Facultad de Ingeniería Civil Fotogrametría y SIG
Profesor: Ray Lesmar
LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Comprender los elementos básicos que integran un Sistema de información Geográfica, sus antecedentes, su historia y su aplicación. Conocer los datos espaciales y su manejo en la cartografía.
Olaya (2011)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
“La primera referencia al termino S.I.G. aparece por Tomlinson Tomlinson en 1967 , referida a “ una una aplicación informática cuyo objetivo es desarrollar un conjunto de tareas con información geográfica digitalizada”. digitalizada ”. (Tomlinson, 2008. Pensando en SIG)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Conjunto de metodologías , herramientas y pers per s onas , que actúan lógica, coordinada y sistemáticamente para almacenar , desplegar , consultar , analizar y y modelar datos datos geo - espaciales, de tal manera toma a de deci deciss i ones . que sirva como información base para la tom IGAC, CIAF (Centro de Investigación y Desarrollo en IG)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
«Conjunto integrado de medios y métodos informáticos, capaz de recoger, verificar, almacenar, gestionar, actualizar, manipular, recuperar, transformar, analizar, mostrar y transferir datos espacialmente referidos a la Tierra.» IGN (2017)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Un SIG no es solamente una colección de datos geográficos o espaciales, es también una colección de procesos lógicos, consistentes y sistemáticos, que interaccionan entre sí para producir un análisis geográfico que sea útil en la toma de decisiones. Lesmar (2016)
El éxito de un SIG es encontrar el punto de equilibrio entre los requerimientos del usuario, la información geográfica disponible, la información geográfica a producir , la selección y la combinación cartográfica multiescala proveniente de las distintas fuentes.
El SIG es exitoso, o menos exitoso, en la medida que cumpla mejor los objetivos propuestos y/o las expectativas de un usuario final.
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG En 1988 Burrough y McDonnell, amplían el concepto a “un sistema de herramientas para reunir , introducir , almacenar , recuperar , transformar y cartografiar datos espaciales sobre el mundo real con el fin de satisfacer múltiples propósitos” . 10 años más tarde Burrough & MacDonnell (1998), lo definen como “un SIG es un conjunto de herramientas destinadas a la captura, almacenamiento, tratamiento, análisis, consulta y visualización de datos espaciales extraídos del mundo real para unos fines concretos ” .
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Según Olaya (2011), “un SIG ha de per mitir la realización de las siguientes operaciones: Lectura, edición, almacenamiento y, en términos generales, gestión de datos espaciales; Análisis de dichos datos”. Moreno et al. (2007) refuta afirmando que “conviene insistir en que un SIG no es meramente un programa de cartografía por ordenador, ni un software de tipo CAD (Computer – aided desing)”
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Esquema de un SIG con sus tres subsistemas fundamentales. Olaya (2011)
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Elementos que forman el sistema SIG.
Olaya (2011)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
¿Que no es un SIG? SIG y CAD han sido diseñados para propósitos diferentes. El del SIG es reflejar la realidad, mientras que el del CAD es diseñar algo que no existe todavía. La creación es el elemento fundamental en el CAD, mientras que el estudio de una realidad ya creada constituye la base del SIG. Olaya (2011)
Un dato SIG se almacena como un dato geográfico complejo, mientras que en un CAD se almacena básicamente como un «dibujo», pues es ese el enfoque fundamental de trabajo. Olaya (2011)
El almacenamiento de datos es diferente debido al distinto enfoque. Olaya (2011)
No todos los tipos de datos de un SIG se pueden incorporar en un CAD. Olaya (2011)
un CAD no esta pensado para gestionar datos de una superficie como la de un paisaje, un continente o el planeta entero. Olaya (2011)
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… de acuerdo con Peña (2006), resulta “realmente complejo explicar el concepto de S.I.G y no hay un consenso a la hora de definir un S.I.G., debido a que integra dentro de un mismo concepto tanto los componentes como las funciones” .
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Las bases para la futura aparición de los SIG las encontramos algunos años antes de esa década de los sesenta. Olaya (2011)
Los trabajos desarrollados por J ohn K.Wright en la Sociedad Geográfica Americana, en especial la publicación de su obra Elements of Cartography en 1953, son particularmente importantes. Olaya (2011)
La primera experiencia relevante en esta dirección la encontramos en 1959 , cuando Waldo Tobler define los principios de un sistema denominado MIMO (map in - map out) con la finalidad de aplicar los ordenadores al campo de la cartografía. Olaya (2011)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Roger F. Tomlinson fue un geógrafo inglés residente en Canadá y principal artífice de los modernos Sistemas de Información Geográfica computarizados.
El primer Sistema de Información Geográfica formalmente desarrollado aparece en Canadá, al auspicio del Departamento Federal de Energía y Recursos. Este sistema, denominado CGIS (Canadian Geographical Information Systems), fue desarrollado a principios de los 60 por Roger Tomlinson, Olaya (2011) «La primera referencia al termino S.I.G. aparece por Tomlinson en 1967».
Roger Tomlinson
“ una aplicación informática cuyo objetivo es desarrollar un conjunto de tareas con información geográfica digitalizada”
Tomlinson (2008)
El desarrollo de Tomlinson es pionero en este campo, y se considera oficialmente como el nacimiento del SIG. Olaya (2011)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Simultáneamente a los trabajos canadienses, se producen desarrollos en Estados Unidos, en el seno del Harvard Laboratory , y en el Reino Unido dentro de la Experimental Cartography Unit. Olaya (2011)
En el Harvard Laboratory, ve la luz en 1964 SYMAP, un aplicación que permita la entrada de información en forma de puntos, líneas y áreas, lo cual se corresponde a grandes rasgos con el enfoque que conocemos hoy como VECTORIAL. Olaya (2011)
Aspecto de un mapa generado con SYMAP
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG SYMAP evoluciona y nuevos programas aparecen, tales como SYMVU con capacidad de representación tridimensional, o CALFORM, con nuevas capacidades de representación y generación de resultados impresos. Olaya (2011)
Representación tridimensional creada con SYMVU
GRID da lugar a IMGRID (Interactive Manipulation GRID), que sentará la base para el trabajo de Dana Tomlin con su paquete MAP, el cual incluye todos los elementos que hoy en día son imprescindibles para el análisi s RASTER . Olaya (2011)
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Olaya (2011)
Esquema temporal de la evolución de los SIG.
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Capacidad del SIG 1. LOCALIZACION : 2. CONDICION :
¿QUE HAY EN ? …
Selección por atributos Por localización
¿DONDE SE ENCUENTRA ? …
3. EVOLUCION :
¿QUE HA CAMBIADO ?
4. PATRONES :
¿QUE PATRON EXISTE ?
5. MODE LA MIE NTO :
…
…
¿QUE PASARÍA SI ? …
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Consulta 1: por selección de atributos: ¿Dónde se encuentra…? • • • • • •
Propietario Uso Cód. Catastral Avalúo Comercial Área del predio Perímetro
Consulta 2: Condición Por localización ¿Dónde se encuentran los equipamientos tipo escuelas que se localizan en zonas de influencia de cuerpos de agua ?
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Consulta 3: Evolución: ¿Qué ha cambiado…?
Evolución de la obra: Usos del suelo: Análisis documentación desde multitemporal sobre imágenes de UAV. imágenes satelitales. RASTER
Recíproco
Supervisado No supervidado Vectorización Cuantificacicación VECTOR
Consulta 4: Patrones: ¿Qué patrón existe…?
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Consulta 3: Evolución: ¿Qué ha cambiado…? USAL (2016)
Imagen MODIS de la concentración de clorofila durante el mes de mayo en la bahía de Toyama (Japón)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Consulta 5: Modelamiento: ¿Qué pasaría si…?
Localización de zonas para disposición final de residuos sólidos. A rtículo 5 . Criterios y metodología para la localización de áreas para disposición final de °
residuos sólidos, mediante la tecnología de relleno sanitario. Para la localización de áreas potenciales para disposición final de residuos sólidos, mediante la tecnología de relleno sanitario, las entidades territoriales, considerando la totalidad del área bajo s u juris dic ci ón, tendrán en cuenta los criterios y la metodología de evaluación que se expone:
DECRETO 838 DE 2005
• • • •
Capacidad Ocupación actual del suelo Accesibilidad vial Suelo y topografía
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Tipos de aplicaciones: – Arqueología – Educación – Minería – Industria – Evaluación de impacto ambiental – Prevención de riesgos naturales – Recursos naturales – Análisis terreno – Urbanismo
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG La importancia de la localización en las comunicaciones; Análisis de Visibilidad.
Ordoñez & Martínez (2003)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Manejo de recursos Hídricos
Lesmar (2016)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Manejo de recursos Hídricos Mapa de pendientes Mapa de orientaciones Mapa de sombreado Mapa de insolación Mapa de cuencas vertientes Mapa de dirección de flujo Mapa de acumulación de flujo Mapa de jerarquía del drenaje
Olaya (2011)
Maidment (2002)
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USAL (2016)
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USAL (2016)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG E N T R A D A
Subsistema de entrada
-
Mapas Imágenes de SR Reportes GPS Topografía Etc
Subsistema de captura
-
Vectorización Digitalización GDB Shapefile PDI Etc
Subsistema de Análisis y procesos
Subsistema de salida
S A L I D A
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USAL (2016)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
• • • • • • • • • •
Problema a resolver Determinación de variables Software y datos. Construcción de la Base de Datos Geográfica (GDB). Estructuración e integración de los datos a la GDB. Definición de características de los datos geográficos y alfanuméricos: dominios, subtipos, estilos y simbología. Creación y validación de reglas topológicas. Revisión de la consistencia de los datos de la GDB y aplicación de procesos de edición. Automatización de procesos utilizando herramientas para la construcción de modelos cartográficos. Solución del problema. Lesmar (2016)
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Lesmar (2016)
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Diseño Conceptual
USAL (2016)
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Diseño Lógico
USAL (2016)
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Diseño Lógico Modelo Entidad/Relación –
Simbología empleada en el modelo entidad-relación.
Cardinalidad 1:1 1:M M:M
Ejemplo de diagrama E-R.
Olaya (2011)
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Diseño Físico
USAL (2016)
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Arquitectura dual con subsistemas distintos para el manejo de datos espaciales y no espaciales. Olaya (2011)
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Diseño Físico
ESRI
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Lesmar (2016)
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Topología La topología es una rama de las Matemáticas que analiza la posición de los objetos ocupándose objetos ocupándose de aquellas propiedades que permanecen invariantes cuando dichos objetos se pliegan, dilatan, c ontraen o se deforman, de modo que no aparezcan nuevos puntos, o coincidan puntos diferentes. (Bernabé & López, 2012)
Hace referencia a las propiedades no métricas de los objetos Mantiene las propiedades geométricas Controla redundancias Identificación de errores de edición Análisis independiente de las coordenadas
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Topología Debe estar cubierto por…
Maidment (2002)
Punto debe estar cubierto por línea…
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Vector
Olaya (2011)
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En este caso, tenemos una serie de valores de elevación (Z) localizados en el plano XY. Esto no es realmente equivalente a utilizar una componente espacial tridimensional, ya que no permite recoger en un mismo punto distintos valores (no puede, por ejemplo, modelizarse la forma de una cueva o un objeto vertical), por lo que se conoce como representación en 2.5 dimensiones (2.5D). Olaya (2011)
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Ráster 250
Arreglo matricial Celdas/píxel Tamaño Celdas/píxel
1 2 3 200
100 50
MDE strm, aster 30 m
0
Proyectado = 30mx30m
m
1 2 3 . . n
150
Resolución espacial
....
0 Zij
50
100 Zi,j+1
150
200 celda
250 300
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Ráster
USAL (2016)
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Ráster
ESRI
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Ráster
Simulación
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J. García, A. García & Torres (2013)
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ESCALA
- Relación de proporcionalidad terreno/papel - Determina la cantidad de detalle - Tipos: numéricas, gráficas - La escala define los costos del proyecto
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Casanova (2012)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Diferencia entre precisión y exactitud. En a) y b) la precisión es elevada, mientras que en c) y d) es baja. Por su parte, en a) y c) la exactitud es baja, siendo alta en b) y d). Olaya (2011)
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Casanova (2012)
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MAPA TOPOGRÁFICO
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG MAPA TEMÁTICO
USAL (2016)
Contaminación lumínica en zona de Castilla y León
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Lesmar (2016)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Los objetos representan entidades del mundo real. Contienen atributos que definen su estado y métodos que definen su comportamiento . (Tomlinson, 2007) Los atributos son las propiedades que definen el estado de un objeto, como la categoría de una calle, el nombre del propietario de una edificación, o la capacidad máxima de un colector de aguas de lluvias. (Tomlinson, 2007) Denominamos entidad a un objeto o concepto del mundo real acerca del cual se recoge información, y que puede diferenciarse de otros objetos, incluso si son de su misma clase. (Olaya, 2011) Las relaciones describen el modo como los objetos se relacionan entre sí. Definen reglas para crear, modificar y eliminar objetos. (Tomlinson, 2007)
En un contexto geográfico, una “ entidad ” puede ser cualquier singularidad espacial sobre cuyas características se compila información. (Bernabé & López, 2012)
Una clase es una manera de agrupar en una plantilla objetos que comparten el mismo conjunto de atributos. Los objetos de una clase determinada se denominan instancias de esa clase. (Tomlinson, 2007)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Una capa es una agrupación lógica de elementos geográficos a los que también se puede hacer referencia como cobertura o tema. (Tomlinson, 2007) Una colección de datos referidos a objetos de los que se conoce su localización espacial se denomina Base de Datos Espaciales. Esta Base de Datos es modelo de la realidad que se ajusta a un cierto fenómeno. (Bernabé & López, 2012) Una Base de Datos Geográfica como la colección lógica de IG interrelacionada que se administra y almacena como una unidad, comprendiendo antecedentes sobre la ubicación de las características del mundo real y sobre sus particularidades en relación a su entorno (ONU, 2010). (Bernabé & López, 2012) Los mapas son modelos de la realidad que registran de forma simplificada aquellos aspectos que más nos interesan en función del objetivo del mapa y de la escala. (Ordoñez & Martínez, 2003)
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG El modelo vectorial se define por usar las figuras de la geometría convencional, puntos, líneas, curvas, polígonos, círculos, elipses o volúmenes para representar las entidades del mundo real. (Moreno et al., 2007) De acuerdo con Peña (2006), en el modelo vectorial se considera que la realidad está dividida en una serie de objetos discretos (puntos, líneas, polígonos) a los que se puede asignar diversas propiedades, cualitativas o cuantitativas. El modelo ráster se caracteriza por adoptar una unidad espacial estándar, el pixel, que no es sino un cuadrado, de tamaño elegible por el experto, que servirá para representar a un fragmento del espacio. (Moreno et al., 2007)
De modo formal, podemos decir que el análisis espacial es el estudio cuantitativo de aquellos fenómenos que se manifiestan en el espacio. Ello indica una importancia clave de la posición, la superficie, la distancia y la interacción a través del propio espacio. Para que estos conceptos cobren sentido, se necesita que toda la información esté referenciada espacialmente. (Olaya, 2011) De acuerdo con Peña (2006), en el modelo ráster se considera la realidad como un continuo basado en la variación continua y en el que las fronteras son la excepción.
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG
Esri (Environmental Systems Research Institute) ArcGIS Pro
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LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA - SIG Arctur D. & Zeiler M. (2004). Designing Geodatabases. Case Studies in GIS Data Modeling. California, USA: ESRI Press. Burrough P.A. & McDonnell R.A. (1998). Principals of Geographical Information Systems. USA: Oxford Univertisy Press. Casanova Matera L., (2012). Topografía Plana, Universidad de los Andes, Facultad de Ingeniería, Departamento de Vías, Mérida. García León J., García Martin A. & Torres Picazo M. (2013). gvSIG: guía para el aprendizaje autónomo. Repositorio Digital del Servicio de Documentación de la Universidad Politécnica de Cartagena, España. Instituto Geográfico Nacional (IGN) (2016). Ministerio de Fomento. Centro Nacional de Información Geográfica. Moreno Jiménez A., Cañada Torrecilla R., Cervera Cruañes B., Fernández García F., Gómez García N., Martínez Suarez P., Prieto Flores M. (2007). Sistemas y Análisis de la Información Geográfica. Manual de autoaprendizaje con ArcGIS (2ª Ed.). España: RA-MA.