SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA

ELABORADO POR:

ING. PAUL REYES AYALA

¿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 de 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:

• 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

• 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.

EXISTEN DOS APROXIMACIONES BÁSICAS PARA SIMPLIFICAR Y MODELIZAR EL ESPACIO, DE MODO QUE ÉSTE PUEDA SER ALMACENADO Y MANIPULADO EN UN SISTEMA INFORMÁTICO, DANDO LUGAR, POR TANTO, A

DOS MODELOS DE DATOS:

❑MODELO RASTER

❑ MODELO VECTORIAL

• El modelo ráster, la estructura de un ráster se basa en una matriz de

celdas representadas en filas y columnas, cada celda puede almacenar

información de una variable (precipitación, temperatura, humedad

relativa, radiación solar, longitudes de onda del espectro

electromagnético, etc.). El modelo ráster no recoge de forma explícita

las coordenadas de cada una de las celdas, sino los valores de éstas.

Ejemplo: Modelo de Elevación Digital, o Imagen Satelital.

• El modelo vectorial, habitualmente utilizado para tratar

fenómenos geográficos discretos (vías de comunicación, tejidos

urbanos, coberturas vegetales, etc.). En este modelo, no existen

unidades fundamentales que dividen la zona recogida, sino que se

recoge la variabilidad y características de esta mediante

entidades geométricas. Para cada entidad geométrica las

características son constantes. Ejemplo: Curvas de nivel, o los

límites de un país.

• 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.).

AMBOS MODELOS SONCOMPLEMENTARIOS YCONVIVEN DENTRO DELOS SIG, AUNQUE CADAUNO DE ELLOS RESULTEMÁS O MENOSAPROPIADO PARA ELESTUDIO DE UN TIPO DEINFORMACIÓN ESPECÍFICA

¿QUE SON LOS DATOS RASTER?

• En su forma más simple, un

ráster consta de una matriz de

celdas (o píxeles) organizadas

en filas y columnas (o una

cuadrícula) en la que cada

celda contiene un valor que

representa información, como

la temperatura. Los modelos

ráster son fotografías aéreas

digitales, imágenes de satélite,

imágenes digitales o incluso

mapas escaneados.

VISUALIZACIÓN DE DATOS RASTER EN ARCMAP(SIG)

RÁSTER EN FORMA DE MAPAS TEMÁTICOS

• Los rásteres que representan datos temáticos se pueden derivar al analizar otros

datos. Una aplicación de análisis común consiste en clasificar una imagen de satélite

por categorías de cobertura de suelo. Básicamente, esta actividad agrupa los valores

de datos multiespectrales en clases (como tipo de vegetación) y asigna un valor

categórico. También es posible obtener mapas temáticos a partir de operaciones de

geoprocesamiento que combinen datos de varias fuentes como, por ejemplo, datos

vectoriales, ráster y de terreno. Por ejemplo, puede procesar datos por medio de un

modelo de geoprocesamiento para crear un dataset ráster apropiado para una

actividad específica. A continuación encontrará un ejemplo de dataset ráster

clasificado en el que se muestra el uso del suelo.

DELIMITACION DE UNA CUENCA UTILIZANDO ARCGIS

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.

DIGITAIZACION

• 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.).

INFORMACIÓN 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.

• 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 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

• 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

RÁSTER EN FORMA DE ATRIBUTOS DE UNA ENTIDAD• Los rásteres utilizados como atributos de

una entidad pueden ser fotografías

digitales, documentos escaneados o dibujos

escaneados relacionados con un objeto o

ubicación geográfica. Una capa de parcela

podría tener documentos legales

escaneados que identifiquen la transacción

más reciente de dicha parcela, o una capa

que represente las entradas a una cueva

que podría incluir imágenes de las entradas

reales a las cuevas asociadas a las

entidades de puntos. A continuación

encontrará una imagen digital de un viejo

árbol de gran tamaño, que podría utilizarse

como atributo de una capa de paisaje que

puede mantener una ciudad.

RECLASIFICACIÓN DE RASTER EN SIG

El módulo

r.reclass de

GRASS en QGIS

permite crear una

nueva capa ráster

cuyos valores de

categoría están

basados sobre

aquellas de un

mapa ráster

existente

ELEMENTOS VECTORIALES

• PUNTOS

• LINEAS

• POLÍGONOS

DIGITALIZACION

• La digitalización es una de las tareas básicas de un SIG y nos permite transformar la

información geográfica desde un formato analógico, como puede ser un mapa en papel o en

formato digital (como puede ser una ortofoto o un servicio WMS), de forma que pueda ser

almacenada y visualizada posteriormente en un ordenador, empleando un software GIS para

ello.

• Esta digitalización implica la existencia de un usuario con manejo de programas SIG que

introduce o genera dicha información valiéndose de las herramientas que proporciona el pc,

ratón y teclado fundamentalmente.

• El procedimiento de digitalización implica convertir las entidades geográficas del mapa o

imagen, en entidades de tipo línea, punto o polígono

• Durante este proceso es inevitable la introducción de algunos errores, lo que

hace que la digitalización conlleve a su vez una corrección de los mismos,

pudiendo emplear para ello los medios que esta técnica nos proporciona,

además de la creación de topología

COSAS ÚTILES QUE PODEMOS HACER CON UN DEM USANDO SIG

•Modelo digital del terreno y modelo digital de elevaciones.

- Un modelo digital del terreno es una representación espacial

de una variable cuantitativa y continua, como puede ser la

temperatura, la cota o la presión atmosférica. En particular,

cuando la variable a representar es la cota o altura del

terreno se denomina Modelo Digital de Elevaciones o MDE.

Por tanto, un modelo digital de elevaciones es una estructura

numérica de datos que representa la distribución espacial de

la altitud de la superficie del terreno (Mancebo at al. 2008).

MAPA DE PENDIENTESImaginemos que vamos a

construir una casa de

campo, en la imagen de

pendientes que va de

verde (plano) a rojo (muy

inclinado), podemos

identificar el lugar que

mejor se ajuste a nuestros

intereses, la herramienta

para crear pendientes en

grados o porcentaje es

Slope ubicada en:

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

CURVAS DE NIVEL

Permiten la representación

del terreno mediante un

conjunto de planos

equidistantes, se las puede

generar a diferentes

intervalos con la

herramienta Contour, no

solo se puede limitar la

creación de curvas de

nivel, sino también para

representar distintos

fenómenos continuos como

la precipitación,

temperatura, radiación

solar, presión atmosférica,

etc.

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

CREACIÓN DE PERFILES TOPOGRÁFICOS

Con el DEM se pueden

obtener directamente en

pantalla perfiles de

terreno de cualquier parte,

dimensión o dirección.

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

MAPA DE SOMBRAS

El DEM recibe una

iluminación hipotética para

cada celda, dando como

resultado una imagen que

muestra el “relieve”, en

ArcMap se puede realizar

un relieve sombreado

activando la ventana

Image Analysis (Menú

Windows), seleccionar el

DEM y clic en Shaded

Relief, también se puede

realizar el sombreado con

la herramienta Hillshade

ubicada en:

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

MAPA DE VISIBILIDAD

Identifica los lugares que

son visibles desde una

ubicación del DEM, en la

siguiente imagen desde el

punto azul las superficies

en verde son visibles, las

que están marcadas en

rojo no lo son, la

herramienta usada es

Visibility ubicada en:

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

MAPA DE ORIENTACION

Si se requiere buscar las

pendientes que están

mirando al norte o sur en

una montaña, la

herramienta Aspect

permite calcular la

orientación de cada

superficie con respecto a

sus celdas vecinas en base

a la pendiente

descendente.

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Surface

RECLASIFICAR

Agrupar los valores en

base a un atributo común,

en este caso se han

establecido diferentes

pisos altitudinales del DEM,

pero se puede reclasificar

cualquier imagen raster,

por ejemplo agrupar

diferentes tipos de

cobertura vegetal, la

herramienta Reclassify

permite ejecutar esta

operación.

ArcToolbox > Spatial

Analyst Tools > Reclass

HISTOGRAMA

El histograma permite

visualizar la distribución de

los valores de cada uno de

los píxeles en los ejes XY,

también muestra sus

estadísticos para conocer

mejor la variable en

estudio.

Clic derecho sobre el DEM

> Properties >

Symbology > Stretched >

Histograms

TÉCNICAS DE GEOPROCESAMIENTO

•Digitalización de información gráfica.

•Procesamiento de imágenes satelitales.

•Análisis multivariado

•Correlaciones espaciales, temporales, temáticas y

topológicas.

GIS MAPPER

MAPSERVER

Es un entorno de desarrollo en código abierto (Open

Source Initiative) para la creación de aplicaciones SIG en

Internet/Intranet con el fin de visualizar, consultar y

analizar información geográfica a través de la red

mediante la tecnología Internet Map Server (IMS).

MapServer no es un SIG completo, pero tampoco aspira a

serlo.

• Sus características principales son:

• Se ejecuta bajo plataformas Linux/Apache y Windows (MS4W)

• Formatos vectoriales soportados: ESRI shapefiles, PostGIS, ESRI ArcSDE, GML y otros

muchos vía OGR.

• Formatos raster soportados: JPG, PNG, GIF, TIFF/GeoTIFF, EPPL7 y otros vía GDAL.

• Fuentes TrueType

• Configuración "al vuelo" vía parámetros GET pasados por URL

• MapScript proporciona una API para poder acceder a las funcionalidades de

MapServer mediante lenguajes de programación como PHP, Java, Perl, Python, Ruby o

C#.

• Soporte de estándares interoperables y conformes con Open Geospatial Consortium,

como WMS, SLD, WFS, WCS y SOS.

• Su funcionamiento básico está configurado en un fichero de texto, que tiene la

extensión ".map". En este fichero, los datos del mapa se organizan en capas, a su

vez dividida en una o más clases, donde en cada una de las cuales se pueden

definir diferentes estilos visuales. Esta estructura permite la generación de mapas

con una definición de estilos muy flexible, que también puede depender de la

escala del mapa.

• El formato salida de MapServer, dependiendo de la solicitud, puede ser gráfico

(mapa, leyenda, escala, métricas, visión general) o alfanumérico (el resultado de

una consulta de datos alfanuméricos o espacial). El archivo ".map" también incluye

la posibilidad de fusionar la producción de una plantilla de HTML MapServer,

para generar una página web de lectura fácil y agradable.