FACULTAD DE CIENCIAS DE CIENCIAS - UNAM Programa de Actualizaci de Actualización ón y y Superación Superación Docente (PASD) Dirección General de General de Asuntos Asuntos del Personal del Personal Académico Académico DGAPA-UNAM
Curso “Sistemas de Información Geográfica con Aplicaciones con Aplicaciones en flora y flora y vegetación vegetación de México” Profesores del curso del curso Mayra Mónica Hernández Moreno Hernández Moreno1 , Oswaldo Téllez Valdés Téllez Valdés1 , Humberto Macías Cuéllar 2 1 Facultad de Facultad de Estudios Superiores Estudios Superiores Iztacala – UNAM 2 Departamento de Investigación Acción Investigación Acción Participativa y Participativa y Planificación Planificación Comunitaria – Chakaan Buulaan, AC Buulaan, AC
MODELOS DE DATOS Enero, 2012 Fuentes: - Hernández-Moreno, M., Macías-Cuellar, H., Téllez-Valdés, Téllez-Valdés, O. 2011. Apuntes Apuntes del curso “Sistemas de Información Geográfica Geográfica y Modelación Espacial”. Espacial”. Semestre 2012-1. Posgrado en Ciencias Ciencias Biológicas – UNAM - Flamenco, A. 2005. Curso SIG como herramienta para la toma de decisiones decisiones en el manejo de Recursos Naturales. PUMA-UNAM - Montoya, A.R., A.R., Chico, A.M. A.M. 2011. ntroducción a los sistemas sistemas de información geográfica. geográfica. Curso SIG-I. SIG-I. UNAM-DGAPA. UNAM-DGAPA.
MODELOS DE DATOS
2.1 El SIG como modelo del mundo real 2.2 El modelo raster 2.3 El modelo vectorial
El SIG como modelo del mundo real Debido a que el mundo real es enormemente rico y diverso, su estudio sólo puede ser alcanzado mediante una simplificación de la realidad, mediante un modelo.
Para ello ello es importante seleccionar la información de toda la complejidad, para aislar aquellas variables y relaciones de la realidad que son del interés del estudio.
El SIG como modelo del mundo real
La base de datos espacial de un SIG no es más que un modelo del mundo real, una representación digital en base a objetos discretos. Estos datos contenidos en un SIG pueden considerarse como un conjunto de mapas de una porción específica de la superficie, representando cada uno de ellos una variable temática.
El SIG como modelo del mundo real
Una variable temática en un SIG, recibe el nombre de capa temática, en la que se representa una tipología especifica de elementos del mundo real.
Una capa temática es un conjunto de elementos geográficos lógicamente relacionados y sus atributos temáticos, es decir, es la separación lógica de los datos espaciales de un mapa de acuerdo con un tema determinado; así, cada capa almacena un tipo particular y homogéneo de objetos espaciales.
El SIG como modelo del mundo real
Los temas que se representan pueden ser cuantitativos, como la variación de temperatura en un territorio (Variable continua).
O, cualitativos, como en un mapa de unidades de suelo (variables discretas)
El SIG como modelo del mundo real
En un SIG, los objetos espaciales pueden entenderse como la representación de los hechos espaciales en una capa temática.
Los objetos se representan en función de los distintos tipos de unidades de observación que pueden distinguir en la realidad.
Dependiendo de la propiedades geométricas de un hecho real, se obtendrán los datos geográficos contenidos en el, llegando al proceso de abstracción y discretización de la información
El SIG como modelo del mundo real
Dependiendo del modelo de datos que utilicemos, podemos representar los objetos por medio de: Celdas en un modelo raster
Puntos, líneas, y áreas en un modelo de datos vectoriales
El modelo Raster En este modelo, el espacio esta representado por un conjunto de unidades espaciales llamadas celdas o píxeles, las cuales representan unidades homogéneas de información espacial, que establecen su localización por un sistema de referenciación en filas y columnas.
filas
1:cuerpo de agua 2:parcelas 3:bosque
El modelo Raster
El espacio es compartimentado en porciones de igual tamaño y forma mediante la superposición de una retícula o malla regular. La malla suele ser de objetos cuadrados o rectangulares, de manera que cada una de esos objetos (celdas) representa una pequeña porción del espacio.
El modelo Raster
Propone una aproximación basada en objetos elementales (celdas) que pueden agruparse para construir objetos complejos que representan elementos del mundo real.
El modelo Raster
En este modelo una capa pueden representarse los atributos mediante un grupo de celdas colindantes que tienen un mismo valor temático. No quedan registrados de forma explícita los límites entre los elementos geográficos, sin embargo estos se pueden inferir a partir de los valores que toman las celdas.
El modelo Raster
Siendo el pixel la unidad base de este modelo, el identificador específico de cada pixel puede ser directamente el valor de un atributo temático (imagen de satélite), o bien un identificador ligado a una serie de variables temáticas en otra base de datos.
El modelo Raster
Cada celda en un archivo, sólo puede representar un atributo. Cada atributo se almacena en un archivo diferente. La necesidad de almacenamiento es alta. Las operaciones con múltiples archivos en celdas implican la recuperación y el procesamiento de datos de atributos, de celdas correspondientes, de archivos diferentes.
El modelo Raster
En el sistema raster un factor esencial es el tamaño del elemento base el píxel y el número total de filas y columnas que conforman la malla. El tamaño del píxel establece la resolución de la imagen, es decir, qué tanto se acerca el modelo a la realidad.
El modelo Raster DESVENTAJAS
VENTAJAS
Es una estructura de datos simple. •
Las operaciones de superposición de mapas se implementan de forma más rápida y eficiente. •
Cuando la variación espacial de los datos es muy alta el formato raster es una forma más eficiente de representación. •
El formato raster es requerido para un eficiente tratamiento y realce de las imágenes digitales. •
La estructura compacta. •
es
menos
Ciertas relaciones topológicas son más difíciles de representar. •
La salida de los gráficos resulta menos estética, ya que los limites entre zonas tiende a presentar la apariencia de bloques. Esto puede solucionarse utilizando un número muy elevado de celdas más pequeñas, pero pueden resultar ficheros inaceptablemente grandes. •
Análisis geográfico integral
El modelo Vectorial Es un formato de datos en el que la descripción de los objetos geográficos utilizan vectores definidos por pares de coordenadas relativas a algún sistema cartográfico. El modelo vectorial representa los objetos espaciales codificando, de modo explicito, sus “fronteras” (el límite o perímetro que separa el objeto del entorno).
El elemento fundamental de referencia en este tipo de representación es el segmento lineal, delimitado por dos vértices.
El modelo Vectorial EN ESTE SENTIDO
Los objetos puntuales (dimensión topológica 0), se representan mediante un par de coordenadas, X, Y de la posición del objeto Los lineales (dimensión topológica 1) se aproximan mediante el trazado de segmentos lineales que cruzan sus vértices, y se representan mediante las coordenadas X, Y de esos vértices. Los polígonos (dimensión topológica 2) se codifican aproximando sus fronteras mediante segmentos lineales que se cortan igualmente en vértices.
El modelo Vectorial
Hoy en día se usa la ESTRUCTURA ARCO-NODO, para formar la topología vectorial en la cual el sistema puede identificar relaciones como la inclusión, adyacencia, etc. gracias a un conjunto de tablas topológicas, una para polígonos, una para arcos y finalmente una para nodos.
Es decir, con un par de coordenadas y su altitud gestionan un punto (un vértice geodésico), con dos puntos generan una línea, y con una agrupación de líneas forman polígonos.
El modelo Vectorial
La topología arco-nodo basa la estructuración de toda la información geográfica en pares de coordenadas, que son la entidad básica de información para este modelo de datos. • Pares de coordenadas (puntos) forma vértices y nodos • Grupos de puntos forman líneas, • Grupos de líneas forman polígonos.
El modelo Vectorial
Para poder implementarla en una computadora, se requiere la interconexión de varias bases de datos a través de identificadores comunes. Estas bases de datos, son tablas con datos ordenados de forma tabular, contienen columnas comunes a partir de las cuales se pueden relacionar datos no comunes entre una y otra tabla.
El modelo Vectorial
Formato vectorial: tipo estructurado (topológico) Las relaciones espaciales se representan explícitamente; la entidad básica es el arco-nodo. una serie de puntos que empiezan y terminan en un nodo. Los puntos intermedios que definen el arco se conocen como vértices. Un arco es también un conjunto de segmentos rectos que poseen la misma topología. Nodo: punto de intersección donde dos o más arcos se encuentran, o donde termina un arco. Puntos: se representan como nodos aislados. Polígonos: se representan como una cadena cerrada de arcos.
Arco:
Todos estos rasgos se identifican por un id o tag y están representados digitalmente por pares de coordenadas (x,y).
El modelo Vectorial
Formato vectorial: tipo estructurado (topológico) Topología: es el método matemático para definir relaciones espaciales. La topología define las relaciones espaciales entre los rasgos geográficos. Se expresa en forma de listas.
◦
◦
Un arco es una lista de vértices y dos nodos terminales. Un polígono es una lista de arcos que definen su perímetro.
La topología facilita funciones analíticas: Modelado del flujo entre líneas conectadas en una red. Combinación de polígonos adyacentes con características similares. Sobreposición de rasgos geográficos. ◦
◦
◦
El modelo Vectorial
Formato vectorial: tipo estructurado (topológico) Conceptos topológicos:
Conectividad. Los arcos se
conectan unos
a otros.
Definición de área. Los arcos que se
conectan alrededor de un área definen un polígono. Contigüidad. Los arcos tienen dirección hacia los lados izquierdo y derecho.
El modelo Vectorial
Formato vectorial: tipo estructurado (topológico)
En este enfoque, la posición (x, y) se almacena en un cuadro de datos de coordenadas de arco. Las relaciones se almacenan en cuadros de topología de polígonos, arcos y nodos, que describen la representación espacial de los datos.
El modelo Vectorial
Conectividad
C
Los arcos presentan un nodo inicial y uno terminal (fnode y tnode), estos nodos se almacenan junto con sus coordenadas en una lista arco-nodo. En la lista arco nodo, los arcos contiguos se reconocen por el nodo que tienen en común. El programa reconoce rutas a través de aquellos arcos que se conectan al leer la lista arco-nodo.
El modelo Vectorial
C
El modelo Vectorial
El modelo Vectorial
Definición de área
C
Los rasgos geográficos pueden definirse en ocasiones mediante un área. Ej. Un lago, una parcela, una ciudad, etc. La topología de polígonos se define por una lista de arcos, donde los polígonos contiguos comparten un arco, tal topología se conoce como de polígono-arco. Los vértices de un arco que separa dos polígonos vecinos sólo se almacenan una vez para reducir el espacio utilizado y para asegurar que no exista traslape entre polígonos.
El modelo Vectorial
C
El modelo Vectorial
Contigüidad
C
Dos polígonos que comparten un arco son adyacentes. La contigüidad es el concepto topológico que permite modelar la adyacencia. Los nodos terminales que definen un arco indican la dirección del mismo, esto significa que pueden determinarse los polígonos a la derecha e izquierda del arco. La topología derecha-izquierda permite reconocer los polígonos adyacentes.
El modelo Vectorial
C
El modelo Vectorial
Estructura vectorial, modalidad arco-nodo (topológica)
Conectividad Definición de área Contigüidad
El modelo Vectorial
Base de datos de puntos y sus atributos
Base de datos de lí neas neas y sus atributos
Base de datos de polí gonos gonos y sus atributos
Base de datos puntos, lí neas neas y polí gonos gonos
Rasgos de una cobertura
Algunos de los elementos más comunes en una cobertura
C
Además de estos rasgos se pueden incluir secciones, rutas, regiones, links y la cobertura.
El modelo Vectorial DESVENTAJAS
VENTAJAS
Genera una estructura de datos más compacta q1ue el modelo raster. •
Genera una codificación eficiente de las operaciones que requieren información topológica, como el análisis de redes. •
El modelo vectorial es más adecuado para generar salidas gráficas que se aproximan mucho a los mapas dibujados a mano. •
Es una estructura de datos más compleja que el modelo raster. •
Las operaciones de superposición de mapas son más difíciles de implementar. •
Resulta poco eficiente cuando la variación espacial de los datos es muy alta. •
El tratamiento y realce de las imágenes digitales no puede ser realizado de manera eficiente en el formato vectorial. •
Tipos de programas para SIG Evidentemente ningún programa de SIG puede ser el mejor de los programas posibles y cubrir todas las posibles expectativas. Por tanto los programas acaban especializándose en función del tipo de datos que se supone que se van a utilizar, el tipo de aplicaciones y la lógica de trabajo.
Según el tipo de datos Incluyen principalmente herramientas para el manejo de variables espaciales (IDRISI, GRASS, ERMapper, SPRING, PCRaster)
SIG Raster.
SIG Vectorial. Manejo de objetos (ArcInfo, ArcView, ILWIS,
MapInfo, Geomedia)
Respecto a la forma de organizar el trabajo
SIG basados en menus, orientados normalmente a la gestión
y administración (ArcView, ILWIS, IDRISI para windows, MapInfo, Geomedia, SPRING)
SIG basados en comandos, orientados a la investigación
(ArcInfo, GRASS, ArcInfo, IDRISI para MSDOS, PCRaster). La ventaja de los programas basados en comandos es la capacidad de programar y ejecutar scripts complejos.
Tipos de programas para SIG Respecto a la filosofía y objetivos de desarrollo.
SIG comerciales (ArcInfo/ArcGIS, Geomedia, ArcView, MapInfo, ILWIS, Smallworld, Geomatica) SIG gratuitos o semigratuitos (SPRING, PCRaster, IDRISI) SIG libres (GRASS, DivaGIS, SEXTANTE)
Respecto a la plataforma o Sistema operativo en el que trabajan
SIG para UNIX SIG para Linux SIG para Windows
Relaciones espaciales entre clases de objetos Puntos Puntos
Áreas
Áreas
- Es vecino de
- Está cerca de
- Es el centroide de
- Es vecino de o
-
Está encima de…
-
Cruza - Se une
-
se distribuyen hacia…
Líneas
Líneas
-
Está dentro de (distancia)
Intersecta - Es el límite de - Está sobrepuesto -
Es adyacente a
