacio aéreo de un aeropuerto —diseño de rutas seguras y de mínimo impacto).
UN SIG ESTÁ CONSTITUIDO POR:  Bases de datos espaciales en las que la realidad se representa mediante unos modelos específicos.
 Bases de datos temáticas cuya vinculación con la base de datos cartográfica permite asignar a cada punto, línea o área del territorio unos valores temáticos.
 Conjunto de herramientas que permiten manejar estas bases de datos de forma útil para diversos propósitos de investigación, docencia o gestión.
 Conjunto de ordenadores y periféricos de entrada y salida que constituyen el soporte físico del SIG. Incluyen tanto el programa de gestión de SIG cómo otros programas de apoyo.
FUNCIONES DE UN SOFTWARE DE SIG:  Entrada de datos: por funciones de entrada de datos se entiende el proceso por el cual se introducen datos en el sistema. Este proceso se puede realizar mediante escaneado de un mapa o mediante la digitalización de la información de un mapa topográfico o incluso la inclusión en un fichero de los puntos con coordenadas tomadas en campo con un GPS.
 Gestión de los datos.
 Manipulación de los datos: como funciones de manipulación entendemos por ejemplo aquellas que se necesitan cuando introducimos los datos vectoriales de un mapa que está realizado con una proyección o datum distinto al habitual. También se considera dentro de este tipo de funciones las de ajuste de adyacencias. Un ejemplo es el de la unión de fotografías contiguas que están en dos bases cartográficas diferentes y queremos tenerlas unidas en un solo archivo.
 Análisis: las funciones de análisis son las más importantes de un SIG y les dedicaremos un apartado especial.
 Representación: finalmente las funciones de representación son básicamente las de tipo cartográfico. Es decir la representación en mapas del resultado de la investigación, análisis o indagación que se haya realizado dentro del SIG.
3 Unybook: Egarciamarin ¿QUÉ SE HACE CON LOS DATOS PARA LLEGAR A INFORMACIÓN Y FINALMENTE REPRESENTARLA?: OBTENER DATOS GEOGRÁFICOS: es necesario distinguir entre el concepto de dato y el de información.
Los datos son los hechos concretos y son necesarios para llegar a conocer un fenómeno. Una serie de datos interrelacionados entre sí forma una base de datos.
La información la obtenemos de la base de datos y es fruto de un proceso interpretativo. La información no es aparente por sí misma, se obtiene utilizando métodos, habilidades o técnicas.
En un Sistema de Información Geográfica, las características esenciales de los datos geográficos son cuatro: 1. Posición: ¿Dónde está localizada la entidad tal? o bien ¿Qué entidad hay en la posición tal? En la terminología de los SIG la localización es comúnmente denominada georreferenciación. Todo dato se localiza en relación al geoide terráqueo (una representación geométrico-matemática de la tierra). Para posicionar un dato o elemento utilizamos las coordenadas geográficas y las proyecciones que a su vez están referidas a un elipsopide.
2. Atributos temáticos o descriptivos: responden a la cuestión ¿Qué es? o ¿Qué características tiene? 3. Relaciones espaciales (o topología).
4. Tiempo.
PROCEDENCIA DE LOS DATOS:  Mapas.
 Fotografías aéreas.
 Sensores remotos (imágenes de satélite).
 Observaciones de campo.
 Bases de datos Es muy importante conocer bien la manera en que se representan los datos en un SIG, ya que son la base de toda la información. Por ello explicaremos los dos modelos básicos de representación de los datos: ráster y vectorial.
4 Unybook: Egarciamarin MODELO RÁSTER: se basa en que la información se almacena en una rejilla o malla formada por una serie de unidades elementales todas del mismo tamaño que se denominan píxeles, bits o teselas. La calidad del modelo ráster dependerá del tamaño del píxel, es decir la resolución. Cuanto menor sea el tamaño de pixel mayor será la resolución. Este modelo se basa en la premisa de que el espacio es representable en una matriz de puntos, organizada en filas y columnas. La posición de cada dato se deduce por el lugar que ocupa en la malla.
En el modelo ráster los datos se almacenan en una serie de capas con información referida a la misma área y representada siempre en la misma malla de puntos, la agrupación en unidades es implícita en los píxeles con el mismo valor y contiguos, las relaciones topológicas (espaciales) son implícitas a la posición de cada píxel en la malla al igual que la georreferenciación.
Cada capa representa un único tema y cada celda, píxel o tesela contiene un único dato numérico.
CONCEPTOS: resolución, orientación, localización, valor, zona o región y clase.
ESTRUCTURA Y REPRESENTACIÓN DE TIPO RÁSTER: el espacio está totalmente ocupado por una cuadrícula regular que lo divide en celdas.
MODELO VECTORIAL: se basa en que la información se almacena en entidades con una frontera definida por un polígono, línea o punto. La posición de los datos es georreferenciada por medio de un sistema de coordenadas y se guarda para cada vértice o punto de forma tabulada (en una tabla).
Los polígonos son líneas con coordenadas exactas en sus vértices. Estos sistemas guardan las coordenadas de cada uno de los componentes. Los puntos, líneas y polígonos tienen atributos.
Se trata de un modelo mucho más parecido a la percepción humana que el ráster. Los atributos no espaciales son almacenados en una base de datos alfanumérica interrelacionada con la base de datos cartográficos, ofreciendo posibilidades muy distintas de las del modelo ráster.
Los modelos vectoriales y ráster se diferencian sobre todo en la forma en que almacenan sus datos alfanuméricos (atributos temáticos). En el modelo ráster, los datos alfanuméricos se almacenan directamente sobre las celdas de la malla que se ha utilizado para compartimentar el área de estudio, es decir todos los aspectos temáticos y espaciales se almacenan o registran conjuntamente.
Para el modelo vectorial se utilizan dos bases de datos, una para la información espacial y otra para la información alfanumérica (temática). Ambas se conectan mediante un sistema de gestión utilizando un identificador común. No obstante existen sistemas en los que coexisten campos alfanuméricos con los gráficos o espaciales.
5 Unybook: Egarciamarin En el modelo vectorial, el elemento fundamental es el punto, ya que a partir de puntos se construyen líneas y a partir de éstas se forman polígonos. Un punto queda definido mediante sus coordenadas (x,y), una línea por un par de coordenadas y el polígono con varias líneas que cierran en el mismo punto en el que se inician.
VECTORIAL RÁSTER ESTRUCTURA Y REPRESENTACIÓN DE TIPO VECTORIAL: los objetos espaciales se codifican de modo explícito con sus “fronteras”: ¿QUÉ PROBLEMAS TIENE ESTA ESTRUCTURA?:  Almacena por duplicado los límites entre dos polígonos adyacentes.
 Se almacena sin ninguna estructura espacial aparente:  No presenta relaciones espaciales.
 Es ineficiente para análisis espaciales.
¿VENTAJAS?: es muy eficiente para trazar o “plotear”.
TÉRMINOS Y CONCEPTOS ASOCIADOS:  Nodos: corresponden a elementos puntuales, extremos de líneas e intersección de arcos.
 Arcos: sucesión de puntos que describe la ubicación y forma de un elemento lineal (empiezan y terminan en nodos).
 Vértices: elementos intermedios de los arcos.
 Polígonos: zonas encerradas por uno o varios arcos.
6 Unybook: Egarciamarin Pregunta de examen ESTRUCTURAS TOPOLÓGICAS: permite responder a preguntas del tipo:  ¿Cuáles son las fincas que están contenidas en cada municipio?  ¿Cuáles son los centros comerciales que quedan a menos de 1 km de una vía principal? Para poder responder a estas cuestiones en el SIG se han de cumplir unos requisitos de limpieza “topológica” de la información gráfica:  Las líneas deben conectar con exactitud (evitar overshoots y undershoots).
 Los bordes de polígonos adyacentes deben coincidir.
 Deber haber nodos en las intersecciones.
LIMPIEZA TOPOLÓGICA: arreglarlo para formar un polígono  tener cuidado de que no se produzca un bucle (ejemplo en la imagen): 7 Unybook: Egarciamarin MANERAS DE REALIZAR UN POLÍGONO: Polígonos que no comparten lados: más sencillo, polígonos sueltos.
Polígonos incluido uno en otro: uno dentro de otro.
Polígonos que comparten lados: polígonos adyacentes  normalmente se hace el primero entero y luego se autocompleta.
COMPARACIÓN DE RESOLUCIÓN Y DE POLÍGONOS: Tres diferentes.
Resolución según entidades tamaño de píxel.
Cambio de resolución en tres tamaños de píxel: los píxeles se ajustan a las niveles de gradiente.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS MODELOS RÁSTER Y VECTORIAL: como conclusión sumarizamos las ventajas e inconvenientes de cada modelo.
MODELO VECTORIAL: VENTAJAS:  Calidad de la representación gráfica.
 Precisión en cálculos de distancias, superficies y volúmenes.
INCONVENIENTES:      Estructura de datos compleja Dificultad en la reconstrucción de simulaciones Gran coste del hardware y software Las actualizaciones son costosas.
Dificultad en alcanzar calidad del trazado de planos en papel.
8 Unybook: Egarciamarin MODELO RÁSTER: VENTAJAS:  Estructura de datos simple. Rápidos análisis mediante operaciones con matrices.
 Facilidad en la entrada de datos pertenecientes a sensores remotos y escáneres.
 Rapidez en los análisis de superposición de mapas.
 Bajo coste del hardware y software.
INCONVENIENTES:  Grandes volúmenes de almacenamiento de datos.
 Menor calidad en la representación gráfica.
 Dificultad en la representación de elementos lineales (carreteras, ríos, divisorias).
 Dificultad en la clasificación de la información.
 Escasa precisión en los cálculos.
DNG: archivos vectoriales a partir de los cuales se obtiene la serie impresa del Mapa Topográfico Nacional 1:25.000. La unidad de descarga es un archivo zip por cada hoja del MTN25, que contiene a su vez un archivo dng con toda la información del mapa (excepto cultivos) y un archivo dng con extensión renombrada a .cul con los recintos de los cultivos. Los sistemas geodésicos de referencia son ED50 o ETRS89 según fecha de la hoja (proyección UTM en el huso correspondiente).
El archivo lineal sería dwg.
Se diferencian de los shp porque ya salen directamente con una visualización típica de todos los mapas = no hay que componer nada, ya está todo hecho, por lo que no hay tabla de atributos, sino puntos.
Lo que sí hay es una tabla con los datos de georeferenciación de cada punto, incluyendo el Azimut.
Ráster con modelo digital CAT (dibujo – te indica la coordenada x e y al clicar en cada punto) 9 Unybook: Egarciamarin Mezcla de ráster y vectorial sobre un CAT LA TOPOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN ESPACIAL: la topología aborda el análisis espacial de los objetos centrándose exclusivamente en la estructura geométrica de éstos, en contraposición a la geometría que se centra en cuestiones como la forma y el tamaño.
La topología analiza el espacio sin dar importancia ni a distancias ni a coordenadas, se la da a propiedades como:  Conectividad (a través del concepto de nodo = conexión entre dos arcos = principio y final de una línea - los vértices son los codos).
 Contigüidad: no se repiten lados  dibujar un polígono y la parte que contacta con el polígono de al lado, se recorta y así se queda un lado = contigüidad = no se dibujan los dos.
PRINCIPALES ERRORES DE TOPOLOGÍA: la corrección la podrá realizar ArcGIS de manera automática siguiendo ciertas reglas definidas por el usuario (comandos Clean, Build, etc.).
Duplicación de líneas = se deben hacer contiguas.
Que se quede un nodo colgado.
Dos líneas no conectadas.
10 Unybook: Egarciamarin Superposición.
Unir líneas.
Mala digitalización = crear vértice.
FICHERO SHP - FUNCIONES DE ANÁLISIS VECTORIAL: ANÁLISIS: PROXIMIDAD: ÁREA DE INFLUENCIA (BUFFER): este geoproceso crea una nueva capa vectorial de polígonos, generados como zonas de influencia alrededor de las geometrías de los elementos vectoriales de una capa de entrada.
Las geometrías de la capa de entrada pueden ser tanto de puntos, como de líneas o polígonos. Se pueden generar varios anillos concéntricos equidistantes en torno a las geometrías de entrada.
Además, en el caso de geometrías de entrada poligonales el área de influencia puede ser exterior, interior o exterior e interior al polígono original.
ENLACE ESPACIAL (SPATIAL JOIN).
SOLAPE: RECORTAR (CLIP): de gran utilidad cuando queramos limitar nuestro ámbito de trabajo a una zona concreta de detalle, pero toda la cartografía disponible es de carácter general.
 INTERSECCIÓN: para cada geometría de la capa de entrada, calcula la intersección con las diferentes geometrías de la capa de solape, originando un 11 Unybook: Egarciamarin nuevo elemento por cada intersección. Este elemento tomara todos los atributos alfanuméricos de las geometrías que lo originaron.
 La interpolación areal también da el área en porcentaje.
DIFERENCIA: trabaja con dos capas: la capa de entrada y la capa de solape.
Es conocido como NOT Espacial, y permite obtener aquellas zonas de una capa que no están presentes en la otra capa.
Las geometrías, tanto de la “capa entrada” como de la “capa solape” pueden ser polígonos, líneas o de puntos. La capa resultante conservará intacto el esquema alfanumérico de la capa de entrada, pues al fin y al cabo nos viene a dar más información sobre ésta: aquellas zonas que son geométricamente disjuntas de la geometría de la capa de solape.
Excluye de nuestra capa de trabajo un determinado ámbito. Esto es útil para el traspaso de competencias territoriales entre diferentes administraciones, por ejemplo.
 UNIÓN: al igual que los geoprocesos “intersección” y “diferencia”, opera sobre dos capas cuya geometría puede ser lineal, puntual o poligonal, obteniendo sus uniones.
12 Unybook: Egarciamarin Se le conoce como “OR espacial” porque la capa de resultado está formada por las geometrías que aparecen en las dos capas, más las geometrías que aparecen solamente en una u otra de las dos capas puestas en relación. Esto se traduce en que el geoproceso realiza tres pasadas: la primera para calcular la intersección de ambas capas, la segunda para calcular las diferencias de la primera con la segunda, y la tercera para calcular las diferencias de la segunda capa con la primera.
GEOMETRÍA COMPUTACIONAL  CONVEX HULL (MÍNIMO POLÍGONO CONVEXO): opera únicamente con una capa de entrada, cuyo tipo de geometría podrá ser de cualquier tipo.
Las aplicaciones de este geoproceso pueden ser:  Determinar la zona de cobertura de un determinado fenómeno geográfico.
 Calculo del diámetro de la zona cubierta por una serie de geometrías.
AGREGACIÓN  alfanuméricos.
DISOLVER: agrupar por adyacencia y criterios  CONVERSIÓN DE DATOS: JUNTAR: una serie cartográfica, separada por hojas, la junta en una sola capa.
 13 Unybook: Egarciamarin REPROYECCIÓN: permite cambiar la proyección geodésica de los elementos vectoriales de la capa de entrada. Para tal fin, el usuario deberá especificar la nueva proyección a aplicar.
De gran utilidad para hacer concordar cartografías en un mismo proyecto de cartografías que se encuentran en proyecciones distintas.
TRASLACIÓN 2D.
SUPERPOSICIÓN: la integración de diferentes niveles de datos implica este proceso.
En su forma más simple, esto podría ser una operación visual, pero operaciones analíticas requieres uno o más niveles de datos para ser unidos físicamente. Esta superposición, o unión espacial, puede integrar datos sobre suelos, pendiente y vegetación, o posesión de tierras con análisis de impuestos.
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