Utilización de Sistemas de Información Geográfica para la Seguridad Alimentaria sostenible en zonas marginadas de Honduras, Nicaragua y Guatemala

Transcripción

1 Vector vs Raster Por la gran cantidad de información que maneja en cada píxel, los modelos raster necesitan potentes computadoras y de una gran capacidad de memoria virtual y de disco duro. Sin embargo, las ventajas se presentan, primeramente, en que el espacio es definido de una manera uniforme y muy visual. Como resultado, los sistemas raster tienen mayor poder analítico que el vectorial en el análisis del espacio continuo, y por tanto, es idóneo para el estudio de fenómenos cambiantes en el espacio como las variables de los suelos, elevación del terreno, los índices de vegetación, precipitaciones etc. La segunda gran ventaja del modelo raster es que su estructura se ajusta de parecida manera a la de las computadoras. Como resultado, los sistemas raster son mas rápidos en la evaluación de problemas que impliquen diversas combinaciones matemáticas. Es de nuevo, un excelente medio para explicar modelos medioambientales como la erosión del suelo, manejo y sostenibilidad del medio forestal. Además, desde que las imágenes satélites emplean estructura raster, hace que sea mas fácil incorporarlas a los GIS. Mientras que los sistemas raster están predominantemente orientados al análisis espacial, los vectoriales son eficientes en el almacenamiento de mapas, ya que solo distinguen entre limites de características, y no lo que existe en el interior de las mismas. Para muchos, el fácil manejo de su base de datos y las óptimas posibilidades a la hora de crear mapas, hacen que los GIS que utilizan un modelo vectorial resulten atractivos. 26

2 Como conclusión debe decirse, que ambos modelos, raster y vestorial, tienen sus propios potencialidades y carencias, por lo que, los modernos GIS incorporan elementos de ambas técnicas de representación, además de extensiones que permiten la conversión de una a otro modelo. Modelo Raster VENTAJAS Estructura de datos sencilla La operación de superposición (overlay) se realiza de forma fácil. Representa mejor elevada variabilidad espacial Es necesario para el manejo y modificación de imágenes digitales y satélites. Modelo Vectorial VENTAJAS Proporciona una estructura de datos compacta, ocupa menos memoria. Codifica de manera mas eficaz las relaciones topológicas entre elementos. Mejor para análisis de redes (network). Esta diseñado para trabajar con gráficos, coberturas de Autocad. DESVENTAJAS Ocupan mas memoria. Relaciones topológicas son mas difíciles de representar La mapa resulta menos estético, los limites resultan mas groseros. Este fenómeno puede superarse reduciendo el tamaño del pixel, pero incrementa en gran medida el volumen del archivo DESVENTAJAS Tiene una estructura de datos mas compleja que el raster Operaciones de superposición son mas difíciles de obtener. La representación de mapas con elevada variabilidad es ineficiente Manejo y mejora de imágenes digitales y satélites no pueden realizarse de una manera eficaz en el modelo vectorial Nota: El programa IDRISI trabaja con Raster y Vectorial simultáneamente. ArcView y ArcGis puede trabajar con raster incorporándoles la extensión (Spatial Analyst). 27

3 En los tres próximos apartados, mi intención es describir de forma muy somera, las diferentes funciones que la mayoría de los GIS disponen para visualizar, modificar y extraer conclusiones de la información espacial disponible. El primer apartado Información Digital Espacial, citará las herramientas mas básicas que usan los GIS. Los dos siguientes Herramientas Básicas que usan los GIS y Análisis Espacial, a mi entender, son los mas importantes de todos, describen los fundamentos de Análisis Espacial. Es una herramienta mas potente y específica, en la que se ha basado la mayor parte del esfuerzo de GIS de estos Trabajos Fin de Carrera. Cuadro de las Diferentes Herramientas GIS que se describen en este Trabajo. 2.4 Herramientas Básicas que usan los GIS SQL (Structured Query Language) Reclasificar ( Reclass) Superponer (Overlay) Zonas de Influencia. (Buffers) 2.5 Analisis Espacial Calculo de Distancias Distancia mas cercana ( Straight Line Distance) Localización mas cercana ( Straight Line Allocation) Dirección mas cercana ( Straight Line Direction) Dirección mas cercana según el coste ( Cost Weighted Distance) Trazado mas corto ( Shortest path) Densidad Interpolación IDW ( Inverse Distance Weighted) Spline Kriging Analisis de Superficies Contornos ( Contour) Pendientes (Slope) Orientación ( Aspect) Sombreado ( Hillshade) Estadísticas entre pixeles ( Cell statistics) Visualización (Viewshed) Estadísticas entre pixeles vecinos (Neighborhood statistics) Calculadora raster ( Raster calculator) 28

4 2.4 Herramientas Básicas que usan los GIS. El primer apartado citará las herramientas mas básicas que usan los GIS. Son funciones simples, que están disponibles en casi todos los softwares. En nuestro Trabajo no las hemos utilizado con frecuencia, por lo que no me extenderé demasiado en la explicación de sus características. Tratan en su mayoría de mecanismos que corrigen y ajustan información espacial adquirida por un proceso digital previo. La gran parte de la información que disponemos ya ha sufrido esta transformación previa. A pesar de esto, es importante señalar que todos los procesos que se citan a continuación son imprescindibles en un paso previo del tratamiento de la información espacial, y que sin ellos seria totalmente imposible utilizar funciones mas complejas. Las herramientas básicas que usan los GIS pueden dividirse en cuatro importantes categorías. 1. Funciones que almacenan, registran e introducen datos Almacenan. Esta categoría engloba operaciones que transforman el formato de los datos para asegurar su mejor uso, organizan su almacenamiento y verifican su uniformidad. En la mayoría de los GIS la información se organiza en coberturas (capas o niveles, layers). Cada una de las coberturas suele agrupar datos y representación espacial de temas comunes. Estas coberturas se agrupan en archivos temáticos dentro de la memoria de la computadora. El concepto de proyecto (proyect) es algo mas amplio, en el se incluyen coberturas, sus bases de datos anexas, gráficos, y salidas visuales (layouts en ArcView/ArcGis), es decir mapas preparados para su impresión en formato papel. Los GIS suelen tener un proveniente de : software que aceptan información espacial 29

5 Tabletas digitalizadoras Instrumentos fotogramétricos Estaciones de toma de datos (estaciones climatológicas por ejemplo). GPS Escáneres Otros programas informáticos Introducción de Datos. En muchos casos, en nuestro trabajo ha sido muy frecuente a la hora de extraer estadísticas de diversos documentos, es necesario importar información digital de otras fuentes. Este aspecto, que puede resultar evidente y trivial en un primer momento, nos ha dado muchos dolores de cabeza a la hora de realizar nuestro Trabajo. Hoy en día los GIS pueden leer los formatos mas comunes, como ASCII, DIGEST, SIF, DXF y HPGL para la información vectorial, y TIFF y CGM para raster. 2. Funciones para corregir y adaptar información para un posterior uso. Como hemos comentado en la introducción, la información espacial alfanumérica esta lista para ser utilizada, solo si es verificada, y en su caso corregida con anterioridad. Para ello los GIS incluyen programas para adaptar correctamente los datos, estos incluyen funciones del tipo: Editar y corregir errores. Capacidad para crear topología. Transformar a una proyección geográfica común. Transformar a un sistema de coordenadas común. Ajustar mapas, unir elementos vecinos. Unificar líneas y suavizar contornos. Conceptos Básicos del Análisis Espacial. El Análisis Espacial es un intento de imitar el comportamiento de la mente humana, es decir, crear una imagen entendible de la realidad. Plantear un 30

6 problema y localizar las posibles soluciones por medio del GIS, es uno de los pasos más difíciles dentro del Análisis Espacial. Para ello se requieren expertos en diversas áreas, que a demás lo sean en conocimientos de GIS. El análisis de los datos, normalmente comprende dos fases; 1. Elegir la información 2. Análisis de la información elegida. La mayoría de los GIS permiten definir el criterio selección, basados normalmente en la función denominada SQL (Structured Query Language). La información de los datos puede ser analizada a varios niveles, pero en cada uno de ellos, las operaciones que se realizan son de tipo lógicas, aritméticas, geométricas, estadísticas o combinación de dos o mas de estos cuatro tipos de operaciones. Operaciones Lógicas, suelen emplear álgebra clásica ( >, <, = ) y álgebra de Boole ( A unión B, A no B, A intersección B, ni A ni B). Álgebra de Boole. And, Not, Or, X Or, son los cuatro comandos que se utilizan en ArcGis Fuente: Grossman A modo de ejemplo a continuación presento como resolvería una cuestión práctica basándonos en estas herramientas que nos ofrecen los GIS. Ejemplo: Como primera aproximación para determinar la vulnerabilidad al desarrollo de Nicaragua. Necesito conocer cuales son los municipios, que al menos cumplan una de las dos siguientes condiciones. -Tengan una población rural de mas del 90%. 31

7 -Un analfabetismo superior al 15 %. Por último, me interesa conocer los municipios que cumplan una de las dos condiciones impuestas anteriormente, y que además posean un desempleo rural mayor del 20%. Realizando esta consulta mediante la herramienta SQL, siguiendo la siguiente expresión: ("% Población Rural" >90 OR "%Analfabetismo" >85) AND "Desempleo Rural" >20 Imagen interface del programa ArcGis, utilizando la consulta SQL. En color azul claro, los municipios que han cumplido las condiciones de la consulta. Fuente: Elaboración propia..interface programa ArcGis de ESRI Operaciones Aritméticas, todo GIS incluye las funciones básicas de suma, resta, multiplicación, división, raíces cuadradas y razones trigonométricas. Serán de gran ayuda para diferentes usos, como la reclasificación de tipos de suelo, o el calculo de tiempos de viaje en mapas de accesibilidad. 32

8 Operaciones Estadísticas, los programas permiten tratar nuestra tabla de atributos mediante calculo de medias, varianzas, desviaciones típicas etc. También es posible observar la distribución de nuestros datos mediante histogramas. Operaciones Geométricas, cálculos de distancias, áreas, volúmenes y orientaciones son básicos en este tipo de software dedicado al análisis espacial. De nada sirve presentar mapas de colores y formas optimas, si desconozco las superficies o distancias entre los distintos símbolos del mismo. Base teórica matemática de algunos de los distintos comandos utilizables en un GIS A continuación se mencionan y describen en unas líneas, las principales funciones que hemos utilizado para la realización de mapas, a partir de nuestra Base de Datos. 33

9 Clasificar y Reclasificar. (Reclass). En numerosas ocasiones la tabla de atributos viene clasificada de acuerdo con límites que nos interesan modificar. La función Reclasificar, nos permite asignar nuevos intervalos a los atributos, en función de nuestras preferencias. El mapa de Nicaragua de usos de suelo que se presenta en el capítulo 4, en su leyenda solo aparecen 8 diferentes usos. El mapa original tenia mas de 60 diferentes usos. Nosotros reclasificamos sus usos en función de nuestros criterios. Reclasificar Fuente: Elaboración propia 34

10 Superponer (overlay) Esta técnica se utiliza para la integración de datos. Pueden superponerse diferentes coberturas de temas determinados, para producir nuevas coberturas multitemáticas, que contienen información de cada una de las coberturas iniciales. Estas denominadas superposiciones pueden llevarse a cabo, utilizando las operaciones citadas anteriormente, de diversas formas, obteniendo resultados totalmente diferentes. Diferentes opciones que permite el la herramienta Geoprocessing Wizard de ArcGis. Fuente: Interface de ArcGis de ESRI. 35

11 Ejemplo: Utilización de Intersección. Intersección Humbolt Fuente: Elaboración propia a partir de Interface de ArcGis de Esri y cartografía También, en ArcGis, dentro de herramientas, la opción Add XY data, permite añadir a una cobertura una tabla de puntos georreferenciados. Superposición de modelos raster. Los modelos raster también se pueden superponer, de hecho suelen ser mas eficientes que la superposición vectorial. El resultado de superponer dos coberturas raster es una tercera cobertura de igual tamaño de píxel que las dos primeras, que incorpora la información de ambos pixeles. Ambas coberturas se 36

12 supone, que deben tener el mismo tipo de código y tamaño de píxel. La combinación de coberturas puede realizarse mediante suma, resta, multiplicación etc, de ellas. Nota: Todo este tipo de funciones que me he permitido agrupar dentro del epígrafe, superposición, en ArcView están disponibles bajo la extensión Geoprocessing, en ArcGis dentro de las herramientas bajo el nombre de Geoprocessing Wizard. Zonas de Influencia. (Buffers). Se utilizan fundamentalmente para delimitar, a una distancia determinada por uno mismo, áreas que se extienden alrededor de puntos, líneas o polígonos. Los nuevos polígonos tienen los mismos atributos que la entidad geométrica que rodean. Esta función se utiliza para analizar zonas de influencia de grandes mercados, estaciones de servicio, hospitales, antenas de comunicación etc. En el Ejemplo siguiente, del municipio de Posoltega en Nicaragua. Queremos crear un Buffer desde los caminos que tenemos digitalizados con las siguientes condiciones. Crear 4 anillos desde cada camino de 2 kilómetros cada uno. Estimo que 25 minutos es el tiempo que una persona tarda andando en recorrer 2 km. Así puedo conocer la distancia al camino principal desde cualquier punto del municipio de Posoltega. Nota: en ArcGis las Zonas de Influencia se encuentran dentro de la ventana de herramientas y se denominan Buffer Wizard. 37

13 Fuente:: Elaboración propia Fuente Elaboración Propia a partir de cartografía Humbolt. Mapa de la distancias al camino principal mas proximo del municipio de Posoltega, utilizando la herramienta Buffer Wizard de ArcGis. 2.5 Análisis Espacial. 38