Entendiendo el Mundo de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), Notas de estudo de Engenharia Industrial

Baixe Entendiendo el Mundo de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Industrial, somente na Docsity! In coming to Alaska, McCandless yearned to wander uncharted country, to find a blank spot on the map. In 1992, however, there were no more blank spots on the map —not in Alaska, not anywhere. But Chris, with his idiosyncratic logic, came up with an elegant solution to this dilemma: He simply got rid of the map. In his own mind, if nowhere else, the terra would thereby remain incognita Jonn Krakauer. Into the Wild. —Y no olvides llevar un mapa, pero úsalo tan solo cuando sea realmente necesario. Como una bengala que no has de lanzar salvo en caso de emergencia, o como un ant́ıdoto que no debes tomar si no probaste veneno alguno. Ella se quedo mirando en silencio con cara de no entender nada. —El mapa te dirá dónde estás —aclaró él—, y eso no es algo que un viajero deba saber antes de decidir volver a casa. Lućıa Arganzúa. El alma que no tuve. For E. [...] But all remembered beauty is no more Than a vague prelude to the thought of you –. [...] Sara Teasdale. Love songs. Colabora con este libro Este libro es un proyecto abierto a la colaboración de la comunidad. Puedes participar en su desarrollo aportando ideas o comentando errores o deficiencias que encuentres, entre otras tareas. Como proyecto, dispone de herramientas tales como un wiki, un sistema de seguimiento de errores o una lista de correo, a las cuales puedes acceder a través de su página oficial en la siguiente dirección. http://wiki.osgeo.org/wiki/Libro_SIG No dudes en usarlas para ayudar a que el proyecto siga avanzando. Al final del libro, en el apéndice C, encontrarás información más técnica sobre cómo se ha elaborado este texto, en caso de que quieras involucrarte de forma más activa en su desarrollo. Agradecimientos Este libro no seŕıa posible sin la ayuda de quienes contribuyeron directa o indirectamente a él, apoyándolo de una u otra manera. Quiero expresar mi agradecimiento a todos ellos por su relevante colaboración para que este libro saliera adelante. Por encima de todo, a mis padres. Hay muchas razones por las que un d́ıa decid́ı escribir este libro, pero, como en todo lo que hago, saber que ellos se sentirán orgullosos de mı́ por hacerlo es, sin duda, la principal de todas ellas. Además, y aun no siendo expertos en SIG, me han enseñado la lección más importante acerca de cómo entender correctamente estos: que la mejor forma de conocer el mundo no es a través de un mapa o un SIG, sino viviéndolo uno mismo. Las dos citas que he añadido al inicio del libro creo que ilustran muy bien esa filosof́ıa que tanto ellos como yo compartimos, al tiempo que describen acertadamente mi visión sobre la forma en la que debe entenderse un SIG. A Juan Carlos Giménez, por haberme acompañado durante toda mi carrera profesional, haciendo que todo mi trabajo, incluyendo la redacción de este libro, haya sido y siga siendo una experiencia inmejorable. Personal y profesionalmente, le debo mucho más que un agra- decimiento en un libro, pero supongo que esta es una buena forma de empezar a pagar esa deuda. A los coautores de caṕıtulos que cedieron su trabajo para que pudiera ser incorporado a este libro: Landon Blake, Miguel Luaces, Miguel Montesinos, Ian Turton y Jorge Sanz. Asimismo, Oscar Fonts ha colaborado en la corrección y ampliación de algunos caṕıtulos con tal dedicación que creo que merece ser citado también como coautor en ellos. A todos los que colaboran desinteresada y voluntariamente en proyectos como la Wiki- pedia o el proyecto Open ClipArt, los cuales han servido de gran ayuda a la hora de elaborar contenidos de esta obra, en especial los de tipo gráfico. Este libro contiene asimismo elemen- tos gráficos tomados de publicaciones libres de diversos tipos (art́ıculos, libros, blogs, etc.), a cuyos autores agradezco el haberlos publicado de ese modo, permitiendo que su esfuerzo sea aprovechado por otros libremente. A Tomislav Hengl, por ceder las plantillas LATEXa partir de las cuales fueron adaptadas las empleadas en este libro. Y porque en esas plantillas no iba solo un formato para este texto, sino parte de su buen hacer a la hora de escribir libros. A la Conselleria de Infraestructuras y Transportes de la Generalitat Valenciana y el Servei de Sistemes d’Informació Geogràfica i Teledetecció (SIGTE) de la Universitat de Girona, quienes en uno u otro momento cedieron infraestructuras para la realización de reuniones de autores dentro de eventos de cuya organización eran responsables. Entre sus miembros, muy especialmente a Lluis Vicens, que apoyó este libro de forma incondicional en todo momento. Como proyecto libre que es, este libro ha sido corregido de forma abierta y pública por cuantos han deseado contribuir de ese modo. A todos ellos quiero expresar desde aqúı mi más sincero agradecimiento: Javier Carrasco, Toni Hernández, Santiago Higuera, José Manuel Llorente, Ester López, Jordi Marturià, Miguel Montesinos, Rosa Olivella, Ferrán Orduña, Joana Palah́ı, Nuria Pérez, Carol Puig, Jorge Sanz, Josep Sitjar, David Tabernero, Nacho Varela, Ana Velasco, Laura Vergoñós y Lluis Vicens. He usado medios e infraestructura de la Universidad de Extremadura para escribir este libro (y alguna que otra hora de trabajo en la que debeŕıa haber estado haciendo otras cosas), por lo que agradezco la ayuda prestada, la comprensión y el buen ambiente de trabajo que siempre he tenido, imprescindible para concluir con éxito una labor aśı. El control de versiones del libro lo he llevado empleado un repositorio SVN alojado por el proyecto OSOR, el mismo que utilizo para almacenar el código fuente de SEXTANTE. Mi agradecimiento para este proyecto de la Comisión Europea por proveer un servicio gratuito de gran calidad que me ha facilitado notablemente el trabajo. Introducción Acerca de este libro A principio de marzo de 2006, tuvieron lugar en Girona las I Jornadas sobre Sistemas de Información Geográfica (SIG) libres, organizadas por la Universitat de Girona y el Servei de Sistemes d’Informació Geogràfica i Teledetecció (SIGTE). Al amparo de ese encuentro, algunos (no muchos) decidimos aprovechar el momento para, entre otras cosas, reunirnos y fundar el caṕıtulo hispano–hablante de OSGeo, una organización internacional cuya acti- vidad se centra en torno a los Sistemas de Información Geográfica libres1. El objetivo era intentar formar un grupo de trabajo para afrontar aquellas cuestiones de interés general para la comunidad SIG de habla hispana2, y fueron muchas las tareas que en aquel momento se recopilaron como necesarias dentro del ámbito de los SIG en lengua española. Entre ellas, la creación de un libro libre sobre Sistemas de Información Geográfica. Este libro es mi intento particular de tratar de dar solución a esa necesidad en ese momento apuntada, y recopila un trabajo realizado pacientemente desde entonces, siendo un testigo de todo el esfuerzo y desarrollo que tiene lugar en nuestros d́ıas en materia de SIG. Con él, espero que dicho desarrollo no solo continúe, sino que crezca, poniendo a disposición de la comunidad los conocimientos con los que establecer una base conceptual más sólida, aśı como una herramienta de máxima utilidad para la formación y transmisión de los aspectos teóricos relacionados con los Sistemas de Información Geográfica. ¿Por qué escribir este libro? Como ya quedó claro en aquella reunión fundacional del caṕıtulo hispano–hablante de OSGeo, un libro como este era algo necesario dentro del mundo de los SIG, y lo sigue siendo hoy a pesar del tiempo que ha pasado desde entonces. Veamos con más detalle por qué. Es dif́ıcil encontrar hoy en d́ıa una disciplina cient́ıfica que no pueda sacar partido de los Sistemas de Información Geográfica y no contemple a estos como herramientas de primera ĺınea. Incluso fuera del ámbito cient́ıfico, los SIG son parte de nuestra vida diaria, y la mayoŕıa de la gente ha usado en algún momento un callejero en Internet o un navegador GPS, elementos que forman parte del conjunto de tecnoloǵıas directamente relacionadas con los SIG y su entorno. En una situación aśı, cabe esperar que el sector editorial se encuentre en un estado de similar desarrollo, y el número de obras disponibles sea no solo abundante, sino diverso, y que cubra con detalle tanto los fundamentos básicos de la disciplina como los desarrollos 1Si quieres saber más, puedes visitar su Web en http://www.osgeo.org, donde encontrarás, entre otras muchas cosas, este mismo libro. 2Un resumen breve de las labores del caṕıtulo hispano–hablante y su creación apareció en el número 2 de la revista oficial de OSGeo, a la que puedes acceder libremente en la dirección Web http://www.osgeo. org/journal En resumen, este es un libro orientado a quienes desean aprender con mayor o menor profundidad qué es y para que sirve un SIG, aportándoles la base necesaria para que pos- teriormente puedan afrontar su trabajo con un SIG, tanto si ya tienen nociones al respecto como si todav́ıa no han utilizado uno antes. Si al leer este libro echas en falta algo que consideras importante, házmelo saber (encon- trarás en la página xi la forma de contacto). Estaré encantado de considerar tus propuestas para aśı abarcar un abanico más amplio de lectores potenciales. Estructura En un libro de tan amplio alcance, es probable que distintos lectores tengan un interés mayor por distintos temas tratados. Por esta razón, el libro se divide en siete bloques bien definidos, de forma que, tanto conceptual como funcionalmente, presenta una estructura más adecuada para su uso. En primer lugar, un bloque dedicado a la definición de los elementos fundamentales, que son la base para todo el desarrollo posterior. Los elementos definidos en esta parte se desglosan en las siguientes, que tratan por separado los datos espaciales, y las formulaciones que permiten el análisis de estos. Todos los elementos anteriores requieren de una tecnoloǵıa y de unas aplicaciones SIG, que son las que nos permiten manejar los datos, procesarlos o generar cartograf́ıa. Estas aplicaciones con las que se produce el trabajo en un proyecto SIG se tratan en todas sus variantes dentro de una parte espećıfica de este libro. La visualización de los datos espaciales y la creación de cartograf́ıa son ambos elementos básicos de los SIG, y una materia donde existe abundante desarrollo. Esto, junto con el uso inevitable que se realiza de las funcionalidades de generación cartográfica de un SIG en el empleo diario de este, hace interesante dedicar una parte independiente a este tema. El factor organizativo, vital para entender los SIG hoy en d́ıa, se detalla en una parte independiente, una vez que ya se conocen todos los fundamentos e ideas básicas. Por último, una parte dedicada al uso práctico y real de los SIG muestra cómo estos pueden dar soluciones a problemas muy variados, y cómo todo lo visto anteriormente en las partes previas se materializa en la práctica. En lo que respecta a los caṕıtulos en śı, se tiene una estructura que incorpora unos contenidos fijos para facilitar su lectura y aprovechamiento. Bajo el t́ıtulo de cada caṕıtulo se incluyen unas preguntas clave a las que el contenido da respuesta. Con ello se pretende ayudar al lector a localizar con facilidad los caṕıtulos de mayor interés según sus necesidades. Se añade igualmente un resumen muy breve de cuanto se trata en el caṕıtulo, informando de qué conocimientos se adquirirán al finalizar su lectura. Si existe una dependencia relevante entre un caṕıtulo y alguno de los precedentes, o alguna materia adicional no tratada en este libro cuyo conocimiento se presupone, se incluye una mención en dicho resumen para orientar al lector antes de que aborde su estudio. Al final del contenido, se incluye siempre una breve śıntesis de lo visto. La bibliograf́ıa merece un comentario aparte, ya que se ha tenido especial cuidado en añadir, siempre que sea posible, una dirección Web donde acceder a cada referencia, con objeto de hacer más sencillo el trabajo al lector interesado que desee ampliar sus conoci- mientos. Estas páginas llevan siempre a una fuente gratuita y legal de donde descargar la referencia en cuestión, tal y como la pagina Web de un autor que ofrezca para descarga en ella los art́ıculos de su propia autoŕıa. Las bibliograf́ıas suelen ser elementos poco ((interactivos)), y son pocos los lectores que acuden a las referencias proporcionadas, muchas veces por la dificultad de obtener estas. En este libro, si ves una referencia incluida en el texto y quieres ampliar conocimientos sobre ese tema, no dudes en acudir a la bibliograf́ıa al final del libro y buscar esa referencia (si estás leyendo la versión digital del libro, basta con que hagas clic sobre el número de esta), porque lo más probable es que aparezca junto a ella esa dirección de descarga que te facilitará la labor de obtenerla. Junto a los art́ıculos o libros, también se han añadido con profusión direcciones Web aisladas, sin que estas necesariamente lleven a un art́ıculo o texto simultáneamente publicado en otros medios. La información contenida en estas direcciones Web no debe considerarse de menor fiabilidad que la ofrecida por otros medios, ya que, en la medida de lo posible, se ha tratado de garantizar esta antes de incluir la dirección Web correspondiente en el texto. Espero que esto contribuya a hacer más útil la bibliograf́ıa y facilite al lector el acceso a todo el conocimiento libre que existe en la red acerca de los SIG, y que no siempre es sencillo de encontrar. Todas las direcciones Web han sido comprobadas inmediatamente antes de la publicación del libro, tratando de garantizar su vigencia antes de ser incluidas. 6.6.2. Tipos de receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.6.3. Operaciones con la unidad GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 6.6.4. Integración de GPS y SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.7. Información Geográfica Voluntaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 6.8. Sobre cartograf́ıa de elevaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6.9. Formatos de archivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 6.9.1. Formatos para datos ráster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 6.9.2. Formatos para datos vectoriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 6.10. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 7. La calidad de los datos espaciales 165 7.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 7.2. La importancia de la calidad de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 7.3. Conceptos y definiciones sobre calidad de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 7.4. Fuentes y tipos de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 7.4.1. Las componentes de la calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 7.5. Detección y medición de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 7.6. Propagación de errores y modelación del error . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 7.7. Gestión de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 7.8. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 8. Bases de datos 181 8.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 8.2. Fundamentos de bases de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 8.2.1. ¿Qué es una base de datos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 8.2.2. ¿Por qué interesa usar una base de datos? . . . . . . . . . . . . . . . . 183 8.2.3. Modelos de bases de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 8.2.4. Bases de datos relacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 8.2.5. Sistemas gestores de bases de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 8.2.6. Diseño y creación de una base de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8.2.7. Bases de datos espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 8.3. Evolución del uso de bases de datos en los SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.3.1. Primera generación. Ficheros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 8.3.2. Segunda generación. Bases de datos relacionales . . . . . . . . . . . . 197 8.3.3. Tercera generación. Bases de datos extensibles . . . . . . . . . . . . . 200 8.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 III Los procesos 203 9. Introducción. ¿Qué puedo hacer con un SIG? 207 9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.2. ¿Qué es el análisis espacial? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 9.3. Razonamiento y consulta geográfica en un SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 9.4. Tipos de análisis espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 9.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 10.Conceptos básicos para el análisis espacial 217 10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 10.2. Particularidades de los datos espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.2.1. Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.2.2. El Problema de la Unidad de Área Modificable . . . . . . . . . . . . . 221 10.2.3. Autocorrelación espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 10.2.4. Existencia de estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.2.5. Existencia de tendencias espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 10.2.6. Efectos de borde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 10.2.7. Localización representada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 10.3. Algunos cálculos espaciales básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 10.4. Relaciones espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 10.4.1. Relaciones topológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.4.2. Índices métricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 10.4.3. Otras relaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 10.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 11.Consultas y operaciones con bases de datos 239 11.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 11.2. Consultas dentro de un SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 11.3. Consultas temáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 11.3.1. Mecanismos de consulta y operaciones básicas . . . . . . . . . . . . . . 242 11.3.2. El lenguaje SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 11.4. Consultas espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 11.4.1. Lenguajes de consulta espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 11.4.2. Índices espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 11.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 12.Estad́ısticas espaciales 259 12.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 12.2. Medidas centrográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 12.3. Estad́ısticas sobre ĺıneas. Variables circulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 12.4. Análisis de patrones de puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 12.4.1. Análisis de cuadrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 12.4.2. Análisis de vecino más cercano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 12.4.3. Función K de Ripley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 12.5. Autocorrelación espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 12.5.1. La matriz de ponderación espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 12.5.2. Medidas de autocorrelación espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 12.5.3. Variogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 12.5.4. Correlogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 12.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 13.Creación de capas ráster 283 13.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 13.2. Interpolación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 13.2.1. Por vecindad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 13.2.2. Métodos basados en ponderación por distancia . . . . . . . . . . . . . 289 13.2.3. Ajuste de funciones. Superficies de tendencia . . . . . . . . . . . . . . 290 13.2.4. Curvas adaptativas (Splines) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 13.2.5. Kriging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 13.2.6. Muestreo de datos para interpolación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 13.2.7. Elección del método adecuado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 13.2.8. Elección de las caracteŕısticas de la capa resultante . . . . . . . . . . . 300 13.2.9. Comprobación del ajuste. Validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 13.3. Densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 13.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 14.Álgebra de mapas 307 14.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 14.2. Tipos de funciones en el álgebra de mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 14.2.1. Funciones locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 14.2.2. Funciones focales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 14.2.3. Funciones zonales o regionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 14.2.4. Funciones globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 14.3. Las variables del álgebra de mapas y su preparación . . . . . . . . . . . . . . 324 14.4. Formalización y extensión del álgebra de mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 14.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 15.Geomorfometŕıa y análisis del terreno 329 15.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 15.2. El Modelo Digital de Elevaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 15.3. Creación y preparación del MDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 15.3.1. Creación del MDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 15.3.2. Preparación del MDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 15.4. Modelos matemáticos locales del MDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 15.5. Análisis morfométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 15.5.1. Medidas geométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 15.5.2. Medidas estad́ısticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 15.6. Análisis hidrológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 15.6.1. Direcciones de flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 15.6.2. Zonas llanas y depresiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 15.6.3. Área acumulada y parámetros derivados . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 15.6.4. Extracción de redes de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 15.6.5. Delimitación y caracterización de cuencas vertientes . . . . . . . . . . 363 15.6.6. Índices hidrológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 15.7. Visibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 15.8. Caracterización de formas del terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 15.9. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 16.Procesado de imágenes 377 16.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 16.1.1. La utilidad de las imágenes en un SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 16.1.2. Tipos de procesos con imágenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 16.1.3. Análisis visual y análisis automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 16.2. Correcciones y preparación de imágenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 22.3.1. Visores y exploradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 22.3.2. Soluciones de escritorio completas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544 22.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545 23.Servidores remotos y clientes. Web Mapping 547 23.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 23.2. ¿Cómo funciona Internet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548 23.3. El valor de las tecnoloǵıas SIG Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549 23.4. Formas de cartograf́ıa en la Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 23.4.1. Mashups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 23.5. Clientes y servidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558 23.5.1. Servidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 23.5.2. Clientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 23.6. Limitaciones y problemas de la cartograf́ıa Web . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 23.6.1. Tiling y cacheo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 23.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 24.SIG móvil 567 24.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567 24.2. Qué es el SIG móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568 24.3. Particularidades del SIG móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572 24.4. Aplicaciones del SIG móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572 24.5. Métodos de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575 24.6. Redes inalámbricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 24.7. El sofware SIG móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578 24.7.1. El contexto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 24.8. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584 V La visualización 585 25.Introducción. Los SIG como herramientas de visualización 589 25.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589 25.2. Particularidades del SIG como herramienta de visualización . . . . . . . . . . 590 25.3. La visualización cient́ıfica y los SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591 25.4. Los SIG frente a las aplicaciones de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595 25.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 26.Conceptos básicos de visualización y representación 597 26.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597 26.2. Las variables visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598 26.2.1. Posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 26.2.2. Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 26.2.3. Tamaño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 26.2.4. Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 26.2.5. Textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602 26.2.6. Orientación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 26.3. Las propiedades de las variables visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 26.4. Uso combinado de las variables visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 26.5. La percepción visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 26.5.1. Las constancias y contrastes perceptivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 26.5.2. Ayudas a la percepción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610 26.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 27.El mapa y la comunicación cartográfica 615 27.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615 27.2. El propósito del mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616 27.3. Cartograf́ıa temática y cartograf́ıa base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617 27.4. Los tipos de información y su representación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619 27.4.1. Creación y asignación de clases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 27.5. Elementos del mapa. Composición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 27.6. Tipos de mapas temáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631 27.6.1. Mapas de śımbolos proporcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631 27.6.2. Mapas de puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 27.6.3. Mapas de isoĺıneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635 27.6.4. Mapas de coropletas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637 27.6.5. Otros tipos de mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638 27.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639 28.La visualización en términos SIG 641 28.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 28.2. Visualización de capas vectoriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642 28.2.1. Etiquetado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643 28.3. Visualización de capas ráster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647 28.4. Combinación de capas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650 28.5. Particularidades de la representación en pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . 654 28.6. Visualización tridimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658 28.7. Visualización dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661 28.8. Otros elementos de visualización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663 28.9. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665 VI El factor organizativo 667 29.Introducción. ¿Cómo se organiza un SIG? 671 29.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671 29.2. La importancia de la organización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672 29.3. Organizando los distintos elementos de un SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . 673 29.3.1. Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673 29.3.2. Personas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675 29.3.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677 29.3.4. Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680 29.4. Distintos niveles de organización. Organización de un proyecto SIG . . . . . . 680 29.5. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681 30.Infraestructuras de Datos Espaciales 683 30.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 30.2. La aparición de las IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684 30.3. ¿Qué es una IDE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685 30.3.1. Estructura de una IDE. Niveles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686 30.3.2. Componentes de una IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687 30.3.3. Actores de una IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 30.4. Algo más sobre catálogos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690 30.5. Claves para el éxito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693 30.6. Principales acuerdos e iniciativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694 30.6.1. GSDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695 30.6.2. NSDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695 30.6.3. INSPIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696 30.6.4. Las IDE en España . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698 30.7. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700 31.Metadatos 703 31.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703 31.2. La utilidad de los metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704 31.2.1. Garantizar el uso correcto de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705 31.2.2. Facilitar la gestión los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706 31.3. Caracteŕısticas de los metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707 31.3.1. Contenido de los metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707 31.3.2. Granularidad de los metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709 31.3.3. Forma de almacenamiento de los metadatos . . . . . . . . . . . . . . . 710 31.4. Creación de metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711 31.4.1. Herramientas para crear metadatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713 31.5. Algunos ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714 31.6. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714 32.Estándares 717 32.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717 32.2. Estándares abiertos e interoperabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 718 32.3. Entidades creadoras de estándares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721 32.3.1. Open Geospatial Consortium (OGC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721 32.3.2. ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722 32.3.3. W3C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722 32.4. Estándares para representación y obtención de información geográfica . . . . 723 32.4.1. Simple Features for SQL (SFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723 32.4.2. Geography Markup Language (GML) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724 32.4.3. Web Feature Service (WFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725 32.4.4. Filter Encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726 32.4.5. Web Coverage Service (WCS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 32.5. Estándares para mapas y visualización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 32.5.1. Web Map Service (WMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727 32.5.2. Standard Layer Description (SLD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728 32.5.3. Web Mapping Context (WMC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729 32.6. Estándares para metadatos, catálogos y consulta de datos . . . . . . . . . . . 729 Parte I Los fundamentos En esta parte comenzarás a conocer qué es un SIG, el porqué de su existencia, su utilidad, y los distintos componentes en que podemos dividirlos, y que serán estudiados de forma separada a lo largo de todo el libro. Además de esto, se presentan en esta parte algunos conceptos relativos a ciencias afines como la cartograf́ıa o la geodesia, que son imprescindibles para poder comprender en profundidad los SIG y sus distintas facetas. El caṕıtulo 1 presenta el entorno de los SIG, mostrando al lector el contenido genérico sobre el que trata no solo esta parte, sino el libro al completo. Se describen las ideas fundamentales sobre SIG y los elementos que lo forman. El caṕıtulo 2 recorre la breve pero intensa historia de los SIG, desde su origen hasta nuestros d́ıas. En el caṕıtulo 3 se resumen los conceptos cartográficos y geodésicos básicos, imprescindi- bles para el d́ıa a d́ıa del trabajo con un SIG. 6 Sistemas de Información Geográfica impulsar esta y hacerla llegar hasta su lugar actual. En una sociedad donde la informa- ción y la tecnoloǵıa son dos de los pilares fundamentales, los SIG son, sin lugar a dudas, la tecnoloǵıa estandarte para el manejo de información geográfica, y los elementos básicos que canalizan la gestión de todo aquello que, de un modo u otro, presente una componente geográfica susceptible de ser aprovechada. Aśı, un SIG es fundamentalmente una herramienta para trabajar con información geo- rreferenciada, una definición en la que pueden entrar un gran número de tecnoloǵıas y de otros elementos no tecnológicos, los cuales veremos a lo largo de este libro. 1.2. Un pequeño ejemplo Para comenzar a tener una idea correcta de lo que representa e implica un SIG, veamos un sencillo ejemplo. Supongamos el caso de un organismo o empresa cuyo trabajo incluye la gestión de una masa forestal. Este trabajo de gestión implicará algunas actividades como las siguientes, en las cuales se utiliza en mayor o menor medida información georreferenciada. Delimitación de las distintas zonas inventariables y unidades dasocráticas (montes, cantones, rodales, etc.) Diseño de inventarios Realización de inventarios y gestión de sus datos para la obtención de resultados tales como estimaciones de volúmenes maderables. Gestión de infraestructuras del monte tales como v́ıas de comunicación, torres de vigilancia contra incendios, etc. En un contexto en el que no existen medios informáticos para la realización de estas tareas, gran parte de ellas se desarrollarán con el apoyo de cartograf́ıa clásica. Aśı, las zonas inventariables se delimitarán sobre un plano, y sobre este mismo pueden medirse sus superficies con la ayuda de un plańımetro. En ese mismo plano se localizan las parcelas a muestrear en un inventario, y los operarios encargados de llegar hasta esas parcelas y realizar las mediciones pertinentes se ayudan de él para localizarlas y desplazarse sobre el terreno. Los resultados del inventario se almacenan en estadillos, y las operaciones correspondien- tes al análisis estad́ıstico de estos se realizan de forma manual, aśı como la comparación con inventarios anteriores que permiten estudiar la evolución del monte. La presencia de medios informáticos facilita estas tareas, mejorando por una parte la gestión de los datos, y por otra las operaciones que pueden realizarse sobre estos. Una sencilla hoja de cálculo, por ejemplo, es una herramienta imprescindible para la gestión de los datos de un inventario, haciendo que todo el trabajo con ellos resulte más eficiente y adecuado. En lo relativo a la cartograf́ıa, la situación, aunque con un desarrollo (y especialmente una implantación de usuarios) más reciente, no es muy distinta. Ventajas similares a las que aporta una hoja de cálculo pueden encontrarse en una aplicación que permitiera utilizar mapas y planos dentro de un ordenador, con la consecuente ganancia en productividad, eficiencia y precisión. Esta aplicación destinada al manejo de cartograf́ıa es el concepto básico de un Sistema de Información Geográfica, y la idea fundamental a partir de la cual comenzó el desarrollo de estos. Introducción. ¿Qué es un SIG? 7 Con un SIG, la cartograf́ıa de esa masa forestal puede visualizarse y almacenarse en un ordenador personal, y pueden realizarse sin dificultad y de forma instantánea cálculos tales como mediciones de cada una de las entidades. La creación de nueva información cartográfica se lleva a cabo ya en el propio SIG, del mismo modo que la edición de cartograf́ıa ya existente. Modificar el ĺımite de una unidad dasocrática o el trazado de una v́ıa, o crear la cartograf́ıa correspondiente a las parcelas de inventario son tareas que, en nuestro caso de ejemplo, se realizan hoy en d́ıa empleando un SIG. Las ventajas que esto tiene son muchas, especialmente las relacionadas con una mejor gestión del conjunto de distintos datos que se manejan, aśı como las relativas a la sencillez con que pueden modificarse estos datos1. Otras de las labores donde un SIG demuestra su utilidad es en el análisis. Los da- tos geográficos pueden ser objeto de gran número de distintos análisis, y la capacidad de cómputo de un ordenador es necesaria para muchos de ellos. La herramienta idónea para implementar esos algoritmos y operaciones de análisis espacial es el SIG, pues ya contiene los elementos necesarios para el manejo de los datos de partida, es decir, aquellos que contienen la información georreferenciada. Y, por supuesto, un SIG conectado a un periférico de impresión permite generar una versión analógica a partir de la información con la que se trabaja, teniendo la capacidad de crear cartograf́ıa en papel cuando aśı se requiera. En otras palabras, un SIG es una herramienta que brinda a las labores de uso y ma- nejo de información geográfica toda la potencia de un ordenador, pues ha sido diseñada espećıficamente para trabajar con este tipo particular de información. No obstante, más allá de todas estas tareas antes mencionadas el concepto de SIG ha evolucionado hasta convertir actualmente a estos en sistemas complejos que buscan dar solución a todas las necesidades que se presentan en situaciones similares a la del ejemplo comentado. Con la tecnoloǵıa actual, la incorporación de elementos propios de los SIG puede llegar mucho más allá, y uno de los pilares más sólidos de los SIG en la actualidad es su capacidad de mostrar que existe una componente espacial susceptible de ser gestionada con la ayuda de un SIG en la práctica totalidad de contextos posibles. Como sistema, un SIG puede gestionar la cartograf́ıa necesaria para la gestión integral del monte, y hacerlo además de forma centralizada. De este modo, se garantiza el rigor y la robustez de los datos base, ya que el SIG es el encargado de canalizar la utilización de estos por parte de todos los usuarios. Esto es de especial importancia en caso de que se editen los datos, ya que esta edición también está centralizada, y un usuario ve reflejarse en su cartograf́ıa de forma inmediata los cambios realizados por otro, teniendo siempre a su disposición la versión más actual y, por tanto, más adecuada. A esto puede añadirse la utilización de SIG móviles en dispositivos portátiles, que permi- ten que el SIG se incorpore también a las fases de trabajo de campo. Esa misma cartograf́ıa centralizada pueden utilizarla los operarios en campo a través de sus dispositivos para desa- rrollar su trabajo, ayudándose además de sistemas de navegación para la localización de las parcelas de un muestreo o de cualquier otro punto de interés al que deban desplazarse. Gracias a la tecnoloǵıa SIG, la información espacial puede ser aprovechada en mayor medida, y en muchos casos pasa de ser una información inherente a los datos pero sin una verdadera aplicación, a ser un elemento sumamente enriquecedor y clave para muchos análisis. 1Veremos con más detalle las ventajas de los datos digitales frente a los datos analógicos en el caṕıtulo 6 8 Sistemas de Información Geográfica En nuestro ejemplo de gestión forestal, los propios datos del inventario, que antes eran fundamentalmente datos sobre las propiedades de los distintos árboles medidos (altura, diámetro, etc.), ahora ofrecen muchas más posibilidades si se considera que cada uno de estos árboles ha sido medido en una parcela dada, la cual lleva asociadas unas coordenadas concretas. El trabajo que se desarrollaba en la hoja de cálculo con estos datos se puede incorporar al SIG, el cual además de las funciones de análisis estad́ıstico incluye funciones de análisis espacial. De este modo, los resultados numéricos que se obteńıan de esos análisis (volúmenes totales estimados, alturas medias, etc.) se ampĺıan mediante resultados con mayor compo- nente espacial, como puede ser la creación de nueva cartograf́ıa referente a las variables principales (mapas de densidad media de arbolado, altura dominante media, etc.). En resumen, el SIG en su concepción actual es una herramienta integradora que busca abarcar en su ámbito todas las funcionalidades que se requieren para el trabajo con variables y elementos espacialmente localizados, incorporando para ello capacidades variadas que serán las que vayamos viendo progresivamente a lo largo de esta obra. 1.3. ¿Qué es un SIG? Partiendo del ejemplo anterior, podemos dar una definición más precisa y formal de lo que realmente es un SIG. Básicamente, un SIG ha de permitir la realización las siguientes operaciones: Lectura, edición, almacenamiento y, en términos generales, gestión de datos espaciales. Análisis de dichos datos. Esto puede incluir desde consultas sencillas a la elaboración de complejos modelos, y puede llevarse a cabo tanto sobre la componente espacial de los datos (la localización de cada valor o elemento) como sobre la componente temática (el valor o el elemento en śı). Generación de resultados tales como mapas, informes, gráficos, etc. En función de cual de estos aspectos se valore como más importante, encontramos distin- tas definiciones formales del concepto de un SIG. Una definición clásica es la de [506], para quien un SIG es un elemento que permite ((analizar, presentar e interpretar hechos relativos a la superficie terrestre)). El mismo autor argumenta, no obstante, que ((esta es una defini- ción muy amplia, y habitualmente se emplea otra más concreta. En palabras habituales, un SIG es un conjunto de software y hardware diseñado espećıficamente para la adquisición, mantenimiento y uso de datos cartográficos)). En una ĺınea similar, [490] define un SIG como un ((sistema de información diseñado para trabajar con datos referenciados mediante coordenadas espaciales o geográficas. En otras palabras, un SIG es tanto un sistema de base de datos con capacidades espećıficas para datos georreferenciados, como un conjunto de operaciones para trabajar con esos datos. En cierto modo, un SIG es un mapa de orden superior)). Ambas definiciones recogen el concepto fundamental de los SIG en el momento en que fueron escritas, pero la realidad hoy en d́ıa hace necesario recoger otras ideas, y la definición actual de un SIG debe fundamentarse sobre todo en el concepto de sistema como elemento integrador que engloba a un conjunto de componentes interrelacionados. Introducción. ¿Qué es un SIG? 11 en la etapa previa a la aparición de los SIG, las herramientas que emplea el cartógrafo para generar un mapa son muy diferentes de las que emplea el gestor para analizar dicho mapa, y estas a su vez distintas a las que pueden emplearse para la elaboración de resultados. Con la aparición de los SIG, todos los profesionales dentro de esa cadena que va desde el creación del dato hasta las operaciones finales que se realizan sobre estos tienen una herramienta común de trabajo, pues un SIG puede utilizarse para desarrollar parcial o totalmente las tareas correspondientes a cada uno de ellos. El SIG es empleado para crear cartograf́ıa, para almacenar, gestionar y consultar esta, aśı como para realizar análisis más complejos en base a ella y crear resultados. Las funciones básicas que un SIG ha de cumplir, que ya vimos en el momento de dar una definición de estos, cubren en realidad un rango amplio de trabajo, y engloban las necesidades de usuarios que con anterioridad no teńıan entre śı un marco de trabajo común tan definido. Esto tiene como consecuencia que existe una mejor coordinación entre ellos, pues es la propia herramienta quien establece las caracteŕısticas de la relaciones existentes, y estas no dependen ya únicamente del propio ámbito de aplicación. No obstante, aparece una mayor necesidad de organización, y como veremos más adelante, esta organización es una de las partes básicas del sistema SIG y un elemento necesario para su buen funcionamiento. 1.3.4. SIG como integrador de teoŕıas y fundamentos. La Ciencia de la Información Geográfica La evolución conceptual que se ha producido en el ámbito de los SIG, pasando como ya hemos visto de ser considerados simples programas informáticos a sistemas completos con múltiples componentes, ha tenido lugar también en la ciencia que los rodea. Los SIG no solo han contribuido al desarrollo de las ciencias afines, sino que en muchos casos han modificado estas o han contribuido a la formación de nuevas ramas. Conceptos básicos y hasta ese momento sólidos, como por ejemplo la idea de lo que es y lo que significa un mapa (una idea fundamental para el trabajo en muchas disciplinas), han sido literalmente redefinidas desde la aparición de los SIG. Desde un punto de vista muy simple, podemos entender un SIG como la unión de dos ciencias: la geograf́ıa y la informática. Visto aśı, un SIG es una herramienta informática para ayudar al trabajo en el ámbito geográfico. Esta concepción tan simple dista, no obs- tante, mucho del concepto real de un SIG, pues este incorpora elementos de muchas ciencias distintas como pueden ser las siguientes[273]: Disciplinas relacionadas con la tecnoloǵıa y el manejo de información. Se incluyen aqúı las ciencias de la información, la informática, el diseño de bases de datos o el tratamiento digital de imágenes, entre otras. Muchas de estas, a su vez, derivan de otras o toman importantes elementos de ellas. La estad́ıstica o la matemática son algunas de esas ciencias fundamentales. Disciplinas dedicadas al estudio de la Tierra desde un punto de vista f́ısico. La geo- loǵıa, la geoloǵıa, la oceanograf́ıa, la ecoloǵıa, aśı como todo el conjunto de ciencias medioambientales, forman parte de este grupo. Disciplinas dedicadas al estudio de la Tierra desde un punto de vista social y humano. En este grupo se incluyen la antropoloǵıa, la geograf́ıa o la socioloǵıa, entre otras. Las ciencias de este grupo, aśı como las del anterior, son todas ellas potenciales usuarias de los SIG. 12 Sistemas de Información Geográfica Disciplinas dedicadas al estudio del entendimiento humano, en particular en lo concer- niente a la interacción con máquinas. Las ciencias del conocimiento, la psicoloǵıa en general o las ramas que estudian y desarrollan la Inteligencia Artificial también juegan su papel en el contexto actual de los SIG. Disciplinas que tradicionalmente han realizando una integración de conocimientos de otros ámbitos distintos. La geograf́ıa como tal es la principal representante de este grupo. En el contexto presente, podemos entender la Ciencia de la Información Geográfica2 como todo el conjunto de disciplinas y conocimientos que residen tras los SIG, tanto en su desarrollo y creación como en su utilización y aspectos prácticos. Esta ciencia se enmarcaŕıa a su vez dentro de ese último grupo de disciplinas integradoras, llevando más allá la idea de la geograf́ıa como área de conocimiento que engloba elementos de muchos otros ámbitos. El término geomática, formado a partir de los vocablos geograf́ıa e informática, se emplea con frecuencia para hacer mención a todo ese grupo de ciencias relacionadas con los SIG. No obstante, y como ya se ha comentado, no se refiere exclusivamente a esas dos disciplinas, sino que simplemente toma nombre de los dos bloques principales de conocimiento a partir de los cuales se ha desarrollado la ciencia de los SIG. Si los SIG deben ser entendidos a d́ıa de hoy como un sistema, la ciencia que los define y en la que se fundamentan debe no solo describir y servir de soporte a su elementos, sino también atender a una de las caracteŕısticas fundamentales de todo sistema: las interrelacio- nes existentes entre dichos elementos. Por esta razón, disciplinas tales como las ciencias del conocimiento juegan un papel importante en el ámbito de los SIG, pues son fundamentales para estudiar las relaciones entre dos de sus componentes como son la tecnoloǵıa y el factor organizativo. En este libro desarrollaremos elementos provenientes de distintas disciplinas, centrándo- nos en aquellas ramas que tengan mayor relevancia desde el punto de vista del usuario de SIG, y con independencia de cuál sea la funcionalidad que este pueda buscar. Dejaremos de lado algunos aspectos sin duda importantes pero que atañen a otros enfoques distintos (como pueden ser, por ejemplo, el desarrollo de aplicaciones SIG o el diseño de entornos SIG corporativos), aunque no debe perderse de vista el hecho de que estos contenidos son también importantes dentro del sistema global de un SIG. 1.4. ¿Qué no es un SIG? Es obvio que, pese a que su propia denominación indica espećıficamente que los SIG desarrollan su actividad con información geográfica y esta es necesaria para el trabajo con ellos, existen otras tecnoloǵıas que también pueden hacer uso directo de esa información y explotarla de formas alternativas. A medida que se ha ido redefiniendo el concepto de SIG, muchos elementos han ido entrando en el amplio paraguas actual del SIG, aśı como distintas disciplinas, según hemos visto y veremos más adelante. No obstante, esas propias disciplinas no han desaparecido como tales, y siguen existiendo de forma autónoma. Y cada una de ellas dispone de sus propias herramientas, las cuales pueden incluir también tecnoloǵıas o sistemas más complejos similares a los SIG pero con un enfoque distinto. 2Geographic Information Science en inglés, abreviado como GIScience o simplemente con el propio acróni- mo GIS Introducción. ¿Qué es un SIG? 13 La distinción entre estas y los SIG es notable, máxime a d́ıa de hoy, y es fácil localizar sin confusión las parcelas conceptuales y prácticas que cada una ocupa o las áreas en las que existe un cierto solape. Por esta razón, igual que es necesario definir qué es un SIG, resulta obligado presentar aquellas tecnoloǵıas que comparten caracteres comunes con el SIG (siendo el principal de ellos la utilización de información georreferenciada), y que han seguido una evolución paralela hasta el punto de diferenciación actual. Ahora que ya sabemos lo que es un SIG, veamos qué otras herramientas similares, pese a compartir elementos comunes, no entran en la definición de SIG que hemos dado. Dos son las principales soluciones que deben conocerse por su relación directa con el ámbito SIG: Diseño Asistido por Ordenador (CAD3) y AM/FM. Las aplicaciones CAD (Figura 1.1) permiten el diseño informatizado de elementos muy diversos, que pueden ir desde una pieza industrial o la carroceŕıa de un automóvil (tareas con poca relación con los SIG) a un edificio (con mayor relación con los SIG). El uso de herramientas CAD en disciplinas como la arquitectura para la creación de planos tiene cierta similitud con el uso de un SIG, y ambas herramientas se han nutrido la una de la otra en cuanto a sus funcionalidades. No obstante, siguen existiendo grandes diferencias que hacen que cada aplicación responda a unas necesidades concretas pese a la existencia de caracteŕısticas comunes. De entre estas diferencias cabe destacar las siguientes [228][148] 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 todav́ıa. La creación es el elemento fundamental en el CAD, mientras que el estudio de una realidad ya creada constituye la base del SIG. El almacenamiento de datos es diferente debido al distinto enfoque. En los SIG se da mayor peso a la gestión de los datos, mientras que en el CAD la parte visual es preponderante, y el almacenamiento aśı lo refleja. Un dato SIG se almacena como un un dato geográfico complejo, mientras que en un CAD se almacena básicamente como un ((dibujo)), pues es ese el enfoque fundamental de trabajo. El volumen de datos en un SIG es ordenes de magnitud mayor, y ello implica una gestión de datos distinta y unas necesidades más elevadas en ese sentido. La escala de trabajo también alcanza dimensiones mayores, ya que, mientras que con ambas herramientas puede trabajarse en una extensión limitada, un CAD no esta pensado para gestionar datos de una superficie como la de un páıs, un continente o el planeta entero. No todos los tipos de datos de un SIG se pueden incorporar en un CAD. Los datos procedentes de la teledetección, por ejemplo, no forman parte del abanico de datos que un CAD puede manejar. El CAD puede resultar suficiente para desarrollar algunas tareas propias de los SIG, en particular las relacionadas con el diseño cartográfico. No obstante, algunas circunstancias ponen de manifiesto las carencias de una herramienta CAD para sustituir completamente a un SIG, al tener requerimientos para los que esta no puede ofrecer una solución. Entre estos requerimientos cabe citar los siguientes: Análisis, modelización, y gestión avanzada de datos espaciales. 3Computer–Aided Design 16 Sistemas de Información Geográfica Visualización Análisis Gestión de datos Figura 1.2: Esquema de un SIG con sus tres subsistemas fundamentales: datos, visualización y análisis Personas. Las personas son las encargadas de diseñar y utilizar el software, siendo el motor del sistema SIG. Figura 1.3: Elementos que forman el sistema SIG Para el enfoque de esta obra, cada uno de los elementos anteriores tiene unas caracteŕısti- cas propias que deben estudiarse. No obstante, el hardware no es un elemento especialmente particular en el caso de un SIG, y las aplicaciones SIG que encontramos actualmente en el mercado en todas sus variedades (que son las que el lector de este libro va a utilizar habitualmente) se ejecutan en su mayoŕıa sobre ordenadores personales sin requerimientos altamente espećıficos. Más aún, la expansión de las tecnoloǵıas SIG ha alcanzado hoy en d́ıa otros ámbitos como las plataformas móviles, haciendo de estas unas tecnoloǵıas poco es- pećıficas en lo que a hardware se refiere. Por esta razón, no es necesario tratar en detalle esta pieza del sistema SIG, siendo más adecuado tratar el resto de elementos, más caracteŕısticos e importantes para el aprendizaje de los conceptos SIG y la descripción de estos. Por su parte, las personas tienen importancia tanto de forma individual como en su conjunto, siendo diferentes las necesidades que plantean como usuarios y beneficiarios de un SIG. En la sociedad actual, las tecnoloǵıas y planteamientos colaborativos han calado hondo en el ámbito SIG, y la información geográfica es, por su propia naturaleza, propensa a ser Introducción. ¿Qué es un SIG? 17 compartida y utilizada por diferentes personas con fines muy distintos. Es por ello que el aspecto de mayor relevancia respecto a las personas como partes del sistema SIG es el de sus relaciones y su organización, siendo además en este campo donde se han producido en mayor medida los últimos avances, y donde ha tenido lugar un cambio más profundo, no ya solo dentro de los SIG, sino también en otras tecnoloǵıas de similar ı́ndole. Puede entenderse esto como un nuevo subsistema: el subsistema de gestión, que es res- ponsable de gestionar la interacción de los restantes y definir y controlar el marco en que esta tiene lugar. Las personas a su vez dan forma a los distintos ámbitos de trabajo, definiendo estos en función de sus necesidades. Puede tratarse el conjunto de campos de especialización como un nuevo elemento del sistema SIG, en lugar de incorporarlo dentro de otro. Algunos autores proponen modificar el esquema clásico de cinco elementos para reflejar más correctamente la nueva realidad de los SIG. Por ejemplo, [2] propone un esquema como el mostrado en la figura 1.4. Conceptos geográficos básicos Tecnología Datos Campos de aplicación Procesos y métodos Visualización Figura 1.4: Una división distinta del sistema SIG (según [2]) La incorporación de la visualización es una diferencia notable con respecto al esquema clásico. En realidad, y si volvemos a ese enfoque basado en subsistemas, el subsistema de visualización resulta de enorme importancia en un SIG, siendo pese a ello habitual que no sea tratado con la suficiente profundidad en textos dedicados a los SIG desde un punto de vista genérico. Precisamente por no ser considerado un elemento independiente, no se le concede la necesaria atención como parte que debe estudiarse al tratar la disciplina de los SIG. Esto contrasta con el hecho de que, a pesar de que las capacidades de los SIG son mucho más amplias que las relacionadas con la visualización, muchos usuarios usan estas por encima de las restantes, desconociendo incluso en muchos casos gran parte de las otras capacidades que un SIG puede brindarles. Correcto o no, desde el punto de vista del usuario medio, las capacidades de visualización están en primera ĺınea del conjunto de funcionalidades de un SIG. Abordar el estudio de un SIG acudiendo al esquema clásico de cinco elementos deja de lado la visualización, en cuanto que la engloba como una funcionalidad derivada de dichos elementos en su conjunto pese a que esta tiene unas caracteŕısticas peculiares en el entorno 18 Sistemas de Información Geográfica de un SIG y una vital importancia en la concepción actual de este. Es decir, el esquema de partes de un SIG no resulta el más adecuado para estructurar el estudio de los SIG, al menos en lo que respecta a la visualización como parte fundamental de estos. El objetivo de este libro es tratar con suficiente detalle y rigor todos los aspectos fun- damentales de un SIG, incluyendo, por supuesto, la visualización de datos geográficos. Para ello, es conveniente tratar también esta desde un punto de vista teórico, detallando los fun- damentos en los que se basa y que, pese a ser de vital importancia para el uso de un SIG, son ignorados frecuentemente. Con todo lo anterior, resulta más conveniente para su estudio práctico adoptar una evolución del esquema clásico de cinco elementos, y establecer unos nuevos componentes, cada uno de los cuales actúa como un pilar conceptual sobre es que ha de sustentarse es estudio de la disciplina de los SIG. Estos componentes son cinco: Datos. Procesos. Métodos enfocados al análisis de los datos. Visualización. Métodos y fundamentos relacionados con la representación de los datos. Tecnoloǵıa. Software y hardware SIG Factor organizativo. Engloba los elementos relativos a la coordinación entre personas, datos y tecnoloǵıa, o la comunicación entre ellos, entre otros aspectos. A modo de introducción, se describen a continuación algunas ideas básicas de cada uno de estos componentes. Posteriormente, cada uno de ellos será tratado en detalle en una parte completa de este libro. Aunque no lo consideraremos como una parte del sistema SIG, el conjunto de ámbitos especializados de aplicación merece también atención separada, pues todo usuario de SIG deberá situarse en uno de ellos a la hora de llevar a cabo su trabajo. Por ello, dedicaremos igualmente una parte del libro a tratar las principales áreas de aplicación de los SIG. 1.5.1. Datos Los datos son necesarios para hacer que el resto de componentes de un SIG cobre sentido y puedan ejercer su papel en el sistema. La información geográfica, la verdadera razón de ser los SIG, reside en los datos, y es por ello que el conocimiento exhaustivo de los datos y su naturaleza resulta obligado para una buena comprensión los propios SIG. Son muchas las facetas de los datos que deben estudiarse, y todas ellas con una gran importancia. Por un lado, es necesario conocer las caracteŕısticas fundamentales del dato geográfico que utilizamos en un SIG, es decir, su forma y sus propiedades. De ellas dependen, por ejemplo, los procesos que podremos o no realizar con los datos, y en general todo cuanto podemos esperar de ellos. Prescindiendo del hecho de que se trata de un dato geográfico, es relevante conocer cómo los datos se gestionan y almacenan en un entorno digital, aspectos de corte puramente informático que desarrolla la disciplina de la gestión de bases de datos. Cuando las ideas fundamentales al respecto se aplican al caso particular de los datos geográficos, surgen conceptos que resultan básicos para un buen uso de un SIG, y que además van siendo cada vez más relevantes a medida que los volúmenes de datos de que se dispone van aumentando. Introducción. ¿Qué es un SIG? 21 de hardware ha dado lugar a herramientas como los navegadores GPS, que han supuesto un hito no solo desde el punto de vista técnico, sino también desde un enfoque social, pues acercan las tecnoloǵıas SIG a usuarios no expertos. Por su parte, el software es el encargado de operar y manipular los datos. El software SIG también ha sufrido una gran evolución, y bajo el paraguas de esa denominación en- contramos desde las aplicaciones clásicas que permiten visualizar, gestionar y analizar los datos geográficos, hasta herramientas más especializadas que se centran en alguno de estos campos, o bien componentes que pueden incluso pasar a formar parte de otras aplicacio- nes fuera del ámbito SIG, pero que puntualmente requieren algunas de sus funcionalidades, especialmente las relacionadas con la visualización de cartograf́ıa digital. 1.5.5. Factor organizativo El sistema SIG requiere una organización y una correcta coordinación entre sus distintos elementos. El factor organizativo ha ido progresivamente ganando importancia dentro del entorno SIG, a medida que la evolución de estos ha ido produciendo un sistema más complejo y un mayor número de intrarelaciones e interrelaciones entre los distintos componentes que lo forman. Especialmente importante es la relación entre las personas que forman parte del sistema SIG, aśı como la relación de todos los elementos con los datos, sobre los cuales actúan de un modo u otro. Ello ha propiciado la aparición de, entre otros, elementos que pretenden estandarizar los datos y gestionar estos adecuadamente. Cuando los SIG se encontraban en sus etapas de desarrollo iniciales y eran meras herra- mientas para visualizar datos y realizar análisis sobre ellos, cada usuario tenia sus propios datos con los cuales trabajaba de forma independiente del resto de usuarios, incluso si estos llevaban a cabo su trabajo sobre una misma área geográfica y estudiando las mismas varia- bles. Hoy en d́ıa, la información no se concibe como un elemento privado de cada usuario, sino como un activo que ha de gestionarse, y del que deriva toda una disciplina completa.La aplicación de esta disciplina es la base de algunos de los avances más importantes en la actualidad, teniendo implicaciones no ya solo técnicas sino también sociales en el ámbito de los SIG. Asimismo, las necesidad de gestión de los datos y la propia complejidad de un SIG, pro- vocan ambas que no exista un perfil único de persona involucrada en el sistema SIG, sino varias en función de la actividad que desarrollen. Al usuario clásico de SIG se unen las perso- nas responsables de gestionar las bases de datos, las encargadas de diseñar la arquitectura de un SIG cuando este se establece para un uso conjunto por parte de toda una organización o grupo de mayor entidad. Dentro de las personas que participan en un SIG, el usuario directo es el eslabón último de una cadena que incluye igualmente a otros profesionales con roles bien distintos. Incluso atendiendo únicamente a los usuarios, también entre estos existen diferentes per- files, y las comunidades de usuarios no expertos juegan en la actualidad un importante papel en el mundo del SIG. Esta situación, a su vez, requiere elementos organizativos importantes. Con la popularización y bajo coste de las unidades GPS y la aparición de la denominada Web 2.0, el SIG ha llegado a usuarios no especializados, los cuales utilizan estas herramien- tas para la creación y uso de su propia cartograf́ıa, dentro de lo que se conoce como VGI (Volunteered Geographic Information5) [270]. El término Neogeograf́ıa, de reciente creación, 5Información geográfica creada voluntariamente 22 Sistemas de Información Geográfica hace referencia a este uso de los SIG y otras herramientas asociadas por parte de grupos de usuarios no especializados. En definitiva, resulta necesario gestionar correctamente la complejidad del sistema SIG, y esta gestión se ha convertido ya en un elemento fundamental dentro del entorno SIG actual, por lo que debe ser estudiada igualmente. 1.6. Resumen En este caṕıtulo hemos presentado los SIG como herramienta para el manejo general de información geográfica, fundamental para trabajar hoy en d́ıa con todo tipo de información georreferenciada. Un SIG es un sistema compuesto por cinco piezas fundamentales: datos, tecnoloǵıa, procesos, visualización y factor organizativo. Cada una de ellas cumple un pa- pel determinado dentro del sistema SIG, el cual se caracteriza fundamentalmente por su naturaleza integradora. Existen otras herramientas y tecnoloǵıas que pueden en principio asemejarse a los SIG, pero que realmente no comparten con estos su capacidad de integrar bajo un marco común una serie completa de elementos y disciplinas, siendo esta la verdadera propiedad que define a los SIG. Todo el conjunto de conocimientos sobre los cuales se asientan los SIG conforman la denominada Ciencia de la Información Geográfica. Bajo esta denominación se recogen todos los temas a tratar en esta obra. Caṕıtulo 2 Historia de los SIG ¿Cuándo y dónde se desarrollo el primer SIG? • ¿Cómo han evolucionado los SIG desde sus oŕıgenes hasta nuestros d́ıas? • ¿Qué etapas pueden diferenciarse? • ¿Cómo ha evolucionado la recogida de datos utilizados en un SIG? • ¿Qué eventos han marcado la historia de los SIG? • ¿Cómo ha afectado al desarrollo de los SIG la evolución de otras tecnoloǵıas y disciplinas? Antes de comenzar a estudiar en profundidad los Sistemas de Información Geográfica y sus elementos constituyentes, aśı como la ciencia que definen, es conveniente ver cómo se ha llegado hasta la situación actual a partir de los esfuerzos llevados a cabo en diversas direcciones. Estudiar la evolución y desarrollo de los SIG es ciertamente importante, en la medida en que nos encontramos ante una disciplina compleja que se nutre de muchas fuentes distintas. En este caṕıtulo recorreremos el camino desde los primeros programas que establecieron las bases para el concepto de SIG, hasta llegar a la concepción moderna de este. De esta manera, será más sencillo entender más adelante el porqué de cada una de las partes de un SIG, su funcionalidad y su razón de ser. 2.1. Introducción El desarrollo sufrido por los SIG desde sus oŕıgenes hasta nuestros d́ıas es enorme. La popularización de las tecnoloǵıas y los esfuerzos de desarrollo llevados a cabo por un amplio abanico de ciencias beneficiarias de los SIG, todos han contribuido a redefinir la disciplina e incorporar elementos impensables entonces. No obstante, los componentes principales que identifican el núcleo principal de un SIG se mantienen a lo largo de todo ese desarrollo, y es su aparición la que define el momento inicial en el que podemos situar el origen de los SIG. Este momento surge al inicio de la década de los sesenta como resultado de unos factores que convergen para dar lugar al desarrollo de los primeros SIG. Estos factores son principal- mente dos: la necesidad creciente de información geográfica y de una gestión y uso óptimo de la misma, y la aparición de los primeros computadores. Estos mismos factores son los que desde entonces han seguido impulsando el avance de los SIG, ya que el interés en el estudio y conservación del medio se incrementa paulatinamente también hoy en d́ıa, y ello crea una situación ideal para la evolución de las técnicas y herramientas empleadas, muy particularmente los SIG. 2.2. Los oŕıgenes Las bases para la futura aparición de los SIG las encontramos algunos años antes de esa década de los sesenta, con el desarrollo de nuevos enfoques en cartograf́ıa que parecen predecir las necesidades futuras que un manejo informatizado de esta traerá. Los trabajos 26 Sistemas de Información Geográfica A partir de este punto, el campo de los SIG recorre sucesivas etapas hasta nuestros d́ıas (Figura 2.3), evolucionando muy rápidamente ante la influencia de numerosos factores externos. Desde este punto, vamos a estudiar cómo esos factores han ido a su vez evolucio- nando y cómo su influencia ha condicionado el rumbo seguido por los SIG. Distinguiremos los siguientes elementos: 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Tecnología Datos Técnicas SIG CGIS Internet PCs CAD Tratamiento de imagenes Web Mapping GRASS GPS Satelite TIROS I ArcInfo Erdas 400 SYMAP SPOT SRTM IDEs Design with Nature Geoestadistica MIMO Elements of Cartography GRID ESRI PDAsMainframes Figura 2.3: Esquema temporal de la evolución de los SIG. La evolución del SIG como disciplina. Cómo ha cambiado la presencia social de los SIG y su relación con otras disciplinas cient́ıficas, tanto influenciándolas como siendo influenciado por ellas. La evolución de la tecnoloǵıa. Cómo ha variado el software SIG, aśı como los ordena- dores, periféricos y elementos informáticos de los que depende para su funcionamiento. La evolución de los datos. Cómo ha cambiado la generación de datos, su almacena- miento, y cómo esto ha condicionado el desarrollo de nuevas soluciones para su manejo. La evolución de las técnicas y formulaciones. Desde los elementos básicos de la car- tograf́ıa cuantitativa, cómo se han desarrollado nuevos conceptos, enfoques, teoŕıas o ramas de conocimiento de nueva aparición, que han dejado su huella en la evolución de los SIG. 2.3. La evolución de los SIG como disciplina Como hemos visto, los SIG eran en origen una mera combinación de elementos de car- tograf́ıa cuantitativa, enlazados con los sistemas informáticos de la época. Se trataba de un Historia de los SIG 27 territorio propio de cartógrafos y geógrafos que intentaban adaptar sus conocimientos y ne- cesidades a las tecnoloǵıas que por aquel entonces comenzaban a surgir. No obstante, desde aquellos oŕıgenes los cambios han sido muy grandes, y se han incorporado al ámbito de los SIG un gran número de otras disciplinas cuya aportación e influencia puede ser equivalente o incluso superior a la de la cartograf́ıa o la geograf́ıa. La utilización del término ((geográfico)) para denominar a estos sistemas de manejo de información ha hecho que tradicionalmente, y a falta de una parcela de conocimiento propia bien delimitada, haya recáıdo en la geograf́ıa la tarea docente e investigadora relacionada con los SIG. No obstante, y dada la multidisciplinaridad del ámbito y su uso por grupos muy distintos hoy en d́ıa, no es necesariamente este el mejor enfoque [468]. En general, el conjunto de ciencias del medio y ciencias sociales han sabido todas ellas hacer uso de los SIG y aportar a estos los elementos propios de su ámbito. Si bien los oŕıgenes del SIG están ı́ntimamente ligados a la gestión forestal o la plani- ficación urbańıstica, son muchas otras las disciplinas que han jugado un papel importante. Un elemento sin duda clave es la sensibilización medioambiental, que obliga a un estudio del medio mucho más detallado. Coincidiendo con la etapa inicial del desarrollo de los SIG, empieza a aparecer una preocupación por el entorno que tiene consecuencias muy favorables para el desarrollo de todas las ciencias relacionadas, la gran mayoŕıa de las cuales son o serán usuarias directas de SIG. El SIG comienza a integrarse paulatinamente en las tareas de gestión del medio, como un apoyo imprescindible a la hora de analizar este. Al principio de la década de los setenta, siendo ya claro que los SIG son herramientas con gran futuro, aparecen no solo los esfuerzos de desarrollo y estabilización de la disciplina, sino todos los restantes que dan entidad propia a la prometedora ciencia de la información geográfica con base informática. Aśı, a finales de septiembre de 1970, apenas media década después de que el CGIS fuera desarrollado, tiene lugar en Ottawa, Canada, el primer Simposio Internacional de Sistemas de Información Geográfica. La celebración de eventos similares será ya una actividad en constante aumento desde entonces. Paralelamente, el SIG pasa a formar parte de los curricula universitarios y a constituirse en una disciplina bien diferenciada, al tiempo que el mercado editorial comienza a prestar atención a los SIG y aparecen obras clásicas que engloban toda la base conceptual de las herramientas modernas. Poco después, se crean las principales revistas especializadas que recogen los avances y tendencias de una ciencia en muy rápido desarrollo. En 1987 se empieza a publicar el International Journal Of Geographical Information Systems. Un año más tarde se funda en la Universidad Estatal de Nueva York, en Buffalo, la primera lista de distribución en Internet dedicada a los SIG, y arranca la publicación mensual GIS World . Los productos del Harvard Laboratory se hab́ıan vendido a precios módicos a otros inves- tigadores para financiar su propio desarrollo, pero sin gran afán comercial. La incorporación de los SIG al mercado y la aparición de una industria basada en ellos aparece poco después del inicio de estos, al final de los años sesenta. En 1969, Jack Dangermond, un integrante del propio Harvard Laboratory, funda junto a su esposa la empresa Environmental Systems Research Institute (ESRI), pionera y ĺıder del sector hasta el d́ıa de hoy. La popularización de los SIG y su conversión en un elemento de consumo es debida también en gran medida a la labor de ESRI dentro del mercado y a su ĺınea original de productos. Esta popularización de la herramienta, acompañada de la disponibilidad creciente de ordenadores personales, hace que los SIG pasen de ser elementos al alcance de unos po- 28 Sistemas de Información Geográfica cos a estar disponibles para todos los investigadores en una gran variedad de ámbitos. La multidisciplinaridad de los SIG como útiles de trabajo para todas las ciencias del medio se ve reforzada a partir de este momento con continuas aportaciones por parte de estas y la aceptación del SIG como un elemento más dentro de innumerables campos de trabajo. Surgen nuevas empresas en el mercado, y en 1985 aparece el primer SIG libre, GRASS (Geographic Resources Analysis Support System), siendo aún en la actualidad el referente dentro de su área. También en la década de los 80, comienzan a perder sentido los primeros desarrollos con los que comenzó el SIG, y programas tales como CGIS no se encuentran ya en condiciones de competir en el mercado, que se desarrolla muy rápidamente y va creando soluciones adaptables. En este sentido, es reseñable el hecho de que los SIG dejan de ser sistemas completos y pasan a ser plataformas adaptables sobre las que construir soluciones particulares. Los SIG se convierten en herramientas base para todo ese gran conjunto de disciplinas beneficiarias, cada una de las cuales adapta y particulariza estos a la medida de sus necesidades. Con el paso del tiempo, los SIG van confluyendo y los diversos enfoques se unen para constituir una base útil sobre la que construir nuevos desarrollos. Los SIG ráster incluyen cada vez más elementos vectoriales, los SIG vectoriales cada vez más elementos ráster, y en ambos se van implementando formulaciones que trabajan con ambos formatos de almacena- miento y los combinan. De forma similar, los procesos para análisis de imágenes van ganando su espacio dentro de los SIG generales, aunque no dejan de existir aplicaciones espećıficas en este terreno. Por último, respecto a su presencia social, en nuestros d́ıas los SIG han pasado de ele- mentos restringidos para un uso profesional a ser elementos de consumo y estar presentes en nuestra vida diaria. Un ejemplo de ello es la aparición de servicios como Google Maps[3] y la multitud de aplicaciones con interfaces Web basadas en él que permiten acceder a in- formación geográfica de toda clase. De la mano también de Google, Google Earth[4] es otra aplicación popular que no está restringida al uso profesional. Estas aplicaciones acercan los SIG a usuarios no especializados, dándoles la posibilidad de utilizarlos y aprovechar parte de sus capacidades. La popularización de los navegadores GPS, que incorporan tanto elementos de represen- tación como de análisis propios de los SIG, son otro buen ejemplo. 2.4. La evolución de la tecnoloǵıa La tecnoloǵıa sobre la que se basan los SIG es clave para entender todo lo relacionado con ellos, especialmente su evolución a lo largo del tiempo. Desde los primeros SIG muy lejos del alcance de un usuario medio, hasta las aplicaciones de escritorio o los elementos derivados de los SIG que son de uso habitual hoy en d́ıa, se ha producido un cambio enorme que, como cabe esperar, es paralelo al que la propia tecnoloǵıa ha sufrido. Tres son los bloques principales del desarrollo informático con una influencia más marcada en el campo de los Sistemas de Información Geográfica [303]: Salidas gráficas. Sin las capacidades de representación gráficas de hoy en d́ıa, puede parecernos imposible el uso de un SIG, ya que, aunque los procesos de análisis son una parte imprescindible y definitoria del mismo y pueden llevarse a cabo sin necesidad de visualización, esta visualización es una herramienta fundamental de un SIG. No obstante, tanto los primeros ordenadores como las primeras impresoras dedicadas a Historia de los SIG 31 El 1980 se funda SPOT, la primera compañ́ıa mundial en ofrecer con carácter comercial imágenes procedentes de satélite para toda la superficie terrestre. A este hecho le seguiŕıa el lanzamiento de un buen número de nuevos satélites con o sin fines comerciales. Los productos de la teledetección pasan a constituir una fuente de negocio, al tiempo que se incorporan como elementos básicos del análisis geográfico. Las tecnoloǵıas de posicionamiento y localización son otra fuente de datos de primer orden. En 1981, el sistema GPS pasa a ser plenamente operativo, y en 2000 se ampĺıa la precisión de este para uso civil. Este último hecho aumenta la penetración de la tecnoloǵıa, pudiendo ya ser empleado el sistema para el desarrollo de elementos como navegadores GPS u otros productos derivados, hoy en d́ıa de uso común. Al igual que las aplicaciones, los distintos tipos de datos geográficos digitales se van asentando y popularizando, recibiendo progresivamente más atención y medios. El Servicio Geográfico Estadounidense (USGS) publica en 1976 los primeros Modelos Digitales de Ele- vaciones (MDE), en respuesta a la gran importancia que este tipo de dato tiene dentro del nuevo contexto del análisis geográfico. La evolución de los datos de elevación a nivel global llega a un punto histórico en el año 2000 con la Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM). La SRTM es un proyecto conjunto dirigido entre la NASA y la National Imagery and Mapping Agency (NIMA), cuyo objetivo es ofrecer información altitudinal de un 80 % de la superficie terrestre a una resolucion de un segundo de arco (aproximadamente, 30 metros). La aparición de nuevas técnicas tales como el LiDAR (ver 6.4.2) abre nuevos caminos en cuanto a la precisión que puede obtenerse en la caracterización del terreno, posibilitando nuevos usos y análisis antes no planteados. La evolución de los datos no es solo una evolución técnica, sino también de carácter social y organizativo. En la denominada era de la información, el papel de los datos es tenido cada vez más en cuenta, y los esfuerzos para coordinar la enorme cantidad de datos espaciales y sus numerosas procedencias se hacen cada vez más relevantes. Se empieza a entender que resulta necesario formular estrategias adecuadas para la gestión de los datos espaciales. Estas estrategias pasan por la creación de las denominadas Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE), a las cuales se dedica una caṕıtulo completo de este libro. El ejemplo más destacado de estas es la IDE Nacional de los Estados Unidos (NSDI)[191], surgida a ráız de la Orden Ejecutiva 12096, que fue promulgada en 1994 y tuvo una vital importancia en este ámbito. En Europa, la directiva INSPIRE[198], con fecha 14 de marzo de 2007, pretende la creación de una infraestructura similar. Muchos de estos desarrollos y actividades se adhieren a las especificaciones establecidas por el Open GIS Consortium (OGC), un consorcio internacional fundado en 1994 para homogeneizar el empleo y difusión de los datos geográficos. 2.6. La evolución de las técnicas y formulaciones Los problemas iniciales de los pioneros del SIG eran el desarrollo de los primeros progra- mas — esto es, la mera implementación — y los relativos al almacenamiento y codificación de datos, como ya vimos. Las formulaciones de estos inicios eran las de la cartograf́ıa cuan- titativa del momento, aún no muy desarrollada. Una vez que se implementan los primeros SIG y se suplen las necesidades de análisis y gestión de datos espaciales que motivaron su aparición, comienza el proceso de desarrollar nuevas técnicas y planteamientos que permiten ir más allá en dicho análisis. 32 Sistemas de Información Geográfica La cartograf́ıa cuantitativa sufre desde entonces un avance muy notable, arrastrada por las necesidades de los SIG en su propia evolución, y muchas disciplinas cient́ıficas desarro- llan nuevas formulaciones que comienzan a tener como base los Sistemas de Información Geográfica. Algunas de ellas resultan especialmente relevantes y pasan a formar parte del conjunto habitual de herramientas y elementos de un SIG genérico. Como indica [370] la mayoŕıa de los avances de cierta importancia dentro del mundo de los SIG han venido motivadas por las necesidad de una utilización concreta o por la tecnoloǵıa en śı, y pocas veces por el desarrollo puro de una teoŕıa. No obstante, e independientemente de las razones que lo motiven, los SIG han servido como contexto ideal para dar cuerpo a estas teoŕıas, y su historia debe considerarse de forma pareja. Antes de que aparecieran los primeros SIG, los trabajos de algunos pioneros establecen bases que más tarde serán de gran importancia para otros avances. Junto con el ya citado Elements of Cartography de John K.Wright, los trabajos de Ian McHarg anticipan una forma de operar con los datos geográficos que más adelante va a convertirse en una constante del trabajo con estos dentro de un SIG. En su libro Design with Nature (1969), McHarg define los elementos básicos de la superposición y combinación de mapas, que, como veremos más adelante, son los que se aplican tanto en el análisis como en la visualización de las distintas capas de datos geográficos en un SIG. Aplicaciones de esta ı́ndole, en las cuales se combinan diversos mapas temáticos, ya se hab́ıan llevado a cabo con anterioridad. McHarg, sin embargo, es el encargado de genera- lizarlas como metodoloǵıas de estudio y análisis geográfico, asentando aśı los fundamentos que luego se introducirán dentro de los SIG. El trabajo de McHarg tiene, además, un fuerte componente medioambiental, elemento que, como ya se ha dicho, es una de las razones que impulsan al desarrollo de los SIG como herramientas para una mejor gestión del medio. Antes de McHarg, ya se hab́ıan empezado a realizar análisis cartográficos, arrancando la ĺınea que llega hasta los procedimientos que actualmente empleamos en un SIG. Más de cien años antes, John Snow (1813–1858) realizó la que puede considerarse como una de las primeras experiencias cartográficas anaĺıticas, al utilizar mapas de puntos para efectuar sus deducciones y localizar en Inglaterra la fuente de un brote de cólera. Junto con la componente anaĺıtica, otros elementos de la práctica cartográfica evolucio- nan similarmente. En 1819, Pierre Charles Dupin crea el primer mapa de coropletas para mostrar la distribución del analfabetismo en Francia, dando un gran salto cualitativo en el diseño cartográfico, particularmente en un tipo de mapas de muy habitual creación dentro de un SIG. Una vez que los SIG ya han hecho su aparición, entre los elementos que más han impul- sado el desarrollo de estos cabe destacar el gran avance en el estudio del relieve, de notable importancia por ser un elemento base para muchos otros análisis en un amplio abanico de ciencias afines. La orograf́ıa clásica, con un enfoque tradicionalmente sustentado en la geo- loǵıa y el análisis geomorfológico, va dando lugar a una ciencia cada vez más cuantitativa centrada en el análisis morfométrico del relieve. Trabajos como los de [232] sientan las bases para este tipo de análisis, que necesitan de un SIG para ser aplicados de forma efectiva. De igual modo sucede con la geoestad́ıstica, una rama de la estad́ıstica que aparece de la mano del francés Georges Matheron a principio de los años sesenta. Las formulaciones geoestad́ısticas, hoy parte caracteŕıstica de los SIG, son desarrolladas en esa época desde el punto de vista teórico, aunque no son aplicables para un uso real si no es con el uso de ordenadores, y pierden gran parte de su valor práctico si no se realiza esta tarea con el Historia de los SIG 33 concurso de Sistemas de Información Geográfica. En general, el desarrollo de la estad́ıstica encaminado a la adaptación de teoŕıas y me- todoloǵıas al ámbito espacial ha tenido un fuerte crecimiento en las últimas décadas, un hecho muy ligado a la aparición y evolución de los SIG. Uno de los hitos de este proceso es el desarrollo de [522], que extiende los modelos autoregresivos, de importancia clave para el análisis de la variación de series temporales, a los datos espaciales [271]. El desarrollo de otras ramas de conocimiento ha sido igualmente clave para el enriqueci- miento de la ciencia del análisis geográfico. Muchas de ellas, por depender también en gran medida de la componente informática, ha evolucionado paralelamente a los SIG, pues el desarrollo de las tecnoloǵıas ha jugado un papel similar en ellas. Otro hecho importante es la aparición de los primeros programa de diseño asistido por ordenador (CAD) , que coincide con la de los SIG, allá por el final de los años sesenta. Originalmente pensados para el diseño industrial, pronto pasan a ser utilizados para el diseño arquitectónico y la delineación de elementos geográficos, y sus conceptos son incorporados paulatinamente a los SIG. Hoy en d́ıa, y cada vez con más frecuencia, los SIG incorporan capacidades similares a los sistemas CAD, que permiten tanto la digitalización de cartograf́ıa con las herramientas propias del CAD como la creación de nuevos elementos geográficos. Asimismo, los formatos habituales de las aplicaciones CAD son soportados por gran número de SIG, existiendo una cierta interoperabilidad, no obstante muy mejorable. Firmas como Autodesk tienen presencia en el mercado tanto del SIG como del CAD, compaginando ambas y compartiendo parcialmente soluciones y elementos. El avance en el desarrollo de las aplicaciones CAD, y en general de las representaciones gráficas por ordenador, impulsó igualmente la aparición y evolución posterior de una nueva disciplina: la geometŕıa computacional. Esta denominación se emplea por primera vez en 1975 [433], siendo hoy el nombre de una rama de la ciencia consolidada y en constante avance. Los algoritmos que componen la geometŕıa computacional son la base sobre la que se fundamenta el análisis vectorial dentro de un SIG. 2.7. Resumen A principios de los años sesenta, el creciente interés por la información geográfica y el estudio del medio, aśı como el nacimiento de la era informática, propiciaron la aparición de los primeros SIG. Desde ese punto hasta nuestros d́ıas, los SIG han ido definiéndose en base a la evolución de la informática, la aparición de nuevas fuentes de datos susceptibles de ser utilizadas en el análisis geográfico — muy especialmente las derivadas de satélites —, y del desarrollo de disciplinas relacionadas que han contribuido a impulsar el desarrollo propio de los SIG. Siendo en su origen aplicaciones muy espećıficas, en nuestros d́ıas los SIG son aplicaciones genéricas formadas por diversos elementos, cuya tendencia actual es a la convergencia en productos más versátiles y amplios. 36 Sistemas de Información Geográfica un SIG careceŕıa de sentido si no se dispusiera de metodoloǵıas bien desarrolladas para el establecimiento de sistemas de referencia. La geodesia es la ciencia encargada de proveer el marco teórico en el que fundamentar todo lo anterior, y es una disciplina compleja con diversas ramas de estudio. Todas ellas responden al objetivo básico de estudiar la forma de la Tierra, ya que debemos saber cómo es la Tierra para poder localizar puntos sobre su superficie. La determinación de la forma y dimensiones de la Tierra es tarea de la denominada geodesia esferoidal , cuyo cometido coincide con el del concepto clásico de geodesia, esto es, la definición de la figura terrestre. No obstante, en la actualidad encontramos otras ramas como la geodesia f́ısica, encargada de analizar el campo gravitatorio terrestre y sus variaciones, o la astronomı́a geodésica, que utiliza métodos astronómicos para la determinación de ciertos elementos geodésicos muy importantes que veremos más adelante. En conjunto, todas estas ramas dan forma a una serie de métodos y conceptos que son los que van a permitir la utilización rigurosa de coordenadas. La necesidad del estudio geodésico surge por el hecho de que la Tierra no es plana, y cuando el territorio que pretendemos estudiar es lo suficientemente extenso, la curvatura de la Tierra no puede ser ignorada. Este es el caso que vamos a encontrar cuando trabajemos con un SIG, y es por ello que los SIG implementan los elementos necesarios para poder efectuar un manejo de la información geográfica riguroso y acorde con los conceptos de la geodesia. Vimos en el primer caṕıtulo de esta parte que existen otras aplicaciones que trabajan con información georreferenciada, entre las cuales estaban los programas de diseño asistido por ordenador (CAD). Dećıamos entonces que una de las principales limitaciones de estos era su mala disposición al trabajo con zonas extensas, ya que han sido diseñados para operar con zonas de unas dimensiones reducidas. Cuando un arquitecto diseña el plano de una casa con una aplicación CAD, no necesita emplear los conceptos de la geodesia, puesto que a esa escala la forma de la Tierra no tiene relevancia, y prescindiendo de ella puede expresar las coordenadas de los distintos elementos (un muro, un pilar, etc.) con la suficiente precisión y corrección como para que luego pueda construirse esa casa. Sin embargo, cuando un usuario de SIG estudia la cuenca vertiente de un ŕıo o la distribución de población en las comunidades autónomas de un páıs, o bien analiza las rutas migratorias de un ave entre dos continentes, los conceptos de la geodesia resultan fundamentales. En la actualidad, los SIG han hecho que la información geográfica tenga en muchos casos carácter global y cubra grandes extensiones o incluso la totalidad del planeta. Esto obliga más que nunca a hacer hincapié en los fundamentos geodésicos que resultan básicos para que toda esa información pueda manejarse correctamente, siendo de interés para cualquier usuario de SIG, con independencia de su escala de trabajo. Otro aspecto básico a la hora de trabajar en un SIG son las denominadas proyecciones cartográficas. Estas permiten transformar las coordenadas sobre la superficie curva de la Tierra en coordenadas sobre una superficie plana. Esto es necesario para poder representarlas en un soporte plano tal como puede ser un mapa o la pantalla del ordenador, aśı como para poder analizarlas de forma más simple. Con los elementos de la geodesia y las proyecciones cartográficas ya podemos elaborar cartograf́ıa y estamos en condiciones de trabajar con la información georreferenciada. No obstante, existen ciertos conceptos relativos a esa cartograf́ıa que resultan de suma impor- tancia y deben conocerse antes de abordar esas tareas. El más importante de ellos es la Fundamentos cartográficos y geodésicos 37 escala, es decir, la relación entre el tamaño real de aquello que representamos y su tamaño en la representación, la cual constituye un factor básico de toda información cartográfica. La escala condiciona a su vez la aparición de otra serie de ideas y de procesos asocia- dos, como por ejemplo la generalización cartográfica. Esta engloba los procedimientos que permiten que a cada escala se represente la información de la forma más adecuada posible, maximizando el valor de dichas representaciones. Aunque tanto la escala como la genera- lización cartográfica son conceptos muy vinculados a las propias representaciones visuales de la información geográfica, y este libro contiene una parte dedicada espećıficamente a la visualización, se trata de conceptos cartográficos fundamentales y por ello se incluyen en este caṕıtulo, ya que resultan necesarios incluso si se trabaja con datos georreferenciados sin visualización alguna de estos. 3.2. Conceptos geodésicos básicos A la hora de definir la forma y dimensiones de la Tierra, la geodesia plantea modelos que puedan recoger la complejidad natural de la superficie terrestre y expresarla de una forma más simple y fácil de manejar. Con estos modelos, uno de los objetivos principales de la geodesia es establecer un sistema de referencia y definir un conjunto de puntos (conocidos como vértices geodésicos) cuyas coordenadas en dicho sistema sean conocidas con una precisión elevada. Posteriormente, y en base a esos puntos, los cuales forman una red geodésica, se pueden calcular las coordenadas de cualquier punto en el sistema de referencia definido. Los vértices geodésicos se establecen por triangulación a partir de un punto único deter- minado por métodos astronómicos. En función de la longitud de los lados de los triángulos empleados en dicha triangulación, tenemos redes de mayor o menor precisión. Veamos ahora cómo establecer los elementos necesarios para establecer ese sistema de referencia base y definir esos modelos de partida citados. A la hora de buscar un modelo al que asimilar la forma de la Tierra, existen dos conceptos básicos: el elipsoide de referencia y el geoide. 3.2.1. Elipsoide de referencia y geoide El intento más básico de establecer un modelo de la forma de la Tierra es asimilar esta a una figura geométrica simple, la cual pueda expresarse mediante una ecuación matemática. Además de ser más sencilla de manejar, disponer de esta ecuación matemática permite la aplicación de conceptos geométricos, estableciendo aśı una base práctica para el trabajo con coordenadas y la definición de sistemas de referencia. Desde la antigüedad, se han formulado numerosas hipótesis sobre la forma que la Tierra teńıa, las cuales van desde suponer la Tierra plana a admitir la evidencia de que esta ha de tener forma esférica (o similar) si se atiende a diversos hechos como, por ejemplo, el movimiento circular de las estrellas o la existencia de horizonte. En realidad, la Tierra no es una esfera perfecta, ya que su propia rotación ha modificado esa forma y ha provocado un achatamiento en los polos. Esta hipótesis fue ya planteada por Newton, y corroborada posteriormente con numerosas experiencias. No obstante, podemos seguir tratando de asimilar la forma de la Tierra a la de una superficie teórica, aunque no ya la de una esfera sino la de lo que se denomina un elipsoide. Sobre un elipsoide, el radio de la Tierra ya no es constante, sino que depende del emplazamiento. 38 Sistemas de Información Geográfica Figura 3.1: Parámetros que definen el elipsoide Suponer que la Tierra es una esfera no es una aproximación tan mala como puede pare- cer (las representaciones gráficas a las que estamos acostumbrados exageran habitualmente mucho el achatamiento del planeta), aunque el elipsoide es más preciso y necesario a la hora de elaborar cartograf́ıa de zonas no muy extensas. A gran escala, sin embargo, y para determinadas tareas, es habitual suponer la Tierra con una forma perfectamente esférica. Como se muestra en la figura 3.1, un elipsoide viene definido por dos parámetros: el semieje mayor y el semieje menor. En el caso de la Tierra estos se correspondeŕıan con el radio ecuatorial y el radio polar respectivamente. La relación existente entre estas dos medidas define el grado de achatamiento del elipsoide. En particular, se establece un factor de achatamiento según f = r1 − r2 r1 (3.2.1) siendo r1 el semieje mayor y r2 el semieje menor. El elipsoide es la forma geométrica que mejor se adapta a la forma real de la Tierra, y por tanto la que mejor permite idealizar esta, logrando un mayor ajuste. Una vez que se dispone de una expresión teórica para la forma de la Tierra, el siguiente paso es la determinación de los parámetros que definen esta. En el caso de utilizar la esfera, hay que calcular su radio. En el caso de asumir el elipsoide como forma de referencia, deben determinarse las medidas de los semiejes menor y mayor. Debido a la evolución histórica de la idea de elipsoide de referencia, las medidas de los semiejes que lo definen no son únicas. Es decir, no en todos lugares y en todas las circunstancias se emplea un mismo elipsoide caracterizado por unos valores r1 y r2 idénticos. Esto es debido principalmente al hecho de que un determinado elipsoide no se adapta de modo igualmente preciso a todas las regiones terrestres, y el elipsoide que proporciona un mejor ajuste para un área dada (por ejemplo, un continente o páıs) puede no ser el mejor en otra zona de la Tierra alejada de la primera. A esto debe sumarse que los esfuerzos iniciales por determinar la forma de la Tierra y los parámetros del elipsoide de referencia fueron realizados en tiempos en los que la comunicación entre distintos puntos de la superficie terrestre no era la misma que hoy en d́ıa. Por ejemplo, los geodestas europeos de entonces realizaban un trabajo similar a sus colegas americanos, pero los datos con los que contaban eran bien distintos, pues las mediciones de cada grupo eran relativas a sus zonas de trabajo, ya que no resultaba sencillo desplazarse a otras partes Fundamentos cartográficos y geodésicos 41 los terrestres. Por el contrario, cuando el elipsoide es local, estas propiedades no han de cumplirse necesariamente, y el elipsoide a solas resulta insuficiente ya que carecemos de información sobre su posicionamiento con respecto a la superficie terrestre. Surge aśı el concepto de datum, que es el conjunto formado por una superficie de referencia (el elipsoide) y un punto en el que ((enlazar)) este al geoide. Este punto se denomina punto astronómico fundamental (para su cálculo se emplean métodos astronómicos), o simplemente punto fundamental, y en él el elipsoide es tangente al geoide. La altura geoidal en este punto es, como cabe esperar, igual a cero. La vertical al geoide y al elipsoide son idénticas en el punto fundamental. Para un mismo elipsoide pueden utilizarse distintos puntos fundamentales, que darán lugar a distintos datum y a distintas coordenadas para un mismo punto. 3.3. Sistemas de coordenadas Disponiendo de un modelo preciso para definir la forma de la Tierra, podemos establecer ya un sistema de codificar cada una de las posiciones sobre su superficie y asignar a estas las correspondientes coordenadas. Puesto que la superficie de referencia que consideramos es un elipsoide, lo más lógico es recurrir a los elementos de la geometŕıa esférica y utilizar estos para definir el sistema de referencia. De ellos derivan los conceptos de latitud y longitud, empleados para establecer las coordenadas geográficas de un punto. No obstante, la geometŕıa plana resulta mucho más intuitiva y práctica que la geometŕıa esférica para realizar ciertas tareas, y a ráız de esto surgen las proyecciones cartográficas, que tratan de situar los elementos de la superficie del elipsoide sobre una superficie plana, y que son los que se emplean para la creación de cartograf́ıa. Al aplicar una proyección cartográfica, las coordenadas resultantes son ya coordenadas cartesianas. Ambas formas de expresar la posición de un punto son utilizadas en la actualidad, y las veremos con detalle en esta sección. 3.3.1. Coordenadas geográficas El sistema de coordenadas geográficas es un sistema de coordenadas esféricas mediante el cual un punto se localiza con dos valores angulares: la latitud φ es el ángulo entre la ĺınea que une el centro de la esfera con un punto de su superficie y el plano ecuatorial. Las lineas formadas por puntos de la misma latitud se denominan paralelos y forman ćırculos concéntricos paralelos al ecuador. Por definición la latitud es de 0◦en el ecuador, que divide el globo en los hemisferios norte y sur. La latitud puede expresarse especificando si el punto se sitúa al norte o al sur, por ejemplo 24◦, 21’ 11” N, o bien utilizando un signo, en cuyo caso los puntos al Sur del ecuador tienen signo negativo. la longitud λ La longitud es el angulo formado entre dos de los planos que contienen a la linea de los Polos. El primero es un plano arbitrario que se toma como referencia y el segundo es el que, ademas de contener a la linea de los polos, contiene al punto en cuestión. Las ĺıneas formadas por puntos de igual longitud se denominan meridianos y convergen en los polos. Como meridiano de referencia internacional se toma aquel que pasa por el observatorio de Greenwich, en el Reino Unido. Este divide a su vez el globo en dos hemisferios: el 42 Sistemas de Información Geográfica Latitud Longitud Ecuador Meridianos Paralelos 0º 30º 60º Figura 3.4: Esquema de los elementos del sistema de coordenadas geográficas. Este y el Oeste. La longitud puede expresarse especificando si el punto se sitúa al Este o al Oeste, por ejemplo 32◦, 12’ 43” E, o bien utilizando un signo, en cuyo caso los puntos al Oeste del meridiano de referencia tienen signo negativo. En la figura 3.4 puede verse un esquema de los conceptos anteriores. La tabla 3.2 recoge las coordenadas geográficas de algunas ciudades importantes, a modo de ejemplo. Las coordenadas geográficas resultan de gran utilidad, especialmente cuando se trabaja con grandes regiones. No obstante, no se trata de un sistema cartesiano, y tareas como la medición de áreas o distancias es mucho más complicada. Si bien la distancia entre dos paralelos es prácticamente constante (es decir, un grado de latitud equivale más o menos a una misma distancia en todos los puntos), la distancia entre dos meridianos no lo es, y vaŕıa entre unos 11,3 kilómetros en el Ecuador hasta los cero kilómetros en los polos, donde los meridianos convergen. 3.3.2. Proyecciones cartográficas A pesar de su innegable utilidad y la potencia que nos brindan para la localización de cualquier punto sobre la superficie terrestre, un sistema de coordenadas esféricas tiene inconvenientes que no pueden obviarse. Por una parte, estamos más acostumbrados a la utilización de sistemas cartesianos en los cuales la posición de un punto se define mediante Fundamentos cartográficos y geodésicos 43 Ciudad Latitud Longitud Badajoz 38.53 N 6.58 O Barcelona 41.23 N 2.11 E Cadiz 36.32 N 6.18 O Girona 41.59 N 2.49 E Granada 37.11 N 3.35 O Madrid 40.24 N 3.41 O Segovia 40.57 N 4.07 O Valencia 39.28 N 0.22 O Zaragoza 41.39 N 0.52 O Cuadro 3.2: Coordenadas geográficas de algunas ciudades un par de medidas de distancia x e y. Esta forma es mucho más sencilla e intuitiva, y permite una mayor facilidad de operaciones. Por otro lado, si necesitamos crear una representación visual de la información cartográfi- ca, lo habitual es hacerlo en una superficie plana, ya sea a la manera clásica en un pliego de papel o, usando las tecnoloǵıas actuales, en un dispositivo tal como una pantalla. Por todo ello, se deduce que existe una necesidad de poder trasladar la información geográfica (incluyendo, por supuesto, la referente a su localización) a un plano, con objeto de poder crear cartograf́ıa y simplificar gran número de operaciones posteriores. El proceso de asignar una coordenada plana a cada punto de la superficie de la Tierra (que no es plana) se conoce como proyección cartográfica. Más exactamente, una proyección cartográfica es la correspondencia matemática biuńıvo- ca entre los puntos de una esfera o elipsoide y sus transformados en un plano [371]. Es decir, una aplicación f que a cada par de coordenadas geográficas (φ, λ) le hace corresponder un par de coordenadas cartesianas (x, y), según x = f(φ, λ) ; y = f(φ, λ) (3.3.1) De igual modo, las coordenadas geográficas puede obtenerse a partir de las cartesianas según φ = g(x, y) ; λ = g(x, y) (3.3.2) Se puede pensar que podemos obtener una representación plana de la superficie de una esfera o un elipsoide si tomamos esta y la extendemos hasta dejarla plana. Esto, sin embargo, no resulta posible, ya que dicha superficie no puede desarrollarse y quedar plana. Por ello, hay que buscar una forma distinta de relacionar los puntos en la superficie tridimensional con nuevos puntos en un plano. La figura 3.5 muestra un esquema del concepto de proyección, esbozando la idea de cómo puede establecerse la correspondencia entre puntos de la esfera y del plano. En ella vemos cómo el concepto de proyección se asemeja a la generación de sombras, ya que a partir de un foco se trazan las trayectorias de una serie de rayos que unen dicho foco con los puntos a proyectar, y después se determina el punto de contacto de esos rayos con la superficie plana. Aunque no todas las proyecciones siguen necesariamente este esquema, 46 Sistemas de Información Geográfica esquema de la figura 3.5, tenemos distintos tipos en función de la posición del punto de fuga. • Gnómica o central. El punto de fuga se sitúa en el centro del elipsoide. • Estereográfica. El plano es tangente y el punto de fuga se sitúa en las ant́ıpodas del punto de tangencia. La proyección polar estereográfica es empleada habitualmente para cartografiar las regiones polares. • Ortográfica. El punto de fuga se sitúa en el infinito. Existen proyecciones azimutales que no son de tipo perspectivo, es decir, que no se basan en el esquema de la figura 3.5. La proyección de Airy, por ejemplo, es una de ellas. Algunas proyecciones no se ajustan exactamente al esquema planteado, y no utilizan una superficie desarrollable como tal sino modificaciones a esta idea. Por ejemplo, las proyecciones policónicas utilizan la misma filosof́ıa que las cónicas, empleando conos, pero en lugar de ser este único, se usan varios conos, cada uno de los cuales se aplica a una franja concreta de la zona proyectada. La unión de todas esas franjas, cada una de ellas proyectada de forma distinta (aunque siempre con una proyección cónica), forma el resultado de la proyección. Del mismo modo, encontramos proyecciones como la proyección sinusoidal , una proyec- ción de tipo pseudociĺındrico, o la proyección de Werner, cuya superficie desarrollable tiene forma de corazón. Estas proyecciones son, no obstante, de uso menos habitual, y surgen en algunos casos como respuesta a una necesidad cartográfica concreta. Otra forma distinta de clasificar las proyecciones es según las propiedades métricas que conserven. Toda proyección implica alguna distorsión (denominada anamorfosis), y según cómo sea esta y a qué propiedad métrica afecte o no, podemos definir los siguientes tipos de proyecciones: Equiárea. En este tipo de proyecciones se mantiene una escala constante. Es decir, la relación entre un área terrestre y el área proyectada es la misma independientemente de la localización, con lo que la representación proyectada puede emplearse para comparar superficies. Conformes. Estas proyecciones mantienen la forma de los objetos, ya que no provocan distorsión de los ángulos. Los meridianos y los paralelos se cortan en la proyección en ángulo recto, igual que sucede en la realidad. Su principal desventaja es que introducen una gran distorsión en el tamaño, y objetos que aparecen proyectados con un tamaño mucho mayor que otros pueden ser en la realidad mucho menores que estos. Equidistantes. En estas proyecciones se mantienen las distancias. En los ejemplos de proyecciones que se han citado para los distintos tipos de proyecciones (cónicas, ciĺındricas, etc.) puede verse cómo resulta común especificar el tipo en función de la propiedad métrica preservada, para aśı caracterizar completamente la proyección. La elección de una u otra proyección es función de las necesidades particulares. Como ya se ha dicho, la proyección polar estereográfica es empleada cuando se trabaja las regiones polares, ya que en este caso es la más adecuada. Proyecciones como la de Mercator, empleadas Fundamentos cartográficos y geodésicos 47 habitualmente, no resultan tan adecuadas en esas zonas. Asimismo, hay proyecciones que no pueden recoger todo el globo, sino solo una parte de este, por lo que no son de aplicación para grandes escalas. La existencia de un gran número de distintas proyecciones es precisamente fruto de las diferentes necesidades que aparecen a la hora de trabajar con cartograf́ıa. 3.3.3. El sistema UTM De entre los cientos proyecciones de existen actualmente, algunas tienen un uso más extendido, bien sea por su adopción de forma estandarizada o sus propias caracteŕısticas. Estas proyecciones, que se emplean con más frecuencia para la creación de cartograf́ıa, son también las que más habitualmente vamos a encontrar en los datos que empleemos con un SIG, y es por tanto de interés conocerlas un poco más en detalle. En la actualidad, una de las proyecciones más extendidas en todos los ámbitos es la proyección universal transversa de Mercator, la cual da lugar al sistema de coordenadas UTM. Este sistema, desarrollado por el ejército de los Estados Unidos, no es simplemente una proyección, sino que se trata de un sistema completo para cartografiar la practica totalidad de la Tierra. Para ello, esta se divide en una serie de zonas rectangulares mediante una cuadricula y se aplica una proyección y unos parámetros geodésicos concretos a cada una de dichas zonas. Aunque en la actualidad se emplea un único elipsoide (WGS–84), originalmente este no era único para todas las zonas. Con el sistema UTM, las coordenadas de un punto no se expresan como coordenadas terrestres absolutas, sino mediante la zona correspondiente y las coordenadas relativas a la zona UTM en la que nos encontremos. La cuadricula UTM tiene un total de 60 husos numerados entre 1 y 60, cada uno de los cuales abarca una amplitud de 6◦de longitud. El huso 1 se sitúa entre los 180◦y 174◦O, y la numeración avanza hacia el Este. En latitud, cada huso se divide en 20 zonas, que van desde los 80◦S hasta los 84◦N. Estas se codifican con letras desde la C a la X, no utilizándose las letras I y O por su similitud con los d́ıgitos 1 y 0. Cada zona abarca 8 grados de longitud, excepto la X que se prolonga unos 4 grados adicionales. La figura 3.8 muestra un esquema de la cuadŕıcula UTM. Una zona UTM se localiza, por tanto, con un número y una letra, y es en función de la zona como posteriormente se dan las coordenadas que localizan un punto. Estas coordenadas se expresan en metros y expresan la distancia entre el punto y el origen de la zona UTM en concreto. El origen de la zona se sitúa en el punto de corte entre el meridiano central de la zona y el ecuador. Por ejemplo, para las zonas UTM en el huso 31, el cual va desde los 0◦hasta los 6◦, el origen se sitúa en el punto de corte entre el ecuador y el meridiano de 3◦(Figura 3.9). Para evitar la aparición de números negativos, se considera que el origen no tiene una coordenada X de 0 metros, sino de 500000. Con ello se evita que las zonas al Este del meridiano central tengan coordenadas negativas, ya que ninguna zona tiene un ancho mayor de 1000000 metros (el ancho es máximo en las zonas cerca del ecuador, siendo de alrededor de 668 kilómetros). De igual modo, cuando se trabaja en el hemisferio sur (donde las coordenadas Y seŕıan siempre negativas), se considera que el origen tiene una coordenada Y de 10000000 metros, lo cual hace que todas las coordenadas referidas a él sean positivas. Para las zonas polares no resulta adecuado emplear el sistema UTM, ya que las distor- siones que produce son demasiado grandes. En su lugar, se utiliza el sistema UPS (Universal 48 Sistemas de Información Geográfica Figura 3.8: Representación parcial de la cuadŕıcula UTM en Europa (tomado de Wikipedia) Figura 3.9: Determinación del origen de una zona UTM Fundamentos cartográficos y geodésicos 51 reglas de tres para calcular la distancia entre dos puntos o la longitud de un elemento dado, sin más que medirlo sobre el mapa y después convertir el resultado obtenido en una medida real. Una vez más es preciso insistir que lo anterior es posible siempre bajo las limitaciones que la propia proyección empleada para crear el mapa tenga al respecto, y que dependerán del tipo de proyección que sea en función de las propiedades métricas que conserva. De hecho, e independientemente del tipo de proyección, la escala es completamente cierta únicamente en determinadas partes del mapa. Cuando decimos que un mapa tiene una escala 1:50000, este valor, denominado Escala Numérica, se cumple con exactitud tan solo en algunos puntos o ĺıneas. En otros puntos la escala vaŕıa. La relación entre la escala en esos puntos y la Escala Numérica se conoce como Factor de Escala. A pesar de que la escala es imprescindible para darle un uso práctico a todo mapa, y cualquier usuario de este debe conocer y aplicar el concepto de escala de forma precisa, los SIG pueden resultar engañosos al respecto. Aunque la escala como idea sigue siendo igual de fundamental cuando trabajamos con información geográfica en un SIG, las propias caracteŕısticas de este y la forma en la que dicha información se incorpora en el SIG pueden hacer que no se perciba la escala como un concepto tan relevante a la hora de desarrollar actividad con él. Esto es debido principalmente a que la escala tiene una relación directa con la visuali- zación, ya que se establece entre la realidad y una representación visual particular, esto es, el mapa. Como ya se ha mencionado en el caṕıtulo 1, los datos en un SIG tienen carácter numérico y no visual, y la representación de estos se encarga de realizarla el subsistema correspondiente a partir de dichos datos numéricos. Es decir, que en cierta medida en un SIG no es estrictamente necesaria la visualización de los datos, y cuando esta se lleva a cabo no tiene unas caracteŕısticas fijas, ya que, como veremos, el usuario puede elegir el tamaño con el que estos datos se representan en la pantalla. Un mapa impreso puede ampliarse o reducirse mediante medios fotomecánicos. Sin em- bargo, no es esta una operación ((natural)), y está claro que desde el punto de vista del rigor cartográfico no es correcta si lo que se hace es aumentar el tamaño del mapa. En un SIG, sin embargo, es una operación más el elegir la escala a la que se representan los datos y modificar el tamaño de representación, y esta resulta por completo natural e incluso trivial[319]. Pese a ello, los datos tienen una escala inherente, ya que esta no está en función de la representación, sino del detalle con que han sido tomados los datos, y esta escala debe igualmente conocerse para dar un uso adecuado a dichos datos. En este sentido es más conveniente entender la escala como un elemento relacionado con la resolución de los datos, es decir, con el tamaño mı́nimo cartografiado. Esta concepción no es en absoluto propia de los SIG, ya que deriva de las representaciones clásicas y los mapas impresos. Se sabe que el tamaño mı́nimo que el ojo humano es capaz de diferenciar es del orden de 0,2 mm. Aplicando a este valor la escala a la que queremos crear un mapa, tendremos la mı́nima distancia sobre el terreno que debe medirse. Por ejemplo, para el caso de un mapa 1:50000, tenemos que la mı́nima distancia es de 10 metros Si medimos puntos a una distancia menor que la anterior y después los representamos en un mapa a escala 1:50000, esos puntos no serán distinguibles para el usuario de ese mapa, y la información recogida se perderá. Estos razonamientos sirven para calcular la intensidad del trabajo que ha de realizarse para tomar los datos con los que después elaborar una determinada cartograf́ıa. En realidad, el concepto de escala no es único, sino que tiene múltiples facetas. Por una 52 Sistemas de Información Geográfica parte la escala cartográfica, que es la mera relación entre el tamaño en el mapa y la realidad. Por otra, la escala de análisis u operacional [342], que es la que define la utilidad de los datos y lo que podemos hacer con ellos, ya que indica las limitaciones de estos. Cuando en un SIG aumentamos el tamaño en pantalla de una cierta información geográfica, estamos variando la escala cartográfica, pero no estamos modificando la escala de análisis. Por ello, por mucho que ampliemos no vamos a ver más detalles, ya que para ello seŕıa necesario tomar más datos. Veremos más ideas sobre la escala de análisis y algunas implicaciones al respecto en el caṕıtulo 9, al inicio de la parte dedicada a los procesos, ya que estos conceptos son fundamentales para realizar correctamente análisis y operaciones como las descritas en esa parte del libro. Un tipo de datos espaciales particulares con los que se trabaja en un SIG, los datos ráster, tienen a su vez un parámetro de resolución, con una clara relación con el concepto de escala. Veremos más al respecto en el caṕıtulo 5. 3.5. Generalización cartográfica Muy relacionado con el concepto de escala encontramos la denominada generalización cartográfica. Generalizar implicar expresar alguna idea o información de forma más resumida, de tal modo que esta sea comprensible y pueda aprovecharse de la mejor manera posible. Cuando hablamos de cartograf́ıa, la generalización implica representar un dato geográfico a una escala menor (es decir, un tamaño mayor) del que le corresponde si se atiende al detalle que este posee. Si resulta incorrecto como hemos visto ampliar el tamaño un mapa sin incorporar más datos (esto es, sin variar consecuentemente la escala de análisis), puede resultar igualmente erróneo ((encoger)) ese mapa y mostrar la información geográfica a una escala muy distinta de la que corresponde a esos datos. Si la diferencia de escala es pequeña, no existe dificultad, pero si esta diferencia es grande, la representación resultante puede no ser adecuada y confusa. No solo habrá información que no se perciba, sino que parte de la información que quede patente puede no estarlo en la forma idónea y más intuitiva. Para ver un ejemplo de lo anterior, y poniendo un ejemplo un tanto extremo, pensemos en un mapa del mundo en el que se representen todas las calles y caminos existentes. Esta información tiene una escala adecuada para ser mostrada en un callejero local cuya escala nominal suele ser del orden de 1:5000, pero a la escala 1:1000000, adecuada para un mapa mundial, representar todo su detalle resulta innecesario. La representación resultante va a tener una densidad excesiva, y muchos de sus elementos no podrán distinguirse debido a su cercańıa. En caso de que esta representación no se haga sobre papel sino sobre una pantalla y trabajando con un SIG, la situación es similar y resulta incluso más necesario aplicar alguna forma de generalización. A las limitaciones de la visión humana han de sumarse las limitaciones de resolución que el propio dispositivo presenta. En la situación del ejemplo anterior, muchos elementos del mapa (calles, edificios, etc.), ocupaŕıan por su tamaño un mismo y único punto en la pantalla (veremos más adelante que cada uno de estos puntos se conoce como ṕıxel), por lo que resultaŕıa imposible distinguirlos o detallarlos más allá de ese nivel de resolución. A lo anterior debemos añadir el hecho de que producir esa representación, aunque sea sobre un solo ṕıxel, puede requerir gran cantidad de procesos y operaciones, ya que el Fundamentos cartográficos y geodésicos 53 conjunto de calles que se contienen en él pueden presentar gran complejidad, tanto mayor cuanto mayor sea el nivel de detalle con que han sido recogidas en los datos. Es decir, que en el trabajo con un SIG la generalización no tiene importancia únicamente para la visualización en śı, sino también para el rendimiento del propio SIG a la hora de producir dicha visualización. Aunque en las situaciones anteriores la generalización puede llevarse a cabo eligiendo qué elementos representar y cuáles no, esta selección no recoge en śı toda la complejidad de la generalización, ya que esta es un conjunto más complejo de procesos y transformaciones gráficas [453]. En ocasiones, el proceso de generalización es necesario por razones distintas a lo visto en el ejemplo anterior, y requiere diferentes operaciones. Por ejemplo, podemos crear un mapa del mundo que contenga v́ıas de comunicación, pero no todas, sino solo las principales autopistas de cada páıs. En este caso, no vamos a encontrar problemas con distintas carre- teras que se solapan en la representación, ni tampoco un volumen excesivo de datos, pero debemos igualmente ((adaptar)) la representación a la escala, es decir, efectuar algún tipo de generalización. Si en ese mapa representamos una carretera con un ancho de 20 metros a escala 1:1000000, el tamaño que tendrá en el mapa será de tan solo 0,02 miĺımetros. Este ancho es práctica- mente nulo y no tiene sentido representar esa carretera de esta forma, sino darle un ancho mayor. Aunque no se esté dibujando con exactitud la magnitud real de ese elemento, el re- sultado es mucho mejor desde todos los puntos de vista. Esta es otra forma de generalización que busca también mejorar la calidad de la representación y la transmisión de la información que contiene. La generalización, por tanto, es un proceso que tiene como objetivo la producción de una imagen cartográfica legible y expresiva, reduciendo el contenido del mapa a aquello que sea posible y necesario representar. Para ello, se enfatiza aquello que resulta de importancia y se suprime lo que carece de ella [135]. 3.5.1. Operaciones de generalización Existen diversas operaciones que se emplean en el proceso de generalización. Algunas de las más relevantes son las siguientes [386]: Simplificación. Se trata de crear elementos más sencillos que sean más fáciles y rápidos de representar. Los elementos originales se sustituyen por estos más sencillos, de tal modo que se mantienen las caracteŕısticas visuales principales pero las operaciones con los datos se optimizan. Suavizado. Se sustituyen formas angulosas por otras más suaves y de menor comple- jidad. Agregación. Un conjunto de varios objetos se sustituye por uno nuevo con un menor número. Por ejemplo, al representar una ciudad, no dibujar cada una de las casas, sino solo el contorno de cada manzana. La figura 3.10 muestra un ejemplo de esta técnica aplicado a elementos lineales, en particular carreteras. Exageración. En ocasiones, mantener el objeto a la escala que le corresponde haŕıa que no se pudieran apreciar las caracteŕısticas de este. En este caso, se exagera su 56 Sistemas de Información Geográfica Figura 3.11: En un SIG es habitual manejar información a diferentes escalas. En función de la escala de representación, la información visualizada será una u otra. también tener un distinto origen. Incluso el tipo de información que vemos vaŕıa, ya que las representaciones más globales son de tipo gráfico, creadas a partir de los propios datos almacenados como objetos (calles, carreteras, etc.), mientras que la de mayor detalle es una fotograf́ıa aérea. En el caso de imágenes tales como esa fotograf́ıa aérea, existen además en un SIG una serie de procesos que también pueden considerarse como parte de la generalización, y que atañen más al rendimiento que a la representación. Para entenderse esto piénsese que las imágenes se componen de elementos denominados ṕıxeles, que son pequeños puntos, cada uno de los cuales tendrá un color asociado (esto lo veremos con mucho más detalle en el caṕıtulo 5). El numero de estos ṕıxeles en una imagen grande es muy superior al de una pantalla (una pantalla también se divide en puntos, si te acercas a una lo podrás ver claramente). El proceso de representación de la imagen en la pantalla consiste en calcular qué color asignar a cada ṕıxel de la pantalla en función de los de la imagen, pero este proceso, si se utiliza la imagen completa, es muy costoso en términos de cómputo, ya que implica procesar toda la información de la imagen, que puede ser del orden de centenares de millones de ṕıxeles. Si representamos una porción de esa imagen (una porción del territorio que cubre), podemos solo trabajar con los ṕıxeles en esa zona, pero la representación de toda la imagen hace necesario procesar todos los valores que contiene. Fundamentos cartográficos y geodésicos 57 Figura 3.12: Pirámides de representación con imágenes preparadas a distintas escalas (Fuente: OSGeo). Este proceso en realidad puede verse como un tipo de generalización ((al vuelo)). Ya di- jimos que este teńıa principalmente dos problemas: el rendimiento y la imposibilidad de obtener resultados óptimos de forma automatizada. En el caso de imágenes, existe el pro- blema del rendimiento, pero es posible automatizar la creación de datos a diferente escala de trabajo. Esto es aśı debido a que la representación de elementos tales como carreteras o lagos se hace mediante una interpretación de esos objetos, y este proceso es en cierta medida subjetivo, como vimos. En el caso de imágenes no hay que interpretar objeto alguno, ya que esos objetos ya ((están)) representados en la imagen, y únicamente es necesario disminuir la escala. Los algoritmos para llevar a cabo este proceso se conocen como de remuestreo, y los vere- mos con detalle en el caṕıtulo 14. Algunos SIG utilizan estos algoritmos para hacer más fluido el manejo de grandes imágenes mediante la creación de las denominadas pirámides. Cuando el usuario introduce en el SIG una imagen de gran tamaño, este prepara varias versiones de esa imagen a distintas escalas de detalle, de forma que posteriormente pueda recurrir a la que sea más conveniente en cada caso en función de la escala de representación. Es decir, el SIG realiza la ((generalización)) de esa imagen de forma automática, siendo necesario pro- porcionarle únicamente la imagen de mayor detalle. La figura 3.12 ilustra gráficamente esto. 3.6. Resumen La cartograf́ıa y la geodesia son ciencias que aportan un importante conjunto de cono- cimientos y elementos al mundo de los SIG, y su estudio es fundamental para cualquier trabajo con un SIG. La geodesia se encarga de estudiar la forma de la Tierra, con objeto de posteriormente poder localizar de forma precisa los puntos sobre esta mediante un sistema de coordenadas. Dos conceptos básicos en geodesia son el geoide y el elipsoide, superficies de referencia que modelizan la forma de la Tierra. El primero es la superficie formada por los puntos en los que el campo gravitatorio tiene una misma intensidad, y se obtiene prolongando la superficie de los océanos en reposo bajo la superficie terrestre. El segundo es un objeto definido por una ecuación y una serie de parámetros, que permite asimilar la Tierra a una superficie matemática. El conjunto de un elipsoide y un punto de tangencia con la superficie terrestre (Punto Fundamental), forma un datum. 58 Sistemas de Información Geográfica Para asignar coordenadas a un punto en función de los elementos anteriores es necesario definir un sistema de referencia. Las coordenadas geográficas han sido utilizadas tradicional- mente, y son de utilidad para grandes zonas. Otro tipo de coordenadas más intuitivas son las cartesianas, y para su obtención se requiere el concurso de una proyección cartográfica que convierta coordenadas espaciales en coordenadas planas. Hay muchos tipos de proyecciones, siendo el sistema UTM uno de los más extendidos. En el ámbito de la cartograf́ıa, hemos visto en este caṕıtulo la importancia del concepto de escala, que no pierde su papel fundamental al trabajar en un SIG en lugar de hacerlo con cartograf́ıa impresa. Estrechamente relacionada con la escala encontramos la generalización, que comprende una serie de procesos encaminados a la obtención de una representación lo más clara posible de una serie de datos a una escala dada. Esta parte versa sobre los datos empleados dentro de un SIG, elementos imprescindibles sin los cuales no tiene sentido el uso de este. El caṕıtulo 4 introduce los datos como parte vital del SIG, su significado e importancia, y algunos aspectos básicos de su manejo. El caṕıtulo 5 presenta los conceptos básicos relativos a la descripción y almacenamiento de la información geográfica, abordando los distintos fundamentos y enfoques existentes. El caṕıtulo 6 muestra las distintas procedencias de los datos espaciales y las caracteŕısticas particulares de los datos espaciales en función de la metodoloǵıa mediante la que han sido obtenidos. Un elemento muy importante de los datos, su propia calidad, se desarrolla en el caṕıtulo 7 Por último, el caṕıtulo 8 trata las bases de datos dentro del ámbito SIG, describiendo sus fundamentos y sus principales caracteŕısticas. Caṕıtulo 4 Introducción. ¿Con qué trabajo en un SIG? ¿Qué papel juegan los datos en un SIG? • ¿Qué aspectos son destacables acerca de los datos espaciales? • ¿Qué diferencia existe entre datos e información? • ¿Qué componentes tiene la información espacial? • ¿Cómo se divide y estructura la información espacial? Los datos son el elementos clave de un SIG, pues sin ellos el resto de componentes no tienen utilidad alguna. La preparación de un adecuado conjunto de datos es base para poder llevar adelante con garant́ıas todo proyecto SIG. En este caṕıtulo veremos las caracteŕısticas fundamentales de los datos y de la información espacial, presentando los conceptos básicos de estos que deben tenerse siempre presentes a la hora de trabajar con un SIG 4.1. Introducción De todos los subsistemas de SIG, el correspondiente a los datos es el pilar fundamental que pone en marcha los restantes. Los datos son el combustible que alimenta a los restantes subsistemas, y sin los cuales un SIG carece por completo de sentido y utilidad. El subsistema de datos es, a su vez, el más interrelacionado, y está conectado de forma inseparable a todos los restantes. Mientras que, por ejemplo, la visualización no es por completo imprescindible para el desarrollo de procesos de análisis, no hay elemento del sistema SIG que pueda vivir si no es alimentado por datos. Los datos son necesarios para la visualización, para el análisis y para dar sentido a la tecnoloǵıa y, en lo referente al factor organizativo y a las personas, el rol de estas en el sistema SIG es en gran medida gestionar esos datos y tratar de sacar de ellos el mayor provecho posible, buscando y extrayendo el valor que estos puedan tener en un determinado contexto de trabajo. Por tanto, los datos son fundamentales en un SIG, y todo esfuerzo dedicado a su estudio y a su mejor manejo será siempre positivo dentro de cualquier.trabajo con SIG. La forma en que los datos se gestionan en un SIG es un elemento vital para definir la propia naturaleza de este, aśı como sus prestaciones, limitaciones y caracteŕısticas generales. En este caṕıtulo introductorio veremos la diferencia entre los conceptos de datos e informa- ción, relacionados aunque distintos, y la forma en que ambos se incorporan a un SIG. Esta concepción es importante, pues fundamenta la arquitectura interna que puede adoptar un SIG y las operaciones que se construyen sobre esta. 4.2. Datos vs Información Existe una importante diferencia entre los conceptos de datos e información. Ambos términos aparecen con frecuencia y pueden confundirse, pese a que representan cosas bien