SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA...
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SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA SIG
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SISTEMAS DE
INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
SIG
62 COMPILADO POR: ING: ROXANA XIMENA BURGOS BARROSO
TEMA 5: SISTEMAS DE INFORMACIÓN
GEOGRÁFICO
¿QUE ES UN GIS?
Del total de información que circula en el mundo entero, el 80% tiene referencias geográficas.
Nuevas tecnologías permiten hoy la visualización de datos territoriales, inclusive en tiempo real.
5 Definiciones. Ha habido tantos intentos para definir que es un Sistema de Información
Geográfica que es realmente difícil tratar de seleccionar una sola definición.
Esta variedad, como sugiere Pickles (Pickes, J (1995), The Social Implementation of Geographical
Information Systems, Guilford Press, Nueva York), puede ser explicada por el hecho que estas
dependen del punto de vista y formación de los individuos que las formulan. Pickles también
sugiere que varían a medida que la tecnología avanza y las herramientas disponibles son más
potentes.
ALGUNAS DEFINICIONES
Las definiciones tradicionales
describen a los GISs como “Un
conjunto de hardware, software, datos
geográficos, personas y
procedimientos; organizados para
capturar, almacenar, actualizar,
manejar, analizar y desplegar
eficientemente rasgos de información
referenciados geográficamente”
ESRI, fabricante de uno de los más popular programa software de GIS, ArcInfo, lo define como “Un sistema capaz de guardar y utilizar datos que describen lugares en la superficie terrestre”. El conjunto de datos de los Sistemas de Información Geográfica, contiene coordenadas e información sobre atributos y facilita la manipulación de datos geográficos para su posterior análisis”.
Quizás sea más sencillo definir un GIS como “Una base de datos geográficos relacionados con un
sistema de representación gráfica, es decir, un sistema que puede presentar gráficamente datos
espaciales y trabajar con ellos”.
Una definición más amplia es la de Burroughi, 1988, “Un conjunto de herramientas para reunir,
introducir, almacenar, recuperar, transformar y cartografiar datos espaciales del mundo real para
un conjunto particular de objetivos.”
Una definición más actual, corta y puntual sería: “Un Sistema de Información Geográfica es un
sistema que por medio de computadoras y datos geográficos ayuda a nuestro mejor entendimiento
del mundo en que vivimos y nos permite resolver los problemas que diariamente afrontamos”.
Un GIS es entre otras cosas, un programa informático con especificas capacidades agrupables en
las siguientes funciones:
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Funciones para la entrada de información: Son los procedimientos que permiten convertir la
información geográfica de formato analógico (papel), a formato digital.
Funciones para la salida o representación de la información: Son los métodos que permiten
recuperar los datos incorporados en las bases de datos y exhibir los resultados logrados a partir de
operaciones analíticas realizadas con ellos. Los posibles productos son mapas, gráficos, tablas y
otro tipo de resultados en diferentes soportes: papel, pantalla gráficas, archivos binarios, etc.
Funciones de gestión de información geográfica espacial: Son las operaciones que posibilitan
extraer de la base de datos la información requerida, reorganizando y reagrupando la misma.
Funciones analíticas: Son las acciones que facilitan el procesamiento de datos integrados en el
sistema, de forma tal que la información obtenida es de mayor valor que los datos ingresados.
Aportan conocimiento y profundidad analítica al estudio territorial.
Resolver problemas, de eso se trata un GIS. Es simplemente una herramienta muy poderosa, cada
vez más utilizada, para la toma de decisión.
5.1 Componentes. Analizando las definiciones anteriores, observamos que determinados
elementos se repiten constantemente. Examinemos cada uno de ellos:
Los ordenadores están compuestos de dos tipos de elementos, los de carácter físico, el hardware y
un conjunto de elementos lógicos, el software
5.1.1 Hardware Hoy en día los softwares GISs corren en una larga variedad de hardware desde
servidores centralizados hasta laptops, en equipos individuales o en sistemas de redes.
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El hardware está compuesto por los siguientes elementos físicos: el procesador electrónico, la
memoria central, los discos de almacenamiento, los periféricos de entrada (Mouse, pantalla,
teclado, tableta digitalizadora, etc.) y los periféricos de salida (pantalla, plotter, impresora, etc.).
Debido a que los datos geográficos son de gran dimensión (hasta un Gb) podemos afirmar que la
manipulación de estos archivos requiere de capacidad de memoria, de almacenamiento y de
procesado.
En función de esta afirmación, los requerimientos de imput, output, memoria y procesador imponen
la planificación de una plataforma que posibilite efectivamente el uso de información geográfica.
Sin embargo hay determinadas características que son esenciales para correr un Sistema de
Información Geográfica:
Presencia de procesador lo suficientemente potente como para admitir el software.
Suficiente memoria para el despliegue de grandes volúmenes de datos en pantalla.
Monitor de buena resolución.
Periféricos de entrada y de salida específicos (tableta digitalizadora, scanners, plotters,
impresoras).
Los avances tecnológicos en la última década
Los avances tecnológicos hechos en hardware y desarrollo de software durante los últimos años
han sido asombrosos. Estas transformaciones marcan las siguientes tendencias:
El aumento de la capacidad de almacenamiento de los discos a costos relativamente bajos,
suscitó un cambio en los sistemas de hardwares dominantes: caen en desuso los servidores
UNIX y Workstation usados durante los 1980, para que las computadoras personales se
conviertan en las plataformas usadas generalmente.
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Recientes desarrollos dentro de la industria del micro-chip, ej. los Pentium de 32-bit, han
reafirmado esta tendencia, convirtiendo a la micro-computadora en una herramienta viable y
eficiente para el procesamiento de datos espaciales.
En los últimos años, mientras se verifica un paulatino desuso de la computadora centralizada,
la tendencia ha sido el ascenso de los procesos distribuidos donde las computadoras se unen
a través de redes conformando sistemas distribuidos.
De sistemas cerrados con usuarios cautivos, los softwares han migrado hasta convertirse en
sistemas abiertos de estándares compartidos, que posibilitan intercambio de datos y
aplicaciones.
Por otra parte, la modalidad imperante actual son las aplicaciones construidas según las
necesidades del usurario, conformadas por extensiones intercambiables y adosadas según los
objetivos del proyecto.
El sistema operativo Windows NT es el más utilizado, especialmente en organizaciones que
integrar las capacidades de los GISs en su diario quehacer.
Los dispositivos Raster de bajo costo, en especial los plotters de tinta, han reemplazado a los
tradicionales plotters electrostáticos.
5.1.2 Software. El software es un grupo de programas o instrucciones que hace que el ordenador
realice determinadas tareas.
Los softwares en Sistemas de Información Geográfica son tan variados que para dar una idea de
costos van de los 100 dólares hasta los 10.000. Esta multiplicidad está estrechamente vinculada a
la forma en que la PC interactúa con la información geográfica.
Estas son algunas de home-pages que pode visitar, considerando los SIG de mayor uso:
SOFTWARES
Autodesk de Autocad http://www.autodesk.com/index.html
ESRI, ARC/INFO (USA) http://www.esri.com.ar
http://www.digicomp.com.pe/telematica/esri.htm
Erdas de Erdas USA http://www.erdas.com
ER-Mapper http://www.ermapper-spain.com/home.htm
GRASS http://www.cecer.army.mil/grass/GRASS.main.html
IDRISI, Clark University de Worcester, Massachusetts
http://www.idrisi.clarku.edu/
Intergraph de USA http://www.intergraph.com
MapInfo de MapInfoCo USA http://www.mapinfo.com
TransCad, Caliper Corporation http://www.caliper.com/
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SISTEMAS DE información GEOGRAFICA leaders eN usa
Fuente: http://www.zdnet.com/zdnn/stories/zdnn_display/0,3440,382745,00.html
5.3 Datos Espaciales. Como la información esta localizada territorialmente, estos sistemas
manejan datos con características específicas: al mismo tiempo que proporcionan posición
geográfica, aportan nociones sobre las relaciones que mantienen los elementos entre sí y detalles
sobre los atributos no espaciales.
Por ejemplo, los datos de una ciudad pueden incluir las siguientes referencias:
La posición de una ciudad, que da información respeto a su localización.
La relación espacial con otros objetos me permite conocer que otros elementos hay a su
alrededor: a que distancia están las ciudades vecinas, en que dirección, cuales son los
limites geográficos de la ciudad, etc. A estas relaciones las llamamos topología, concepto
importante en los modelos GIS y cuya definición precede:
Topología:
Estudio de las propiedades geométricas de una figura que no depende de
su posición sino de su conectividad, adyacencia y relaciones de que
mantienen con otros elementos. (Department of the Environment, 1987, UK)
Datos no geográficos, que la caracterizan de los objetos. Por ejemplo, población, régimen de
lluvias, temperaturas promedio, usos principales del suelo.
5.4 Sistema de representación grpafica de información. En general la información geográfica es
representada por tres tipos de entidades espaciales:
1. Puntos: Se utilizan para representar aquellas entidades que son demasiado pequeñas para
ser mostradas como áreas o líneas. Por ejemplo un punto puede representar un cable
telegráfico o una ciudad dependiendo de la escala.
2. Líneas: Es básicamente un conjunto de puntos ordenados, utilizados para representar entidad
que son demasiado pequeñas como para ser representadas como áreas (como ejemplo un río
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cuyo ancho no merita esta representación).
3. Areas o Polígonos: Figuras planas con limites de líneas. Representan campos, áreas
administrativas, ciudades.
El problema de definir con que tipo de entidad representamos a determinado elemento, no es una
cuestión menor: ¿un edificio, lo representamos como un punto o un área? ¿Un camino como una
línea o un área?
5.5 Procedimientos analíticos y de gestión de información. En general los GISs traen
procedimientos para incorporar, manipular, editar, manejar, recuperar y analizar datos. En algunos
softwares, estos procedimientos vienen separados, por ejemplo bases de datos por una parte y
herramientas para realizar operaciones geográficas por otra. En otros casos, determinadas
funciones están ampliamente desarrolladas mientras determinadas capacidades están ausentes.
5.6 Áreas de aplicación. Acontinuación se observa un ejemplo de los lugares de uso de los GIS:
GUBERNAMENTAL Salud
Planificación urbana
Planificación del transporte
Planificación de servicios
Gobierno local
Catastros
Desarrollos urbanos
Emergencias
DEFENSA Identificación de objetivos
Planificación táctica
Operación de movibles
Datos de inteligencia
COMERCIO Estudio de mercado
(Geomarketing)
Manejo de flotas
Distribución de mercadería
Localización de actividades Seguros
AMBIENTE Mapeo de recursos mineros
Monitoreo de Polución
Paisaje
Análisis ambiental
Evaluación de impacto ambiental
Manejo de recursos naturales
Prevención de desastres naturales
SERVICIOS Transporte
Comunicaciones
Electricidad
Distribución de agua
5.7 ¿Cuáles son sus ventajas? Previo a la disponibilidad de la tecnología GIS, la forma en que se
tomaban decisiones (ejemplo: cual era el lugar más apto para ubicar un nuevo negocio o para la
construcción de un aeropuerto), no siempre era la mas adecuada. Se confiaba en mapas
tradicionales y en tablas estadísticas impresas.
Estos registros se mantenían generalmente en departamentos o sectores aislados dentro de una
cierta organización, lo que generaba inevitablemente perdidas de tiempo, duplicación de esfuerzos
y reducción en la eficiencia de las prestaciones.
Mapas, tablas y cartografía eran difíciles de mantener actualizados.
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Determinados análisis no se podían realizar: ni siquiera con los mejores mapas, tablas o cartas, se
podía plantear un estudio que evaluará las diferentes opciones que convergen en la toma de
decisión de determinada localización. Todas las alternativas no podían ser tenidas en cuenta ya
que no podían ser visualizadas en conjunto. Adicionalmente, estos estudios se basaban en datos
incompletos.
El advenimiento del GIS, y las múltiples aptitudes adquiridas en los últimos años, los han
transformado en una herramienta indispensable para la gestión actual.
El GIS posibilita la integración de fuentes diversas tales como elementos cartográficos,
datos estadísticos, planillas de cálculo, bases de datos tradicionales, fotos aéreas e imágenes
satelitales.
Por otra parte, los mapas digitales no presentan la dificultad de manipular información en
diferentes escalas, proyecciones y sistemas de referencia.
El GIS provee las herramientas necesarias para analizar modelos, localizar eventos, medir
cuán distante están dichos eventos, encontrar la mejor manera de llegar a un destino y
explorar como los problemas se relacionan con los demás.
Los análisis realizados permiten revelar relaciones, modelos y tendencias.
La información existente pueden combinarse y reasociarse generando nueva información.
Esta información consolidada aporta a la caracterización de los procesos y patrones de
comportamiento que se verifican en los territorios involucrados, facilitando el desarrollo de
escenarios de simulación y análisis de sensibilidad de impacto global de las políticas.
Ofrecen la ventaja adicional, que al contrario de lo que sucede con mapas tradicionales, los
mapas GISs cambian dinámicamente en la medida que los datos alfanuméricos son
actualizados.
La relación estrecha que se establece entre los mapas digitales y la información asociada a los
elementos gráficos contenidos, da una nueva dimensión al tratamiento de la información
Beneficio de los SIGs
Los beneficio pueden ser divididos en dos categoría, beneficios directos que incluyen ahorros de
costo y tiempo consumido y pueden ser fácilmente cuantificables y beneficios indirectos que son
mucho más difíciles de probar (como por ejemplo la mejora de un servicio).
La diferencia entre ambos se basa en que los primeros son fácilmente computarizados en termino
de dinero
La posibilidad de explotar datos estadísticos referidos a entornos geográficos.
El ahorro de tiempo para el análisis de información
El reducido lugar de almacenamiento
La facilidad para mantener mapas actualizados
La producción cartográfica más económica.
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Desventajas iniciales de los SIGs
Alto costo inicial
Tiempo consumido en el imput de datos1
Tiempo necesario para aprender el software
Falta de información digital
Cambios de la organización necesarios para introducir una base de datos centralizada
Como representa al mundo (Los SIG o GIS)
5.8 Que es un modelo
Primera definición: un modelo es "una representación simplificada de la realidad en la que
aparecen algunas de sus propiedades" (Joly, 1988:111).
El modelo reproduce solamente algunas propiedades del objeto o sistema original que queda
representado por otro objeto o sistema de menor complejidad. Los modelos se construyen para
conocer o predecir propiedades del objeto real.
La existencia de la relación simétrica entre modelo y realidad permite que un resultado C' relativo
al modelo pueda traducirse en otro C relativo al objeto real y, de esta forma, que las respuestas
derivadas del modelo sean aplicables a la realidad sin perder sentido
Los Sistemas de Información Geográfica como modelos
Los Sistemas de Información Geográfica representan fenómenos y procesos que observamos en el
mundo real reproducidos informáticamente. Para realizar esta transformación, se construyen
modelos que emulan aquellos aspectos del mundo real importantes desde el punto de vista del
proyecto, tratando de reflejar con fidelidad y precisión la apariencia, estructura y comportamiento
de las entidades observadas.
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Los modelos se construyen a través de procesos interactivos, que los modifican en la medida que
se obtiene mayor conocimiento sobre la problemática y se identifican las debilidades de los
primeros planteos. La comprensión de este concepto es importante ya que la implementación de
un GIS es un proceso que requiere en forma permanente transformaciones y revisiones.
La complejidad de los modelos varían según los proyectos. Pueden ser tan simples como el
necesario para encontrar el camino de menor distancia entre dos puntos o tan complejo como el
requerido para diseñar un modelo de impacto ambiental que evalúe la construcción de una
industria contaminante.
5.8.1 El mapa como modelo. Los mapas son construidos con un propósito en la mente: la
reconstrucción en soporte papel de determinada región.
mapa como modelo
Foto de Salt Lake City
Mapa de Relieve: Este primer mapa de la
ciudad muestra la localización de la ciudad y
la forma de la tierra (ubicación del valle, las
montañas, el río, los lagos)
Mapa de caminos: brinda información para
desplazarse de un lugar a otro. Especifica
tipos de vías: autopista, carreteras, caminos
rurales,
etc.
Mapa topográfico: permite ubicar los
diferentes elementos que componen la
ciudad: edificios públicos, calles,
infraestructura.
Fuente: http://info.er.usgs.gov
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Los mapas utilizan signos, formas, líneas, contornos y texto para representar los fenómenos
observados. Esta simplificación lleva implícito que es poco probable que la representación de
determinadas entidades esté en la exacta posición donde indica el símbolo.
Por ejemplo la localización de una selva como polígono, no presume que la misma termina
abruptamente en la línea representada en el mapa.
Los caminos suelen estar en el lugar correcto generalmente, pero incrementados en términos
de ancho para que resulten visibles.
En determinados casos, si coinciden dos o más representaciones en el espacio (un camino y
una línea ferroviaria), alguno de estos elementos se corre de lugar, para lograr la visualización
del conjunto y trasmitir la información necesaria.
Por otra parte, la escala tiene un importante efecto en la representación de elementos. Es así
como el aumento en la escala produce determinadas modificaciones:
El mapa como modelo, tiene la particularidad de que los fenómenos representados tiene una
precisa localización en el territorio y mantiene relaciones espaciales con otros elementos
simbolizados.
5.8.2 El Modelo Espacial del SIG La construcción de un modelo espacial a través de un GIS,
conlleva determinado pasos:
Identificar la porción del mundo real en las cuales estamos interesados.
La conversión de estas observaciones en un modelo geográfico.
La determinación de los datos geográficos ha simbolizar: primero las entidades de la realidad
relevantes denominadas observaciones; posteriormente los atributos y particularidades que
poseen
ENTIDADES ATRIBUTOS
Observación
Dirección
Nomenclatura catastral
Contribución territorial
Propietarios
Cantidad de unidades funcionales
Revestimiento exterior
La estipulación de los objetos gráficos con los que las representaremos
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ENTIDADES REPRESENTACION
¿Puntos?
¿Areas?
La representación de las unidades de observación
La mayoría de los autores considera que las observaciones pueden ser representadas por tres
formas básicas diferenciadas según el número de dimensiones geométricas:
Objetos Características Ejemplos
0-D (Puntos)
Los puntos son los elementos espaciales
más sencillos y se utilizan para representar
aquellas entidades que son demasiado
pequeñas para ser representados como
áreas.
Postes telegráficos, árboles,
lotes, ciudades en escala
1:1.000.000.
1-D (Líneas)
Las líneas son utilizadas para representar
aquellas entidades cuyo ancho se
desprecia.
Subterráneo, ríos, calles.
2-D (Áreas)
Las áreas representan observaciones donde
la superficie es una variable significativa.
Lotes, ciudades, áreas
naturales.
Algunos autores incluyen a redes y superficies como formas básicas y elevan el número de objetos
a 5.
2-D (Redes) Una red puede ser pensada como una serie
de líneas interconectadas a través de las
cuales fluye información.
Redes ferroviarias, de
electricidad, redes
naturales (ríos)
3-D (Superficies) La superficie es un elemento para el cual en
cualquier posición hay un valor particular Z
Elevación del terreno,
isobaras, temperaturas,
precipitaciones anules
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Normalmente un identificador, también llamado etiqueta reconoce cada objeto. Las etiquetas
distinguen los rasgos geográficos del mismo tipo, una ciudad de otra, un río de otro, etc. Son
únicas y proveen el mecanismo por el cual se unen el objeto representado con sus características
descriptivas o atributos.
Las etiquetas pueden ser un nombre, ej. "Córdoba", una descripción, "Capital de Provincia" o un
número distintivo, ej. "123".
Dificultades
Un sinnúmero de problemas surgen al asociar la complejidad del mundo real con estas cinco
formas básicas:
En primer lugar, dependiendo de la escala, una entidad del mundo real puede ser representada
por diferentes objetos: una ciudad puede ser representada como un punto o como un área.
En segundo lugar, en general la naturaleza tiene bordes confusos y no todas las entidades
pueden ser simbolizadas con la exactitud de las figuras geométricas absolutas mencionadas
anteriormente. Por ejemplo ¿Cómo fijar la línea de división en un mapa de usos del suelo entre
un área rural y un área urbana, si no existe borde neto entre ambas?
Por otra parte, el mundo real no es estático: las selvas crecen o decrecen, los ríos cambian los
recorridos, las ciudades se expanden. Por ejemplo. ¿Cómo representar una selva?. ¿A través
una serie de punto o como un área? ¿Pero qué pasa cuando esta decrece y se convierte en un
disperso grupo de árboles?
Atributos
Cada objeto gráfico representado tiene atributos asociados.
ENTIDADES ATRIBUTOS
Ciudades Tamaño, población, nombre
Parcelas Propietario, dirección, número de
partida, contribución territorial
Equipamiento Tipo, ubicación, nombre
Red caminera Tipo de camino, ancho, volumen de
tráfico, longitud.
Los atributos de los nodos que
conforman la red serán: presencia de
semáforos, presencia de pasos a nivel,
prohibición de girar a la izquierda etc.
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Los Layers
La complejidad del mundo real exige la construcción de modelos con
entidades de diferente tipo: un plan urbano por ejemplo requiere
información sobre usos del suelo, normativa, divisiones
administrativas, población, equipamiento, etc.
Cada uno de estos fenómenos se representa en una capa de
información, denominada layer.
Superposición de layers en modelo desarrollado para evaluar ramales ferroviarios. Layers
representados: auto-transporte, ferrocarril, densidad de población.
Fuente:
Trenes de Buenos Aires (TVA)
4. Mundo Raster y vectorial
La PC utiliza dos modelos para representar los datos
geográficos, el modelo Raster y el modelo Vectorial.
Mundo Real
Este modelo trata la información como continua,
distribuida sobre todo el territorio.
La información se divide en celdillas individuales
(también llamadas pixeles), cada una de las cuales
tiene un valor discreto.
Haciendo una analogía, sería como analizar una
carretera mirando cada uno de sus adoquines.
Modelo Raster
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GEOGRÁFICO
Este modelo utiliza puntos, líneas y polígonos para
representar las observaciones.
Presupone que la información es constante dentro de
los límites que fijan los objetos.
Usando la analogía anterior, la carretera se
representaría con un segmento lineal del cual se
conocería su punto inicial, los puntos donde hay
intersecciones, su punto final y los elementos
colindantes a las banquinas.
Modelo Vectorial
GIS Raster
El modelo Raster no distingue elementos geográficos como tales. Parte de considera una
estructura de celdas ordenada en una grilla. La base más utilizada es aquella donde la matriz es
rectangular y esta regularmente espaciada.
La grilla está conformada por celda o pixeles con determinado valor que la computadora registra en
símbolos que la maquina comprende y que recupera simplemente al reconocer si determinado
elemento este presente o ausente (ejemplo agua en la superficie: si está presente = 0; si está
ausente = 1). En sus formatos más sencillos, el modelo Raster, guarda una grilla de unos y ceros
como el representado en nuestro ejemplo.
Imagen Archivo
En el modelo Raster, a partir de celdas individuales, se constituyen líneas, área, redes y
superficies.
En este tipo de modelo el tamaño del pixel es decisivo:
A menores pixeles, mayor será la precisión del mapa.
Por otra parte, la longitud de la cuadricula base pixel, en unidades de terreno, nos proporciona
la escala del mapa.
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GEOGRÁFICO
Un problema común en estas estructuras, surge cuando los fenómenos ocupan parcialmente una
celda. Este inconveniente se resuelve parcialmente considerando que si el elemento ocupa mas
del 50% del pixel, se computa la entidad como ocupada.
Modelo Raster
Puntos
Los puntos se representan como una posición en una
matriz de columnas y filas.
Líneas
Las líneas se representan como un conjunto de celdas
conectadas.
Áreas
Las áreas se representan como un conjunto de celdas
continuas que definen un interior.
Superficie
Las superficies están conformadas por celdas que
guardan información sobre el valor de la elevación de la
misma. Cuanto más fina es la grilla, mayor cantidad de
detalles tendrá la superficie
Redes
Las redes son líneas interconectadas que reconocen su
topología (correlación, conectividad y continencia) por la
regularidad de la grilla. Estas relaciones permiten a la
celda determinar cuales son sus vecinos.
