Tema 1. La Revolucin Cartogrfica

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LOS DATOS GEOGRFICOS

Concepto: Los datos geogrficos son aquellos que estn ligados al territorio, que estn georreferenciados. El dato no es solo lo que se adquiere del terreno, tambin lo que se trata, lo que se representa o lo que se proporciona al usuario final.

Tipos: Existen dos sistemas o modelos de representacin de la realidad geogrfica en un SIG:

SISTEMA VECTOR (o vectorial)

SISTEMA RASTER

El modelo vectorial es una estructura de datos utilizada para almacenar datos geogrficos. Los datos vectoriales constan de lneas o arcos, definidos por sus puntos de inicio y fin, y puntos donde se cruzan varios arcos, los nodos. La localizacin de los nodos y la estructura topolgica se almacena de forma explcita. Las entidades quedan definidas por sus lmites solamente y los segmentos curvos se representan como una serie de arcos conectados. El almacenamiento de los vectores implica el almacenamiento explcito de la topologa, sin embargo solo almacena aquellos puntos que definen las entidades y todo el espacio fuera de stas no est considerado.

Un SIG vectorial se define por la representacin vectorial de sus datos geogrficos. De acuerdo a las peculiaridades de este modelo de datos, los objetos geogrficos se representan explcitamente y, junto a sus caractersticas espaciales, se asocian sus valores temticos.

Hay dos formas de organizar esta base de datos doble (espacial y temtica). Normalmente, los sistemas

vectoriales tienen dos componentes: uno que almacena los datos espaciales y otro los datos temticos. A ste se le denomina sistema de organizacin hbrido, por unir una base de datos relacional, para los aspectos temticos, con una base de datos topolgica, para los geogrficos. Un elemento clave en este tipo de sistemas es el identificador de cada objeto. ste es nico y diferente para cada objeto y permite la conexin entre ambas bases de datos.

Existen 3 tipos diferentes:

TIPO

DEFINICION

FIGURA

PUNTO Objeto con posiciones y sin dimensiones

LINEA Objeto unidimensional que une dos o ms puntos

POLIGONO Objeto bidimensional que ocupa una superficie delimitada por un permetro formado al menos por tres lneas

En la representacin vectorial los elementos puntuales se representan mediante el par de coordenadas

(x,y) que definen su posicin. Los elementos lineales se representan mediante las coordenadas (x,y) de los vrtices donde se cortan los segmentos lineales que se aproximan a la forma del elemento. Por ltimo, los elementos superficiales se codifican mediante las coordenadas (x,y) de los vrtices donde se cortan los elementos lineales que formando un recinto cerrado se aproximan a la forma poligonal del elemento

El elemento puntual se utiliza para describir geomtricamente un fenmeno geogrfico considerado como

puntual a la escala de trabajo y para el propsito del SIG. Por ejemplo, se pueden representar como puntos los vrtices geodsicos, los semforos de una ciudad, las capitales de las naciones en un mapa del Mundo, etc.

El elemento lineal se utiliza para describir geomtricamente un fenmeno geogrfico considerado como lineal a la escala de trabajo y para el propsito del SIG. Por ejemplo, se pueden representar como lneas las carreteras, las corrientes fluviales, los tramos de una red de infraestructuras elctricas, etc.

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El elemento superficial se utiliza para describir geomtricamente un fenmeno geogrfico considerado

como superficial a la escala de trabajo y para el propsito del SIG. Por ejemplo, se pueden representar como superficies las parcelas catastrales, los Parques Naturales, el casco urbano de poblaciones, etc.

El hecho de que un fenmeno individual se represente mediante un punto, una lnea o un polgono depende de la escala, es decir, del grado de detalle que se necesite tener en el SIG. Por ejemplo, una entidad de poblacin considerada como puntual en un SIG de toda Espaa podra ser considerada como entidad superficial en un SIG de una provincia.

Existe una gran variedad de datos de tipo vectorial.

El que se usa generalmente es los SIG es el .shp

VECTORIALES RASTER

Shp (ArcGIS) Bmp

E00 (ArcInfo) Tif

Dwg (Autocad) Jpg

Dgn (MicroStation) Gif

DXF Ecw

Un shapefile es un conjunto de archivos separados que tienen el mismo nombre y cada uno con diferentes extensiones: SHP: contiene la geometra. Esto es los puntos o vrtices que definen la forma de los elementos geogrficos.

DBF: Contiene la tabla de atributos o descripciones que tiene cada uno de los elementos.

SHX: Contiene un ndice de las entidades geomtricas.

PRJ: Contiene la definicin del sistema de coordenadas, proyeccin cartogrfica, datum y unidades que usa el shapefile para registrar los elementos geogrficos.

XML: Contiene metadatos (descripcin de los geodatos) en un formato estandarizado.

El nmero requerido es de tres, las extensiones: shp, shx y el dbf.

El modelo rster codifica el interior de los objetos geogrficos registrando, implcitamente, la frontera del elemento. Esta codificacin se consigue realizando una superposicin al mapa analgico original, de una rejilla de unidades regulares (de igual forma y tamao). En cada unidad de la rejilla se registra un nico valor, correspondiente al valor que adopta el mapa analgico o vectorial (Figuras 2 y 3).

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Figura 2. Nodos Figura 3. Superposicin de malla con rejilla

La rejilla puede estar formada por tres tipos de figuras geomtricas elementales: rectngulos (con su particularidad de cuadrados), tringulos regulares o hexgonos. Siendo la ms utilizada el cuadrado y al que nos referiremos de ahora en adelante.

Figura 4. Rejilla de pxeles

Para determinar la escala del mapa rster que hemos generado, es imprescindible conocer la equivalencia de la longitud del pxel en unidades del terreno. Se puede decir que si deseamos representar un fenmeno de tamao X, deberemos utilizar un pxel de tamao X/2.

El modelo rster establece un origen de coordenadas (0,0); por ejemplo y dependiendo del software GIS

utilizado, en la esquina superior izquierda, tal y como observamos en las distintas figuras de esta unidad. El motivo de establecer este origen, deriva de la manera de trabajar que siguen muchos de los equipos utilizados en la captura y tratamiento de datos rster (escneres, sensores espaciales, impresoras, etc.).

La topologa del mapa rster viene definida por el establecimiento del origen de coordenadas y por la

regularidad de la rejilla. Gracias a estos dos parmetros, es posible conocer cules son los vecinos de una celda de la rejilla (Figura 5).

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Figura 5. Representacin Rster

Para georreferenciar el mapa rster, es decir, para describir completamente su posicin respecto de la superficie de la Tierra, tendremos que conocer las coordenadas de un pxel en un Sistema de Referencia, la orientacin de la rejilla y el tamao del pxel. Con estos datos, podremos obtener las coordenadas de cualquier otro pxel perteneciente al mapa rster.

A continuacin tenemos una comparativa esquemtica entre ambos modelos, podemos decir que:

MODELO VECTORIAL

VENTAJAS INCONVENIENTES

Necesita menos espacio de almacenamiento

Representacin de entidades geogrficas lineales y puntuales ms precisa

Medida de distancias, superficies y volmenes con alto grado de precisin

Soporta descripcin topolgica de entidades, permitiendo el anlisis de redes

Fcil transformacin de coordenadas y cambio de datum

Soporta actualizacin, bsqueda y generalizacin de entidades

Anlisis espacial ms lento

Consumo alto de recursos en visualizacin e impresin

Complejidad en la estructura de los datos

Mayor consumo de medios y tiempo en la captura

MODELO RSTER

VENTAJAS INCONVENIENTES

Estructura de datos simple

Localizacin y manipulacin de valores temticos concretos ms sencilla

Soporta anlisis espaciales y filtros especficos

Facilita el modelado matemtico (elementos=pxel)

Tecnologa ms barata

Gran volumen de informacin

A mayor tamao de pxel, menor resolucin espacial y menor informacin

No reconoce explcitamente la existencia de objetos geogrficos, limitando la medicin de distancias y superficies

Transformacin de coordenadas, provoca distorsiones en los Pixeles

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ESCALA Y RESOLUCIN ESPACIAL

Tradicionalmente, la escala de un mapa se ha entendido como la proporcin que mantienen las distancias en el mapa en papel respecto a la realidad. Tal proporcin puede expresarse de manera grfica o indicando una relacin numrica.

Las escalas grficas representan mediante segmentos una distancia real, expresada generalmente en metros o kilmetros.

Las escalas absolutas son relaciones numricas que indican la razn existente entre una unidad medida en el mapa y su equivalente en el mundo real. As, una escala expresada mediante 1:5000 indica que una unidad medida en el mapa son 5000 en la realidad, es decir 1 centmetro en el mapa equivale a 5000 cm en la realidad, es decir 50 m. Una escala 1:25000 indica que un cm medido en el mapa equivale a 250 metros en la realidad.

Mientras que una escala grfica permite calcular distancias independientemente del tamao al que se reproduzca un mapa, la escala absoluta solamente es vlida para un determinado tamao de impresin.

Figura 6. Los dos mapas de la figura indican que se trata de una escala 1:25000, cuando en realidad ninguno de los dos se encuentra aqu reproducido a esa escala. Mientras que la escala absoluta es falsa, la escala grfica mantiene su integridad y permite calcular las distancias reales.

Cuanto mayor sea el denominador, menor es la escala: un mapa 1:5000 posee una escala mayor que un mapa 1:25000, ya que la misma distancia en el mapa, un centmetro, representa 50 y 250 metros respectivamente. El concepto de escala es casi equivalente al de resolucin espacial y grfica de un mapa, es decir el nivel de detalle con el que se pueden cartografiar elementos, que es mayor cuanto mayor sea la escala.

El trabajo actual con cartografa digital implica el manejo de archivos rster y vectoriales. En los primeros, la informacin se almacena como valores numricos asignados a un pxel o celdilla. La resolucin de una cartografa rster viene dada por lo tanto por las dimensiones de dicho pxel. Una resolucin rster de 0.5 metros, quiere decir

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que cada pxel tiene 50 cm de lado, lo que implica que cualquier objeto cuyas dimensiones sean de 50 cm o menos es imposible de representar, ya que el pxel solo toma un nico valor. Tericamente por lo tanto, la deteccin de un objeto necesita que ste tenga al menos el doble de tamao de la resolucin, en el ejemplo anterior al menos 100 cm o ms, de manera que quede representado en dos pxeles. En un archivo vectorial la informacin de los elementos lineales o poligonales se almacena mediante polilneas, es decir vrtices unidos entre s. La resolucin grfica viene dada por lo tanto por la cantidad y separacin de los vrtices.

Figura 7. La fotografa area de la izquierda tiene una resolucin de 0.25 m por pxel, mientras que la de la derecha tiene una resolucin inferior, de 1 metro por pxel.

Figura 8. El mismo sector representado mediante curvas de nivel a escala 1:25000 (en negro) y 1:5000 (en rojo). A la izquierda se han destacado los vrtices que componen una curva de nivel a escala 1:25000, y a la derecha los vrtices que componen la curva de nivel de valor equivalente a escala 1:5000

En definitiva, la escala de un mapa es la que determina la resolucin espacial de los elementos cartografiados, que en ltima instancia implica el tamao mnimo que deben de tener para poder ser detectados por el ojo humano. Tericamente, el lmite de percepcin humana se encuentra alrededor de 0.2 mm, es decir que resulta imposible disociar visualmente dos objetos que se encuentren a menos de esa distancia.

Figura 9. La imagen muestra puntos de 2 y 1 mm de dimetro y pares de lneas, separados por 0.2, 0.5, 1 y 1.5 mm

Por lo tanto, la escala cartogrfica apropiada es aquella que tiene un nivel de resolucin adecuado al tamao mnimo de objetos que queremos representar. Asumiendo que en la prctica el ojo humano puede distinguir una separacin de 0.5 mm, puede utilizarse una relacin entre escala y resolucin grfica:

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La escala determina por lo tanto no slo qu se puede representar cartogrficamente sino tambin cmo. Ambos aspectos, la cantidad y la calidad de la informacin cartogrfica son los que varan al cambiar de escala.

Habitualmente, los mapas en papel se confeccionan a una escala superior a la que son posteriormente impresos, ya que es posible reducir la cantidad y precisin de la informacin cartogrfica mediante diversos mtodos; por ejemplo la conversin de un mapa a escala 1:1000 a escala 1:25000. La operacin contraria, sin embargo, es tcnicamente imposible; ya que no existe mtodo de convertir informacin de una escala inferior, por ejemplo 1:50000 a una superior 1:10000.

Los mtodos de reduccin de escala pueden ser muy diversos, pero todos pretenden simplificar o reducir la informacin cartogrfica, lo que se denomina generalizacin.

Figura 10. Mtodos de generalizacin cartogrfica.