la explotación de datos :la explotación de datos :el análisis espacial el análisis espacial en los sistemas de en los sistemas de

información geográficainformación geográficaIngeniero de MontesIngeniero de Montes

Profesor de Planificación FísicaProfesor de Planificación Física

Dpto de Enxeñería dos Recursos Naturais e M. AmbienteDpto de Enxeñería dos Recursos Naturais e M. Ambiente

Escola Universitaria de Enxeñería Técnica ForestalEscola Universitaria de Enxeñería Técnica Forestal

Universidade de VigoUniversidade de Vigo

Juan Picos MartínJuan Picos Martín

a infraestructura xeográfica na xestión forestal sostiblea infraestructura xeográfica na xestión forestal sostible

la explotación de datos :la explotación de datos :el el análisis espacialanálisis espacial en los sistemas de en los sistemas de

información geográficainformación geográfica

•DIBUJO ASISTIDO POR ORDENADOR

manipulación gráfica

•CARTOGRAFÍA AUTOMATIZADA

gráficos y bases de datos

•SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

gráficos y bases de datos y relaciones topológicas

¿qué es topología?

en el mapa del Metro de Madrid se representan las propiedades topológicas: conectividad, inclusión, adyacencia y orden

no es un mapa métrico: no se respetan las propiedades de distancias, ángulos o superficies

¿qué es un SIG?

Se conoce por un sistema de información geográfica a una aplicación informática consistente en un gestor de bases de datos (GBD) con herramientas especializadas en el manejo de información espacial

un SIG es una aplicación informática: conjunto de programas coherente y organizado que permite al ordenador realizar tareas específicas

un SIG puede gestionar información espacial: los datos tienen asociadas una referencia espacial en forma de coordenadas que permiten su localización sobre el terreno y que les permiten establecer relaciones topológicas entre si.

información manejada en un SIG

Los datos gestionados por un SIG pueden ser de dos tipos: espaciales

entidades geográficas asociadas a una localización concreta y representadas mediante objetos geométricos: puntos, líneas, polígonos …

campos, que representan la distribución de una variable continua sobre el terreno

no espaciales: tablas que recogen información sobre atributos de los objetos geográficos o no (tesauros, por ejemplo)

los SIG deben manejar ambos tipos de datos de forma integradaintegrada

Formatos de Datos

Los formatos de los datos espaciales gestionados por un SIG pueden ser de dos tipos:

Formato Vectorial Formato Raster

•Los datos Raster están basados en una retícula uniforme de celdas denominadas pixeles. Las celdas pueden ser identificadas individualemtne por su fila y columna. Cada celda es por definición una unidad homogénea atandiento a los atributos que se estén teniendo en cuenta.

•Los datos Vectoriales están basados en la codificación de líneas, puntos y/o polígonos

Modelo Digital de Elevaciones de la

Comarca de Valdeorras

Formato Raster: Ejemplo

Modelo Digital de Elevaciones de la

Comarca de Valdeorras

Formato Raster: Ejemplo

Cambio leyenda color

Modelo Digital de Elevaciones de la

Comarca de Valdeorras

Formato Raster: Ejemplo

Interpolacion Curvas de Nivel

Montes Vecinales de la Comarca de Valdeorras

Formato Vector: Ejemplo

Mapa vegetación Formato Raster

Mapa vegetación Formato Vectorial

formatos Raster

El sistema de coordenadas relativas

está implícitamente definido por la

localización del pixel desde el punto

de origen de la retícula.

XX

YY

La unidad B11

es adyacente a

la unidad B32

formatos Vector

2, B34

5, B32

4, B11

3, B13

1

4

6

5

3

2

1

8

2

7

3 6

5 9 4

El arco núm. 7 tiene a su izquierda el polígono 4 y a su derecha el polígono 5

¿Para que usar un GIS?

Identificar que es lo que se encuentra en una localización determinada.

La localización se puede describir de varios modos,p.ej.,topónimo, código postal, o por referencias geográficas como latitud y longitud.

Localización: ¿Que hay en...?Localización: ¿Que hay en...?

Es la inversa de la primera y requiere un análisis espacial.

En lugar de identificar lo que se encuentra en un punto lo que se pretende es buscar un lugar que reúna ciertas condiciones.

p ej un terreno sin especies protegidas, que tenga un área mayor de 2000 m2, que esté a menos de 100 m. de una carretera y en el que sus condiciones geotécnicas le permitan soportar edificios.

Condición: ¿Donde se encuentra?Condición: ¿Donde se encuentra?

Esta pregunta involucra a las dos anteriores y a su respuesta establece que diferencias ocurren en n áreea determinada a lo largo del tiempo.

P.ej. Como evolucionaron las masas forestales de una determinada zona.Como evolucionaron las áreas con riesgo de erosión

Tendencia: ¿Que cambio desde...?Tendencia: ¿Que cambio desde...?

Esta pregunta es muy compleja pero abordable.Se plantea,por ejemplo, cuales es el patrón de distribución espacial de un determinado fenómeno y por que se produce así, o conocer cuantas situaciones anormales se producen en la distribución espacial conocida de una determinada variable y poder localizar sus causa o los lugares donde esas condiciones de pueden repetir.

P.ej. Estudios de AutoecologíaEstudios de Enfermedades...

Distribución: Distribución: ¿Que patrones de distribución espacial existen?¿Que patrones de distribución espacial existen?

Se plantea al intentar conocer que pasa en un sistema cuando concurren determinadas condiciones.

Las respuestas requieren, además de la información geográfica, otras informaciones adicionales, como pueden ser determinadas leyes y modelos científicos.

Modelización: ¿Que sucede si...?Modelización: ¿Que sucede si...?

temperatura superficial del mar (ERS-1, ESA)

modelo digital del terreno estructura numérica de datos que

representa la distribución espacial de una variable cuantitativa

modelo : representación simplificada de la realidad

digital : codificado en cifras terreno : representa la

distribución espacial de variables geográficas

ANALISIS ESPACIAL EN SIG:

Análisis de Distancia y Proximidad

Operaciones de Superposición y Algebra de Mapas

Modelado de Redes

Geocodificación

Análisis Estadístico

Superficies y Vecindades

Permiten construir nuevas representaciones usando mediciones de distancias de una representación existente.

Relaciones de distancia - análisis de proximidad

Medición de la Distancia (1)

Mapa de Distancias en Raster

Asigna a cada celda la distancia a la fuente más cercana.

Para celdas en la misma línea o columna:

Multiplicamos nº de celdas por resolución (ancho de pixel)

Para celdas en distinta fila o columna:

Se calcula mediante Teorema de Pitágoras

2222cfcf nnrDDD

Mapa de Distancias en Vector

Cada punto (x1,y1) se le asigna la distancia al punto (x2,y2) como:

Además pueden calcularse distancias:• de punto a línea, • entre dos líneas paralelas, • entre punto y polígono• entre línea y polígono• entre polígonos

212

212 )()( yyxxD

Medición de la Distancia (2)

RADIO DE INFLUENCIA - “BUFFER” y “SETBACK”

Operaciones de Proximidad (1)

BUFFER

BUFFER SETBACK

Una vez calculado el buffer podremos entre otras cosas:

• interceptar buffer entre si• calcular area total dentro de los buffer• determinar concurrencia de un evento en los buffer

Notas:

• Es posible calcular buffer de distancia variable

• Ojo en raster con resolución

POLÍGONOS DE THIESSEN:

Operaciones de Proximidad (2)

• Tienen una amplia aplicación en estudios sobre las áreas de influencia de p.ej. Parques de bomberos•Además suponen un método de calcular los valores de un punto distinto a aquello en los que se tomó una determinada muestra. (generalmente en datos de tipo cualitativo, no por ejemplo para variables continuas donde una interpolación sería mas correcta).

Polígonos Thiessen en Raster

Se generan a partir de un conjunto de puntos (pixeles) previamente definidos. Cada celda es asignada a la fuente que le es más cercana (distancia euclidiana). Se generan tantas zonas como celdas fuente se hayan definido.

A este proceso se le llama Teselación Voronoi y se caracteriza porque los límites entre los polígonos son equidistantes respecto a los puntos vecinos.

Polígonos Thiessen en Vector

a Se genera una triangulación “Delaunay” a partir de un conjunto de puntos, donde la circunferencia circunscrita a cada triángulo no contiene ningún punto en su interior.

B los centro de las circunferencias circunscritas a los triángulos “Delaunay” constituyen los vértices de los polígonos de Thiessen. Los segmentos que unen esos vértices trazados perpendicular-mente a los lados de los triángulos, constituyen los lados de estos polígonos.

Distancias No Euclidianas

La distancia, aparte de la separación lineal que existe entre dos puntos (distancia Euclidiana), puede ser evaluada en términos del coste o esfuerzo que es necesario para ir de un punto a otro.

Este tipo de distancia considera la fricción o resistencia al desplazamiento por el espacio, ( impedancia=fricción*desplazamiento)

La función actúa en cada punto geográfico determinado, obteniendo un valor de coste de transporte (efecto de fricción) que es añadido a un total que se trae hasta ese punto.

Además pueden existir áreas que no pueden ser cruzadas por constituir un barrera total al movimiento.

Distancias No Euclidianas (1)

MAPA DE DISTANCIAS-COSTE:

Esta operaciones se encarga de encontrar el coste acumulado desde cada celda a una fuente.

El coste puede ser dinero, tiempo, esfuerzo o cualitativo (visibilidad)

La función calcula la distancia en unidades de coste no en unidades geográficas

Distancias No Euclidianas (2)

ANÁLISIS DE CAMINOS MÍNIMOS:

Una vez hayamos obtenido el mapa de distancias-costes, podremos determinar la ruta menos costosa desde un destino cualquiera a la fuente.

Se basa en las operaciones de superposición manual de planos. Es la función más características de los SIG.

La operación más común es la superposición de áreas poligonales que se emplea para combinar espacialmente información de distintos temas y realizar luego consultas sobre la distribución conjunta de ciertos atributos.

Operaciones de Superposición

OPERADORES ARITMÉTICOS

+ Adición- Sustracción* Multiplicación/ Divisiónsqrt Raíz CuadradaExp ExponencialLog Logaritmo naturalSin SenoCos Coseno...

OPERADORES LÓGICOS (Boole)

And A and B (Intersección de A y B)Or A or B (Unión de A y B)not A not B (pertenece a A y no a B)x or A x or B (pertenece a A pero no a B)...

OPERADORES CONDICIONALES= igualdad<> desigualdad< menor que> mayor que<= menor o igual que>= mayor o igual que

Operaciones de Superposición

SUPERPOSICIÓN EN RASTER:

Se lleva a cabo Celda a Celda

necesario igual resolución y recomendable igual amplitud

Operaciones de SuperposiciónSUPERPOSICIÓN EN VECTOR:

•No es tan fácil como en formato raster•El formato de representación no garantiza un conjunto de elementos comunes por lo que debe ser creado geométricamente mediante intersecciones y recombinaciones de las tablas de atributos

Puntolíneas Polígonos

Adicionar contenido totalAdicionar contenido parcialCortar entes de una capa con entes de otraExtraer parte de una capa con los entes de otraExtraer área común a dos capas“join” de atributos de una capa

ALGEBRA DE MAPAS

Se denomina así a la producción de capas de datos nuevas que son derivadas de datos ya existentes a través de la combinación y transformación

+ A * - f *

Ejemplo Algebra de Mapas

LOCALIZACIÓN: Sector del Río SENEGAL en Mauritania

Posee un clima Caluroso y Seco, acentuado por el polvoriento viento del desierto llamado harmattan.

En el Norte de Mauritania las precipitaciones son casi nulas pero en esta zona del Sur se registran lluvias que provocan inundaciones al desbordarse el río Senegal.

En las zonas de inundación se practica la llamada “agricultura de recesión”que consiste en sembrar una vez que las aguas han vuelto a su cauce original. La especie más cultivada es el sorgo.

Se ha propuesto un proyecto consistente en la construcción de un dique a lo largo de la orilla norte del Río Senegal en el sector septentrional de esta curva del río.

El propósito es permitir la inundación y mantener el agua el mayor tiempo posible, para incrementar el agua que retendrán el suelo y por tanto la productividad del sorgo.

Según los registros el nivel usual de la crecida del agua en la zona es de 9 m.

El suelo es muy importante para el desarrollo adecuado del sorgo. Debe tener una adecuada capacidad de retención de agua y suficiente fertilidad. En la zona solo lo cumplen los Arcillosos

HECTAREAS DISPONIBLES PARA ELCULTIVO DEL SORGO POR RECESIÓN TRAS CONSTRUCCIÓN DE DIQUE

Superficie Adecuada para el Sorgo tras construcción de dique

Sup. de Inundación Sup. de Suelo Adecuado

¿ H < 9 m ? ¿Suelo=Arcilla?

Modelo Digital del Terreno Plano de Suelos

Plano Topográfico Plano Geológico + Pendientes...

INUNDA = 1 SI H < 9

INUNDA = 0 SI H 9

IDOSUELO = 1 SI ARCILLAS

(Clays)

IDOSUELO = 0RESTO DE CASOS

SUPERFICIE IDÓNEA PARA EL SORGO

H < 9 mH < 9 m ArcillasArcillas

• Inunda = 1 si H < 9 mInunda = 1 si H < 9 m

• Idosuelo = 1 si ArcillasIdosuelo = 1 si Arcillas

IDOSORGO = Inunda * IdosueloIDOSORGO = Inunda * Idosuelo

• Idosorgo = 1 si H < 9 mIdosorgo = 1 si H < 9 m y si Arcillassi Arcillas

• Idosorgo = 0 en resto de casosIdosorgo = 0 en resto de casos

1 1 0 1 0 01 0 0 1 1 00 1 0 0 0 01 0 1 0 0 10 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0

1 1 0 1 0 01 0 0 1 1 00 1 0 0 0 01 0 1 0 0 10 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0

1 1 0 2 0 01 0 0 2 2 03 4 0 0 0 05 0 6 0 0 80 0 0 7 0 09 9 0 0 0 0

1 1 0 1 0 01 0 0 1 1 00 1 0 0 0 01 0 1 0 0 10 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0

1 1 0 2 0 01 0 0 2 2 00 1 0 0 0 01 0 1 0 0 30 0 0 1 0 04 4 0 0 0 0

USLE

•USLE es la abreviación de la ecuación universal de pérdidas del suelo: “Universal Soil Loss Equation”.

•Es el método más frecuentemente utilizado para la estimación de la erosión.

•La USLE es una ecuación empírica y es el resultado de más de 40 años de investigaciones y experiencias sobre los parámetros que en ella intervienen, que han contribuido a una mejor definición del modelo.

•Originalmente se desarrollo con el propósito de aplicarla a la agricultura pero con el paso de los años su uso se extendió hacia otros usos del suelo o cuencas.

A= R K L S C P

A Determina la pérdida de suelo (Tm/ha/año)

R Índice de erosión pluvial

K Factor de erosionabilidad del suelo

L Factor de longitud de pendiente

S Factor de pendiente

C Factor de cultivo

P Factor de prácticas de cultivo

Dirección de flujo Elevación

DEM

pendientes

Longitud de pendiente

SUELOS

LLUVIA

PRACTICAS DE SUELO

USOS DE SUELO

K

C

R

P

MAPA EROSION

LS

•Modelos Superficiales = atributos continuos

•Se definen relaciones con los vecinos

•El más común es el MDE (DEM)

•Los valores de la superficie pueden ser

escalar

escalar + dirección

Superficies

•Entre puntos aislados no pueden existir conceptos de superfices

•Es necesario primero acometer ciertas transformaciones

Superficies

•Interpolaciones, Triangulaciones, etc...

INMEDIATA: el nuevo valor de una celda está en función de los valores de las celdas contiguas a ellas a través de un lado o vértice común

EXTENDIDA: el nuevo valor de una celda depende de celdas que no tiene porque estar contiguas a ella

Vecindades

Aronoff 1989

Necesitamos:

Objetivo, área de influencia y función a aplicar

Cuadrada, rectangular, circular, dough nut, cuña

Dominancia Contribución InteracciónNominal Buffer, agregación Filtro de mayoría, diversidad Combinación explícitaOrdinales Vecino max/mín Proporciones Formas, drenajeContínuos Vecino max/mín Suma/promedio Detector de bordesContínuos con mediciones horizontales

Pendiente máxMejor plano que se ajusta a

celdas, SuavizaciónAutocorrelación

Relaciones de Vecindad

•INTERPOLACIÓN A PARTIR DE PUNTOS DISPERSOS

Superficies

TRIANGULACIÓN DISTANCIA INVERSA PONDERADA SPLINE KRIGING TREND

•INTERPOLACIÓN DE ISOLÍNEAS

•INTERPOLACIÓN A PARTIR DE ISOLÍNEAS

•INTERPOLACIÓN A PARTIR DE PIXELES

•TRIANGULATED IRREGULAR NETWORK (TIN)

Superficies

A B CD E FG H I

A B CD E FG H I

Ejemplo Pendientes y Orientaciones

2- 6

6

generación algoritmos basados en el trazado de perfiles y análisis de ocultamiento

aplicaciones básicas estimación del impacto visual cobertura radiométrica ubicación de torres de vigilancia

Ejemplo Cuencas Visuales

1

2

3

45

6

7

Se caracteriza le territorio en redes de líneas y nodos. Sobre estas redes dese definen rutas.Se utilizan para

•establecer recorridos ´óptimos para entrega de mercancías

•cambios en el tráfico

•variaciones de tensión eléctrica

•etc

Funciones y modelos de red

Es el uso de los valores de los atributos para calcular la localización geográfica de un objeto de interés.

Address-matching (ubicación por calle y distrito)

Localización de parcelas catastrales

etc...

Geocodificación

Estadísticas locales

Estadísticas Zonales

etc...

Análisis estadístico