Tecnología SIG: Fundamentos y Aplicaciones en el Análisis Espacial

Tecnología SIG: Fundamentos y Aplicaciones

SIG: tecnología básica imprescindible para capturar, almacenar, manipular, analizar, modelar y presentar datos espacialmente referenciados. No es solo un programa informático y un software tipo CAD. Componentes: software, hardware, datos y personas cualificadas. Funciones: entrada de información; presentación, salidas y visualización; gestión de información espacial; funciones de análisis espacial.

Tipos de Datos Espaciales

TIPOS DE DATOS ESPACIALES:

• El formato vectorial: Los datos vectoriales descomponen, describen y representan la información espacial a partir de secuencias de pares de coordenadas XY o vértices. Distingue en forma de ficheros independientes los puntuales, lineales y zonales.
  • a) Elementos puntuales: Reúnen pares de coordenadas en los que cada par corresponde a un elemento espacial individual (una fuente, un edificio singular, según la escala un núcleo de población, etc.). No admiten medidas.
  • b) Elementos lineales: Cada línea se compone de una secuencia de coordenadas. Distintas líneas pueden estar interconectadas entre sí, como ocurre en un mapa de redes. Admiten medidas de longitud, dirección y sentido.
  • c) Elementos superficiales: Poseen dos dimensiones, perímetro y área. Nacen a partir de los ficheros de líneas, pero con la condición de que cada elemento comienza y termina en la misma posición espacial, formando una figura cerrada. Los elementos zonales admiten medidas de superficie, perímetro o centro de gravedad (centroide).
• El formato raster: Suponen la reducción de la información espacial a una estructura de cuadrícula o malla formada por un número finito de columnas (X) y filas (Y). La intersección de una columna y una fila se denomina celda y es la unidad mínima de información. Cada celda contendrá un único dato. El modelo raster cubre todo el espacio, sin dejar huecos. Un elemento puntual se representa mediante una celda, uno lineal mediante una secuencia de celdas y uno poligonal mediante una agrupación de celdas contiguas.
• El formato imagen: Es en realidad un caso especial de estructura de malla, diferenciado de ésta por cuanto la información que recoge responde no al valor de una variable espacial, sino a la respuesta de luz recogida por un instrumento de reconocimiento óptico (un escáner).

Conceptos Elementales Asociados al Formato Raster

CONCEPTOS ELEMENTALES ASOCIADOS AL FORMATO RASTER:

• a) Resolución: Es la dimensión lineal mínima de la unidad más pequeña del espacio geográfico para la que se recogen los datos. En un SIG raster de celdas cuadradas se expresará mediante la medida lineal de la superficie representada por cada celda (lado²).
• b) Orientación: Es el ángulo formado por el norte y la dirección definida por las columnas de la retícula. Lo habitual es que ese ángulo sea 0, ya que los mapas suelen orientarse de forma que el norte aparezca en la parte superior, aunque en ciertas ocasiones se decide cambiar su orientación.
• c) Zona y clase: Conjunto de celdas que representan el mismo valor en un mapa raster (un lago, una determinada formación vegetal, un tipo de uso del suelo...). La diferencia existente radica en la condición de contigüidad, de modo que la zona implica celdas contiguas (tienen el mismo valor y forman una sola mancha o grupo) mientras que la clase no implica esta condición, de modo que solo es necesario que tengan el mismo valor (una clase puede estar organizada por varias zonas).
• d) Valor: Es el ítem de información almacenado en cada celda de una capa (un dato por celda). Las celdas de la misma zona tienen por definición el mismo valor. Todas las celdas deben tener su valor, de modo que aquellas que no tienen información almacenan el valor 0, pero no vacío.
• e) Localización: En el modelo raster, el número de fila y de columna se utiliza para identificar la celda y situarla en relación a las demás.

Estructuras de Datos Raster

ESTRUCTURAS DE DATOS RASTER: Uno de los problemas del modelo raster es el almacenamiento de los valores de las celdas en ficheros informáticos debido al elevado número de valores que es necesario registrar (uno por pixel). Para ello se han desarrollado varios tipos de estructuras raster, que se organizan en simples y jerárquicas.

• Simples: Almacenan todos los datos con una resolución constante (la referencia siempre es el pixel y, por tanto, la resolución de la malla).
  • a) Enumeración exhaustiva: consiste en 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 izquierda). Es una estructura muy sencilla, pero consume mucho espacio.
  • b) Codificación por grupos de longitud variable: en este caso, la codificación no se hace valor a valor, sino por grupos de valores, bien mediante la modalidad estándar o mediante la modalidad de punto de valor.
• Jerárquicas: La resolución es variable. La estructura Quadtrees permite almacenar los datos de las celdas a partir de bloques de distinto tamaño y, por tanto, de resolución variable. Esta estructura permite ventajas como: una gran velocidad de acceso a los datos temáticos, reduce mucho el tamaño de los ficheros, soluciona automáticamente el tema de la resolución y la dirección de las celdas sería conocida a través de un número único.

Estructuras de Datos Vectoriales

LAS ESTRUCTURAS DE DATOS VECTORIALES: con topología, en las que además de la geometría, se registran también las relaciones entre los objetos espaciales o relaciones topológicas.

• Estructuras vectoriales sin topología: aquellas que solo registran la geometría.
  • a) Lista de coordenadas: Para cada objeto se registra su identificador seguido por una lista de coordenadas de su posición en el espacio. Se trata de un modo muy sencillo y fácil de entender, pero puede presentar problemas como duplicación de la información o el registro de la geometría, pero no la topología.
  • b) Diccionario de vértices: En esta estructura hay dos ficheros de datos: en un primer fichero se construye una relación de vértices en la que constan sus coordenadas (x,y); y en un segundo fichero se especifican los vértices que definen cada objeto.
• Estructuras vectoriales con topología: Arco-Nodo. Un arco es una sucesión de líneas o segmentos que comienza en un nodo y termina en otro. Por su parte, los nodos se marcan allí donde se produce la intersección entre líneas o donde termina una línea. El modelo se organiza en 3 tablas de topología: una de topología de polígonos, una con la topología de los nodos donde se indican los arcos que comparten un mismo nodo y tabla de topología de arcos que expresa el nodo origen y el nodo final de cada arco.

Modelo Digital del Terreno (MDT)

MODELO DIGITAL DEL TERRENO (MDT): estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa y continua. MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (MDE): Describe la altimetría de una zona mediante un conjunto de cotas. Están dentro de los MDT.

Tipos de Operaciones Espaciales

TIPOS DE OPERACIONES ESPACIALES:

• En la relación de las celdas de entrada con sus vecinas:
  • Locales: el resultado de cada pixel depende del valor que cada uno tuviese en el mapa de entrada. Ej. RECLASS y OVERLAY.
  • Vecindad inmediata: el resultado de cada pixel depende del valor de las celdas vecinas inmediatas. Ej. SURFACE y WATERSHED.
  • Vecindad extendida: el resultado de cada pixel depende de la relación de esa celda con otras que no tienen por qué estar contiguas. Ej. BUFFER y VIEWSHED.
  • Zonales: los resultados obtenidos dependen de las zonas de partida, con un mismo valor temático. Ej. GROUP y AREA.
• Según el número de capas:
  • Capa única: operaciones en las que interviene una sola variable (mapa) de base.
  • Capa múltiple: operaciones en las que intervienen dos o más variables (mapas).

Cuenca de Visibilidad

CUENCA DE VISIBILIDAD: conjunto de puntos del terreno que son visibles desde un punto de vista o foco. Es una operación de capa múltiple y visibilidad extendida. Hace falta un MDE y un visor.

Tipos de Consulta de un SIG

TIPOS DE CONSULTA DE UN SIG:

• Temáticas: el usuario recupera de la base de datos los objetos atendiendo a unos atributos concretos (campos).
  • Mediante especificación nominal: los datos se buscan a través de un nombre o atributo.
  • Mediante condición relacional: los criterios de selección son de tipo relacional (mayor que, menor que, igual que…).
• Espaciales: aquellas en las que se identifican ciertos objetos de la base de datos atendiendo a una determinada posición espacial, relativa o absoluta en función de la ubicación de otros objetos.

Análisis de Distancias

ANÁLISIS DE DISTANCIAS: Distancia entre cada celda de referencia y las más cercanas de un conjunto de celdas objetivo. Es una operación de capa única y vecindad extendida, en la que el resultado generado es una imagen raster.

• Distancias directas: el elemento de referencia.
• Distancias indirectas: RUTA ÓPTIMA: Se encuentran basadas en el concepto de caminos o rutas de menor coste. En ello hay que tener en cuenta:
  • Barreras:
  • Superficies de fricción:
  • Análisis de costes de desplazamiento:

Modelo Cartográfico

MODELO CARTOGRÁFICO: define y ensaya una serie de operaciones a partir de un amplio rango de operadores analíticos que ofrece el SIG, que se combinan en un número ilimitado de formas con el objeto de generar nueva información que puede ser útil para dar respuesta a problemas complejos.

Evaluación Multicriterio

EVALUACIÓN MULTICRITERIO: conjunto de operaciones espaciales para la adopción de decisiones, teniendo en cuenta varios factores (de carácter continuo: mapa de altitudes, de pendientes…) y restricciones (son variables discretas (mapa de formaciones, bosque…). Operación que permite obtener un mapa de adecuación para ubicar un uso en función de ciertos criterios.

• Fases:
  • Identificar los criterios que intervienen en la búsqueda de un objetivo.
  • Identificar factores y restricciones.
  • Ponderar los factores.
  • Combinar los factores con su peso y las restricciones según corresponda.
  • Solución multicriterio: se interpretan los resultados.

Teledetección

TELEDETECCIÓN: Técnica que genera información sobre la superficie terrestre mediante el análisis de los datos obtenidos por sensores localizados en plataformas que no están en contacto directo con el objeto estudiado. Pueden incluirse productos del tipo fotografía aérea, imagen de satélite…

Para que la observación remota sea posible, en un sistema de teledetección es necesaria la interacción entre tres elementos:

• Una fuente de energía emitida por el Sol.
• El objeto observado, la Tierra.
• El sensor transportado en el satélite, como mecanismo de observación.