Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS)
¿Qué es un SIG?
Un Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS, en su acrónimo inglés [Geographic Information System]) es una integración organizada de hardware, software y datos geográficos diseñada para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificación y gestión.
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:
1. Localización: preguntar por las características de un lugar concreto.
2. Condición: el cumplimiento o no de unas condiciones impuestas al sistema.
3. Tendencia: comparación entre situaciones temporales o espaciales distintas de alguna característica.
4. Rutas: cálculo de rutas óptimas entre dos o más puntos.
5. Pautas: detección de pautas espaciales.
6. 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.
Desarrollo histórico de los Sistemas de Información Geográfica
Es, sin duda, una disciplina relativamente reciente. No se puede hablar de Sistemas de
Información Geográfica, propiamente dichos, hasta los años sesenta, aunque en los cincuenta
hubiera una serie de antecedentes interesantes (COMAS Y RUIZ, 1993). Al estudiar la
evolución de los SIG, es referencia obligada el mundo anglosajón y, como no, sobre todo
Estados Unidos. A pesar de ello, se ha querido añadir de forma separada un breve epígrafe
para describir los avances y el estado actual en España.
Son los sesenta la década donde se inicia la carrera tecnológica de los SIG. En Canadá
se desarrolla por primera vez un sistema informático que trabajaba con datos geográficos. El
Departamento de Agricultura de ese país encargó a Tomlinson la creación del CGIS
(Canadian Geographic Information System). Es éste, sin duda, el primer Sistema de
Información Geográfica del mundo (TOMLINSON, 1984). Paralelamente en esta misma
década se desarrollaron otros proyectos parecidos en Estados Unidos, como fueron: LUNR
(Land Use and Resource Information System), MLMIS (Minnesota Land Management
Information System), PIOS (Polygon Information Overlay System) y otros (BOSQUE, 1992).
Todas estas iniciativas contribuyeron a despertar un mayor interés en el tratamiento de los
datos geográficos. Lógicamente esta preocupación se advierte con mayor énfasis en aquellas
sociedades donde las condiciones económicas favorecían el desarrollo de estas tecnologías
(TOMLINSON, 1990). A pesar de las primeras tentativas canadienses, es Estados Unidos la
nación donde los SIG van a tener el campo de experimentación adecuado, tanto entre las
instituciones públicas como en las privadas, y por ello va a ser en este país donde se
desarrollen las aplicaciones de mayor envergadura e importancia.
Ya en los años setenta se celebra la primera conferencia sobre SIG organizada por la IGU (International Geographical Union) que reúne a 40 participantes (TOMLINSON, 1990).
Durante la misma década, en EE.UU. destacan cuatro organismos: uno del ámbito
universitario, Harvard University; dos dentro del grupo de instituciones públicas, United
States Census Bureau (USCB) y United States Geological Survey (USGS); y, por último, uno
de la empresa privada, Environmental System Research Institute (ESRI) (COMAS Y RUIZ,
1993). Todos ellos participaron de una u otra forma en la consolidación de los Sistemas de
Información Geográfica en este periodo en Estados Unidos.
Hay que señalar como último hito reseñable la creación del Centro Nacional para la
Investigación Geográfica y Análisis (NCGIA) por la Fundación Nacional de Ciencias de los
Estados Unidos de América en 1988, cuya finalidad era “desarrollar investigación básica
sobre el análisis geográfico utilizando los Sistemas de Información Geográfica” (BOSQUE,
1992). A partir de ese momento va a ser la institución que asumirá el protagonismo en las
investigaciones de la nueva disciplina.
Quizás los años ochenta han sido los del despegue definitivo y mayor apogeo de la
nueva tecnología. Las empresas privadas tomaron el relevo a las instituciones públicas y cada
vez son más los programas comerciales ofertados. En las décadas anteriores, el software
estaba orientado principalmente a cubrir las necesidades de las instituciones que los
desarrollaban. A partir de dicha década y hasta la actualidad se trabaja en SIG ‘genéricos’ que
puedan servir a diferentes usuarios y, en todo caso, es con posterioridad a la adquisición
cuando se individualiza su uso en función de las necesidades del cliente.
En Europa, es el Reino Unido donde aparecen algunas de las iniciativas más
interesantes. Tal circunstancia ocurre de forma casi paralela en el tiempo a los desarrollados
en EE.UU., y los organismos más destacados son Ordnance Survey (OS) y Experimental
Cartographic Unit (ECU) (COMAS Y RUIZ, 1993). Sobre todo el objetivo buscado se
orienta a la sustitución de los métodos tradicionales cartográficos, destacando el ejemplo del
OS (el Instituto Cartográfico Británico).
La Unión Europea también participa del interés por desarrollar los Sistemas de
Información Geográfica. En un informe de la Comisión Europea se afirma que los SIG significan a la industria europea más de 150 millones de Euros y cerca de dos millones de
empleos. En el mismo documento se añade que Naciones Unidas ha estimado que los países
desarrollados gastan aproximadamente el 0.1% de su PNB en información geográfica. Todo
ello ha provocado la creación de EUROGI1 (European Umbrella Organization for Geographic
Information) en 1993 que entre otras iniciativas ha desarrollado GI 2000 que es un plan para
el desarrollo de la infraestructura de información geográfica en la Unión Europea. Entre los
proyectos puestos en marcha por la UE caben destacar: Enviducation, Ergis, Euripides,
Explorer, Magis, Omega, Titan y Vital.
Captura de datos
La teledetección es una de las principales fuentes de datos para los SIG. En la imagen artística una representación de la constelación de satélites RapidEye.
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.).
Ventajas y desventajas del modelo vectorial y raster
VECTOR RASTER
VENTAJAS
- Buena similitud de las formas.
- Cálculo mas preciso de áreas, perímetros y longitudes.
- Análisis de redes más consistentes
- Se pueden adaptar bajo bases de datos orientadas a objetos
- Estructura más simple
- Asimilación más directa a datos de sensores remotos
- Operaciones de superposición más sencillas
- Análisis espaciales como distribución, densidad y de superficie, mas eficientes.
- la unidad espacial conserva la misma forma y tamaño de modo que se facilitan las simulaciones
- Útil para análisis de grandes extensiones con baja precisión de propiedades espaciales.
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DESVENTAJAS
- Estructura más compleja
- Las superposiciones exigen más verificación de errores y pueden ser más lentas
- La diferente topología de las unidades espaciales dificulta los ejercicios de simulación • Alto nivel de error en estimaciones de área, perímetro y longitud
- Gran espacio de almacenamiento a medida que aumenta la resolución
- Desperdicio de espacio de almacenamiento para datos espaciales muy esparcidos
- Análisis de redes muy complejos y menos consistentes
- Transformación de coordenadas menos eficiente
Datos Espaciales:
La componente espacial hace referencia tanto a la localización
geográfica y a las propiedades espaciales de los objetos, como a las
relaciones espaciales que existen entre ellos.
Localización geográfica: Posición en un sistema de coordenadas.
Propiedades espaciales: Cambian según el objeto ( Ej. para una línea su
longitud, para un polígono su superficie).
Relaciones espaciales: Corresponden a la relación de los objetos entre sí
(Ej. Conectividad, contigüidad, proximidad).
•Relaciones topológicas (cualitativas).
•Relaciones geométricas (calculadas desde las coordenadas de un objeto).
Datos no Espaciales:
Constituyen la componente temática, también llamados atributos,
características o variables).
Son los hechos sobre una realidad, los cuales son independientes de
toda consideración geométrica.
•Tiempo: El tiempo genera cambios en los datos espaciales y no
espaciales (juega por lo tanto un papel fundamental en la Geografía) y
debe considerarse en los SIT/SIG.
Datos Espaciales versus Datos no Espaciales:
•La distinción entre datos espaciales y no espaciales tiene implicancia en
el modelo de datos a elegir para un SIT/SIG y en el procesamiento y
almacenamiento de los datos. Esta distinción justifica la consideración de
modelos de datos espaciales y no espaciales.
Captura de datos
- Importación de información espacial directamente de archivos digitales.
- Creación de datos: Tableta digitalizadora: Proporciona como resultado un conjunto de pares de coordenadas que pueden representar puntos, líneas y polígonos.
- Escáner: Genera una matriz de valores que representa la desigual reflectancia de pequeñas partes de la imagen original.
- Tratamiento de imagen digital:
- Edición manual o semiautomática:
- Supresión de información innecesaria.
- Completar las entidades (cerrar una región, reducir el grosor de las líneas, etc.).
- Dotar imagen de geometría del proyecto. (funciones de transformación).
Rasterización de datos vectoriales
Es el procedimiento a través del cual se convierten datos vectoriales (puntos, líneas y polígonos) a formato raster, formados éstos por celdas (píxeles) con un valor temático discreto en cada una. Es más sencillo que el procedimiento contrario, la conversión de datos raster a formato vectorial.
vectorización de datos raster
Es el procedimiento que convierte una imagen formada por celdas en un archivo vectorial. Puede o no incluir la creación de topología.
La proyección es el resultado del proceso de llevar la superficie del globo en 3D a un plano.
Las proyecciones pueden ser planas, cilíndricas o cónicas.
Según los elementos que se conservan las proyecciones pueden ser:
• Ortomórficas o conformes (se conserva la angularidad entre ejes). Colombia emplea proyección ortomórfica
• De área equivalente (se conservan las áreas)
• Equidistantes (se conservan las distancias)
• De dirección verdadera (se conserva la orientación norte
La georreferenciación puede realizarse mediante un sistemas de coordenadas planas (E-N) y geográficas (Latitud-longitud).
Superposicion de mapas
DISOLVER (Disolve)
Se genera una nueva capa en la cual se disuelven los limites entre polígonos que comparten un mismo valor de un atributo dado.
FUSIONAR (Merge)
Permite que dos capas de un mismo tipo temático se fusionen en una sola. Es útil cuando se ha desarrollado la captura geográfica de un territorio amplio en diversos segmentos o planchas facilitando su empalme.
LIMITAR A UNA FIGURA (Clip)
Restringe la información de una capa exclusivamente al contorno seleccionado en otra. Útil. por ejemplo, para extraer de los suelos de un departamento sólo lo que corresponde a una determinada cuenca.
UNIÓN ESPACIAL (Spatial Join)
Permite establecer una relación de inclusión, proximidad o pertenencia entre entre elementos espaciales por unión (join) entre sus tablas respectivas en relaciones uno a muchos o 1-1. Útil, por ejemplo, cuando se desea saber a que vereda pertenece cada escuela en un territorio, cual es el pozo mas cercano a un cultivo, etc.
INTERSECCIÓN
Es la típica superposición vectorial. Se genera una tercera capa que contiene el área en común entre dos capas agrupando el conjunto de polígonos formados por el cruce de sus contornos. Útil para generación de mapas de conflictos de uso y relaciones entre entidades de área (p.ej. bosques y predios).
UNIÓN
Tal como en teoría de conjuntos, en la unión se genera una tercera capa que contiene tanto los polígonos de intersección como también los polígonos no comunes entre las capas.
SUPERPOSICIÓN RASTER En la superposición raster se genera una nueva capa donde cada celda se le asigna el valor que resulte de operaciones entre cada celda y su equivalente en las otras capas involucradas.
Son muy diversas las operaciones o funciones que se pueden aplicar entre valores de celdas. Entre estas superposiciones están las lógicas de condición AND (cúmplase en todas las capas) y la superposición lógica OR (cúmplase en una "o" en otra).
Cartografía automatizada
La Cartografía automatizada es, por lo tanto, el reflejo funcional de las necesidades de la Sociedad de la Información, al convertirse en una interfase modélico-gráfica muy eficaz en los DSS (Decision Support System, Sistemas Soporte de toma de Decisiones), dentro de los MIS (Management Information Systems, Sistemas de Información para la Gestión y el Planeamiento).
La consulta de datos estratégicos sobre el territorio, a través de una modelización espacial de su ubicación sobre la superficie terrestre, está ofreciendo una vía de trabajo de gran fecundidad en las cuestiones relativas a la ordenación del territorio. La intervención de carácter interdisciplinar, propia de las tareas de planificación, encuentra en la moderna Cartografía un lenguaje gráfico que facilita la interpretación y uso de la información aportada por diversos grupos profesionales, a la par que amplia su capacidad temática funcional.
Geoestadística
La Geoestadística implica el análisis y la estimación de fenómenos espaciales o temporales, tales como: calidades de metal, porosidades, concentraciones de contaminantes.
La palabra Geoestadística es normalmente asociada con la Geología, desde que esta ciencia tiene sus orígenes en la minería.
Hoy en día, la Geoestadística es un nombre asociado con una clase de técnicas, para analizar y predecir los valores de una variable que está distribuida en espacio o tiempo. Se asumen tales valores implícitamente, para ser puestos en correlación entre sí, y el estudio de semejante correlación normalmente se llama un "análisis estructural" o un "Variograma". Después del análisis estructural, se hacen estimaciones a las situaciones de los sectores no muestreados usando la técnica de interpolación "Kriging" .
La Geoestadística, tiene como objetivo el caracterizar e interpretar el comportamiento de los datos que están distribuidos espacialmente “variables regionalizadas”.
Los pasos principales de un estudio Geoestadístico son:
o Análisis de los datos exploratorios.
o Análisis Estructural (Cálculo y modelación de los Variogramas).
o Estimaciones (Kriging o simulaciones).
Geocodificación de los objetos geográficos
Proceso que determina la localización espacial de cada objeto.
El proceso de Georreferenciación es un elemento clave de todo SIG ya que es el que permite relacionarlo con otros sistemas de información. Básicamente se puede definir como un procedimiento "mediante el cual un objeto geográfico (un edificio, una parcela de terreno, una carretera, etc.) recibe directa o indirectamente una etiqueta que identifica su posición espacial con respecto a algún punto común o marco de referencia". Este proceso es posible llevarlo a cabo de dos formas: en forma directa, usando para ello un sistema de ejes de coordenadas respecto a los que se determina la posición absoluta de cada lugar; y de manera indirecta, otorgando a cada objeto una dirección o referencia espacial que lo diferencia de los restantes y permite establecer su posición relativa respecto a los demás (como por ejemplo, los códigos postales).
En la Geocodificación directa se establecen unos ejes de coordenadas ortogonales respecto a los cuales se miden las separaciones de los objetos a geocodificar. Existen varios tipos de sistemas de coordenadas terrestres: esféricas (adecuadas para datos espaciales de orden global que abarcan la totalidad o grandes extensiones del planeta) y planas (válidas para porciones más reducidas).







