Modelos espaciales de datos

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA COCHABAMBA SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA

Alumna: Suarez Rubi María Cecilia C1033‐2

Segunda práctica 1º Parcial

Sistemas de Información Geográfica

Práctica modelos espaciales de datos

NOMBRE: María Cecilia Suarez Rubi

CODIGO: C1033-2

MATERIA: Sistemas de Información Geográfica

DOCENTE: Ing. M.Sc Vito Ledezma Miranda

CURSO: 3º semestre

CARRERA: Ingeniería Civil

FECHA: 01-marzo-2008

“LA PATRIA DEBE VIVIR ASÍ TENGAMOS QUE MORIR”



Segunda práctica 1º Parcial

Sistemas de Información Geográfica

Práctica modelos espaciales de datos

1. Introducción

Un Sistema de Información Geográfica es un sistema multidisciplinario, abierto a cualquier tipo de usuarios y aplicaciones que tengan como finalidad ubicar gráficamente y de manera georeferenciada información cartográfica la cual estará asociada a una base de datos tan simple o tan compleja como el usuario la requiera, permitiendo así la generación de análisis y modelados espaciales.

2. Objetivo del trabajo

2.1 Objetivo general

• Afianzar los conocimientos respecto a la estructura vectorial de una base de datos geográfica, en lo que respecta al modelo topológico en su respectivo manejo de tablas para este modelo.

2.2 Objetivos específicos

• Introducirnos en el uso del software ArcView 3.2. • Visualizar claramente el procedimiento a seguir para realizar la codificación

del modelo topológico de los polígonos correspondientes al país de Bolivia. • Elaborar una tabla de polígonos de Bolivia. • Elaborar una tabla de arcos de Bolivia. • Elaborar una tabla de nodos de Bolivia. • Elaborar una tabla de polígonos de Bolivia. • Elaborar una tabla de coordenadas de arcos de Bolivia.

3. Marco teórico

Los datos espaciales constan de dos componentes espacial y temática.



Conceptualmente, los datos geográficos se pueden dividir en dos elementos: observación o entidad y atributo o variable. Los SIG son capaces de gestionar ambos elementos.

Componente espacial: Las observaciones tienen dos aspectos en referencia a su localización: la localización absoluta, basada en un sistema de coordenadas y las relaciones topológicas con respecto a otras entidades. Los SIG son capaces de manejar ambos conceptos mientras que los programas de diseño asistido por ordenador (CAD) solo utilizan la localización absoluta.

Componente temática: Las variables o atributos de las entidades se pueden estudiar considerando el aspecto temático (estadística), su localización (análisis espacial) o ambos (SIG).

3.1 Datos para las aplicaciones del SIG

Los datos para aplicaciones SIG incluyen:

• datos digitalizados y escaneados • bases de datos • muestreo de campo con GPS • imágenes de satélite y fotografía aérea 3.2 Representación digital de datos geográficos

En la siguiente tabla se destacan las ventajas de la versión digital de los datos sobre la analógica:

digital analógica

fácil de actualizar difícil de actualizar, implica rehacer el mapa completo

transferencia sencilla y rápida (p.ej.: vía internet)

transferencia lenta (p.ej.: vía correo)

espacio de almacenamiento relativamente pequeño (dispositivos digitales)

requiere espacios de almacenamiento grandes (p.ej.: cartotecas tradicionales)

fácil de mantener los mapas en papel se estropean con el tiempo

análisis automático y fácil análisis difícil e inexacto (p.ej.: medición de áreas y distancias)

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organización híbrido, por unir una base de datos relacional, para los aspectos temáticos, con una base de datos topológica, para los geográficos. Un 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.

Figura 4. Representación vectorial

3.3.1.1 Representación vectorial de los datos

En el modelo de datos vectorial (figura 4), los datos geográficos se representan en forma de coordenadas. Las unidades básicas de información geográfica en los datos vectoriales son puntos, líneas (arcos) y polígonos. Cada una de éstas se compone de uno o más pares de coordenadas, por ejemplo, una línea es una colección de puntos interconectados, y un polígono es un conjunto de líneas interconectadas. Coordenada Pares de números que expresan las distancias horizontales a lo largo de ejes ortogonales, o tríos de números que miden distancias horizontales y verticales, o n-números a lo largo de n-ejes que expresan una localización concreta en el espacio n-dimensional. Las coordenadas generalmente representan localizaciones de la superficie terrestre relativas a otras localizaciones.

Punto Abstracción de un objeto de cero dimensiones representado por un par de coordenadas X,Y. Normalmente un punto representa una entidad geográfica demasiado pequeña para ser representada como una línea o como una superficie; por ejemplo, la localización de un edificio en una escala de mapa pequeña, o la localización de un área a la que una instalación da servicio en una escala de mapa media.

Línea



Conjunto de pares de coordenadas ordenados que representan la forma de entidades geográficas demasiado finas para ser visualizadas como superficies a la escala dada (curvas de nivel, ejes de calles, o ríos), o entidades lineales sin área (límites administrativos). Una línea es sinónimo de arco. Arco Término específico de ARC/INFO que se utiliza como sinónimo de línea. Polígono Entidad utilizada para representar superficies. Un polígono se define por las líneas que forman su contorno y por un punto interno que lo identifica. Los polígonos tienen atributos que describen al elemento geográfico que representan.

3.3.1.2 Modelos de datos vectoriales

Existen diferentes estructuras de datos vectoriales. Cada una de ellas tiene diferentes ventajas e inconvenientes.

• Lista de coordenadas "espaguetti" (figura 5) • Diccionario de vértices (figura 6) • Ficheros DIME (“Dual Independent Map Encoding”) (figura 7) • Arco / nodo (figura 8)

Para esta práctica utilizaremos en modelo topológico que llegaría a ser el modelo arco-nodo.

3.3.1.2.1 Modelo Espaguetti

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. Posee desventajas como: El sistema almacena información sobre la localización de los elementos, pero no sobre las relaciones que existen entre los elementos; es decir se registra la geometría pero no la topología. También esta estructura de datos genera mucha información redundante (ej. registra dos veces las coordenadas de un lado común de dos polígonos)



Figura 5. Lista de coordenadas "espagueti"

3.3.1.2.2 Diccionario de Vértices

Un mapa se representa mediante dos archivos de datos: Un archivo está constituido por una relación de vértices, en la que constan las coordenadas X,Y, y otro archivo con los vértices que definen cada objeto. Esta estructura resuelve los problemas de repetición de coordenadas de los puntos, de la estructura Spaghetti; pero es muy pobre desde el punto de vista topológico.

Figura 6. Diccionario de vértices

3.3.1.2.3 Ficheros 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 representa indicando en que vértice empieza y en que vértice termina.



Figura 7. Ficheros DIME

3.3.1.2.4 Modelo arco-nodo

El elemento fundamental es el arco. Donde el arco es una sucesión de líneas a 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. Tienen el inconveniente en que después de cada actualización, requiere reconstruir la topología, que puede tomar mucho tiempo cuando el archivo es grande.



EJEMPLO

Figura 8. ARCO / NODO o POLYVRT

Estas son las tablas que se deben construir en la actual práctica.

Fichero 1. Coordenadas de los nodos y vértices de cada arco

ARCO Nodo origen Vértices intermedios Nodo final

1 3.2, 5.2 1, 5.2 1,3

2 1,3 1.8,2.6 2.8,3 3.3,4 3.2, 5.2

3 1,2 3.5,2 4.2,2.7 5.2,2.7

Fichero 3. Topología de polígonos

Polígono Arcos

A 1, 2

Fichero 4. Topología de los nodos

Nodo Arcos

1 1,2

2 1,2

3 3

4 4

5 5

Fichero 2. Topología de arcos

ARCO Nodo origen

Nodo final

Polígono derecha

Polígono izquierda

1 1 2 Externo A

2 2 1 A Externo

3 3 4 Externo Externo



4. Desarrollo Práctico

Primero se debe bajar del correo personal de gmail el archivo Bolivia_departamentos.rar y descomprimirlo.

Seguidamente el archivo descomprimido debo llevarlo a un disco, en mi caso es el “D”, con el nombre de Bolivia_departamentos.

Abrir el programa ArcView 3.2 GIS donde se obtendrá la siguiente ventana:

Seleccionamos la primera opción “with a new view” y hago click en OK.

Después de hacer esto me aparecerá la siguiente ventana, en la cual debo hacer click en YES.

Luego debemos adicionar un nuevo, para esto debemos seleccionar el disco donde se encuentra la carpeta Bolivia_departamentos y elegir la opción “bol-dpto.shp” y hago un click en aceptar.



Después de realizar este paso nos podemos a trabajar en el mapa de polígonos ya existente de Bolivia, no es necesario activar la opción “start editing” que se encuentra en el menú “Theme”

Debo seguidamente crear mis nodos, que son la intersección de dos o más arcos.

El mapa actual esta coloreado de acuerdo a la superficie. Lo único que debo hacer es colocar puntos en las intersecciones que serán mis nodos, después debo elegir la

opción de texto para escribir a que nodo pertenece cada punto.



Ahora veremos el mapa con los nombres de los nodos, el mismo procedimiento es utilizado para colocar los nombres a los polígonos y arcos.

Como podemos apreciar en nuestro próximo grafico, los polígonos son los cuyo texto están dentro del cuadro amarillo, y los otros son nuestros nodos.



Luego debemos colocar nuestros arcos que tienen un nodo de inicio y uno de fin.

Este mapa está clasificado de acuerdo a la población.

Luego de tener todos mis datos en el mapa debo generar mis 4 tablas topológicas que son: polígonos, arcos, nodos, coordenadas de los arcos.

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5. Presentación de resultados

Este mapa está clasificado de acuerdo a la población.



Y he aquí nuestras tablas:

Tabla de polígonos

POLIGONO ARCOS TJA a1; a2; a3 CBBA a5; a10; a11; a12; a13; a14 SCZ a8; a9; a10; a6 PA a16; a17; a18 BE a9; a24; a16; a15; a11 OR a13; a20; a21; a22 PTS a1; a4; a14; a22; a23 LPZ a20; a12; a15; a18; a19 CHQ a2; a7; a6; a5; a4

Tabla de nodos

NODOS ARCOS N1 a1; a3; a23 N2 a7; a2; a3 N3 a6; a7; a8 N4 a8; a9; a24N5 a24; a16; a17 N6 a17; a18; a19 N7 a20; a12; a13 N8 a19; a20; a21 N9 a21; a22; a23 N10 a9; a10; a11 N11 a11; a15; a12 N12 a5; a6; a10 N13 a13; a14; a22N14 a5; a14; a4 N15 a1; a2; a4



Tabla de arcos

ARCOS INICIO FINAL POLIGONO DERECHO POLIGONO IZQUIERDO a1 N1 N15 TJA PTS a2 N15 N2 CHQ TJA a3 N2 N1 E TJA a4 N15 N14 CHQ PTS a5 N14 N12 CBBA CHQ a6 N12 N3 SCZ CHQ a7 N3 N2 E CHQ a8 N4 N3 E SCZ a9 N10 N4 BE SCZ a10 N10 N12 SCZ CBBA a11 N11 N10 BE CBBA a12 N11 N7 CBBA LPZ a13 N7 N13 CBBA OR a14 N13 N14 CBBA PTS a15 N16 N11 BE LPZ a16 N16 N5 BE PA a17 N6 N5 PA E a18 N6 N16 PA LPZ a19 N8 N6 LPZ E a20 N8 N7 LPZ OR a21 N9 N8 OR E a22 N9 N13 PTS OR a23 N1 N9 PTS E



Tabla de coordenadas de los arcos

ARCOS COORDENADA DE INICIO COORDENADA INTERMEDIA COORDENADA FINAL a1 ‐66,16 ; ‐22,07 ‐65,30 ; ‐21,74 ‐65,23 ; ‐21,46 a2 ‐65,23 ; ‐21,46 ‐64,14 ; ‐20,89 ‐62,26 ; ‐20,97 a3 ‐62,26 ; ‐20,97 ‐64,31 ; ‐22,84 ‐66,16 ; ‐22,07 a4 ‐65,23 ; ‐21,46 ‐65,29 ; ‐20,53 ‐65,32 ; ‐18,40 a5 ‐65,32 ; ‐18,40 ‐64,84 ; ‐18,47 ‐64,32 ; ‐18,66 a6 ‐64,32 ; ‐18,66 ‐63,68 ; ‐20,44 ‐62,19 ; ‐20,46 a7 ‐62,19 ; ‐20,46 ‐62,27 ; ‐20,68 ‐62,26 ; ‐20,97 a8 ‐61,53 ; ‐13,50 ‐57,47 ; ‐18,21 ‐62,19 ; ‐20,46 a9 ‐64,74 ; ‐15,81 ‐63,41 ; ‐15,88 ‐61,53 ; ‐13,50 a10 ‐64,74 ; ‐15,81 ‐64,25 ; ‐17,39 ‐64,32 ; ‐18,66 a11 ‐66,82 ; ‐15,77 ‐65,75 ; ‐16,47 ‐64,74 ; ‐15,81 a12 ‐66,82 ; ‐15,77 ‐66,91 ; ‐16,81 ‐66,94 ; ‐17,61 a13 ‐66,94 ; ‐17,61 ‐66,79 ; ‐17,75 ‐66,78 ; ‐18,10 a14 ‐66,78 ; ‐18,10 ‐65,94 ; ‐17,98 ‐65,32 ; ‐18,40 a15 ‐66,97 ; ‐12,47 ‐67,51 ; ‐14,29 ‐66,82 ; ‐15,77 a16 ‐66,97 ; ‐12,47 ‐66,25 ; ‐11,32 ‐65,36 ; ‐10,34 a17 ‐68,67 ; ‐12,49 ‐67,40 ; ‐10,36 ‐65,36 ; ‐10,34 a18 ‐68,67 ; ‐12,49 ‐67,98 ; ‐11,83 ‐66,97 ; ‐12,47 a19 ‐69,08 ; ‐18,02 ‐69,37 ; ‐14,95 ‐68,67 ; ‐12,49 a20 ‐69,08 ; ‐18,02 ‐67,78 ; ‐17,85 ‐66,94 ; ‐17,61 a21 ‐68,44 ; ‐19,41 ‐68,95 ; ‐18,92 ‐69,08 ; ‐18,02 a22 ‐68,44 ; ‐19,41 ‐67,24 ; ‐19,64 ‐66,78 ; ‐18,10 a23 ‐66,16 ; ‐22,07 ‐68,18; ‐21,27 ‐68,44 ; ‐19,41

6. Análisis de los resultados

Como podemos observar en las tablas, el país de Bolivia consta de 15 nodos, 23 arcos y 10 polígonos (el polígono Nº 10 = E, solo que no aparece en tablas ya que no está conectado a ningún arco, también no tome en cuenta al lago Titicaca ya que solo quería utilizar los departamentos). Estos resultados varían de acuerdo a la persona que realiza las tablas ya que se pueden colocar más nodos y arcos.

La tabla de coordenadas de los arcos es la que mas error contiene ya que la precisión para hallar las coordenadas es muy importante, además el error se puede cometer si no

tomamos los nodos en el sentido de las manecillas del reloj anotando de forma errónea nuestras coordenadas.



7. Conclusiones

Un Sistema de Información Geográfica es un sistema multidisciplinario, abierto a cualquier tipo de usuarios y aplicaciones que tengan como finalidad ubicar gráficamente y de manera georeferenciada información cartográfica la cual estará asociada a una base de datos tan simple o tan compleja como el usuario la requiera, permitiendo así la generación de análisis y modelados espaciales.

Los datos espaciales representan características geográficas asociadas con

elementos del mundo real. Las características geográficas son representadas sobre mapas por puntos, líneas y áreas o polígonos.

Un modelo espacial es una abstracción manejable de la realidad.

Las bases de datos espaciales se dividen en 2: raster y vectorial.

El formato vectorial es el más conveniente para representar objetos cartográficos con coordenadas exactas de precisión. Las líneas y puntos son representados por sus coordenadas explícitas x, y; las áreas son representadas como polígonos cuyos bordes son las líneas.

Dentro del formato vectorial se encuentra nuestro modelo utilizado en esta práctica el topológico, que consta de 4 tablas principales: polígonos, arcos, nodos y coordenadas de los arcos.

Bolivia de acuerdo a la tabla creada de polígonos (Entidad utilizada para representar superficies) cuenta con 10 (TJA, SCZ, CBBA, BE, PA, LPZ, CHQ, OR, PTS, E).

Bolivia de acuerdo a la tabla creada de nodos (Congruencia de 2 o más arcos) cuenta con 15.

Bolivia de acuerdo a la tabla creada de arcos (Una línea es sinónimo de arco ) cuenta con 23.

8. Recomendaciones

• Este trabajo es único no se debe copiar!!!.



• Tratar de tomar siempre apuntes en clase, ya que el docente explica con detalle lo que debe realizar en las prácticas.

• No importa la cantidad sino la calidad, es por eso que no se debe llenar el marco teórico de “basura”.

• Se debe tener máximo cuidado al llenar las tablas, ya que se toma en cuenta la

dirección de las manecillas del reloj . • Tratar de ser lo más precisos en la última tabla, para tener un error mínimo en las

coordenadas. • Mandar vía gmail el trabajo en FORMATO pdf.

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