Modelo de Datos Vectorial y Raster

El modelo Raster, basa la creación de la base de datos

geográfica en la incorporación de capas temáticas superpuestas o

layers, donde cada uno representa un tema y contiene los datos

necesarios para su tratamiento.

Cada layer constituye una matriz cuadriculada de celdas continuas

de tamaño y área uniforme cada una de las cuales contiene un

número digital (DN) como dato que indica la categoría temática

incluida en su interior. Cada celda se denomina píxel (picture

element) y es la unidad mínima de representación espacial. El

contenido permitirá realizar cartografía temática cuando los DN

contenidos en los píxeles sean interpretados como colores o

procedimientos de Análisis Espacial cuando sean considerados

como matrices numéricas susceptibles a tratamiento matemático.

El Modelo Vectorial, mantiene separada la base de datos

alfanumérica de la gráfica y se basa en la representación de tres

entidades cartográficas básicas: puntos, líneas (arcos) y áreas

(polígonos) a las cuales asocia bases de datos relacionales que

toman el nombre de puntuales, lineales y areales respectivamente.

En este sentido la mayoría de sus Análisis Espaciales son realizados

mediante el tratamiento de los atributos de las bases de datos

alfanuméricos luego especializando los resultados a través de la

cartografía digital y algunos procedimientos consideran la

conjunción entidad – atributo.

Figura Nº Modelos de datos Raster y Vectorial

A. El mundo real

R R

R

P R E

P P P R E E

R E

R C

R

R

B. Representación Raster

600 BOSQUE PINO 500 400 300 BOSQUE EUCALIPTUS200 CASA100 RIO

100 200 300 400 500 600

C. Representación Vectorial

MODELO DE DATOS VECTORIAL

1. Definición

El modelo vectorial es una estructura de datos utilizada para almacenar

datos geográficos. Los cuales constan de líneas, arcos, polígonos definidos

por puntos de inicio y fin, y puntos donde se cruzan varios arcos, que son los

nodos.

Con una representación de tipo vector, los límites o el curso de los rasgos son

definidos por una serie de puntos (Fig. 1 ), que unidos a una línea recta

forman la representación gráfica de un rasgo. Estos puntos son codificados

por números dados en un sistema de coordenadas x,y como latitud y

longitud.

Un SIG vectorial se define por la representación vectorial de sus datos

geográficos. Los objetos geográficos se representan explícitamente y, junto a

sus características espaciales, se asocian sus valores temáticos.

Figura Nº 1 Formatos Vectoriales

Realidad (Un Canal de riego)

2. Componentes

Hay dos formas de organizar esta base de datos doble (espacial y temático).

Normalmente, los sistemas vectoriales tienen dos componentes (Fig. 2): uno

que almacena los datos espaciales y otro los datos temáticos. El cual se

denomina sistema de organización híbrido, por unir una base de datos

relacional, para los aspectos temáticos, con una base de datos topológica,

para los geográficos. El elemento clave en este tipo de sistemas es el

identificador de cada objeto. Éste es único y diferente para cada objeto y

permite la conexión entre ambas bases de datos. Cada entidad tiene sus

reglas de comportamiento.

Figura Nº 2 Componentes de datos geográficos

3. Tipos de Formato

vectorial

El modelo vectorial se basa en tres consideraciones:

El nodo o punto: es la unidad básica para representar entidades con

posición pero sin dimensión.

La línea o el arco: representa entidades de una dimensión y está

restringido a línea recta en algunas implementaciones

El polígono o área: se utiliza para representar las entidades

bidimensionales.

Algunos autores añaden una cuarta que es el volumen.

Normalmente se almacenan relaciones del tipo vectorial (Fig. 3):

Nodo origen, nodo final de arco y relación ordenada de los nodos

internos si existieran

Secuencia ordenada de los arcos que definen un polígono

Polígonos a derecha y a la izquierda de cada arco.  

Figura Nº 3 Relaciones Nodo, Arco y Polígono

Se representa las entidades del mundo real a través de tres formas

básicas: Punto, Línea y Polígono (Fig. 4).

Figura 4. Representación del Mundo Real Punto, Línea y Polígono

La información se agrupa de acuerdo a sus similitudes temáticas.

Tres formas de almacenamiento de la data vectorial. Como ejemplo:

Puntos: escuelas Líneas: calles Polígonos: distritos

4. Estructuras de Datos en el modelo vectorial

Las más importantes son

Estructura de Datos Spaghetti (lista de coordenadas). Para cada

objeto espacial se registra su identificador, seguido por una lista de

coordenadas de los vértices (puntos) que definen su posición en el espacio.

 Diccionario de vértices. Un mapa se representa mediante dos

archivos  de datos: Un archivo esta constituido por una relación de vértices,

en la que constan las coordenadas X,Y, y otro archivo con los vértices que

definen cada objeto. 

 Estructura arco-nodo. El elemento fundamental es el arco. Donde el

arco es una sucesión de líneas o segmentos que comienza en un nodo y

termina en otro. Los nodos se marcan donde se produce la intersección entre

líneas o donde una línea termina.

En esta estructura se utilizan diferentes tablas para el registro de las

relaciones topológicas: Tabla para topología de polígonos, Tabla de topología

de nodos, Tabla de topología de arcos, Tabla de coordenadas de arcos.

 Archivos DIME. Son uno de los primeros ejemplos de representación

vectorial en que se recoge la topología. Su utilidad principal es la

representación de polígonos, creándose una lista de vértices con nombres y

coordenadas  X,Y de cada uno. El objeto lineal se representan indicando en

que vértice empieza y en que vértice termina.

 TIN (Triangulated Irregular Network). Esta estructura se basa en

la estructura arco-nodo, diseñada especialmente para representar la

elevación del terreno, puede ser utilizada para representar la distribución

espacial de cualquier variable continua. Se trata de una red de triángulos

irregulares interconectados, en la que se registran las coordenadas (X, Y) de

los nodos que definen los triángulos y el valor de la elevación (Z) de dichos

nodos, así como la contigüidad de los triángulos.

5. Importancia del modelo Vectorial

Los procedimientos de análisis en el modelo vectorial es mas laboriosos, pero

más preciso que en el modelo raster, ya que conllevan la resolución analítica

de intersecciones entre arcos, la determinación de áreas y la evaluación de

posiciones relativas entre elementos diferentes.

La posición de los datos puede ser georreferenciada directamente, por medio

de un sistema de coordenadas. Los atributos no espaciales son almacenados

en una base de datos alfanuméricos interrelacionada con la base de datos

cartográficos, ofreciendo con ello posibilidades muy distintas de las del

modelo raster. Este modelo es mucho más parecido a la percepción humana

del espacio que la que ofrecen los modelos raster y en parte por ello tiene

más variantes y más dificultades añadidas.

Está más de acuerdo con la cartografía tradicional y, por ello, resulta más

intuitiva. Pero la principal ventaja es su capacidad para expresar las

relaciones espaciales existentes entre las entidades.

MODELO RASTER

1. Definición

Es un modelo de datos geográfico que representa (Fig. 1), la

información a través de una malla regular de tipo un mosaico, donde

cada celda (píxel) es la unidad mínima de información que lleva

asociado un número.

El modelo raster discretiza el espacio en pequeños rectángulos o

cuadrados. Utiliza un formato primitivo muy similar al punto que es el

píxel (picture element). Una malla de puntos de forma cuadrada o

rectangular que contiene valores numéricos, que representa las

entidades cartográficas y sus atributos a la vez.

Los modelos lógicos menos complejos están basados en el modelo

raster, porque la georreferenciación y la topología son implícitas a la

posición - columna y fila - del pixel en la malla. Cada atributo temático

es almacenado en una capa propia. La separación entre datos

cartográficos y datos temáticos no existe, pues cada capa representa

un único tema y cada celda contiene un único dato numérico. La

resolución espacial está dada por el tamaño de la celda.

El raster es en realidad una matriz de datos, y para toda la capa se

define la ubicación y el tamaño de celda.

Polígonos Puntos líneas

Figura Nº 1 Representación de los puntos, líneas y polígonos en modelo raster

2. Objetivo

Proporcionar una aproximación basada en objetos elementales

(celdas), que pueden agruparse para constituir objetos complejos que

representan el mundo real (Fig. 2).

Figura Nº 2 Representación del Mundo Real

3. Formato Raster

Un punto (Point). Se representa mediante una celda

Una Línea (Line): se representa mediante una sucesión de celdas

alineadas.

Un polígono (Area). Se representa mediante una agrupación de celdas

contiguas (Fig. 3).

Figura Nº 3 Formas de Representar en Raster

4. Estructuras de Datos

4.1. Estructuras raster Simples.

4.1.1.- Enumeración Exhaustiva. Se trata de almacenar uno

por uno el valor de cada celda, de acuerdo con la secuencia que

se establezca, generalmente fila a fila a partir de la celda

superior.

 

4.2.2.-Codificación por grupos de longitud variable (run

length encoding), la codificación no se hace valor a valor, sino

por grupos de valores iguales seguidos. hay dos modalidades:

- Modalidad Estándar

- Modalidad de punto valor

 4.2. Estructuras raster Jerárquica. Trata de operar en una misma

capa con distintos tamaños de bloques o grupos de celdas, que

significa trabajar con una resolución variable.

4.2.1.-La estructura quadtree es el resultado de una división

del espacio basada en estructuras jerárquicas de 4 cuadrantes

El espacio inicial es una matriz regular de 2x2 celdas; cada celda

puede dividirse en otras 4 si el atributo varía en su dominio

espacial

5. Tipos de datos en un Raster

Un raster contiene tres tipos de información:

– Datos temáticos– Datos espectrales– Fotografías

5.1. Datos temáticos en un raster

Un raster puede representar un fenómeno particular tal como

aspecto.

Estos son almacenados en una única banda.

5.2. Datos espectrales en un raster

El uso más común de un raster es presentar imágenes de la

tierra adquiridas mediante fotografía aérea o satélites.

5.3. Fotografías en un raster

Un raster puede contener fotografías tales como mapas

rastreados o fotografías de edificios.

6. Métodos de dibujo para capas raster

Los métodos de dibujos para capas raster incluyen:

– Dibujo de celdas por valor único

– Dibujo de celdas clasificadas por colores graduados

– Dibujo de celdas con colores graduados

– Dibujo de celdas usando rojo-verde-azul compuesto

6.1. Dibujo de celdas por valor único

Un raster puede ser asociado con una tabla que

contenga atributos para cada celda.

Este método de dibujo es aplicable cuando existe un

atributo

que

describe una categoría, tipo, o clasificación.

6.2. Dibujo de celdas

clasificadas por colores graduados

Algunos atributos de las celdas representan un rango

de valores que contienen información temática.

Este método de dibujo permite definir una

clasificación en la misma forma que se hace para

capas de elementos.

Se pueden normalizar o excluir algunos valores.

Una vez que se hace la clasificación se puede usar

una rampa de colores.

7. Operaciones con mapas raster

En la visualización (2D, 3D, histogramas, composiciones).

En un Sistema de Información Geográfica puede considerarse

como una base de datos georreferenciada, por tanto se van a

poder llevar a cabo consultas de diverso tipo. Entre las

herramientas más sencillas están las que permiten señalar

pixeles individuales en la capa ráster visualizada y obtener el

valor correspondiente.

En la estadística de mapas incluye tanto el caso de un sola mapa

(estadísticos básicos, geoestadística) como el de varios mapas-

variables incluyendo análisis de correlación, varianza, factorial,

etc. También el caso de análisis estadístico por zonas dentro de

un mismo mapa.

En el álgebra de mapas constituye el marco teórico de las

operaciones en mapas raster, incluye operaciones aritméticas y

lógicas que utilizan como variables los diversos valores de un

pixel en varias capas, los valores de varios pixels en una sola

capa o los valores de varios pixels en varias capas.

8. Elementos que componen una capa raster

Una capa en formato rater está compuesta por cuatro elementos

fundamentales:

La matriz de datos, que puede contener tres tipos de datos:

- Valores numéricos en caso de que la variable representada

sea cuantitativa

- Identificadores numéricos en caso de que se trate de una

variable cualitativa. Estos identificadores se corresponden

con etiquetas de texto que describen los diferentes valores

de la variable cualitativa

- Identificadores numéricos únicos para cada una de las

entidades representadas en caso de que la capa raster

contenga entidades (puntos, lineas o polígonos)

Aunque el formato raster responde fundamentalmente a una

concepción del mundo como conjunto de variables puede

utilizarse también para representar entidades. Si suponemos un

fondo en el que no exista nada (valor N U LL en todas las

celdillas) podemos representar objetos puntuales mediante

celdillas aisladas con un valor (diferente de cero) que actuará

normalmente como identificador; las líneas estarían constituidas

por ristras de celdillas adyacentes con valores diferentes de

cero, los polígonos por conjuntos de polígonos con un mismo

valor diferente de cero.

Por tanto es necesario introducir el concepto de valor nulo

(NULL), que es el que tienen las celdillas en las que no aparece

ninguna entidad.

Si el conjunto de polígonos cierra el espacio, el resultado es

similar a representar una variable espacial cualitativa, la

diferencia estriba en que en un mapa de polígonos, cada

uno de ellos tiene su propio identificador. Por ejemplo, en un

mapa de usos de suelo considerado como variable cualitativa,

todos los campos de secano tendrán el mismo valor, pero en un

mapa de polígonos representado en formato raster cada

polígono tiene su propio identificador, posteriormente a cada

identificador se asigna su uso de suelo.

La matriz de datos se almacena en un fichero como una lista de

valores numéricos, pero una capa raster necesita además

información que permita al programa y al usuario ubicar en el

espacio estos valores y entender su significado. Concretamente

se necesita.

Información geométrica, acerca de la matriz y de su posición

en el espacio:

Número de columnas (nc)

Número de filas (nf )

Coordenadas de las esquinas de la capa (e, w, s, n)

Resolución o tamaño de pixel en latitud (rx) y en

longitud (ry )