tema1

TEMA 1 - LOS SISTEMAS DEINFORMACIÓN GEOGRÁFICA

(SIG O GIS)

Docente y autor del material del curso:

Pau Aragó [email protected]

[email protected]

www.signatura21.com

Enero de 2015

Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual3.0 Unported.

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EMPLEO DE HERRAMIENTAS GIS PARA LA GESTIÓN DE RIESGO DE DESASTRESTEMA 1 - LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG O GIS)

Que vas a aprender en este tema:

• Qué es un GIS• Qué no es un GIS• Las ventajas de trabajar con un GIS• Formatos GIS• Ejemplos de software GIS y aplicaciones

ÍNDICE DE CONTENIDO TEMA 1:

1 .Introducción...........................................................................................................................2 1.1 Porqué es importante la información espacial.................................................................5

2 .Modelo de datos espaciales....................................................................................................6 2.1 Modelo de datos raster....................................................................................................6 2.2 El modelo vectorial ........................................................................................................9

3 .Bases de datos GIS...............................................................................................................12 4 .Sistema de referencia espacial.............................................................................................13 5 .Bibliografía..........................................................................................................................14

1 Introducción¿Qué significa la palabra GIS? La palabra GIS hoy en día tiene una gran variedad designificados. Los dos significados mas utilizados son Sistema de Información Geográfica oGeografical Information Science (Ciencia de la información Geográfica). La primeraterminología se utiliza den la industria que produce el software GIS, la segunda terminologíase utiliza en el mundo académico. No obstante, lo importante es la unión que se produce entrela tecnología (software, equipos informáticos,..) y la gente que trabaja con la informaciónespacial.

Pensar en Gis es como pensar en una gran caja donde se pueden ir metiendo una gran cantidadde conceptos, tales como, GPS, mapas, cartografía, mapas online, etc,.. Todas las cosas quepodemos poner en esta gran caja tiene algo en común, su contenido ESPACIAL. El siguientevídeo nos muestra algunas de las posibilidades de la geomática o tecnologías geoespaciales.

http://www.youtube.com/watch?v=poMGRbfgp38&feature=youtube_gdata_player (vídeo eninglés con subtítulos en castellano)http://youtu.be/uHCvCwkIv1Y (Proyecto España Virtual)

El vídeo que acabáis de ver muestra como las tecnologías geoespaciales están cambiando laforma de movernos y de gestionar y manipular la información espacial. Hoy en día es posibleencontrar información en Internet mediante una localización o un mapa o ver los resultados deuna búsqueda reflejados sobre un mapa. Todo estos sin que el usuario se de cuenta de todo loque esta pasando detrás de la pantalla. Nosotros vamos a ver como Internet se ha convertidoen una fuente para obtener los datos geospaciales necesarios para poder trabajar, así como

Pau Aragó Galindo 2 signatura21.com

http://signatura21.com/

http://youtu.be/uHCvCwkIv1Y

http://www.youtube.com/watch?v=poMGRbfgp38&feature=youtube_gdata_player


para compartir nuestro trabajo Este curso esta centrado en el GIS como un Sistema deInformación Geográfica que es el resultado de la unión del hardware, software, informaciónespacial y la gente

Hardware

El hardware es la máquina con todos los componentes sobre la que se ejecuta el software GIS.Los requerimientos de Hardware dependen de la complejidad de los análisis que se van allevar a cabo, el número de registros que se van a manipular, técnicas de visualización dedatos, etc ... Hoy en día casi cualquier ordenador es capaz de hacer funcionar un software GIScon funciones de procesamiento básicas.

Software

Hay muchas alternativas. El siguiente enlace (inglés) se muestra algunas de las alternativasdel mercado.http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_geographic_information_systems_software. Hoyen día podemos encontra software propietario y no propietario, mas conocido como “Libre”,dependiendo del tipoo de licencia. La Tabla 4 muestra las ventajas y desventajas de las dosalternativas de tipo de software.



http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_geographic_information_systems_software


Software Propietario Open source o software libre

Ventajas • Garantia1 de desarrollo del producto dentro de una misma compañía

Los componentes deberían funcionar de forma conjunta

• Normalmente bien documentada

• No hay un precio por licencia

• Uso sin restricciones (por ejemplo no hay límite en el número de instalaciones)

• No hay obligación de actualizar

• Soporta los estándares abiertos

• Normalmente el soporte se puede conseguir de diferentes proveedores2

• Personalización a nivel de API y en niveles inferiores

Inconvenientes • Precio de instalación y de mantenimiento

• Costes de formación

• Mantenimiento solo por parte de compañías on licencias

• La personalización de la herramienta sule se r dificil por falta de personal de la compañia

• El soporte solo existe si la compañía no cierra

• Conocimientos de instalación necesarios3

• Costes de formación4

Tabla 1: Ventajas y desventajas del software propietario y no propietario.1PERO: Losacuerdos de licencia suelen excluir la garantia.2On FOS GIS support see:http://www.osgeo.org/search_profile.3PERO: muchos softwares GIS de escritorio vienen coninstalador .4PERO: El usuario elige en invertir en recurso externos o en sus propiosrecursos. Fuente: (Steiniger i Bocher 2009)

La tecnología GIS y los avances en las técnicas de visualización son la responsables de lagran variedad de tipos de visualización de mapas que se pueden realizar hoy en día. En estaweb, http://owni.eu/2011/12/09/the-best-maps-of-201 1 / , tienes algunos ejemplos de losmejores mapas realizados en el 2011 para la representación de información espacial. Noobstante, es necesario puntualizar que detrás de estos mapas hay muchas horas de trabajo,recopilando de datos, analizándolos, manipulándolos y aplicando diferentes técnicas devisualización. En conclusión, un GIS no es tan solo visualización o creación de mapas. UnGIS es mucho mas que eso, es recolección de datos, manipular datos, analizar datos,compartir los resultados y pude que finalmente realizar un mapa. Porqué la informaciónespacial es especial?



http://owni.eu/2011/12/09/the-best-maps-of-2011/



http://www.osgeo.org/search_profile


1.1 Porqué es importante la información espacial

La información espacial es importante porqué “casi todo lo que ocurre, ocurre en algún sitio”(Longley et al. 2011). Esta frase es importante para cualquier disciplina que tenga relacióncon el territorio, pues las decisiones que se tomen vienen definidas por este o tienen algúnefecto sobre el.

Uno de los primeros ejemplos del uso de mapas para la realización de un análisis espacial esel realizado pro John Snow durante la epidemia de cólera que se detectó en Londres en el año1854. John Snow usó un mapa de las calles de Londres donde mostró la distribución espacialde los casos de cólera detectado. El mapa mostraba la fuente de la enfermedad cerca de unabomba de agua marcado con una X. (ver Fig. 1). “Una imagen vale mas que mil palabra”

Lecturas recomendadas

• Olaya, Víctor. 2012a. Sistemas De Información Geográfica.http://www.bubok.es/libros/191921/Sistemas-de-Informacion-Geografica-Tomo-II.


Fig. 1. Variante del mapa origianl dibujado por Dr. John Snow(1813-1858), un médico Británico que es uno de losfundadores de la epidemiologia médica, muestra los casos decólera en la epidemia de Londres de 1854, muestra laacumulación de casos a cerca de la bomba de agua.


http://www.bubok.es/libros/191921/Sistemas-de-Informacion-Geografica-Tomo-II


• Olaya, Víctor. 2012b. Sistemas De Información Geográfica-(Tomo II).

http://www.bubok.es/libros/191921/Sistemas-de-Informacion-Geografica-Tomo-II.

• Goodchild, Michael F. 2010. “Twenty Years of Progress: GIScience in 2010.” Journalof Spatial Information Science (1) (July). doi:10.5311/JOSIS.2010.1.2.

http://josis.org/index.php/josis/article/view/32.• What is a GIS?. http://volusia.org/gis/whatsgis.htm

Recursos Online;• Video. Introduction to GIS. • http://www.youtube.com/watch?v=poMGRbfgp38 (Inglés)• http://www.youtube.com/watch?v=MDISY-01gnk (Español)• Open Source Geospatial Foundation. http://www.osgeo.org/

2 Modelo de datos espacialesLos datos espaciales enlazan información alfanumérica con una localización específica. Lainformación alfanumérica se muestra en la pantalla del ordenador acorde a la localización delos objetos. Esto es lo que se llama modelo de datos “es un conjunto construido para ladescripción y representación del aspecto de los objetos del mundo real en el ordenador”(Longley et al. 2011)

Los modelos de datos básicos de un SIG son el Modelo Vectorial y el Modelo Raster. Lainformación espacial se muestra en un SIG utilizando capas que contienen esta información.Cada capa se puede basar tanto en un modelo de datos vectorial como raster.

2.1 Modelo de datos raster

El modelo raster se basa en un conjunto de celdas llamados píxeles, estos son larepresentación del mundo real. Este modelo es como el de una foto digital al que tanacostumbrados estamos. Una foto o imagen digital contiene millones de píxeles, cada píxelmuestra un color y el conjunto de los píxeles con sus colores respectivos muestran la imagencapturada por la cámara, ver Fig 2. El modelo raster que utilizan los Sig funcionanexactamente del mismo modo.



http://www.osgeo.org/

http://www.youtube.com/watch?v=MDISY-01gnk

http://www.youtube.com/watch?v=poMGRbfgp38

http://volusia.org/gis/whatsgis.htm

http://josis.org/index.php/josis/article/view/32



Representar el mundo real con este modelo de datos es realmente simple. Una imagen rasterguarda en cada píxel un valor numérico que en la pantalla es representado por un color. Unmodelo de datos raster principalmente se usa para representar variables continuas en elespacio tales como la temperatura, elevación o imágenes tomadas por los satélites espaciales.La Fig 3 muestra diferentes objetos representados con un modelo raster

Esta es la información básica que suele venir asociada con un imagen raster que se utilizan


Fig 2. Este ejemplo muestra una imagencon una porción ampliada de formaexagerada, en la cual se puede vercomo los pixeles son representadosmediante cuadrados de colorhomogéneo.,http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pixel-example.png

Fig 3: Representación de un paisaje mediante un modelo de datos raster. Fuente, http://courses.washington.edu/gis250/lessons/introduction_gis/images/grid_data_model_0.gif


http://courses.washington.edu/gis250/lessons/introduction_gis/images/grid_data_model_0.gif



http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pixel-example.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pixel-example.png


con los SIG:• Tamaño del píxel, indica la resolución de la imagen. Cuanto menor es el tamaño del

píxel mayor es la resolución de la imagen • La dimensión de la imagen viene definida por las coordenadas de las cuatro

esquinas. • Información de georeferenciación es el sistema de coordenadas utilizado en la

imagen • El número de bandas es relevante si la imagen se va a utilizar en teledetección,

especifica el número de bandas dentro de un rango espectral dado.

La manipulación de las capas raster se realiza mediante ecuaciones matemáticas o algoritmosalgebraicos, mascaras o reclasificación de los valores de los píxeles. Si pretendemos trabajarcon diversas capas raster de una misma zona, normalmente, es obligatorio que todas las capastengan la misma extensión y la misma resolución. El resultado de salida cuando utilizamosmas de una capa como entrada es tan preciso como la capa de peor precisión.

Normalmente los software SIG solo pueden trabajar con capas raster con tan solo un valor porpíxel. No obstante, como el software Miramon1 puede asociar a la capa raster una tablaalfanumérica. El uso de esta tabla alfanumérica puede, potencialmente, incrementar lasposibilidades de análisis de estas imágenes.

A modo de ejemplo La Tabla Tabla 2 Muestra una lista de los formatos raster soportados porgvSIG.

Source Type Name Geom type Read Write Format ver. Notes Dev. status

File Alfa dbf Yes Yes Done

File Alfa csv Yes Yes Done

File Raster ecw Yes No Done

File Raster sid Yes No Done

File Raster img Yes Yes Erdas Done

File Raster gif Yes No Done

File Raster tiff Yes Yes Done

File Raster jpeg Yes Yes Done

File Raster jp2 Yes Yes Done

File Raster png Yes Yes Done

File Raster asc Yes No Done

File Raster raw Yes No Done

File Raster ppm Yes Yes PNM files in RGB Done

File Raster mpl Yes Yes Ilwis Done

File Raster bmp Yes Yes Done

1 http://www.creaf.uab.es/miramon/



http://www.creaf.uab.es/miramon/


Source Type Name Geom type Read Write Format ver. Notes Dev. status

File Raster dat Yes No Envi Done

File Raster lan Yes No Erdas Done

File Raster gis Yes No Erdas Done

File Raster pix Yes No PCI Geomatics Done

File Raster aux Yes No PCI Geomatics Done

File Raster adf Yes No ESRI Grids Done

File Raster rst Yes No IDRISIS Done

File Raster kap Yes No Done

File Raster ers Yes No Done

File Raster pgm Yes No PNM files in grey scale Done

File Raster rmf Yes No Raster Matrix Format DoneTabla 2: Foramtos raster soposrtados por la versión GvSIG 1,10. Fuente:http://www.gvsig.org/web/projects/gvsig-desktop/devel/gvsig/1-12-0/formats/

Lectura recomendada• Raster data model.

https://geodata.ethz.ch/geovite_tutorials/L2GeodataStructuresAndDataModels/en/html/unit_u2Raster.html

• Sistemas de Información Geográfica. Victor Olaya. Pag 158 http://www.bubok.es/downloads/download_gratisbook=MTkxOTIwLTIwMTMwMzA1LQ==&tipo_portada=6

2.2 El modelo vectorial

El modelo vectorial se basa en puntos, líneas y polígonos, ver Fig 4. Visualmente es muysimilar al modelo CAD2, pero en lo que respecta a funcionalidad hay bastantes diferencias. Elmodelo vectorial CAD no tiene una relación topológica entre los objetos representados. Quees topología? “Topología es la ciencia y matemáticas aplicadas para validar la relación devecindad entre las entidades vectoriales y operaciones como trazado de redes y test deadyacencia de polígonos”(Longley et al. 2011). Mediante la relaciones topológicas unordenador puede especificar que objeto se encuentra a la derecha o izquierda o que objeto estaconectado con otro. La topología es muy importante para el analisis espacial y para el SIG engeneral. Sin la topología es imposible realizar analisis de redes, elección de rutas o unionesespaciales. El modelo vectorial almacena las relaciones topológicas de forma interna. Laposición del objeto es almacenda en relación con la conexión con sus objetos vecinos. Siquiere conocer mas acera de como la topología es almacenada en un Gis puedes visitar estelink .

2 Computer Aided Desing. http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design



http://www.geogra.uah.es/gisweb/1modulosespanyol/IntroduccionSIG/GISModule/GIST_Vector.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design

http://www.bubok.es/downloads/download_gratis?book=MTkxOTIwLTIwMTMwMzA1LQ==&tipo_portada=6





Asociada a la información gráfica hay una tabla alfanúmerica. Esta tabla almacenainformación relacionada con cada uno de los objetos. Cada fila se corresponde con un objetoespacial (punto, línea o polígono) . La Fig 5 muestra una capa de polígonos y su tablaasociada

La Tabla 3 muestra los formatos vectoriales soportados por gvSIG:

Source Type Name Geomtype

Read Write Notes

File Vector shp 2D Yes Yes

File Vector shp 3D Yes Yes

File Vector shp 2D-M


Fig 4: Modelo de datos vectorial, puntos, líneas ypolígonos

Fig 5: Capa de polígonos y su tabla asociada. Captura de pantallade gvSIG.



Source Type Name Geomtype

Read Write Notes

File Vector gml Yes No

File Vector gml Yes No

File Vector kml Yes Yes

File Vector kml Yes Yes

File Vector kmz Yes Yes

File Vector kmz Yes Yes

File Vector dxf Yes Yes

File Vector dwg Yes No





File Vector dgn Yes No

DDBB Vector PostgreSQL 2D Yes Yes

DDBB Vector PostgreSQL 3D

DDBB Vector PostgreSQL 2D-M

DDBB Vector MySQL Yes Yes

DDBB Vector OracleSpatial/Locator

Yes Yes Requiresmanualinstallationof theOracleproprietarylibraries towork.

DDBB Alfa H2 Yes Yes

DDBB Vector H2+HatBox Yes Yes

DDBB Alfa Generic JDBC Yes Yes

DDBB Vector ArcSDE Requiresmanualinstallationof theArcSDEproprietarylibraries towork.

Table 3: Formatos vectoriales soposrtados por GvSIG. Source:




http://www.gvsig.org/web/projects/gvsig-desktop/devel/gvsig/1-1 2 -0/formats/

Hay formatos como el GML o KML que representa puntos líneas y poloigonos en una mismacapa o fichero. Estos formatos son útiles para intercambiar datos pero no para un trabajoproductivo. En un entorno SIG productivo es recomendable trabajar con formatos quealmacenen los puntos líneas y polígonos en capas o ficheros diferenciados.Lecturas recomendadas

• Vector data model. https://geodata.ethz.ch/geovite_tutorials/L2GeodataStructuresAndDataModels/en/html/unit_u3Vector.html

• Sistemas de Información Geográfica. Victor Olaya. Pag 162 http://www.bubok.es/downloads/download_gratis?book=MTkxOTIwLTIwMTMwMzA1LQ==&tipo_portada=6

Ejercicios1) Ve a OSM www.openstreetmap.org. Qué modelos están utilizando?2) Ve a Google maps www.maps.google.com. Qué modelos están utilizando?

3 Bases de datos GISUna base de datos SIG es similar a cualquier otra base de datos. Como se ha indicado en lasección previa, el modelo vectorial esta siempre asociado a una base de datos con lainformación del objeto espacial georeferenciado. Una base de datos SIG es una colección detablas relacionadas unas con las otras que contienen información alfanumérica asociada a unoo varios objetos espaciales.

Cada tabla tiene un identificador único para cada columna. Este identificador es utilizado pararelacionar varias tablas que contengan un identificador común que empareja las filas de lasdos tablas. En este sentido es posible gestionar la información espacial y alfanumérica queproviene de diferentes fuentes y que no necesariamente necesita que ambas estengeoreferenciadas El único requisito es que las dos tablas tengan una columna en comun que serefiera al mismo objeto.

Si quieres conocer mas a cerca de bases de datos puedes hacer clic en este curos del MIT l inko bien puedes conocer la base de datos PostGIS.

4 Sistema de referencia espacialEl sistema de referencia espacial. Es un sistema de coordenadas local, regional o global, quelocaliza geográficamente un objeto en el mapa. Algunas veces el sistema de referenciaexpresa las coordenadas en grados de longitud y latitud, ver Fig 6., otras en metros usando laproyección universal Mercator (UTM) Las coordenadas UTM es el resultado de proyectar elglobo esférico del planeta sobre una superficie cilíndrica, ver Fig 7 , o cónica donde lascoordenadas son expresadas en metros.



http://postgis.refractions.net/

http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-264j-database-internet-and-systems-integration-technologies-fall-2006/

http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-264j-database-internet-and-systems-integration-technologies-fall-2006/

http://www.maps.google.com/

http://www.openstreetmap.org/



https://geodata.ethz.ch/geovite_tutorials/L2GeodataStructuresAndDataModels/en/html/unit_u3Vector.html

https://geodata.ethz.ch/geovite_tutorials/L2GeodataStructuresAndDataModels/en/html/unit_u3Vector.html

http://www.gvsig.org/web/projects/gvsig-desktop/devel/gvsig/1-12-0/formats/




Es importante conocer el sistema de coordenadas de las capas que se estan utilizando, ya quesi el sistema de coordenadas es diferente no vamos a ver correctamente las capas, sino que lasveremos desplazadas unas con otras. Algunas veces este desplazamiento puede ser de tan solounos metros, mientras que otras puede ser de centenares de metros. Por esto, es importanteconocer el sistema de coordenadas de las capas con las que trabajamas y en caso de quedifieran transformar las coordenadas a un sistema común. En esta página estan todos lossistemas de coordenadas utilizados http://spatialreference.org/

Lecturas recomendadas

• http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_latlong.html (Inglés)


Fig 6: Fig. 6: Longitud y latitud. Fuente http://en.wikipedia.org/wiki/File:Latitude_and_Longitude_of_the_Earth.svg

Fig 7: Proyección mercator.Fuente:http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html


http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_latlong.html

http://spatialreference.org/

http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html

http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Latitude_and_Longitude_of_the_Earth.svg


• http://maps.unomaha.edu/Peterson/gis/notes/MapProjCoord.html (Inglés)

• http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html (Inglés)

• http://titulaciongeografia-sevilla.es/web/contenidos/profesores/materiales/archivos/COORDENADAS_2.pdf(Español)

5 Bibliografía

Longley, Paul, M. F Goodchild, David Maguire, i David W. Rhind. 2011. Geographic information systems & science. third. Hoboken, NJ: Wiley.

Steiniger, Stefan, i Erwan Bocher. 2009. «An overview on current free and open source desktop GIS developments». International Journal of Geographical Information Science 23 (10): 1345-1370. doi:10.1080/13658810802634956.

Longley, Paul, M. F Goodchild, David Maguire, i David W. Rhind. 2011. Geographic information systems & science. third. Hoboken, NJ: Wiley.

Olaya, Víctor. 2012a. Sistemas de Información Geográfica. http://www.bubok.es/libros/191921/Sistemas-de-Informacion-Geografica-Tomo-II .———. 2012b. Sistemas de Información Geográfica-(Tomo II).

http://www.bubok.es/libros/191921/Sistemas-de-Informacion-Geografica-Tomo-II .





http://titulaciongeografia-sevilla.es/web/contenidos/profesores/materiales/archivos/COORDENADAS_2.pdf

http://titulaciongeografia-sevilla.es/web/contenidos/profesores/materiales/archivos/COORDENADAS_2.pdf

http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html(Ingl%C3%A9s

http://www.nationalatlas.gov/articles/mapping/a_projections.html(Ingl%C3%A9s

http://maps.unomaha.edu/Peterson/gis/notes/MapProjCoord.html

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