1era Parte Sistemas de Informacion Geografica Aplicado a La Gestion Territorial

Sistemas de Informacin Geogrfica aplicados a la

gestin del territorio

Entrada, manejo, anlisis y salida de datos espaciales Teora general y prctica para ESRI ArcGIS 9

Juan Pea Llopis

Sistemas de informacin geogrfica aplicados a la gestin del territorio

Juan Pea Llopis

ISBN: 9788484549987

e-book v.1.0

ISBN edicin en Papel: 9788484549192

Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33C/. Cottolengo, 25 San Vicente (Alicante)www.ecu.fm

Maqueta y diseo: Gamma. Telf.: 965 67 19 87C/. Cottolengo, 25 San Vicente (Alicante)[email protected]

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningn procedimiento electrnico o mecnico, incluyendo fotocopia, grabacin magntica o cualquier almacenamiento de informacin o siste ma de reproduccin, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

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ndice

PARTE TERICA 1. Introduccin a los S.I.G. .......................................................................................... 1

1.1. Introduccin histrica a los S.I.G. ................................................................................ 1 1.2. Definicin de los S.I.G.................................................................................................. 3 1.3. Aplicaciones de los S.I.G.............................................................................................. 4 1.4. Componentes de un S.I.G. ............................................................................................ 6

2. Datos geogrficos en el ordenador. ....................................................................... 13 2.1. Tipos de organizacin de los datos geogrficos en el ordenador................................ 13 2.2. Estructura vectorial: puntos, lneas y polgonos. ........................................................ 14 2.3. Estructura rster: malla de celdas o pxeles. ............................................................... 15 2.4. Ventajas e inconvenientes de la estructura vectorial y rster...................................... 16

3. Entrada de datos espaciales. .................................................................................. 17 3.1. Fuentes de datos geogrficos. ..................................................................................... 17 3.2. Pasos para crear datos digitales mediante entrada manual.......................................... 18

4. Almacenamiento de datos espaciales. ................................................................... 23 4.1. Tipos de almacenamiento de los datos........................................................................ 23 4.2. Formatos de almacenamiento de la estructura vectorial y rster. ............................... 24 4.3. Tipos de almacenamiento en software de S.I.G.......................................................... 26

5. Manejo de datos espaciales. ................................................................................... 29 5.1. Operaciones con las entidades geogrficas discretas (vectorial). ............................... 29 5.2. Operaciones con las entidades geogrficas continuas (rster). ................................... 35 5.3. Creacin de superficies continuas a partir de datos puntuales. ................................... 39 5.4. Georreferenciacin de datos geogrficos. ................................................................... 57

6. Presentacin de datos espaciales. .......................................................................... 63 6.1. Tipos de salidas grficas de los S.I.G. ........................................................................ 63 6.2. Tipos de soportes grficos de los S.I.G....................................................................... 65

7. Errores y control de calidad. ................................................................................. 67 7.1. Tipos de errores en un S.I.G. ...................................................................................... 67 7.2. Procedencia de los errores en los datos espaciales. .................................................... 70 7.3. Factores que afectan a la veracidad de los datos espaciales........................................ 71 7.4. Tamao idneo de pxel al rasterizar un mapa vectorial lineal................................... 73 7.5. Errores resultantes de rasterizar un mapa vectorial poligonal. ................................... 74

8. Metodologas en el desarrollo de S.I.G. ................................................................ 77 8.1. Optimizacin de recursos y tiempo en la utilizacin de un S.I.G. .............................. 77 8.2. Diseo grfico y objetivos de los mapas de un S.I.G. ................................................ 86 8.3. Construccin de una base de datos de un S.I.G. ......................................................... 88 8.4. Manejo adecuado de los programas para la creacin de un S.I.G............................... 91

PARTE PRCTICA 9. Introduccin al ESRI ArcGIS 9 ............................................................................ 99

9.1. Estructura de ESRI ArcGIS 9. .................................................................................. 100 9.2. ArcCatalog. ............................................................................................................... 103 9.3. ArcMap. .................................................................................................................... 104 9.4. ArcToolbox. .............................................................................................................. 105 9.5. Extensiones del ArcGIS. ........................................................................................... 106

10. Organizacin de datos (ArcCatalog). ................................................................. 107 10.1. Catlogo digital......................................................................................................... 108 10.2. Metadatos.................................................................................................................. 111 10.3. Creacin de datos espaciales nuevos. ....................................................................... 112 10.4. Conectar las carpetas................................................................................................. 113

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10.5. Operaciones con ArcCatalog. ................................................................................... 114 10.6. Formato de los datos espaciales (tipos de archivos). ................................................ 117

11. Herramientas bsicas (ArcMap). ........................................................................ 127 11.1. La interfaz del ArcMap y el manejo de capas........................................................... 127 11.2. Navegacin. .............................................................................................................. 135 11.3. Herramientas y propiedades de visualizacin de los atributos.................................. 137 11.4. Representacin grfica (simbolizacin de entidades). .............................................. 143 11.5. Etiquetado de entidades. ........................................................................................... 150

12. Entrada y manejo de datos (ArcMap). ............................................................... 153 12.1. Georreferenciacin de imgenes y fotografas.......................................................... 153 12.2. Digitalizacin y edicin de datos espaciales............................................................. 156 12.3. Edicin de atributos. ................................................................................................. 168 12.4. Datos creados en un sistema C.A.D.......................................................................... 169 12.5. Consulta espacial (selecciones)................................................................................. 170

13. Integracin a las bases de datos (ArcMap). ....................................................... 177 13.1. Formatos de tabla del ArcGIS................................................................................... 178 13.2. Visualizacin, manejo y consulta de tablas. ............................................................. 179 13.3. Creacin de una tabla de datos.................................................................................. 182 13.4. Aadir y borrar campos, registros y atributos........................................................... 183 13.5. Conexin con bases de datos. ................................................................................... 185 13.6. Representacin de coordenadas X,Y de una tabla. ................................................... 185 13.7. Relaciones entre tablas (cardinalidad). ..................................................................... 186

14. Anlisis de datos espaciales (ArcMap). .............................................................. 191 14.1. Anlisis de proximidad. ............................................................................................ 192 14.2. Anlisis de recubrimiento. ........................................................................................ 196 14.3. Clculo de reas, permetros y coordenadas X,Y,Z. ................................................. 201 14.4. Creacin de un Modelo Digital de Terreno con un TIN ........................................... 204 14.5. Anlisis geoestadstico.............................................................................................. 208

15. Procesamiento de datos (ArcToolbox)................................................................ 213 15.1. Geoprocesamiento en ArcGIS. ................................................................................. 213 15.2. Ejecucin de las herramientas del ArcToolbox. ....................................................... 215 15.3. Herramientas del ArcToolbox................................................................................... 219

16. Presentacin de datos (ArcMap). ........................................................................ 229 16.1. Vistas de datos y de diseo. ...................................................................................... 229 16.2. Propiedades del diseo de salida............................................................................... 230 16.3. tems de los mapas. ................................................................................................... 232 16.4. Plantillas.................................................................................................................... 234 16.5. Exportar a archivo imagen. ....................................................................................... 235 16.6. Elaboracin de grficos............................................................................................. 236 16.7. Confeccin de informes. ........................................................................................... 237

EJERCICIOS 17. Ejercicios prcticos en ArcGIS 9. ....................................................................... 239

17.1. Ejercicio 1: Organizacin de datos (ArcCatalog). ..................................................... 240 17.2. Ejercicio 2: Herramientas bsicas (ArcMap). ........................................................... 246 17.3. Ejercicio 3: Entrada y manejo de datos (ArcMap).................................................... 254 17.4. Ejercicio 4: Integracin a las bases de datos (ArcMap)............................................ 264 17.5. Ejercicio 5: Anlisis de datos espaciales (ArcMap).................................................. 270 17.6. Ejercicio 6: Procesamiento de datos (ArcToolbox). ................................................. 278 17.7. Ejercicio 7: Presentacin de datos (ArcMap). .......................................................... 287

Glosario de trminos 293 Referencias bibliogrficas 310

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Sistemas de Informacin Geogrfica aplicados a la gestin del territorio

PARTE TERICA

1. Introduccin a los S.I.G. Los Sistemas de Informacin Geogrfica (S.I.G.) son una tecnologa reciente fundamentada en el uso de datos espaciales y que se aplica cada vez ms a un mayor nmero de disciplinas. En el presente punto se trata de mostrar la visin histrica, diversas definiciones, aplicaciones y los componentes tpicos de los S.I.G. 1.1. Introduccin histrica a los S.I.G. Desde las ms tempranas civilizaciones hasta la actualidad los datos espaciales han sido recopilados por los navegantes, gegrafos y agrimensores para ser almacenados en un cdigo o forma pictrica por los cartgrafos. En tiempo de los romanos, los agrimensores eran una parte importante del gobierno y los resultados de su labor an son patentes de forma vestigial en los ecosistemas europeos en la actualidad. La Cada del Imperio Romano propici el derrumbamiento de la agrimensura y la creacin de mapas, que ms tarde revivi con los descubrimientos geogrficos que se produjeron en el Renacimiento. En el siglo XVII, cartgrafos especializados como Mercator demostraron que no slo el uso de un sistema de proyeccin matemtico y un ajustado sistema de coordenadas mejoraba la fiabilidad de las medidas y la localizacin de las reas de tierra, sino que el registro de fenmenos espaciales a travs de un modelo convenido de distribucin de fenmenos naturales y asentamientos humanos era de un valor incalculable para la navegacin, para la bsqueda de rutas y en la estrategia militar. En el siglo XVIII, los pases europeos haban llegado a un estado de organizacin en el que la mayora de gobiernos se haba dado cuenta del valor del cartografiado sistemtico de sus tierras. La Geographical Information Society fue creada a partir del establecimiento de los organismos de gobierno nacional cuyo mandato fue la produccin de mapas catastrales y topogrficos de todos los pases. Estos institutos han continuado hasta hoy en la representacin de la distribucin espacial de las caractersticas de la superficie de la Tierra, o topografa, en forma de mapa. Durante los ltimos 200 aos la mayora de estilos individuales de mapas haban sido desarrollados, pero ha habido muchas tradiciones en los estndares de la cartografa que no se han roto y que han continuado hasta el presente. Como el estudio cientfico

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terrestre avanzaba, se empezaron a necesitar distintos tipos de atributos para ser mapeados. El estudio de la Tierra y sus recursos naturales (geofsicos, geodsicos, geolgicos, geomorfolgicos, edafolgicos, ecolgicos y territoriales) que empez en el siglo XIX ha continuado hasta hoy. En el siglo XX la demanda de mapas topogrficos y de recursos naturales ha acelerado el desarrollo de tcnicas de estereofotogrametra e imagen satlite, para la elaboracin de mapas de grandes reas con gran precisin. Antes de la aplicacin de los ordenadores al cartografiado, todos los mapas tenan en comn que las bases de datos espaciales estaban dibujadas en soporte de papel o film. Toda la informacin se encontraba codificada en lneas, puntos o reas, y las entidades bsicas se presentaban mediante smbolos, colores o cdigos de texto, todos ellos explicados en una leyenda adjunta. Al haber gran cantidad de caractersticas espaciales que pueden ser representadas en un mismo mapa aparecen los primeros mapas temticos creados con un propsito especfico, debido a que stos contienen la informacin sobre un propsito o tema nico, por ejemplo: mapa geolgico, mapa topogrfico, etc. Puesto que las primeras bases de datos estaban en un soporte de papel y compuestas por su correspondiente memoria, esto supona un grave inconveniente o limitacin. Esto se ha conseguido paliar por el uso del ordenador en la cartografa; ya que superponer ms de 3 mapas temticos en plantillas transparentes no es manejable ni preciso, por tanto los anlisis espaciales quedan muy restringidos. Durante las dcadas de 1960 y 1970 se empezaron a utilizar los ordenadores para las tareas de realizacin de mapas. El objetivo inicial era conocer datos de los recursos naturales del suelo y del paisaje, los cuales podan ser utilizados para la gestin de recursos, evaluacin y planificacin. Los Sistemas de Informacin Geogrfica (S.I.G.) se han desarrollado paralelos a las tcnicas aplicadas al cartografiado y anlisis espacial. Estos sistemas han estado demandados por distintas reas del conocimiento que tienen muchas coincidencias en sus bases. As, se pueden citar como ncleo de interrelacin a la topografa, cartografa temtica, geografa, ingeniera civil, planificacin rural y urbana, edafologa, inventariado, fotogrametra, etc. Las ltimas incorporaciones han sido la utilizacin de las redes informticas, los sensores remotos y el anlisis de la imagen satlite. Las ventajas del uso del ordenador a las aplicaciones S.I.G. son innumerables, permiten: una realizacin rpida y de bajo coste, generacin de mapas para necesidades especficas, facilitan la realizacin de anlisis por conjuncin de paquetes estadsticos y S.I.G., minimizacin del uso de mapas impresos como almacn de informacin, creacin de mapas en 3D de difcil ejecucin manual, fcil actualizacin y revisin al estar en una base de datos digitales modificable.

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En la actualidad, la fotografa area y especialmente la imagen satlite hacen posible la interpretacin dinmica de los paisajes y sus cambios a lo largo del tiempo. Acontecimientos como el avance de la erosin, la distribucin de los incendios forestales, la expansin de las ciudades,... pueden ser seguidos e interpretados espacialmente gracias a la incorporacin de esta informacin en bases de datos digitales por ordenador. Por este motivo, los datos digitales se encuentran codificados como elementos grficos de un S.I.G. que permiten un rpido anlisis. 1.2. Definicin de los S.I.G. Los S.I.G. son una nueva tecnologa que permite gestionar y analizar la informacin espacial, y que surgi como resultado de la necesidad de disponer rpidamente de informacin para resolver problemas y contestar a preguntas de modo inmediato. Es realmente complejo explicar el concepto de S.I.G. y no hay un consenso a la hora de definir un S.I.G., debido a que integra dentro de un mismo concepto tanto los componentes como las funciones. Asimismo, existen otras muchas definiciones de S.I.G., algunas de ellas acentan su componente de base de datos, otras sus funcionalidades y otras enfatizan el hecho de ser una herramienta de apoyo en la toma de decisiones; pero todas coinciden en que se trata de un sistema integrado para trabajar con informacin espacial, herramienta esencial para el anlisis y toma de decisiones en muchas reas del conocimiento. Como Sistema de Informacin se entiende la unin de la informacin y herramientas informticas (programas o software) para su anlisis con unos objetivos concretos. Por otra parte, al incluir el trmino Geogrfica se asume que la informacin es espacialmente explcita, es decir, incluye la posicin en el espacio.

La base de un S.I.G. es, por tanto, una serie de capas de informacin espacial en formato digital que representan diversas variables (formato rster), o bien capas que representan objetos (formato vectorial) a los que corresponden varias entradas en una base de datos enlazada. Esta estructura permite combinar en un mismo sistema, informacin con orgenes y formatos muy diversos, incrementando la complejidad del sistema (ver Figura 1-1).

Figura 1-1. Ejemplo de S.I.G.

Clientes

Edificios

Calles

Realidad

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La primera referencia al trmino S.I.G. aparece por Tomlinson en 1967, referida a una aplicacin informtica cuyo objetivo es desarrollar un conjunto de tareas con informacin geogrfica digitalizada. Se trataba del Sistema de Informacin Geogrfica de Canada (C.G.I.S.). En 1987, Berry defini un Sistema de Informacin Geogrfica como un sistema informtico diseado para el manejo, anlisis y cartografa de informacin espacial. Tambin, en 1987, el Department of Environment de USA lo expres como un sistema para capturar, almacenar, chequear, manipular, analizar y representar datos que estn espacialmente referenciados en la Tierra. En 1988 Burrough y McDonnell, amplan el concepto a un sistem a (normalmente asistido por ordenador, cuando se utiliza este trmino) de herramientas para reunir, introducir, almacenar, recuperar, transformar y cartografiar datos espaciales sobre el mundo real con el fin de satis facer mltip les propsitos . La base de datos est compuesta, generalmente, por un gran nmero de representaciones espaciales de tipo mapa denominadas "coberturas" o "capas". En 1990, el National Center for Geographic Information and Analysis (NCGIA) de USA los define como sistema de hardware, software y procedimientos elaborados para facilitar la obtencin, gestin, manipulacin, anlisis, modelado, representacin y salida de datos espacialmente referenciados , para resolver problemas complejos de planificacin y gestin. Tal como se observa, estas definiciones no slo son sucesivas en el tiempo, sino que adems cada una supone un mayor nivel de complejidad respecto a la anterior. La primera hace referencia nicamente a las bases de datos espaciales; la segunda y la tercera a las herramientas (software) de tratamiento de estos datos (el tpico paquete de mdulos de S.I.G.); finalmente, la cuarta y quinta incluyen el hardware utilizado y los procedimientos complementarios que puedan ser necesarios. Mediante los S.I.G. se pueden realizar operaciones entre las capas, y as obtener resultados en formato imagen o en tablas. Todos estos resultados pueden utilizarse para la elaboracin de anlisis y modelos. Por lo tanto, no hay que considerar a los S.I.G. como una herramienta slo de captura, almacenamiento, manejo y presentacin de mapas.

1.3. Aplicaciones de los S.I.G. Un Sistema de Informacin Geogrfica es una herramienta que permite la integracin de bases de datos espaciales y la implementacin de diversas tcnicas de anlisis de datos. Por tanto, cualquier actividad relacionada con el espacio, puede beneficiarse del trabajo con S.I.G. Entre las aplicaciones ms usuales destacan:

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Cientficas: ciencias medioambientales y relacionadas con el espacio, desarrollo de modelos empricos, modelizacin cartogrfica, modelos dinmicos y teledeteccin.

Gestin: cartografa automtica, informacin pblica, catastro, planificacin fsica, ordenacin territorial, planificacin urbana, estudios de impacto ambiental, evaluacin de recursos y seguimiento de actuaciones.

Empresarial: marketing, estrategias de distribucin, planificacin de transportes y localizacin ptima.

Aunque, todas estas disciplinas utilicen los S.I.G. para resolver cuestiones distintas, todas realizan y ejecutan tareas comunes, siendo estas: Organizacin de datos: almacenar datos con el fin de sustituir una mapoteca analgica (mapas fsicos en papel) por una mapoteca digital (mapas en el ordenador) posee ventajas obvias, entre las cuales pueden ser citadas una reduccin en el espacio fsico; el fin del deterioro de los productos en papel; la rpida recuperacin de los datos; la posibilidad de producir copias sin perdida de calidad; y otras ms. Visualizacin de datos: la posibilidad de seleccionar los niveles de informacin deseados; de acuerdo con el contexto, permite acoplar los mapas temticos elegidos superndose cualquier producto en papel. La capacidad de anlisis del ojo humano, a pesar de estar subestimada, es esencial en un estudio que implica informacin espacial. Produccin de mapas: en general los S.I.G. poseen herramientas completas para la produccin de mapas, siendo bastante simples la inclusin de rejillas de coordenadas, escala grfica y numrica, leyenda, flecha norte y textos diversos, siendo mucho ms indicados para la cartografa que los simples sistemas C.A.D. (Computer-Aided Design). Consulta espacial: posiblemente la funcin ms importante de los S.I.G es la posibilidad de preguntar cules son las propiedades de un determinado objeto, o en qu lugares tienen tales propiedades. La interaccin entre el usuario y los datos se convierte en dinmica y extremadamente poderosa. Anlisis espacial: consiste en el uso de un conjunto de tcnicas de combinacin entre los niveles de informacin (capas), con el fin de evidenciar patrones o establecer relaciones dentro de los datos que quedaban anteriormente ocultos al analista. Es una manera de inferir significado a partir del cruce de los datos. Previsin: uno de los propsitos de los S.I.G. es el de verificacin de escenarios, modificando los parmetros para evaluar cmo los eventos, naturales o no, ocurriran si las condiciones fuesen diferentes, obteniendo un conocimiento ms general de los objetos o el rea en estudio.

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Creacin de modelos: la capacidad de almacenamiento, recuperacin y anlisis de datos espaciales convierte a los S.I.G. en plataformas ideales para el desarrollo y aplicacin de modelos distribuidos espacialmente, y para la validacin de escenarios hipotticos.

1.4. Componentes de un S.I.G. Los componentes necesarios para llevar a cabo las tareas de un S.I.G. son los siguientes (ver Figura 1-2):

Usuarios: Las tecnologas S.I.G. son de valor limitado sin los especialistas en manejar el sistema y desarrollar planes de implementacin del mismo. Sin el personal experto en su desarrollo, la informacin se desfasa y se maneja errneamente, y el hardware y el software no se manipula con todo su potencial. Software: Los programas S.I.G. proporcionan las herramientas y funcionalidades necesarias para almacenar, analizar y mostrar informacin geogrfica. Los componentes principales del software S.I.G. son:

Sistema de manejo de base de datos. Una interfase grfica de usuarios (IGU) para el fcil acceso a las herramientas. Herramientas para captura y manejo de informacin geogrfica. Herramientas para soporte de consultas, anlisis y visualizacin de datos

geogrficos.

Actualmente la mayora de los proveedores de software S.I.G. distribuyen productos fciles de usar y pueden reconocer informacin geogrfica estructurada en muchos formatos distintos.

Hardware: Los S.I.G. funcionan en un amplio rango de tipos de ordenadores desde equipos centralizados hasta configuraciones individuales o de red. Esta organizacin requiere de hardware especfico para cumplir con las necesidades de cada aplicacin.

Datos: El componente ms importante para un S.I.G. es la informacin. Se requieren buenos datos de soporte para que el S.I.G. pueda resolver los problemas y contestar a las preguntas de la forma ms acertada posible. La consecucin de buenos datos generalmente absorbe entre un 60 y 80 % del presupuesto de implementacin del S.I.G., y la recoleccin de los datos es un proceso largo que frecuentemente demora el desarrollo de productos que son de utilidad. Los datos geogrficos y alfanumricos pueden obtenerse por recursos propios u obtenerse a travs de proveedores de datos. Mantener, organizar y manejar los datos debe ser poltica de la organizacin.

Mtodos: Para que un S.I.G. tenga una implementacin exitosa debe basarse en un buen diseo y en unas reglas de actividad definidas, que son los modelos y las prcticas operativas exclusivas en cada organizacin.

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Figura 1-2. Componentes de los S.I.G. De estos componentes, el hardware (ordenador), el software (programas del ordenador) y un contexto apropiado de organizacin, que incluye personal capacitado, son fundamentales. Los usuarios pueden superar con frecuencia los obstculos de los otros componentes del S.I.G., pero no a la inversa. El mejor software y hardware del mundo no pueden compensar la incompetencia de quien los maneja. Hardware: Los componentes del ordenador de un S.I.G. se presentan en la Figura 1-3. El ordenador est compuesto por un disco duro para almacenar datos y programas, pero se puede proporcionar capacidad extra va red o en cassettes digitales, CD-ROMs y otros dispositivos. El usuario controla el ordenador y los perifricos (plter, impresora, tableta digitalizadora, etc.) mediante la pantalla del ordenador, el teclado y el ratn. La comunicacin entre distintos ordenadores se hace posible a travs de redes locales, globales o va Internet.

Usuarios: ste es el componente ms importante de un S.I.G. El personal debe desarrollar los procedimientos y definir las tareas del S.I.G.

Datos: La disponibilidad y precisin de los datos pueden afectar a los resultados de cualquier anlisis.

Procedimientos: El anlisis requiere mtodos bien definidos y consistentes para producir resultados correctos y reproducibles.

Hardware: Las posibilidades delequipo informtico afectan a lavelocidad de procesamiento, facilidadde uso y el tipo de salida disponible.

Software: ste incluye no slo losprogramas de S.I.G., sino tambinlos programas informticos debases de datos, estadsticos, deprocesamiento de imgenes ycualquier otro software.

S.I.G.

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Para introducir informacin de mapas (input) se dispone de una tableta digitalizadora o un escner, que se utiliza para convertir los mapas y documentos a formato digital, por lo tanto, stos pueden ser utilizados por los programas de ordenador. Para mostrar los resultados de los mapas (output) se dispone de un plter o una impresora u otro tipo de dispositivo de representacin, que se utiliza para presentar los resultados del procesamiento de los datos.

Figura 1-3. Componentes de hardware ms importantes para un S.I.G. Software: Los programas de ordenador de un S.I.G. se suelen dividir en 5 partes funcionales (Figura 1-4): 1) Introduccin de datos y verificacin (input). 2) Almacenamiento de datos y manejo de bases de datos. 3) Transformacin de los datos. 4) Interaccin con el usuario. 5) Salida de los datos y presentacin (output).

Ordenador

Tableta digitalizadora Plter

Impresora Escner

Internet o intranet

Soportes pticos/magnticos de almacenamiento

Input Output

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Figura 1-4. Los componentes principales del software para un S.I.G. 1) Introduccin de datos y verificacin (input).

La introduccin de los datos (Figura 1-5) incluye todos los aspectos para capturar datos espaciales desde diversas fuentes: mapas existentes, observaciones de campo y sensores (fotografas areas, satlites e instrumentos de grabacin) y poder convertirlos en un formato estndar digital.

Figura 1-5. Recogida e introduccin de datos.

Introduccin de datos (input)

Transformacin

Base de datos Geogrfica

Salida de datos y presentacin

(output)

Interfaz con el usuario

Introduccin de los datos (INPUT)

Escner Tableta digitalizadora

Pantalla por teclado y/o ratn

Informacin en soporte ptico/magntico

Mapas en papel

Fotografas areas

Sensores remotos

Observaciones de campo

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La mayora de las herramientas utilizadas por el S.I.G. estn disponibles. La ms bsica es la introduccin de datos a travs de la pantalla con la ayuda del teclado y/o del ratn, el resto son el escner (para convertir directamente los mapas y las imgenes fotogramtricas de vuelos areos o de satlites), la tableta digitalizadora, y otros dispositivos necesarios para la lectura y/o escritura de los datos como las unidades de CD-ROM, ZIP y disquete.

2) Almacenamiento de datos y manejo de bases de datos. El almacenamiento de datos y el manejo de las bases de datos (Figura 1-6) concierne a los datos sobre su localizacin, relaciones (topologa) y atributos de los elementos geogrficos (puntos, lneas, reas, y entidades ms complejas que representan los objetos de la superficie terrestre) estn estructurados y organizados. De esta forma, stos deben ser manipulados por un ordenador tal y como son percibidos por los usuarios del sistema. El programa de ordenador que se utiliza para organizar la base de datos se conoce como Sistema de Manejo de Bases de Datos.

Figura 1-6. Los componentes de la base de datos geogrfica.

3) Transformacin de los datos. La transformacin de los datos (Figura 1-7) abarca 2 clases de operaciones: Transformaciones necesarias para eliminar errores de los datos o para actualizarlos o

para emparejarlos en otros conjuntos de datos. La gran serie de mtodos de anlisis que pueden ser aplicados a los datos para lograr

respuestas a las preguntas formuladas en el S.I.G.

Localizacin

Topologa Atributos

BASE DE DATOS GEOGRFICA

Sistema de Manejo de Bases de datos

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Figura 1-7. Transformacin de los datos. Las transformaciones pueden operar con los datos espaciales (topologa) y los aspectos no espaciales de los datos, por separado o en combinacin. La mayora de estas transformaciones, como las asociadas a los cambios de escala, ajuste de los datos a las nuevas proyecciones, recuperacin de datos lgicos y clculo de las reas o permetros,... son de una naturaleza tan general que podemos esperar encontrarlos en cualquier tipo de S.I.G. de una forma u otra. Otros tipos de manipulacin pueden ser aplicaciones extremadamente especficas, y su incorporacin en un S.I.G. particular slo puede ser satisfecha en los usuarios particulares que tengan dicho sistema.

4) Interaccin con el usuario. La interaccin entre el usuario y los S.I.G. es imprescindible para la introduccin de los datos y la creacin de los modelos para analizar los mismos. ste es un aspecto que haba sido descuidado hasta la actualidad (Hearnshaw & Unwin, 1994). La introduccin del ordenador personal, el ratn u otros dispositivos de punteros, y las multi-ventanas del software han facilitado en gran manera las tareas S.I.G. de ordenador.

5) Salida de los datos y presentacin (output). Las salidas de los datos y la presentacin (Figura 1-8) corresponden al formato en que los datos estn representados y cmo los resultados de los anlisis informan a los usuarios. Los datos suelen estar presentados como mapas, tablas o figuras (grficas y tablas) en una variedad de tipos que se extienden desde la imagen efmera en la pantalla del ordenador, pasando por las copias conseguidas en la impresora o plter a la informacin almacenada en soporte magntico en formato digital.

TRANSFORMACIN

Mantenimiento y actualizacin

Utilizacin y anlisis

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Figura 1-8. Salida y presentacin de los datos.

Salida de los datos y presentacin (OUTPUT)

Mapas Tablas Grficos Video

Monitor del ordenador

Impresora Plotter Informacin en soporte ptico/magntico

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2. Datos geogrficos en el ordenador. Para sacar partido de las posibilidades que proporcionan las herramientas espaciales de modelizacin computerizadas, es esencial entender cmo funcionan los modelos utilizados para representar los datos geogrficos y codificarlos en estos dispositivos. Este captulo describe las maneras en las cuales los datos espaciales pueden ser eficientemente codificados en un sistema informtico que permita realizar operaciones en un S.I.G. Tambin se explican los tipos de organizacin principal de los datos geogrficos, como son los formatos vectorial y rster, comentando sus ventajas e inconvenientes.

2.1. Tipos de organizacin de los datos geogrficos en el ordenador. Uno de los problemas fundamentales en el desarrollo de un proyecto de S.I.G. es adaptar una realidad compleja y continua, para representarla de forma simplificada y en elementos discretos. Es inevitable que para una correcta codificacin de los datos espaciales en un ordenador se tenga que utilizar el propio cdigo informtico, cuyas instrucciones estn basadas en series de interruptores, que estn en 1 de 2 estados (on u off, verdadero o falso, si o no,...). Estos estados estn codificados por los nmeros 1 y 0 respectivamente y el sistema binario de base 2 es la base fundamental del cdigo de computacin. Por tanto, los datos geogrficos necesitan ser convertidos en registros discretos en el ordenador utilizando estos interruptores para representar la localizacin, presencia o ausencia, tipo, etc. de la informacin espacial. El desarrollo de una base de datos espacial conlleva una simplificacin de la realidad para adaptarla a un modelo de datos. Tal como se muestra en la Figura 2-1, existen dos formatos de datos: vectorial y rster.

Figura 2-1. Formatos digitales de representar los datos geogrficos.

Realidad Formato vectorial Formato rster

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En el modelo vectorial se considera que la realidad est dividida en una serie de objetos discretos (puntos, lneas, polgonos) a los que se puede asignar diversas propiedades, cualitativas o cuantitativas. Estos objetos se codifican por su posicin en el espacio (puntos y lneas) o por la posicin de sus lmites (polgonos). Los cambios de escala van a suponer en muchos casos que los objetos cambien de un tipo a otro.

En el modelo rster por el contrario se considera la realidad como un continuo basado en la variacin continua y en el que las fronteras son la excepcin. La representacin se realiza dividiendo ese continuo en una serie de celdillas o pxeles, y asignndole a cada una un valor para cada una de las variables consideradas. Los cambios de escala van a reflejarse en el tamao de estas celdillas.

La representacin de la realidad que se haga en la base de datos espacial es una de las cuestiones fundamentales, ya que condiciona enormemente la estructura de la misma y los modos de trabajo posteriores. Las ventajas e inconvenientes de uno u otro dependen en gran medida de la aplicacin o anlisis que se quiera llevar a cabo y de los resultados que se quieran obtener. Hoy en da, sin embargo, se tiende a compaginar al mximo ambos modelos para conseguir una mayor versatilidad.

2.2. Estructura vectorial: puntos, lneas y polgonos.

La estructura de datos que utiliza puntos, lneas y polgonos (Figura 2-2) para describir la informacin geogrfica es conocida como estructura vectorial. Las unidades vectoriales estn caracterizadas por el hecho de que su localizacin geogrfica puede ser definida independiente y de forma muy precisa, mediante sus relaciones topolgicas.

Figura 2-2. Las estructuras vectoriales principales.

Las capas vectoriales son tiles para describir los distintos elementos del terreno, tales como carreteras, red hidrogrfica, lmites administrativos, y otros. Para ello, almacenan una serie de puntos (cada uno referenciado mediante un par de coordenadas espaciales) que describen la localizacin de los elementos (si son puntos), o su trayectoria o lmite mediante una secuencia de puntos unidos por lneas rectas. Estas unidades simples son suficientes para un manejo eficiente de los datos. Siendo muy tiles para operar con datos complejos, debido a que son unidades independientes en un sistema de informacin.

.

. :

. .

Puntos Lneas Polgonos

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Los puntos son la estructura vectorial ms simple, cuya informacin slo requiere una posicin X,Y y un valor Z opcional para el atributo. Las lneas simples o sueltas estn compuestas por puntos con sus correspondientes coordenadas X,Y y un valor Z global para el atributo de la lnea. Los arcos o cadenas son objetos ms complejos y se utilizan para representar lneas curvadas o no rectilneas (Figura 2-3). Cuando estos arcos se unen, deben estar conectados en un tipo especial de punto llamado nodo, cuya funcin consiste en aportar la informacin sobre el tipo de criterio utilizado para la conexin de los arcos. Los nodos tambin se utilizan para recoger la informacin sobre los lmites de los arcos que al conectarse forman polgonos, proporcionando informacin sobre los polgonos vecinos de la izquierda y derecha, y sobre polgonos encerrados. Los mtodos utilizados para conectar arcos y convertirlos en polgonos dependen del software del S.I.G. Una vez creados los polgonos, ya se pueden catalogar introduciendo los atributos correspondientes a cada polgono.

Figura 2-3. Pasos para la creacin de una estructura vectorial poligonal.

2.3. Estructura rster: malla de celdas o pxeles.

La informacin espacial tambin puede estar representada en conjuntos de unidades regulares constituido por celdillas o pxeles, en forma de mosaico (Figura 2-4). La forma ms simple es la celda cuadrada (pxel) y la malla regular en forma de mosaico se conoce como estructura rster.

Figura 2-4. La estructura rster.

La localizacin de las entidades se define con la referencia directa a la matriz de datos en el que cada pxel est asociado con una parcela cuadrada de territorio.

Unin de arcos con nodos Estructuracin topolgica Categorizacin de los polgonos

Nodo

Arco

Malla de pxeles Mapa rster Solapamiento entre 2 rsters

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Juan Pea Llopis

La resolucin o escala de los datos rster es la relacin entre el tamao de pxel y el tamao representado por la celda en la zona. La variacin de la informacin se puede presentar en la matriz de datos con diferentes nmeros por pxel. Cada pxel contiene su propio atributo. Las operaciones tpicas del anlisis espacial son sencillas de llevar a cabo con la estructura rster, ya que se pueden combinar los atributos de varias capas rsters. En resumen, las imgenes rster describen una regin del espacio mediante una rejilla de unidades regulares (celdas o pxeles). Cada una de estas celdas contiene un valor numrico que expresa una determinada caracterstica del terreno en esa localizacin. stas son muy apropiadas para la descripcin de datos espaciales continuos como altitud, contenido de biomasa, temperatura y precipitacin.

2.4. Ventajas e inconvenientes de la estructura vectorial y rster. Las ventajas e inconvenientes de los dos tipos principales de estructuracin de los datos geogrficos se ponen de manifiesto en la Tabla 2-1. Tabla 2-1. Ventajas e inconvenientes de la estructura vectorial y rster.

ESTRUCTURA VECTORIAL ESTRUCTURA RSTER Ventajas Ventajas

o Buena representacin en los modelos de datos. o Estructura de datos compacta. o La topologa puede ser descrita explcitamente,

por tanto es favorable para un anlisis de redes. o La transformacin sencilla de coordenadas

(georreferenciacin) y georrectificacin. o La representacin grfica es precisa a todas las

escalas. o La recuperacin, actualizacin y generalizacin

de los grficos y atributos es posible.

Estructura de datos simples. Manipulacin sencilla mediante localizacin

especfica de los atributos de los datos. Muchos tipos de anlisis espaciales y filtros

pueden ser aplicados. Los modelos matemticos son fciles porque

todas las entidades espaciales tienen una forma simple y regular.

La tecnologa es barata. Muchas formas de datos estn disponibles.

Inconvenientes Inconvenientes o Estructura de datos compleja. o La combinacin de varias redes de polgonos

por interseccin y solapamiento es difcil y requiere un ordenador potente.

o La representacin y ploteado suele ser costosa y cara, particularmente a alta resolucin.

o Los anlisis espaciales con unidades bsicas como polgonos son imposibles sin datos extra, porque stos se consideran internamente homogneos.

o Los procesos de interacciones espaciales son ms complicados, porque cada entidad espacial dispone de un sistema y forma diferente.

Gran volumen de datos (ocupa ms capacidad de disco duro).

Al utilizar pxeles de gran tamao para reducir el tamao de los ficheros, se reduce tambin la resolucin, teniendo como resultado prdida de informacin y estructuras con poca definicin.

Los mapas rster en crudo son poco elegantes, aunque esto no llegue a ser un problema.

Las transformaciones de coordenadas son difciles y en tiempo demoran mucho, aunque se utilice algoritmos especiales y hardware potente, incluso as puede resultar que pierda informacin o se distorsione.

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3. Entrada de datos espaciales. La construccin de una base de datos S.I.G. de entidades espaciales es una tarea ardua. El captulo comprende las fuentes de datos geogrficos disponibles (mapas, fotos areas, imgenes de satlite, o tablas) y los pasos pertinentes para introducir estos datos al ordenador en formato vectorial y rster. 3.1. Fuentes de datos geogrficos. La creacin de una base de datos de S.I.G. es una operacin compleja que puede estar compuesta por la captura de datos, verificacin y procesos de estructuracin. Debido a que los datos geogrficos estn disponibles de muchas formas analgicas o digitales, como mapas, fotografas areas, imagen satlite, tablas,... Una base de datos espacial puede estar construida por varios modos distintos, que no tienen que ser mutuamente exclusivos. Estos son: Adquirir datos de forma digital desde un suministrador de datos. Digitalizar datos analgicos existentes. Interpolar desde observaciones puntuales a superficies continuas.

En todos estos casos, los datos deben ser registrados y codificados geomtricamente para un sistema de coordenadas generalmente aceptado, de este modo stos pueden ser almacenados en la estructura de base de datos del S.I.G. El resultado deseado podr ser una base de datos actual y completa que soporte los subsiguientes anlisis de los datos y modelos. Las fuentes de datos geogrficos son el papel o mapas topogrficos digitales o mapas temticos, que son una representacin grfica de la distribucin geogrfica de la informacin espacial. Estos mapas estn dibujados a una cierta escala y muestran los atributos de las entidades en diferentes smbolos o colores. La localizacin de las entidades de la superficie del terreno se especifica mediante mtodos de un sistema de coordenadas convenido. La mayor importancia de los datos espaciales en un S.I.G. radica en la localizacin con respecto a una estructura comn de referencia (georreferenciacin). Para la mayora de S.I.G., la estructura comn de referencia est proporcionada por un sistema de coordenadas geogrficas.

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3.2. Pasos para crear datos digitales mediante entrada manual. La introduccin manual de los datos en un S.I.G. requiere 4 etapas principales:

Entrada de los datos espaciales. Entrada de los atributos de los datos. Verificacin y edicin de los datos espaciales y atributos. Conexin de los datos espaciales con los atributos (cuando sea necesario).

La Figura 3-1 y la Figura 3-2 resumen los procesos para la estructura rster y vectorial respectivamente. La variedad de estructuras usadas en el S.I.G. tambin requiere que los datos sean introducidos de muchas formas diferentes. Las principales diferencias aparecen en el segundo y tercer estado de los procesos.

Figura 3-1. Captura y procesado de datos para construir una base de datos rster.

Imgenes de satlitey sensores remotos

Fotografas areas

Mapas temticos

Datos puntuales

Interpolacin

Digitalizacin y rasterizacin

Escaneo de documentos

Correccin de la orientacin y la

distorsin

Unin de las distintas capas de la estructura rster

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Figura 3-2. Captura y procesado de datos para construir una base de datos vectorial.

Introduccin de los datos espaciales: Los datos geogrficos se presentan en forma de puntos, lneas o reas (polgonos), los cuales estn definidos usando una serie de coordenadas. stas se obtienen mediante georreferenciacin del sistema de referencia geogrfica del mapa o fotografa area o por solapamiento de una rejilla encima del mismo. El modo ms simple de introducir los datos es teclear las coordenadas en un programa de S.I.G. La enorme labor de introducir los datos mediante la escritura de las coordenadas y su introduccin mediante el teclado en un archivo de ordenador puede ser reducido en gran medida por el uso de dispositivos de hardware como las tabletas digitalizadoras, escneres, o los restituidores espaciales para codificar las coordenadas X e Y de los puntos deseados.

Escner: Los escneres son dispositivos para convertir los datos analgicos en imgenes rsters digitales (Figura 3-3). stos se utilizan para la captura geogrfica de datos para convertir los mapas de papel en imgenes rsters de gran resolucin, las cuales pueden ser usadas directamente o ms adelante procesadas para obtener representaciones vectoriales.

Figura 3-3. Escner.

Imgenes de satlitey sensores remotos

Fotografas areas

Mapas temticos

Datos puntuales Interpolacin

Digitalizacin de los lmites en el

sistema de coordenadas

Escaneo de documentos

Correccin de la orientacin y la

distorsin

Unin de las distintas capas de la estructura vectorial

Delimitacin de los mrgenes, clasificacin y segmentacin

Vectorizacin de las lneas y

lmites

Contornos o ajuste a TIN

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Los escneres trabajan con el principio de que las coloraciones de un mapa reflejan un haz de luz diferente al de reas que estn en negro; estas diferencias en intensidades se almacenan digitalmente (usando 32 bits por pxel para ortofotos digitales de alta calidad) para obtener una imagen digital que constituya una malla de valores reflejados. Estas imgenes son muy similares a las imgenes rsters obtenidas por sensores remotos. La imagen escaneada resultante puede ser vectorizada o transformada en otro tipo de estructura rster para introduccin directa en el S.I.G. Un buen ajuste, correccin de escala y alineamiento debe ser controlado a travs de puntos de control conocidos y localizados, como si fueran marcas de registro que pueden estar definidas directamente desde una imagen escaneada y procesada automticamente. Una vez se ha completado esto, el mapa digital puede ser entonces introducido en el S.I.G. utilizando un formato de transferencia o intercambio.

Tableta digitalizadora: Es una tabla electrnica o electromagntica sobre la cual se sita un mapa o documento (Figura 3-4). El mapa encajado a la tableta o junto a ella, es recorrido por un dispositivo sensible que permite localizar con precisin la situacin de los puntos de datos del mapa. El puntero puede ser un cursor, o tipo puntero, y puede disponer de cable o no.

Figura 3-4. Tableta digitalizadora. Al posicionar el cursor o puntero sobre un punto en el mapa y presionar el botn en ste, manda una seal elctrica directamente al ordenador indicando las coordenadas que posee el cursor con respecto a la estructura de referencia de la tableta digitalizadora. La principal ventaja de la tableta digitalizadora es la introduccin rpida y precisa de las coordenadas de los puntos y lneas divisorias. El mapa que va a ser capturado se fija en la superficie de la tableta digitalizadora mediante esparadrapo y se comienza digitalizando al menos 4 puntos conocidos que limiten la regin del mapa. De esta forma, se fija el sistema de referencia con sus consiguientes coordenadas, y se puede ajustar ms tarde su alineacin y escala. Estos puntos de referencia estn convertidos al sistema de coordenadas del mapa por unas rutinas simples de escalado. El inconveniente ms significativo es que se encuentra limitada por la resolucin de la propia tableta digitalizadora, por la preparacin del operario y tambin por la precisin de los datos originales. Actualmente su utilizacin se ha visto desplazada por la digitalizacin en pantalla, que necesita menos recursos y es ms precisa y manejable.

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Restituidor digital: El tercer tipo de aparato utilizado para la captura de datos geogrficos digitales es el restituidor digital o stereoplotter. Se trata de un instrumento fotogramtrico utilizado para almacenar los niveles o posiciones del terreno y otras entidades directamente desde los estereopares fotogrficos (tomados del mismo rea, pero desde un punto de vista ligeramente diferente). En desarrollos recientes, se obtienen estereoimgenes digitales desde sensores de satlites, grabaciones en video, y cmaras digitales, siendo empleadas para generar datos de elevaciones utilizando especializados algoritmos fotogramtricos en sistemas de procesado de imgenes. Los restituidores digitales se utilizan de forma extensiva para la captura de elevaciones continuas para modelos digitales de elevaciones y ortofotomapas.

Rasterizacin: Proceso por el cual se transforman datos vectoriales en una malla de pxeles o imagen rster (Figura 3-5). Consiste bsicamente en situar una malla sobre el mapa vectorial, para codificar los pxeles en funcin de los datos que posean en mayor medida. La capacidad de rasterizacin la soporta la mayora de software S.I.G.

Figura 3-5. Rasterizacin.

Vectorizacin: Proceso inverso a la rasterizacin, que consiste en la conversin de una imagen rster a una vectorial (Figura 3-6). Frecuentemente se realiza mediante software que proporciona algoritmos que convierten el conjunto de pxeles en datos lineales. El proceso supone enhebrar una lnea a travs de los pxeles de la imagen escaneada utilizando los algoritmos conocidos como de afinamiento. stos reducen las lneas pixelizadas a slo un pxel de ancho. Posteriormente, permiten la conexin de unidades de lneas o reas usando algoritmos que localizan y unen los pxeles vecinos con el mismo valor, o a travs de operaciones controladas por el usuario. Los resultados frecuentemente requieren una edicin para codificar las unidades individuales y corregir errores en la conectividad de las lneas, especialmente si se utilizan mtodos automticos de vectorizacin.

Figura 3-6. Vectorizacin.

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Introduccin de los atributos de los datos: Los atributos o categoras de los datos son aquellas propiedades de las entidades espaciales que son necesarias para poder manejar los datos en el S.I.G., sin ser ellas mismas espaciales. Por ejemplo, una carretera puede ser capturada como un conjunto de pxeles contiguos o como una entidad lineal y representada en la parte espacial del S.I.G. por un color o smbolo que diferencia esta entidad de las dems (Figura 3-7).

Figura 3-7. Las estructuras de atributos de datos principales. Verificacin y edicin de los datos espaciales y atributos: Una vez los datos ya han sido introducidos es importante chequearlos por si se han cometido errores (posibles imprecisiones, omisiones, y otros problemas) previos a la conexin de los datos espaciales y de atributos. Conexin de los datos espaciales con los atributos: En los S.I.G. con bases de datos relacionadas, el proceso final de la captura manual de datos consiste en la conexin de las bases de datos espaciales con las de atributos, a travs de identificadores, los cuales son comunes en ambos. Los identificadores para los datos de puntos o lneas se generan automticamente, o deben ser aadidos manualmente durante la digitalizacin o en el proceso de escaneo/vectorizacin. Los identificadores de los polgonos se aaden usualmente despus de la generacin de la topologa; una vez los polgonos han sido formados, stos poseen un identificador nico, tanto por digitalizacin interactiva o usando algoritmos de punto en polgono para transferir los cdigos de identificacin de puntos digitalizados o entidades de texto al polgono en el que se encuentran.

. .

.

Polgonos Rster

Puntos Lneas

3.26

2.32

1.982.65

2.17

1 (calizas)

2 (margas)

3 (arenas)

4 (arcillas)

20 m

30 m

40 m

50 m

30 m

Pinar

Pastizal

Arbustos

Diversidad florstica de un bosque

Curvas de nivel o isolneas de un mapa topogrfico

Mapa de usos del sueloMapa geolgico

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4. Almacenamiento de datos espaciales. De suma importancia es el almacenamiento de los datos en el ordenador, tanto para su manejo como para su recuperacin posterior. Este apartado hace mencin a los tipos de almacenamiento ms comunes dependiendo del formato que se emplee.

4.1. Tipos de almacenamiento de los datos.

La construccin de una base de datos digital es un proceso costoso y que consume mucho tiempo. Es esencial que los mapas de informacin digital sean transferidos de la memoria del disco duro local del ordenador a un medio de almacenamiento permanente, donde se pueda preservar con seguridad (ver Figura 4-1).

Los datos digitales quedan almacenados en soporte magntico u ptico, sin embargo, su formato es variable y refleja el coste del soporte, y dnde y con qu frecuencia que estos datos van a ser usados. El almacenamiento puede realizarse atendiendo a dos razones:

Almacenamiento extraible:

Las formas de almacenamiento extraibles o porttiles estn en soporte magntico u ptico y pueden ser extradas del dispositivo del ordenador y usadas en cualquier otro dispositivo del mismo tipo. stos se usan para copias de seguridad (backing up ) de datos que se estn utilizando actualmente, y para archivar aquellos que ya no se usan.

Los principales tipos de medios disponibles se listan a continuacin. La disquetera y el CD-ROM son los productos ms familiares en la mayora de ordenadores. Los otros productos requieren unidades especiales de lectura-escritura para su uso y se utilizan generalmente en los principales ordenadores de almacenamiento de datos.

Soporte magntico: Compuesto por las disqueteras y los disquetes o discos de 3.5 pulgadas de plstico que contienen un disco magntico en su interior y son capaces de almacenar 1.4 Mb. Las unidades ZIP proporcionan gran capacidad en discos magnticos extraibles con 100 Mb a ms de 1 Gb de capacidad. En este formato tambin se encuentran los cassettes o cartuchos DAT (Digital Audio Tapes) o de otros tipos que pueden almacenar desde 520 Mb a varios Gb.

Soporte ptico: Son los discos pticos o CDs (Compact Disc), que tienen aproximadamente 13 cm de dimetro, y son capaces de almacenar 700 Mb. Actualmente existe una gran variedad de discos pticos diferentes que se distinguen por su habilidad de escribir datos en el disco. El tipo ms comn es el CD-ROM (Read Only Memory ) como medio de almacn de datos y de software, como bien dice su nombre slo permite la lectura de datos. Otro tipo es el CD-RW (ReWritable) que posee la misma capacidad y permite la reescritura de los datos. Recientemente, ha aparecido el DVD (Digital Versatile Disk) con una capacidad de almacenamiento de 4.7 Gb.

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Almacenamiento no extraible o fijo y redes: Es el tipo de almacenamiento que se realiza en el soporte magntico del disco duro del ordenador. Con la cada de precios del megabyte de disco duro y las mayores capacidades de almacenamiento que se alcanzan (cientos de Gb), ya no es necesario almacenar los datos en otros medios por falta de espacio, y todos los datos se pueden almacenar en un nico disco duro. El principal problema estriba en compartir los datos; los usuarios tendrn que utilizar slo el ordenador en el que se hayan almacenado o hecho copias de sus datos para poder trabajar con ellos. Esto es obviamente un inconveniente y conduce a una gran duplicacin en el almacenamiento de los datos, y produce dificultades a la hora de conocer cul es la versin ms reciente de la base de datos. Para minimizar estos problemas las organizaciones han optado por el trabajo en red, donde un nmero de usuarios puede acceder a los mismos datos y software sin necesidad de duplicarlos. Hay dos tipos principales de redes: Local Area Network (LANs) y Wide Area Networks (WANs). Las LANs son ordenadores conectados entre s, juntos en un mismo espacio. Las WANs son ordenadores que se conectan desde lugares geogrficamente diferentes. La unin de los ordenadores se hace por medio de cable (cobre o fibra ptica) o sin cable (radio, microondas, lser e infrarrojos). Normalmente se emplean estos ltimos en las WANs.

Figura 4-1. Los componentes de almacenamiento y distribucin de datos para un S.I.G. 4.2. Formatos de almacenamiento de la estructura vectorial y rster. El almacenamiento de la informacin geogrfica depende del tipo de nmeros (byte, entero o real) y del tipo de archivo (ASCII, binario o binario empaquetado) que se utilicen. Los nmeros de un mapa vectorial se presentan de forma entera o real y se archivan en formato ASCII o binario. En cambio, en un mapa rster pueden presentarse de forma byte, entera o real y se archivan en formato ASCII, binario o binario empaquetado.

Soportes pticos y magnticos de almacenamiento Disco duro Redes

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Tipos de formatos numricos:

Los nmeros de tipo byte son enteros positivos en el rango de 0 a 255. Este tipo de datos son un subrango dentro de los de tipo entero. Son usados en los casos donde el rango numrico es ms limitado y slo requieren para su almacenamiento 8 bits (1 byte), ocupando menor espacio en el disco duro (la mitad de espacio en el disco duro con respecto a los archivos enteros normales).

Los nmeros enteros son nmeros sin parte fraccionaria o componente decimal

(como 1, 2, 3, etc.), con un rango que oscila de -32768 a +32767. Estos se utilizan para su almacenamiento 16 bits (2 bytes), que es el doble que el tipo byte y la mitad que el formato real. Los enteros pueden utilizarse para representar nmeros en s o como cdigos para representar atributos no numricos o categoras de datos. Normalmente se utilizan los nmeros enteros como estndar en la creacin de mapas.

Los nmeros reales admiten parte fraccionaria y se utilizan cuando las variables

son continuas y deben ser almacenados con gran precisin o cuando el rango de los datos sobrepasa los rangos de los nmeros enteros (p.e. 6,2654). Los datos reales pueden almacenar un rango de 3.371038 a 8.4310-37, con una precisin de siete cifras decimales significativas, ya que reservan algunos bits para la parte decimal y el resto para las cifras elevadas que utilizan potencias de 10. Por consiguiente, estos nmeros no se codifican de forma exacta y stos pueden tener errores de redondeo cuando se utilizan cifras ms grandes que las que permiten. Los nmeros reales se almacenan en formato de coma flotante, y requieren ms memoria (32 bits, es decir, 4 bytes por nmero). Este tipo de datos se encuentra sobre todo en los Modelos Digitales de Elevacin (M.D.E.).

Tipos de archivos de almacenamiento de los datos numricos:

Los archivos ASCII: ASCII es un acrnimo de American Standard Code for Information Interchange (Cdigo Estndar Americano para Intercambio de Informacin). Se trata de un sistema de caracteres de codificacin reconocido casi universalmente (letras del alfabeto, nmeros, smbolos, etc.). Los archivos de datos que contienen caracteres en este sistema de codificacin se denominan a menudo archivos ASCII, aunque tambin se conocen comnmente como archivos de "texto". Este sistema de codificacin utiliza grupos de 8 dgitos binarios para representar los nmeros de 0 a 255. Cada uno de estos nmeros representa un carcter. Por ejemplo, el nmero 65 representa la letra A mayscula. As, cada carcter ASCII necesita slo un byte (8 bits) de memoria para su almacenamiento. Hay, claramente, ms cdigos que letras del alfabeto, nmeros, etc. Debido a su reconocimiento universal, es el sistema de codificacin ms utilizado para intercambio entre sistemas informticos. No obstante, no es el modo ms eficiente de almacenar datos numricos.

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Juan Pea Llopis

Los archivos binarios: Es un formato de archivo de datos en que los nmeros se almacenan en representacin binaria. El sistema binario est fundamentado en base 2, donde los nmeros se cuentan usando 1 y 0, y los datos se representan usando series de columnas donde el primer conteo tiene unidad 20, el segundo conteo 21, el tercero 22, y as sucesivamente. Por ejemplo, la secuencia binaria 0010 representa el valor 2 del sistema decimal, la conversin se hace tal como aparece a continuacin: 23 * 0 + 22 * 0 + 21 * 1 + 20 * 0 = 2 (en base 10). Los archivos binarios requieren 1 byte/nmero para los datos enteros, y 4 bytes/nmero para los datos reales. Los archivos binarios son ms eficientes que los archivos ASCII para almacenar datos numricos. Por ejemplo, el nmero entero 30.000 necesita 5 bytes para almacenarse en caracteres ASCII y solamente 2 bytes para almacenarse como un nmero entero codificado en sistema binario (111010100110000), en el que cada carcter binario requiere slo un bit.

Los archivos binarios empaquetados: Se trata de una Codificacin por Grupos de

Longitud Variable (Run-Length), que es una tcnica de compresin de datos para imgenes rster, cuyas celdas contienen datos enteros. Supongamos una imagen que contiene una fila con los siguientes valores: 44444455555555666622222222222233333 La codificacin por grupos de longitud variable para esta lnea sera: 64854612253 que indica 6 cuatros, 8 cincos, 4 seises, 12 doses y 5 treses. Esta codificacin indica la longitud de la secuencia de los cdigos enteros de las celdas. La codificacin por grupos de longitud variable se corresponde con la estructura de almacenamiento denominada binario empaquetado. Como el nombre sugiere, los cdigos se almacenan en archivos binarios.

4.3. Tipos de almacenamiento en software de S.I.G. La mayor parte del software S.I.G. no suele almacenar la informacin de una sla imagen en un nico archivo. Normalmente se encuentra dividida en archivos de datos y archivos de documentacin como en Idrisi, por otra parte tambin se encuentra separada en archivos de bases de datos y archivos de referencias y caractersticas geomtricas como en ArcGIS, de forma que en cada uno de ellos se tienen diferentes datos sobre una misma imagen. Al descomponer una imagen en distintos archivos ms simples es una gran ventaja, ya que permite poder trabajar o modificar sobre el archivo en cuestin sin tener que manipular toda la imagen. La forma de almacenamiento de una imagen depende del formato (vectorial o en rster). A continuacin, se indican las caractersticas de estos dos formatos.

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En formato vectorial se suelen encontrar normalmente tres tipos de vectores: puntos, lneas y polgonos, dependiendo del tipo de datos que tengamos que manejar se utilizar un tipo u otro. Cabe mencionar que dependiendo del software utilizado los datos pueden estar en archivos de documentacin y datos espaciales, o en archivos de bases de datos y de referencias geomtricas. En el caso de tener almacenados los datos en un mismo par de archivos, compuestos por un archivo que contiene los datos espaciales y su correspondiente archivo de documentacin, el archivo de datos se puede almacenar en distintos formatos (ASCII o binario). Esta forma de almacenamiento se lleva a cabo en Idrisi. Para tener una mejor idea se incluye un ejemplo de la representacin de un archivo vectorial de puntos y sus respectivos archivos de documentacin y de datos (Figura 4-2).

Figura 4-2. Archivo vectorial codificado en archivos de documentacin y datos. Si se almacenan los datos en archivos de bases de datos (archivos de referencia) y caractersticas geomtricas, entonces los datos estn estructurados de una forma muy verstil a la hora de introducir nuevas caractersticas para las zonas delimitadas. Este modelo lo sigue ArcGIS. En la Figura 4-3 se aprecia un ejemplo.

Figura 4-3. Archivo vectorial codificado en archivos de bases de datos.

Archivo de documentacin file format : IDRISI Vector A.1 file title : Rainfall Data id type : real file type : binary object type : point ref. system : sahconc ref. units : km unit dist. : 1.0000000 min. X : 0.0000000 max. X : 956.5145874 min. Y : 0.0000000 max. Y : 759.9583130 pos'n error : unknown resolution : unknown min. value : 33 max. value : 228 display min : 33 display max : 228 value units : mm value error : unknown flag value : 0 flag def'n : background legend cats : 0

Archivo de datos Vector Layer Name : RAIN Vector Layer Type : Point Reference System : sahconc Reference Units : km Unit Distance : 1 ID/Value Type : Real Number of Features : 262 Feature Number : 1 ID or Value : 34 Coordinates (X,Y) : 280.1 755.3 Feature Number : 2 ID or Value : 33 Coordinates (X,Y) : 451.2 754.5 Feature Number : 3 ID or Value : 45 Coordinates (X,Y) : 165.7 734.6 ..................

Representacin de un archivo vectorial de puntos

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En formato rster se suele utilizar el primer modelo, en el que los datos se codifican en un archivo de datos y en otro de documentacin que hace referencia a estos datos. Dependiendo del programa que se utilice se pueden tener diferentes tipos de categorizacin de los datos. En la Figura 4-4 se aprecian los dos tipos de distribucin de los datos ms comunes, el que ms se emplea es la distribucin de los datos en filas, que se utiliza en Idrisi.

Figura 4-4. Dos formas de codificar los datos de un mapa rster. Este formato rster se puede almacenar en archivos ASCII, binario y binario empaquetado, siguiendo el orden de mayor a menor capacidad. Aunque, comparando con el formato vectorial los documentos rster suelen ocupar una cantidad muy superior. Por ltimo, existe una tercera forma de almacenamiento de los mapas en un formato propio que permite agrupar los mapas rster y vectoriales en una composicin. El sistema Idrisi, al igual que ArcGIS, permite realizar una composicin de capas rster y vectoriales en un mismo diseo y guardarlo en formato mapa, que se trata de un formato propio del programa, en el cual se guarda la ruta de los mapas que forman parte de la composicin.

1 1 1 1 2 2 2 3

1 1 1 2 2 2 3 3

1 1 2 2 2 3 3 3

1 2 2 2 2 3 3 3

4 4 2 2 2 2 3 3

4 4 4 2 2 2 1 3

4 4 4 2 2 1 1 1

4 4 4 4 1 1 1 1

1 1 1 1 2 2 2 3 1 ...

1; 1; 1; 1; 2; 2; 2; 31; 1; 1; 2; 2; 2; 3; 31; 1; 2; 2; 2; 3; 3; 31; 2; 2; 2; 2; 3; 3; 34; 4; 2; 2; 2; 2; 3; 34; 4; 4; 2; 2; 2; 1; 34; 4; 4; 2; 2; 1; 1; 14; 4; 4; 4; 1; 1; 1; 1

Mapa rster formado por 8 filas por 8 columnas

Distribucin de los datos de forma directa Distribucin de los datos en columna

Datos contenidos en el mapa rster

29


5. Manejo de datos espaciales. El fin de los S.I.G. no reside slo en la creacin de una base de datos digital que represente datos geogrficos. Un S.I.G. debe proveer medidas de seleccin, bsqueda y anlisis de los datos. Este captulo explica los mtodos disponibles para trabajar con las entidades seleccionadas de la base de datos en funcin de su formato y atributos, as como poder modelizar usando reglas matemticas y/o lgicas para crear imgenes complejas a partir del anlisis de imgenes simples. 5.1. Operaciones con las entidades geogrficas discretas (vectorial). En la distribucin de entidades en el espacio, la naturaleza de los objetos est dada por sus atributos, el paradero por su localizacin geogrfica o coordenadas, y las relaciones entre diferentes entidades en trminos de proximidad o conectividad (topologa). Los aspectos de localizacin, proximidad y topologa distinguen los datos geogrficos de la mayor parte de otros tipos de datos que se manejan en sistemas de informacin. Se distinguen los siguientes tipos de anlisis de datos por entidades:

Operaciones de atributos: Operaciones en uno o ms atributos de una entidad. Operaciones en uno o ms atributos de mltiples entidades que se solapan en

el espacio. Operaciones en uno o ms atributos que estn conectados directamente

(orientacin de objetos). Operaciones en uno o ms atributos de entidades que estn contenidas por

otras entidades (puntos en polgonos).

Operaciones de distancia/localizacin: Operaciones para localizar entidades con respecto a una distancia simple

Eucldea o un criterio de localizacin. Operaciones para crear proximidad de zonas (buffer) alrededor de una entidad.

Operaciones que utilizan topologa espacial:

Operaciones para modelizar interacciones espaciales sobre una red conectada. Todas estas operaciones pueden resultar en nuevos atributos, los cuales estn asociados a las entidades originales, por esta razn se aumenta el tamao y el valor de la base de datos. Ciertas operaciones tambin pueden crear nuevas entidades espaciales, requiriendo la base de datos para incluir estos nuevos entes.

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Juan Pea Llopis

Operaciones matemticas para la transformacin de atributos:

Operaciones lgicas: El lgebra booleana utiliza operaciones lgicas del tipo verdadero o falso (0 1) como resultado de la unin (, o), interseccin (, y), negacin (, no) y exclusin (, xo, exclusivo) de 2 o ms mapas. La aplicacin de operaciones lgicas puede realizarse para todos los tipos de datos (booleano, nominal, ordinal, escalar o direccional). Estas relaciones simples con frecuencia se suele representar visualmente en la forma de diagramas de Venn (ver Figura 5-1).

Figura 5-1. Diagramas de Venn mostrando los resultados de aplicar lgica booleana.

Operaciones aritmticas: Nuevos atributos como resultado de la adicin (+), resta (-), multiplicacin (*), divisin (/), potenciacin (^), exponenciacin (exp), logaritmos (ln y log10), truncacin, raz cuadrada,... Las operaciones aritmticas pueden ser muy simples o muy complicadas, pero en todos los casos la operacin es la misma, se calcula un nuevo atributo como resultado de datos existentes. A continuacin se muestran dos ejemplos, una suma de mapas rster (Figura 5-2) y una reclasificacin (Figura 5-3). Figura 5-2. Ejemplo de operaciones aritmticas entre entidades poligonales.

A B A B B A

A B A B B A

C C

A y B A o B A no B

A xo B (A y B) o C A y (B o C)

+

=

Imagen A Imagen B Imagen C

0

1

2 3

0 0

1

2 5

4 3

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Figura 5-3. Reclasificacin de categoras de un mapa para la generalizacin del mismo.

Operaciones trigonomtricas: Los nuevos atributos son el resultado de calcular el seno, coseno, tangente o sus inversas (arcoseno, arcocoseno y arcotangente), o conversin de grados a radianes de los datos iniciales. Operaciones con el formato de datos: Los mismos atributos pero expresados con distinto tipo de datos (booleano, nominal, ordinal, direccional, entero, real o topolgico). Operaciones estadsticas: Los nuevos atributos son la media, moda, mediana, desviacin estndar, varianza, mnimo, mximo, rango, asimetra, kurtosis, etc. de un atributo representado por n entidades. Operaciones multivariadas: Los nuevos atributos estn calculados por un modelo numrico de un proceso fsico, por un modelo multivariado de regresin, por un anlisis de componentes principales, anlisis factorial, anlisis de correspondencia, etc.

Usos del suelo o cubiertas vegetales Usos del suelo/cubiertas vegetales principales Espartal Tomillar, espinar y pastizal

Comunidades de Stipa tenacissima

Matorral Matorral en afloramientos rocosos

Comunidades arbustivas

Reciente repoblacin de pinos (subsolado) Terrazas con repoblacin de pinar sobre espartal

Repoblacin de pinos

Repoblacin de pinar sobre matorral Antigua repoblacin de pinos (subsolado) Plantaciones de pinar sobre espartal (ahoyado)

Pinar maduro

Viedo Cultivo de secano Almendros y olivos

Cultivos

Campos abandonados aterrazados Cultivos de regado intensivo abandonados

Campos abandonados

Urbano e industrial Agua Erial y campos sin cultivar

Urbano

Badlands y comunidades de rambla Parque municipal

Badlands

Reclasificacin

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Juan Pea Llopis

En las operaciones de atributos se incluyen el caso en el que los atributos de dos o ms entidades se encuentran completa o parcialmente ocupados o cubiertos en el mismo espacio. En este caso puede darse una inclusin cuando la entidad A contiene a la B y un solapamiento cuando la entidad A cruza la B o la A solapa la B. En la Figura 5-4 se muestran tres resultados diferentes, en funcin del tipo de operacin que se lleve a cabo entre las imgenes A y B. En el caso primero se trata de una unin booleana cuyo resultado es un mapa ms completo con mayor cantidad de unidades. El segundo caso es un recubrimiento, en el que la imagen B prevalece sobre la A. El tercer caso consiste en una interseccin y slo aparecen las zonas comunes de ambas imgenes.

Figura 5-4. Tipos de superposicin de polgonos.

Una de las aplicaciones ms importantes de estas operaciones son los mtodos de evaluacin multicriterio. Estos mtodos se han desarrollado para proporcionar al usuario el medio de determinar nuevos atributos que indiquen respuestas alternativas a los problemas que envuelven mltiples y conflictivos criterios. En la Figura 5-5 se detallan los pasos de un ejemplo, que consiste en determinar el sitio idneo para llevar a cabo un tipo de actividad. Se utiliza la evaluacin multicriterio de tipo booleana, en la que las imgenes estarn codificadas por valores booleanos (0 y 1), 0 para las zonas no aptas y 1 para las aptas. As se determina la idoneidad del terreno en funcin de las variables: altitud

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Figura 5-5. Diagrama de flujos de operaciones para evaluar la idoneidad del terreno.

Modelo Digital de Elevaciones

Mapa de pendientes

Mapa de orientaciones

Producto de todos los

mapas booleanos creados

Mapa de pendientes inferiores a 5

Mapa de usos del suelo

Mapa de orientacin al S (135 a 225)

Mapa de usos no forestales

Mapa de elevaciones inferiores a 330 m

Mapa de vas de acceso

Mapa de distancia a las vas de acceso

Mapa de distancia inferior a 200 m a las vas de acceso

Mapa del tamao de las zonas que cumplen los requisitos

Mapa de las zonas que cumplen los requisitos

Mapa de las zonas idneas de tamao superior a 10000 m2

Mapa de las zonas que cumplen los requisitos

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Juan Pea Llopis

Operaciones de distancia/localizacin: Las operaciones de distancia, conocidas como procesos de creacin de reas de proximidad o amortiguamiento o tambin como procesos de buffering, se utilizan para marcar una zona alrededor de la entidad inicial donde los lmites de la zona o buffer se encuentran a una distancia D de las coordenadas de la entidad original. El rea de proximidad o buffer es de hecho un nuevo polgono que puede utilizarse como una ayuda temporal para la creacin de mapas posteriores. La determinacin de si una entidad est dentro/fuera o solapando la zona de buffer se obtiene con el uso de las operaciones lgicas y matemticas descritas en el punto anterior. En la Figura 5-6 se presenta un ejemplo de creacin de una zona de amortiguamiento o buffer alrededor de la red de drenaje y su posterior anlisis mediante la superposicin de un mapa de unidades del paisaje.

Figura 5-6. Generacin de zonas de amortiguamiento alrededor de entidades exactas. Operaciones que dependen de la conectividad: Se trata de operaciones en las cuales las entidades estn directamente conectadas a la base de datos; la conexin puede ser espacial, como en el caso de contigidad en el que el punto A es vecino de B, o el caso en el que A est conectado a B por una red topolgica. Las entidades pueden tambin estar conectadas por una topologa interna, con lo cual las entidades espaciales estn hechas de conjuntos de subentidades, como en el caso de la programacin orientada a objetos.

A B C B A A

Mapa de la zona de proximidad

Mapa de la red de drenaje

Mapa generado a partir de la superposicin del mapa de proximidad de la red de drenaje y las unidades del

paisaje Mapa de unidades del

paisaje

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5.2. Operaciones con las entidades geogrficas continuas (rster). Las entidades geogrficas continuas proporcionan una base para la modelizacin espacial, particularmente cuando los datos estn contenidos en rejillas de celdas cuadradas y regulares. Como se haba explicado anteriormente, los mapas rster son los ms utilizados para el anlisis de los datos espaciales, ya que poseen la ventaja de que cada atributo de la base de datos est registrado en su respectiva celda. Las operaciones que se suelen realizar con estos mapas son las operaciones de lgebra de mapas, las operaciones puntuales y las operaciones espaciales. Las operaciones de lgebra de mapas: Los mtodos de lgebra de mapas permiten llevar a cabo las operaciones matemticas entre distintos mapas rster, como es el solapamiento entre mapas, con lo que se facilita la creacin de modelos numricos. Para realizar todo este proceso, de forma correcta, es necesario tener todos los mapas con sus respectivos valores de los atributos referenciados en un mismo sistema geomtrico uniforme, con el mismo nmero y disposicin de celdas o pxeles en el rster. De lo contrario, se pueden cometer gran cantidad de errores tanto de prdida de informacin o de mal emparejamiento de los datos. Estos mtodos de lgebra de mapas permiten al usuario tener que especificar slo las operaciones espaciales para ser utilizadas, los nombres de los mapas a utilizar y el nombre del mapa resultante. Entonces el programa de ordenador aplica la operacin a todas las celdas o pxeles en el solapamiento. Este procedimiento hace muy simple la creacin de modelos como secuencias de clculos. Por ejemplo, para calcular la suma de 3 mapas en un mapa nuevo se puede aplicar el siguiente comando: Las operaciones puntuales: Todas las operaciones lgicas y numricas dirigidas para puntos, lneas y polgonos presentados en el punto anterior se pueden aplicar para el caso de mapas rster. Esto significa que los valores, para una misma malla de celdas de distintos mapas, pueden ser seleccionados lgicamente, aadidos, restados, o manipulados por algn mtodo matemtico que sea permitido por el tipo de datos en cuestin. Por lo tanto, se pueden escribir comandos que puedan aadir o restar nmeros reales, pero no nmeros que estn codificados en tipos de datos booleanos o nominales, que slo pueden ser operados con operadores lgicos. A continuacin, se muestra un ejemplo de operaciones puntuales entre mapas en la Figura 5-7.

Mapa 1 + Mapa 2 + Mapa 3 = Nuevo mapa

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Figura 5-7. Ejemplos de operaciones puntuales en las celdas. Las operaciones espaciales: El uso de datos en mallas de celdas tiene sus ventajas y desventajas en comparacin con las bases de datos de vectores formados por entidades conectadas topolgicamente. Entre las desventajas se incluye el problema de que las formas exactas de las entidades se aproximan mediante celdas o pxeles. Las ventajas son que proporcionan un sistema muy adecuado para las operaciones de anlisis espacial que poseen mltiples usos. Las siguientes operaciones calculan un nuevo atributo para una celda dada a partir de una determinada funcin de los atributos de las celdas vecinas. En la mayor parte de los S.I.G. el tamao de las celdas es siempre fijo y uniforme a lo largo de la imagen, pero existen otros donde vara y requieren aplicar modificaciones a los algoritmos. Estas operaciones espaciales incluyen:

Interpolacin. Filtrado espacial. Derivadas de primer y segundo orden. La derivacin de la topologa superficial: red de drenaje y delineacin de cuenca. Visin desde puntos, sombras en el relieve e irradiancia.

De todas estas operaciones la de mayor importancia es la del filtrado espacial, se trata de un mtodo simple consistente en hacer pasar una matriz cuadrada sobre la superficie y calcular un nuevo valor para la celda central de la matriz como la funcin de los valores de las celdas cubiertas por la matriz. Este tipo de operacin es conocida tambin como convolucin. La matriz con frecuencia suele ser de un tamao de 3x3 celdas, pero tambin sirve cualquier otro tipo de matriz cuadrada (5x5, 7x7, etc.). La ecuacin general es:

= +

+

mi

mi

nj

nj

jiji cfC ,,

donde se aplica la operacin f para la matriz cuadrada de tamao 2m+1, 2n+1 y cuyo resultado viene a ocupar en la imagen resultante el valor central de la matriz utilizada.

ci-1,j-1 ci,j-1 ci+1,j-1 ci-1,j Ci,j ci+1,j

ci-1,j+1 ci,j+1 ci+1,j+1

2 3 4

1 3 5

3 4 6

3 2 4

3 6 3

5 4 4

5 5 8

4 9 8

8 8 10

+

=

Imagen A Imagen B Imagen C

37


Los filtros que se utilizan comnmente en operaciones son:

Filtros de suavizado o de paso bajo. El valor para la celda del centro de la matriz o ventana se calcula como un simple promedio de los valores de las otras celdas. En la Figura 5-8 se tiene un ejemplo de operaciones estadsticas aplicables para el filtrado de datos espaciales. En sistemas capaces de utilizar nmeros reales con componentes decimales estos anlisis pueden procesarse con normalidad, pero hay muchos sistemas de sensores remotos en los que tanto las entradas como las salidas estn en nmeros enteros.

Figura 5-8. Operaciones estadsticas aplicables para el filtrado de datos espaciales.

Los filtros de paso bajo o suavizado, tienen el efecto de eliminar los extremos de los datos, produciendo una imagen ms suavizada (ver Figura 5-10). Para datos nominales u ordinales (y tambin enteros), la media aritmtica tiene que ser reemplazada por la moda, que es el valor ms comn. Utilizar un filtro modal en un mapa nominal (por ejemplo unidades del suelo), puede ser una forma til para simplificar un mapa complejo, pero este suavizado de la imagen es una operacin diferente al procedimiento de generalizacin de un mapa mediante la reclasificacin de los atributos y unin de los mismos.

2 3 4

1 5 5

3 4 6

2 3 4

1 6 5

3 4 6

2 3 4

1 31 5

3 4 6

2 3 4

1 1 5

3 4 6

2 3 4

1 6 5

3 4 6

2 3 4

1 1.5 5

3 4 6

2 3 4

1 3 5

3 4 6

2 3 4

1 3 5

3 4 6

2 3 4

1 3.4 5

3 4 6

DiversidadRango Total

Mnimo Media

Desviacin EstndarMximo Moda

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De una manera similar, los valores mximos o mnimos y su diferencia, es decir, el rango puede ser fcilmente calculado. La diversidad (el nmero de valores diferentes en la matriz) o la diferencia entre

1era Parte Sistemas de Informacion Geografica Aplicado a La Gestion Territorial

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