SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG).
Un sistema de información geográfica es un sistema para la gestión, análisis y visualización de conocimiento geográfico que se estructura en diferentes conjuntos de información:
Mapas interactivos.
Proporcionan una visión interactiva de la información geográfica que permite dar respuesta a cuestiones concretas, y presentar un resultado de dichas respuestas. Los mapas proporcionan al usuario las herramientas necesarias para interactuar con la información geográfica.
Datos Geográficos.
En la base de datos se incluye información vectorial y raster, modelos digitales del terreno, redes lineales, información procedente de estudios topográficos, topologías y atributos.
Modelos de Geoprocesamiento.
Son flujos de procesos que permiten automatizar tareas que se repiten con frecuencia, pudiendo enlazar unos modelos con otros.
Modelos de datos.
La información geográfica en la Geodatabase es algo más que un conjunto de tablas almacenadas en un Sistema Gestor de Base de Datos. Incorpora, al igual que otros sistemas de información, reglas de comportamiento e integridad de la información. Tanto el esquema, como el comportamiento y las reglas de integridad de la información geográfica juegan un papel fundamental en un Sistema de Información Geográfica.
Metadatos.
Son los datos que describen la información geográfica, facilitando información como propietario, formato, sistema de coordenadas, extensión, etc... de la información geográfica.
Un catálogo de metadatos permite al usuario organizar, realizar búsquedas y acceder a información geográfica compartida. Cualquier catálogo de metadatos debe tener herramientas disponibles para generar, editar y sincronizarse de forma automática con la información que describen los metadatos.
FUNCIONAMIENTO DE UN SIG.
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 un mapa digital. 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.
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, y facilitando al profesional la posibilidad de relacionar la información existente a través de la topología de los objetos, con el fin de generar otra nueva que no podríamos obtener de otra forma.
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.
LA CREACIÓN DE DATOS
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.
Dada la 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.
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.
Técnicas utilizadas en los
Sistemas de Información Geográfica
La creación de datos
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.
Dada la 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.
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.).
Proyecciones, sistemas
de coordenadas y re proyección
Antes de analizar los
datos en el SIG la cartografía debe estar toda ella en una misma proyección y
sistemas de coordenadas. Para ello muchas veces es necesario re proyectar las capas de información antes de
integrarlas en el sistema de información geográfica.
la tierra puede
estar representada cartográficamente por varios modelos matemáticos, cada
uno de los cuales pueden proporcionar un conjunto diferente de coordenadas (por ejemplo, latitud, longitud, altitud) para cualquier punto dado de su superficie. El modelo
más simple es asumir que la tierra es una esfera perfecta.
A medida que se han ido acumulando más mediciones del planeta los modelos
del geoide se han vuelto más sofisticados y más precisos. De
hecho, algunos de estos se aplican a diferentes regiones de la tierra para
proporcionar una mayor precisión (por ejemplo, el europea terrestrita referencie system 1989 - etrs89 –
funciona bien en Europa pero no en américa del norte).
La proyección es un componente fundamental a la hora de
crear un mapa. Una proyección matemática es la manera de transferir información
desde un modelo de la tierra, el cual representa una superficie curva en tres
dimensiones, a otro de dos dimensiones como es el papel o la pantalla de un
ordenador. Para ello se utilizan diferentes proyecciones cartográficas según
el tipo de mapa que se desea crear, ya que existen determinadas proyecciones
que se adaptan mejor a unos usos concretos que a otros. Por ejemplo, una
proyección que representa con exactitud la forma de los continentes
distorsiona, por el contrario, sus tamaños relativos.
Dado que gran parte
de la información en un SIG proviene de cartografía ya existente, un sistema de
información geográfica utiliza la potencia de procesamiento de la computadora
para transformar la información digital, obtenida de fuentes con diferentes
proyecciones y/o diferentes sistemas de coordenadas, a
una proyección y sistema de coordenadas común. En el caso de las imágenes (orto fotos
Análisis espacial
mediante SIG
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.
Modelo topológico
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.
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.
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 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 tantas 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.
Un sistema de
información geográfica puede simular flujos a lo largo de una red lineal. Valores
como la pendiente, el límite de velocidad, niveles, 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.
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 ven . 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 una función que combina los valores de cada matriz raster. En el
álgebra de mapas es posible ponderar en mayor o menor medida determinadas
coberturas mediante un "modelo índice" que refleje el grado de
influencia de diversos factores en un fenómeno.
Cartografía
automatizada
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.
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 todo el software de sistemas de información geográfica posee
esta funcionalidad.
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
Geo estadística
La geo estadística 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 geo
estadística se emplea el uso de la teoría de grafos y
de matrices algebraicas
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.
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 dinámica 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 de interpolación espacial.
Geo codificación
Geo codificación 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 trampero 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 geo codificación que utiliza.
La geo codificación 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 geo codificación inversa el proceso
sería al revés. Se asignaría una dirección de calle estimada con su número de
portal a unas coordenadas 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 geo
codificación inversa no devuelve las direcciones reales, sino sólo estimaciones
de lo que debería existir basándose en datos ya conocidos.
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