Fonaments de Cartografia i Sistemes d’Informació Geogràficatnavarrete/fcsig/introSIG.pdf · Impressora (matricial, làser, injecció o tèrmica) Plotter (injecció, làser, plumilles

Fonaments de Cartografia i SIG. UPF. Professor Jordi Martín. Curs 2006/07 1

Fonaments de Cartografia i Sistemes d’Informació Geogràfica

Tema 3: “Introducció als SIG. Història, definició i components”



Tema 3.1Història dels SIG: antecedents, etapes i evolució


Història dels SIG

ANTECEDENTSCerts fets han propiciat l’aparició dels SIG i entre ells cal destacar:

L’aparició dels primers ordinadors personals, els PCLa necessitat de moure grans bases de dadesEl desenvolupament de tecnologies afins com el CAD (Computer-Aided Design)La necessitat de moure grans bancs de dades L’aparició d’informació georeferenciada: altimetria i planimetria


Història dels SIG

ETAPES

etapa pionera: 1960-1975etapa de resolució de problemes: 1975-1980etapa comercial: 1980-1990etapa d’usuari: 1990- ....


Història dels SIG

EVOLUCIÓ

Cas americà

Cas espanyol

Cas català


Història dels SIG

Cas AmericàUNIVERSITAT

1966: H. Fisher crea el “Laboratory for ComputerGraphics and Spatial Analysis” (L.C.G.) destinat al disseny i desenvolupament de software per aplicacions cartogràfiques amb finalitats d’anàlisi espacial.1968: Aparició del SYMAP, un programa de cartografia automàtica amb capacitat per generar mapes d’isolinies i coropletes1975: Aparició del ODISSEY, que es pot considerar el primer SIG amb estructura topològica d’arc/node


Història dels SIGCas Americà

ADMINISTRACIÓ1967: United States Census Bureau (U.S.C.B.)• Estudi de processament automàtic d’informació

geogràfica.• Dual Independent Map Encoding (D.I.M.E.): Esquema

de codificació de carrers en base a les relacions topològiques dels propis carrers i l’estructura urbana.

1973: United States Geologycal Survey (U.S.G.S.)• Centra el seu interès en la gestió i l’anàlisi dels

recursos del sòl.• Geographic Information Retrieval Analysis System

(G.I.R.A.S.): Programa que gestiona l’explotació dels recursos ecològics dels EEUU.


Història dels SIGCas Americà

INICIATIVA COMERCIAL1969: Environmental Systems Research Institute(E.S.R.I.) Fundada per J. Dangermond fou la pionera en l’elaboració, comercialització i distribució de SIG amb finalitats comercials.

• AUTOMAP II• GRID• GRID 3D• ARC/INFO (1982): Primer sistema complert d’anàlisi espacial que

utilitza l’estructura vectorial topològica d’arc/node i degut a la seva gran versatilitat pot executar-se en diverses plataformes. El mòdul ARC processa les dades cartogràfiques, la informació gràfica mentre que el mòdul INFO processa la informació associada als elements, la informació α-numèrica.


Història dels SIG

Cas espanyolInstituto Geográfico Nacional (I.G.N)

• 1970: Adquisició del SYMAP per l’elaboració de l’Atlas Nacional de España.

• 1980: Sistema de Información Geográfica Nacional (SIGNA)• 1988-1995: SIT-200, Model d’Elevacions del Terreny amb

resolució de cel·la de 200 metres.• 1988-1999: SIT-25, Model d’Elevacions del Terreny amb resolució

de cel·la de 25 metres.• 1990: Creació del Centro Nacional de Información Geográfica

(C.N.I.G.)

Centro de Gestión Catastral y Cooperación Tributaria• 1988: Actualització del cadastre amb eines SIG


Història dels SIG

Cas catalàInstitut Cartogràfic de Catalunya

• 1985: Elaboració del Sistema d’Informació Territorial de Catalunya, el S.I.T.C.

Pla Territorial Metropolità de Barcelona• 1988: Adquisició de la primera llicencia a Catalunya d’Arc/Info

(E.S.R.I.)



Tema 3.2Definició d’un SIG


Definició d’un SIG

Segons el National Center of Geographic Information Analysis, 1990 (N.C.G.I.A.):

“Un Sistema d’Informació Geogràfica és un sistema de hardware, software i procediments per realitzar la captura, emmagatzematge, manipulació, anàlisi, modelització i representació de dades referenciadesespacialment per la resolució de problemes complexos de planificació i gestió”



Un SIG no és només un sistema informàtic per dibuixar mapes a diferents escales i amb projeccions i colors diferents. Un SIG és una eina d’anàlisis que permet identificar relacions espacials entre les diferents informacions contingudes dins del mapa.Un SIG no emmagatzema un mapa de forma convencional, un SIG guarda les dades de tal manera que es poden mostrar en funció del nostre propòsit o bé en funció de les eines d’anàlisis que el propi sistema ens facilita.



Les principals qüestions a les que ha de respondre un SIG són:

LOCALITZACIÓ (¿que hi ha a...?)• Permet saber que es troba en una localització determinada

CONDICIÓ (¿on es troba...?)• Permet trobar quin lloc reuneix certes característiques

determinades

TENDÈNCIA (¿que ha canviat des de...?)• Permet comparar situacions temporals diferents



RUTES (¿quin és el camí més òptim...?)• Permet calcular quin és el millor camí en funció del temps, el

cost, la distància, etc.

PAUTES (¿quins patrons de distribució existeixen...?)• Permet analitzar les regularitats espacials que es produeixen

MODELS (¿que ocorreria si...?)• Permet generar models per simular l’efecte que produiria cert

fenomen



Altres definicions d’un SIG“Conjunt de procediments manuals o computeritzatsusats per emmagatzemar i tractar dades referenciadesgeogràficament.” Aronoff (1989)“Potent conjunt d’eines per recol·lectar, emmagatzemar, recuperar, transformar i presentar dades espacials procedents del món real.” Burrough (1986)“Entitat institucional reflex d’una estructura organitzativaque integra tecnologia amb una base de dades, experts i financiació continua en el temps.” Carter (1989)“Base de dades computeritzada i amb informació espacial.” Cebrián (1988)


Definició d’un SIG“Sistema d’ajuda a la presa de decisions que integra dades referenciades espacialment en un context de resolució de problemes.” Cowen (1988)“Un cas especial de sistema d’informació en el que la base de dades consisteix en observacions d’elements, activitats o successos distribuïts espacialment, és a dir que es poden definir a l’espai com a punts, línies o àrees. Un SIG manipula dades sobre punts, línies i àrees, recuperant les dades per preguntes ad hoc i anàlisis.” Duecker (1979)“Sistema computeritzat de hardware, software, dades i aplicacions que s’utilitza per registrar digitalment, editar, modelitzar i analitzar dades espacials, i presentar-les en forma alfanumèrica i gràfica.” Hewlett Packard (1993)



Tema 3.3Components d’un SIG


Components d’un SIG

Elements d’un Sistema d’Informació Geogràfica:

Hardware Software Informació Organització personal

Sistema Informació Geogràfica


Components d’un SIG: Hardware

Perifèrics d’entrada MonitorTeclatMouseTauleta digitalitzadoraScannerCamara de vídeoInterfases de:

• Dades provinents de teledetecció• Dades provinents de fotogrametria• Dades provinents de llibretes electròniques• Dades provinents de GPS



Perifèrics de sortidaImpressora (matricial, làser, injecció o tèrmica) Plotter (injecció, làser, plumilles o electrostàtic) Gravadora de cel·luloideArxius gràfics



Perifèrics d’emmagatzematgeDisc dur Disc magnèticDisc òpticCinta magnètica


Components d’un SIG: Software

Qualsevol software SIG ha de ser capaç de realitzar les següents operacions:

Entrada de dades (representa el 70% del treball)Entrada de dadesEdicióCorrecció d’errorsRepresentació interactiva

Gestió de dadesEmmagatzematgeRecuperacióActualització de dades



Manipulació de dadesEstructuració topològicaTransformació SuperposicióIntegració de dades

Anàlisi de dadesRecuperació

• Recuperació d’informació a partir de filtres• Consultes a la base de dades (interrogació)• Reclassificació• Estadística espacial



Superposició• Geomètrica (o cartogràfica)• Lògica (d’atributs)

Veïnatge• Contingut en...• Poligonació• Isolínies• Interpolació• Càlculs topogràfics



Connectivitat• Contiguitat• Proximitat• Difusió• Xarxes• Visibilitat

Representació de dadesAnotacions i tractament de textosSimbolitzacióComunicació amb perifèrics


Components d’un SIG

TOPOLOGIA: Part de la matemàtica que estudia aquelles propietats dels conjunts de punts de la recta, del pla i de l’espai que no són alterades per les transformacions continues. Són propietats geomètriques que no depenen de cap magnitud sinó de la posició relativa dels punts


Topologia (exemples)El teorema dels cuatre colorsestableix que qualsevol mapa geogràfic pot ser pintat ambquatre colors diferents, de tal manera que no quedin regionsadjacents amb el mateix color. Dues regions son adjacents si comparteixen un segment de vora en comú, no només un punt. És fàcil veure que no éspossible pintar qualsevol mapa d’aquestes condicionscondiciones amb només tres colors, i és sumament complicatperò no complexe de demostrar la mateixa teoria però amb cinc colores.


Topologia (exemples)Plànol del metro de Madrid: Aquí es representen les estacions y les línies de metro que les uneixen. Però no sóngeomètricament exactes. La corbaturade les línies de metro no coincideix, ni la seva longitud a escala, ni la posiciórelativa de les estacions... Tot i això, ésun plànol perfectament útil (de fet, si fos exacte seria més dificil d’utilitzar). Aquest plànol és exacte en certsentits: representa fidedignament certtipus de informació, l’única que necessitem per decidir el nostre camíper la xarxa de metro: informaciótopològica.


Components d’un SIG: Informació

INFORMACIÓLa informació és el pilar sobre el qual es sustenta qualsevol SIG.Les dades constitueixen una representació simplificada del món real amb la què els experts han de treballar.La disponibilitat d’informació constitueix el taló d’Aquiles del sector dels SIG.La captura de informació, ja sigui de cartografia o de bases de dades pot representar més del 70% en l’esforç final de muntar un SIG iesdevé l’únic element que li dona sentit ja que sense informacióalfanumèrica estaríem parlant de cartografia digital i al mateix només informació alfanumèrica podria fer referència a d’altres sistemes d’informació sense potencialitat de georeferenciar.


Components d’un SIG: InformacióL’objectiu de la base de dades és representar digitalment la realitat territorial, la qual cosa només és possible de manera parcial i limitada. La realitat geogràfica és complexa i cal simplificar-la, discretitzar-la, esquematitzar-la i modelitzar-la. ¿Quins? d’aquests objectius i ¿com? estaran relacionats directament amb el tipus de software SIG que utilitzem ja que la forma i el funcionament de la base de dades depèn directament del model conceptual de la realitat geogràfica de l’estructura de les dades.El model de dades vectorial i el model de dades ràster defineixen dos models d’organitzar la informació. El model vectorial utilitza les tres primitives gràfiques (punt, línia i polígon) per representar elselements cartogràfics mentre que el model ràster utilitza una primitiva molt similar al punt, el pixel (picture element). Es tracta d’una malla de punts de forma quadrada o rectangular que conté valors numèrics per representar els elements cartogràfics.


Components d’un SIG: Organització

ORGANITZACIÓUna organització –ja sigui pública o privada, que disposi d’un SIG tindrà més o menys èxit en funció del grau d’eficàcia del propi SIG com a eina de treball quotidià.No tots els SIG resolen els mateixos problemes, en funció de les necessitats de cada usuari i –sobretot, en funció dels paràmetres que ofereix cada tipus de SIG s’obtindran uns resultats més o menys eficients.De l’eficàcia en la integració de la informació dins d’una jerarquia s’obtindran uns millors resultats.


Components d’un SIG: Organització

Un SIG no opera en el buit ni es pot autopropulsar per si sol. Necessita un manteniment continuat, no es tracta d’una joguina d’alta eficiència sinó un mitjà per guanyar eficàcia.Pel potencial integrador que ofereix la georeferenciacióde la informació, un SIG fa augmentar l’eficàcia productiva i estratègica en el sí de qualsevol organització de caire territorial.


Fonaments de Cartografia i Sistemes d’Informació GeogràficaTema 3.4Software SIG


Software SIG

Empreses


Introducción Solución Escalable Solución Completa Solución Basada en EstándaresGeodatabaseTopologíaModelos de datos

IntroducciónArcViewArcEditorArcInfoArcReader

ArcGIS 3D AnalystArcGIS Geostatistical AnlaystArcGIS Military AnalystArcGIS PublisherArcGIS SchematicsArcGIS Spatial AnalystArcGIS Survey AnalystArcGIS Tracking AnalystArcPress para ArcGIS ArcScan para ArcGISImage Analysis para ArcGISStereo Analyst para ArcGIS

IntroducciónArcSDEArcIMSArcGIS Server Portal ToolKit

ArcPadArcPad Application BuilderTablet PC

IntroducciónArcIMSRouteMap IMSArcWeb Services

IntroducciónArcObjectsMapObjects JavaMapObjects WindowsMapObjects LTNetEngineArcGIS Engine

ArcExplorerArcReader

PLTSMaplex para ArcGIS

Productes ESRI


Filosofia ESRI (1)Un sistema de información geográfica es un sistema para la gestión, análisis y visualizaciónde conocimiento geográfico, el cual se estructura en diferentes conjuntos de información:MapasProporcionan una visión interactiva de la información geográfica que permite dar respuesta a cuestiones concretas, y presentar un resultado de dichas respuestas. Los mapas proporcionan al usuario las herramientas necesarias para interactuar con la información geográfica.


Datos GeográficosEn la base de datos se incluye informaciónvectorial y raster, modelos digitales del terreno, redes lineales, información procedentede estudios topográficos, topologías y atributos.

Modelos de GeoprocesamientoSon flujos de procesos que permiten automatizar tareas que se repiten con frecuencia, pudiendo enlazar unos modelos con otros.

Filosofia ESRI (2)


Modelos de datosLa información geográfica en la Geodatabase es algo más que un conjunto de tablas almacenadas en un Sistema Gestor de Base de Datos. Incorpora, al igual que otros sistemasde información, reglas de comportamiento e integridad de la información. Tanto el esquema, como el comportamiento y las reglas de integridad de la información geográfica jueganun papel fundamental en un Sistema de Información Geográfica.

Filosofia ESRI (3)


MetadatosSon los datos que describen la información geográfica, facilitando información como propietario, formato, sistema de coordenadas, extensión, etc... de la información geográfica.Un catálogo de metadatos permite al usuario organizar, realizar búsquedas y acceder a información geográfica compartida. Cualquier catálogo de metadatos debe tener herramientas disponibles para generar, editar y sincronizarse de forma automática con la información que describen los metadatos.

Filosofia ESRI (4)


Arquitectura sistema ArcGIS constituye una familia escalable de productos cuya unión forma un sistema de información geográfica completo.Es integrable con otras tecnologías (no necesariamente de índole geográfica: bases de datos, aplicaciones empresariales, etc.), ya que se construye en su totalidad siguiendo estándares.ArcGIS es un conjunto de productos de sencilla instalación y manejo, que combinados, dan respuesta a las necesidades concretas de cualquier organización.En definitiva, la arquitectura ArcGIS cumple con las necesidades presentes y futuras de cualquier usuario en el campo de los Sistemas de Información Geográfica.GIS Desktop: ArcReader, ArcView, ArcEditor y ArcInfo constituye un conjunto escalable de productos que permiten al usuario generar, importar, editar, consultar, cartografiar, analizar y publicar información geográfica.GIS Embebido: El empleo de ArcGIS Engine, permite a desarrolladores embeber funcionalidad GIS dentro de aplicaciones existentes (no necesariamente GIS), además de desarrollar aplicaciones adicionales.GIS Servidor: ArcSDE (servidor de datos), ArcIMS (servidor de mapas y servicios GIS en Internet) y ArcGIS Server (solución para desarrollo de funcionalidad GIS en el servidor), constituyen las tres piezas fundamentales en el nivel de servidor de la arquitectura ArcGIS. Su empleo, simultáneo o no, satisface toda la funcionalidad necesaria en este aspecto, dentro de un Sistema de Información Geográfica.GIS Móvil: ArcPad instalado sobre dispositivos móviles y haciendo uso de tecnología GPS, se utiliza cada vez más frecuentemente en trabajos de captura y edición de información geográfica en el campo.


Productes INTERGRAPH (1) Edición Cartográfica:La familia de productos de Edición Cartográfica ofrece a lacomunidad cartográfica herramientas para diseñar mapas estéticamente aceptables, claros y concisos.Esta familia es un entorno topológico altamente robusto einteractivo, que proporciona funcionalidades nuevas y mejoradas para cartógrafos y analistas GIS - un nuevo modelo tanto para productores como para usuarios de datos geoespaciales. Este entorno de trabajo mantiene de forma automática estructuras dedatos topológicas limpias, mientras usted añade y edita características y atributos.Productos:Digital Cartographic StudioDynamoDynamo Terrain ModelerDynaGenGeospatial DataPipe


Productes INTERGRAPH (2)SIG

• GeoMedia es el nombre de una tecnología GIS de nueva generación que Intergraph creó en el año 1996. Los criterios básicos que se tuvieron en cuenta desde su génesis fueron:

• Funcionamiento en ambiente Windows • Acceso en tiempo real y sin necesidad de conversión a todos los

formatos GIS y CAD del mercado • Almacenamiento de información gráfica y alfanumérica en Bases de

Datos • Programación con lenguajes estándar de mercado • Evolución hacia plataforma Web y dispositivos móviles • El cumplimiento de estos criterios se verifica actualmente en todos los

productos GeoMedia que están en el mercado, y específicamente en todos los de la familia de productos GeoMedia Sobremesa


GeoMedia•Acceso transparente al usuario a diversos formatos de datos ráster ovectoriales:

oMGE o FRAMME de Intergraph oArc/Info (coberturas)oArcView (shape)oMapinfo oCAD (AutoCad o Microstation)

•Numerosas posibilidades de análisis GIS:oGeneración de zonas de influencia (buffer zones)oConsultas (queries) gráficas/alfanuméricas oSuperposición de polígonos

•Directamente accesible desde cualquier herramienta de desarrollo estándar de Windows:

oDelphi Borland, PowerBuilder de Powersoft, Microsoft Excel (con VBA), Visual Basic, C++®, FoxPro®

•Posibilidad de exportación de imágenes a formatos gráficos comunes:oJpeg, Bmp, Tiff

•Interfaz de usuario:oCompatible con entorno WindowsoAmigable Fácilmente personalizable


GeoMedia Professional•Funcionalidades principales:

oCaptura, automatización y mantenimiento de datos oManejo de datos corporativos oAnálisis espacial avanzado oProducción de mapas oDesarrollo en entornos estándar

•Posibilidad de combinar datos GIS con textos y hojas de cálculo para:

oGeneración de informes oAnotaciones en planos oCreación de presentaciones

•Integración sencilla con otras aplicaciones como:oWord, Excel, PowerPoint, Access, etc.

•Soporte para la mayoría de las bases de datos existentes en elmercado incluido, sin necesidad de ningún otro módulo:

oAccess oSQL Server oOracle (con su extensión espacial) oDB2


GeoMedia GRID• Típico producto GIS con rejillas (grids), permite análisis muy complejos entre múltiples capas de grid ráster. • Conversión vector-ráster y ráster-vector. • Procesamiento y filtrado (varios algoritmos) sobre grids. • Basado en el producto Keigan Grid.


• Permite visualización 3D de modelos digitales de terreno. Análisis deintervisibilidad entre puntos (para posicionamiento de antenas). • Generación de: perfiles de terreno a lo largo de líneas, curvas de nivel, etc. • Realización de "flight through" (simulación de vuelo) con gran realismo.

GeoMedia Terrain


Productes MapInfoGIS Extension

• Un cartucho de datos espaciales para Oracle™ Spatial

MapInfo Discovery• Permite a cualquier persona de su empresa el acceso a

sus mapas desde un navegador

MapInfo Map BasicMapInfo MapX / MapInfo MapXtreme Java

• Ayuda a la toma de decisiones y la realización de análisis.

MapInfo Professional• Análisis cartográfico basado en la ubicación

MapInfo ProViewerMapInfo VerticalMapper


Productes AutoDesk

Autodesk MapAutodesk Map 3DAutodesk EnvisionAutodesk Raster DesignAutodesk Land DesktopAutodesk Civil DesignAutodesk SurveyAutodesk MapGuideAutodesk OnSite View

Autodesk OnSite Enterprise


Solucions – Electricitat i Gas (1)


Solucions – Aigues (2)


Solucions – Gestió de flotes (3)


Solucions – Geomarqueting (4)


Solucions – Hidrologia (5)


Solucions – Logística (6)


Solucions – Medi ambient (7)


Solucions – Telecomunicacions (8)


Solucions – Transports (9)


Bibliografia- Álvarez, Guillermo. COMUNICACIÓN PERSONAL. Departamento de Ciencias de la Conducta. USB. 1996.- Aronoff, Stan. GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS: A MANAGEMENT PERSPECTIVE. WDL Publications.Otawa, Canada. 1989. 294p.- Boardman, John. SYSTEMIGRAMS, TECHNIQUE OF BOARDMAN SOFT SYSTEMS METHODOLOGY (BSSM). DeMontfort University. Science and Engineering Research Centre. Systems Engineering Group. Leicester, UK. 1995. Papers Internet.- Bosque Sendra, Joaquin. SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS. Ediciones Rialp. 1ra Edición. SebastiánEl Cano 30-28012 Madrid, España. 1994. 451 p - Callaos, Nagib. METODOLOGIAS ABIERTAS Y CERRADAS. Callaos y Asociados Ingenieros Consultores C.A, abril1991. 10 p.- CPDI. COMUNICACIONES PERSONALES. Centro de Procesamiento Digital de Imágenes - Fundación Instituto deIngeniería. Valle de Sartenejas, Baruta, Estado Miranda. 1996.- Dangermond Jack, Derrenbacher Bill and Harnden Eric. DESCRIPTION OF TECHNIQUES FOR AUTOMATION OF REGIONAL NATURAL RESOURCE INVENTORIES. Enviromental Systems Research Institute, Inc. 380 New York Street. Redlands, California. September, 1992. 52p- Guevara, Armando. ESQUEMA METODOLÓGICO PARA EL DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICO. The Geonex Corporation. 1992.- Maguire, D.J and Dangermond, J. THE FUNCIONALITY OF GIS. Compendio de David Maguire, Michael Goodchildand David Rhind titulado: Geographical Information Systems. Longman Scientific Technical. New York, 3th Avenue NY10158, 1992.- Marble, Duane. THE POTENTIAL METHODOLOGICAL IMPACT OF GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS ON THE SOCIAL SCIENCES. The Ohio State University. Deparment of Geography. Columbus, Ohio. 1996. Papers Internet.- Montilva C, Jonás A. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y DISEÑO DE GEODATABASES. ULA- IGCRNR-Esc. Geografía. Manual de Curso. 1994.

Documents

Fonaments de Cartografia i Sistemes d’Informació Geogràficatnavarrete/fcsig/introSIG.pdf · Impressora (matricial, làser, injecció o tèrmica) Plotter (injecció, làser, plumilles