Códigos para la transmisión de la información geográfica.
Los SIG (Sistemas
de Información Geográfica) han surgido como una tecnología muy
poderosa porque permiten integrar datos y métodos de análisis geográfico
tradicionales (como el análisis de superposición de mapas), con nuevos tipos de
análisis como el georreferencial y la modelación matemática. Un SIG se define
como un conjunto de métodos, herramientas y datos que están diseñados para
actuar coordinada y lógicamente en la captura, almacenamiento, análisis,
transformación y presentación de toda la información geográfica y sus
atributos, con el fin de satisfacer múltiples propósitos. Los SIG son una
tecnología que permite gestionar y analizar la información espacial y surgió de
la necesidad de disponer rápidamente de información, para resolver problemas y
contestar a preguntas de modo inmediato.
Componentes de los SIG.
Para
comprender mejor cómo se trabaja en un sistema de información geográfico, es
importante conocer cuáles son los elementos que lo constituyen. Los principales
componentes de un SIG son el hardware, el software, la información, los
recursos humanos y las metodologías para resolver los problemas. En conjunto,
los componentes de un SIG permiten representar de manera digital los datos
geográficos (adquisición, codificación y almacenamiento), manejar de manera
eficiente la codificación para editar, actualizar, manejar y almacenar los
datos, brindarlos eficientemente para consultas complejas y crear formas de
salida compatibles para diferentes usuarios, como puede ser con tablas,
gráficas, etc.
Funcionamiento de un SIG.
La razón fundamental para
utilizar un SIG es la gestión de información espacial. El sistema permite
separar la información en diferentes capas temáticas y las almacena
independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida y sencilla,
facilitando al profesional la posibilidad de relacionar la información
existente a través de la topología geoespacial de los objetos,
con el fin de generar otra nueva que no podríamos obtener de otra forma.El SIG
funciona como una base de datos con información geográfica (datos
alfanuméricos) que se encuentra asociada por un identificador común
a los objetos gráficos de los mapas digitales.
De esta forma, señalando un objeto se conocen sus atributos e, inversamente,
preguntando por un registro de la base de datos se puede saber su localización
en la cartografía.
Las principales cuestiones que
puede resolver un sistema de información geográfica, ordenadas de menor a mayor
complejidad, son:
·
Localización:
preguntar por las características de un lugar concreto.
·
Condición:
el cumplimiento o no de unas condiciones impuestas al sistema.
·
Tendencia:
comparación entre situaciones temporales o espaciales distintas de alguna
característica.
·
Rutas:
cálculo de rutas óptimas entre dos o más puntos.
·
Pautas:
detección de pautas espaciales.
·
Modelos:
generación de modelos a partir de fenómenos o actuaciones simuladas.
·
Por ser tan versátiles, el
campo de aplicación de los sistemas de información geográfica es muy amplio,
pudiendo utilizarse en la mayoría de las actividades con un componente
espacial. La profunda revolución que han provocado las nuevas tecnologías ha incidido
de manera decisiva en su evolución.
Técnicas de recolección de
información geográfica.
La creación de datos
Dada amplia disponibilidad
de imágenes orto-rectificadas (tanto de
satélite y como aéreas), la digitalización por esta vía se está convirtiendo en
la principal fuente de extracción de datos geográficos. Esta forma de
digitalización implica la búsqueda de datos geográficos directamente en las
imágenes aéreas en lugar del método tradicional de la localización de formas
geográficas sobre un tablero de digitalización. Las modernas tecnologías SIG
trabajan con información digital, para la cual existen varios métodos
utilizados en la creación de datos digitales. El método más utilizado es la
digitalización, donde a partir de un mapa impreso o con información tomada en
campo se transfiere a un medio digital por el empleo de un programa de Diseño Asistido por Ordenador (DAO
o CAD) con capacidades de georreferenciación.la
La representación de los datos
Los datos SIG representan los objetos del mundo
real (carreteras, el uso del suelo, altitudes). Los objetos del mundo real se
pueden dividir en dos abstracciones: objetos discretos (una casa)
y continuos (cantidad de
lluvia caída, una elevación). Existen dos formas de almacenar los datos en un
SIG: raster y vectorial.
Los SIG que se centran en el manejo de datos en
formato vectorial son más populares en el mercado. No obstante, los SIG raster
son muy utilizados en estudios que requieran la generación de capas continuas,
necesarias en fenómenos no discretos; también en estudios medioambientales
donde no se requiere una excesiva precisión espacial (contaminación
atmosférica, distribución de temperaturas, localización de especies marinas,
análisis geológicos, etc.).
Raster
Un tipo de datos raster es, en esencia, cualquier
tipo de imagen digital representada en mallas. El modelo de SIG raster o de retícula se centra en
las propiedades del espacio más que en la precisión de la localización. Divide
el espacio en celdas regulares donde
cada una de ellas representa un único valor. Se trata de un modelo de datos muy
adecuado para la representación de variables continuas en el espacio. Los
datos raster se compone de filas y columnas de celdas, cada celda almacena un
valor único. Los datos raster pueden ser imágenes (imágenes raster), con un
valor de color en cada celda (o píxel). Otros valores registrados para cada
celda puede ser un valor discreto, como el uso del suelo, valores continuos,
como temperaturas, o un valor nulo si
no se dispone de datos. Si bien una trama de celdas almacena un valor único,
estas pueden ampliarse mediante el uso de las bandas del raster para
representar los colores
RGB (rojo, verde, azul), o una tabla extendida de atributos con
una fila para cada valor único de células. La resolución del conjunto de datos
raster es el ancho de la celda en unidades sobre el terreno.Cualquiera que esté
familiarizado con la fotografía
digital reconoce el píxel como la unidad
menor de información de una imagen. Una combinación de estos píxeles creará una
imagen, a distinción del uso común de gráficos vectoriales escalables que son
la base del modelo vectorial. Si bien una imagen digital se refiere a la salida
como una representación de la realidad, en una fotografía o el arte
transferidos a la computadora, el tipo de datos raster reflejará una
abstracción de la realidad. Las fotografías aéreas son una forma de datos
raster utilizada comúnmente con un sólo propósito: mostrar una imagen detallada
de un mapa base sobre la que se realizarán labores de digitalización. Otros
conjuntos de datos raster podrán contener información referente a las
elevaciones del terreno (un Modelo Digital del Terreno), o de la reflexión de
la luz de una
particular longitud
de onda (por ejemplo las obtenidas por el satélite LandSat), entre otros.
Los datos raster se almacenan en diferentes
formatos, desde un archivo estándar basado en la estructura de TIFF, JPEG, etc. a grandes objetos binarios (BLOB), los datos almacenados directamente
en Sistema de gestión de base de datos. El
almacenamiento en bases de datos, cuando se indexan, por lo general permiten
una rápida recuperación de los datos raster, pero a costa de requerir el
almacenamiento de millones registros con un importante tamaño de memoria. En un
modelo raster cuanto mayores sean las dimensiones de las celdas menor es la
precisión o detalle (resolución)
de la representación del espacio geográfico.
Vectorial
En un SIG, las características geográficas se
expresan con frecuencia como vectores, manteniendo las características
geométricas de las figuras.
En los datos vectoriales, el interés de las
representaciones se centra en la precisión de la
localización de los elementos geográficos sobre el espacio y donde los
fenómenos a representar son discretos, es decir, de límites definidos. Cada una
de estas geometrías está vinculada a una fila en una base de datos que describe
sus atributos. Por ejemplo, una base de datos que describe los lagos puede
contener datos sobre la batimetría de estos,
la calidad del agua o el nivel de contaminación. Esta información puede ser
utilizada para crear un mapa que describa un atributo particular contenido en
la base de datos. Los lagos pueden tener un rango de colores en función del
nivel de contaminación. Además, las diferentes geometrías de los elementos
también pueden ser comparadas. Así, por ejemplo, el SIG puede ser usado para
identificar aquellos pozos (geometría de puntos) que están en torno a 2
kilómetros de un lago (geometría de polígonos) y que tienen un alto nivel de
contaminación.
Para modelar digitalmente las entidades del mundo
real se utilizan tres elementos geométricos: el punto,
la línea y
el polígono.Los elementos
vectoriales pueden crearse respetando una integridad territorial a través de la
aplicación de unas normas topológicas tales como
que "los polígonos no deben superponerse". Los datos vectoriales se
pueden utilizar para representar variaciones continuas de fenómenos. Las líneas
de contorno y las redes irregulares de triángulos (TIN) se utilizan para
representar la altitud u otros valores en continua evolución. Los TIN son
registros de valores en un punto localizado, que están conectados por líneas
para formar una malla irregular de triángulos. La cara de los triángulos
representan, por ejemplo, la superficie del terreno.
·
Puntos
Los puntos se
utilizan para las entidades geográficas que mejor pueden ser expresadas por un
único punto de referencia. En otras palabras: la simple ubicación. Por ejemplo,
las localizaciones de los pozos, picos de elevaciones o puntos de interés. Los
puntos transmiten la menor cantidad de información de estos tipos de archivo y
no son posibles las mediciones. También se pueden utilizar para representar
zonas a una escala pequeña. Por ejemplo, las ciudades en un mapa del mundo
estarán representadas por puntos en lugar de polígonos.
·
Líneas o
polilíneas
Las líneas unidimensionales
o polilíneas10 son usadas
para rasgos lineales como ríos, caminos, ferrocarriles, rastros, líneas
topográficas o curvas de nivel. De igual forma que en las entidades puntuales,
en pequeñas escalas pueden ser utilizados para representar polígonos. En los
elementos lineales puede medirse la distancia.
·
Polígonos
Los polígonos bidimensionales
se utilizan para representar elementos geográficos que cubren un área
particular de la superficie de la tierra. Estas entidades pueden representar
lagos, límites de parques naturales, edificios, provincias, o los usos del
suelo, por ejemplo. Los polígonos transmiten la mayor cantidad de información
en archivos con datos vectoriales y en ellos se pueden medir el perímetro y el
área.
Datos no espaciales
Los datos no espaciales también pueden ser almacenados junto con los
datos espaciales, aquellos representados por las coordenadas de la geometría de
un vector o por la posición de una celda raster. En los datos vectoriales, los
datos adicionales contiene atributos de la entidad geográfica. Por ejemplo, un
polígono de un inventario forestal también puede tener un valor que funcione
como identificador e información sobre especies de árboles. En los datos raster
el valor de la celda puede almacenar la información de atributo, pero también
puede ser utilizado como un identificador referido a los registros de una
tabla.
La captura de los datos
Los datos impresos en papel o mapas en película PET pueden ser digitalizados o
escaneados para producir datos digitales.La captura de datos, y la introducción
de información en el sistema consume la mayor parte del tiempo de los
profesionales de los SIG. Hay una amplia variedad de métodos utilizados para
introducir datos en un SIG almacenados en un formato digital.
Con la digitalización de cartografía en soporte analógico se producen
datos vectoriales a través de trazas de puntos, líneas, y límites de polígonos.
Este trabajo puede ser desarrollado por una persona de forma manual o a través
de programas de vectorización que automatizan la labor sobre un mapa escaneado.
No obstante, en este último caso siempre será necesario su revisión y edición
manual, dependiendo del nivel de calidad que se desea obtener.
Los datos obtenidos de mediciones topográficas pueden
ser introducidos directamente en un SIG a través de instrumentos de captura de
datos digitales mediante una técnica llamada geometría
analítica. Además, las coordenadas de posición tomadas a través un
Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
también pueden ser introducidas directamente en un SIG.
Los sensores remotos
también juegan un papel importante en la recolección de datos. Son sensores,
como cámaras, escáneres o LIDAR acoplados
a plataformas móviles como aviones o satélites.
Actualmente, la mayoría de datos digitales provienen de la
interpretación de fotografías aéreas. Para ello se utilizan estaciones de
trabajo que digitalizan directamente elementos geográficos a través de pares estereoscópicos de
fotografías digitales. Estos sistemas permiten capturar datos en dos y tres
dimensiones, con elevaciones medidas directamente de un par estereoscópico de
acuerdo a los principios de la fotogrametría.
Cuando se capturan los datos, el usuario debe considerar si estos deben
ser tomados con una exactitud relativa o con una absoluta precisión. Esta
decisión es importante ya que no solo influye en la interpretación de la
información, sino también en el costo de su captura.La teleobservación
por satélite proporciona
otra fuente importante de datos espaciales. En este caso los satélites utilizan
diferentes sensores para medir la reflectancia de las
partes del espectro
electromagnético, o las ondas de radio que se
envían a partir de un sensor activo como el radar. La teledetección recopila
datos raster que pueden ser procesados usando diferentes bandas para determinar
las clases y objetos de interés, tales como las diferentes cubiertas de la
tierra.
Además de la captura y la entrada en datos espaciales, los datos de
atributos también son introducidos en un SIG. Durante los procesos de
digitalización de la cartografía es frecuente que se den fallos topológicos
involuntarios (dangles, undershoots,overshoots, switchbacks, knots, loops,
etc.) en los datos vectoriales y que deberán ser corregidos. Tras introducir
los datos en un SIG, estos normalmente requerirán de una edición o procesado
posterior para eliminar los errores citados. Se deberá de hacer una
"corrección topológica" antes de que puedan ser utilizados en algunos
análisis avanzados y, así por ejemplo, en una red de carreteras las líneas
deberán estar conectadas con nodos en las intersecciones.
En el caso de mapas escaneados, quizás sea necesario eliminar la trama
resultante generada por el proceso de digitalización del mapa original. Así,
por ejemplo, una mancha de suciedad podría unir dos líneas que no deberían
estar conectadas.
Análisis espacial mediante SIG
Modelo topológico[editar]Dada la amplia
gama de técnicas de análisis espacial que se han desarrollado durante el último
medio siglo, cualquier resumen o revisión sólo puede cubrir el tema a una
profundidad limitada. Este es un campo que cambia rápidamente y los paquetes de
software SIG incluyen cada vez más herramientas de análisis, ya sea en las
versiones estándar o como extensiones opcionales de este. En muchos casos tales
herramientas son proporcionadas por los proveedores del software original,
mientras que en otros casos las implementaciones de estas nuevas
funcionalidades se han desarrollado y son proporcionados por terceros. Además,
muchos productos ofrecen kits de desarrollo de software (SDK), lenguajes
de programación, lenguajes de scripting, etc. para el
desarrollo de herramientas propias de análisis u otras funciones.
En suma podemos decir que en el ámbito de los sistemas de información
geográfica se entiende como topología a las relaciones espaciales entre los
diferentes elementos gráficos (topología de nodo/punto, topología de
red/arco/línea, topología de polígono) y su posición en el mapa (proximidad,
inclusión, conectividad y vecindad). Estas relaciones, que para el ser humano
pueden ser obvias a simple vista, el software las debe establecer mediante un
lenguaje y unas reglas de geometría matemática.Un
SIG puede reconocer y analizar las relaciones espaciales que existen en la
información geográfica almacenada. Estas relaciones topológicas permiten
realizar modelizaciones y análisis espaciales complejos. Así, por ejemplo, el
SIG puede discernir la parcela o parcelas catastrales que son
atravesadas por una línea de alta tensión, o bien saber qué agrupación de
líneas forman una determinada carretera.
Para llevar a cabo análisis en los que es necesario que exista
consistencia topológica de los elementos de la base de datos suele ser
necesario realizar previamente una validación y corrección topológica de la información
gráfica. Para ello existen herramientas en los SIG que facilitan la
rectificación de errores comunes de manera automática o semiautomática.
Redes
Un sistema de información geográfica puede simular flujos a lo largo de
una red lineal. Valores como la pendiente, el límite de velocidad, niveles de servicio, etc. pueden ser
incorporados al modelo con el fin de obtener una mayor precisión. El uso de SIG
para el modelado de redes suele ser comúnmente empleado en la planificación del
transporte, hidrológica o la gestión de infraestructura lineales.Un SIG destinado
al cálculo de rutas óptimas para servicios de emergencias es capaz de
determinar el camino más corto entre dos puntos teniendo en cuenta
tanto direcciones y sentidos de circulación como direcciones prohibidas, etc.
evitando áreas impracticables. Un SIG para la gerencia de una red de
abastecimiento de aguas sería capaz de determinar, por ejemplo, a cuantos
abonados afectaría el corte del servicio en un determinado punto de la red.
Superposición de mapas
La combinación de varios conjuntos de datos espaciales (puntos, líneas o
polígonos) puede crear otro nuevo conjunto de datos vectoriales. Visualmente
sería similar al apilamiento de varios mapas de una misma región. Estas
superposiciones son similares a las superposiciones matemáticas del diagrama de Venn. Una unión de
capas superpuestas combina las características geográficas y las tablas de
atributos de todas ellas en una nueva capa. En el caso de realizar una intersección de
capas esta definiría la zona en las que ambas se superponen, y el resultado
mantiene el conjunto de atributos para cada una de las regiones. En el caso de
una superposición
de diferencia simétrica se define un área resultante que
incluye la superficie total de ambas capas a excepción de la zona de
intersección.
En el análisis de datos raster, la superposición de conjunto de datos se
lleva a cabo mediante un proceso conocido como álgebra de mapas, a través de la aplicación de
métodos matemáticos simples que permiten combinar los valores de cada matriz
raster. En el álgebra de mapas es posible ponderar determinadas coberturas que
asignen el grado de importancia de diversos factores en un fenómeno
geográfico.
Cartografía automatizada
En la práctica esto sería un subconjunto de los SIG que equivaldría a la
fase de composición final del mapa, dado que en la mayoría de los casos no
todos los software de sistemas de información geográfica poseen esta
funcionalidad.Tanto la cartografía digital como los sistemas de información
geográfica codifican relaciones espaciales en representaciones formales
estructuradas. Los SIG son usados en la creación de cartografía digital
como herramientas que permiten realizar un proceso automatizado o semiautomatizado
de elaboración de mapas denominado cartografía automatizada.
El producto cartográfico final resultante puede estar tanto en formato digital como impreso. El uso conjunto que en determinados SIG se da de
potentes técnicas de análisis espacial junto con una representación
cartográfica profesional de los datos, hace que se puedan crear mapas de alta
calidad en un corto período. La principal dificultad en cartografía
automatizada es el utilizar un único conjunto de datos para producir varios
productos según diferentes tipos de escalas, una técnica conocida como generalización.
Geoestadística
Cuando se miden los fenómenos, los métodos de observación dictan la
exactitud de cualquier análisis posterior. Debido a la naturaleza de los datos
(por ejemplo, los patrones de tráfico en un entorno urbano, las pautas
meteorológicas en el océano, etc.), grado de precisión constante o dinámico se
pierde siempre en la medición. Esta pérdida de precisión se determina a partir
de la escala y la distribución de los datos recogidos. Los SIG disponen de
herramientas que ayudan a realizar estos análisis, destacando la generación de
modelos deinterpolación espacial.La geoestadística analiza
patrones espaciales con el fin de conseguir predicciones a partir de datos
espaciales concretos. Es una forma de ver las propiedades estadísticas de los
datos espaciales. A diferencia de las aplicaciones estadísticas comunes, en la
geoestadística se emplea el uso de la teoría
de grafos y de matricesalgebraicas
para reducir el número de parámetros en los datos. Tras ello, el análisis de
los datos asociados a entidad geográfica se llevaría a cabo en segundo lugar.
Geocodificación
Geocodificación es el proceso de asignar coordenadas geográficas
(latitud-longitud) a puntos del mapa (direcciones, puntos de interés, etc.).
Uno de los usos más comunes es la georreferenciación de
direcciones postales. Para ello se requiere una cartografía base sobre la que
referenciar los códigos geográficos. Esta capa base puede ser, por ejemplo, un
tramero de ejes de calles con nombres de calles y números de policía. Las
direcciones concretas que se desean georreferenciar en el mapa, que suelen
proceder de tablas tabuladas, se posicionan mediante interpolación o estimación. El SIG a
continuación localiza en la capa de ejes de calles el punto en el lugar más
aproximado a la realidad según los algoritmos de geocodificación que utiliza.
La geocodificación puede realizarse también con datos reales más
precisos (por ejemplo, cartografía catastral). En este caso el resultado de la
codificación geográfica se ajustará en mayor medida a la realizada,
prevaleciendo sobre el método de interpolación.
En el caso de la geocodificación inversa el proceso sería al revés. Se
asignaría una dirección de calle estimada con su número de portal a unas
coordenadas x,y determinadas. Por ejemplo, un usuario
podría hacer clic sobre una capa que representa los ejes de vía de una ciudad y
obtendría la información sobre la dirección postal con el número de policía de
un edificio. Este número de portal es calculado de forma estimada por el SIG
mediante interpolación a partir de unos números ya presupuestos. Si el usuario
hace clic en el punto medio de un segmento que comienza en el portal 1 y
termina con el 100, el valor devuelto para el lugar seleccionado será próximo
al 50. Hay que tener en cuenta que la geocodificación inversa no devuelve las
direcciones reales, sino sólo estimaciones de lo que debería existir basándose
en datos ya conocidos.
