T E M A Sistemas de Información Geográfica, SIG.

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1 BLOQUE III. VALORACIÓN INMOBILIARIA. SISTEMAS DE LA INFORMACIÓN. GESTIÓN PATRIMONIAL. T E M A 12 Los sistemas de información y su estructura: Sistemas de Información Geográfica, SIG. Concepto y elementos. Funciones básicas de un SIG. Campo de aplicación de los SIG. 1. Sistemas de Información Geográfica, SIG. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG o GIS Geographical Information System en terminología anglosajona) son el resultado de la aplicación de las llamadas Tecnologías de la Información (TI) a la gestión de la Información Geográfica (IG). En los años 60, la Informática se utilizó para la producción de mapas, dando lugar a la Cartografía Asistida por Ordenador. Las técnicas de producción se habían modernizado y automatizado en parte, para reproducir el producto existente, el mapa impreso en papel. La Universidad de Harvard (USA) en el año 1964 creó el SYMAP (Symagraphic Mapping Technique); se trataba de un conjunto de programas capaz de dibujar mapas de isolíneas y coropletas en una impresora de línea, superponiendo los caracteres habituales. El siguiente paso fue aplicar las posibilidades de los métodos automatizados a interpretar y consultar la información representada en el mapa, así nacieron los SIG. El CGIS (Canadian GIS), esencialmente dedicado a la gestión forestal, concebido y desarrollado por R. F. Tomlinson a partir de 1964, parece haber sido el primer SIG. Durante los años 70 y 80 se produce un incremento y aceleración de las tendencias en la aceptación del SIG, con una gran explosión en la captura y almacenamiento de información geográfica prácticamente en todas las áreas de actividad humana; como es una información valiosa y su captura costosa, hace tomar conciencia de que es necesario utilizarla para algo más que para imprimir mapas. Se crean desarrollos y aplicaciones que progresivamente se han orientado al análisis de la realidad, la planificación y la toma de decisiones lo que produce la expansión de los SIG. Pero es en los años 90 cuando realmente se popularizan y desarrollan plenamente debido principalmente la mejora tecnológica del hardware y el software. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 1

2 2. Concepto y elementos. 2.1 Definición Se puede decir que existen tres acepciones en uso para este acrónimo: - SIG como disciplina, que se ocupa de la aplicación de las TI a la gestión de la IG; es una ciencia aplicada que se ocupa de todo lo referente a los SIG como proyecto, segunda acepción. En este sentido se habla de experiencia en SIG, cursos y seminarios sobre SIG, especialistas en SIG, libros sobre SIG, etcétera. - SIG como proyecto, es cada una de las realizaciones prácticas de la disciplina SIG, cada instalación existente. En una primera aproximación, es un sistema capaz de proporcionar cierta información, ya procesada, sobre elementos de los que se ocupa la Geografía. Ésta es la acepción principal, luego nos detendremos para dar una definición más precisa. - SIG como software, es el conjunto de programas integrados que permiten el establecimiento de un SIG proyecto. Se trata de un caso de sinécdoque, en el que se nombra a la parte por el todo. Un SIG proyecto se compone de hardware, software, datos, personas que llevan a cabo el proyecto y la organización que asume el desarrollo del mismo. El único problema estriba en que hay que ser consciente de la sinécdoque y no caer en la ingenuidad de creer que por el mero hecho de adquirir un SIG software ya se tiene un SIG proyecto. Un SIG es algo más que un sistema de almacenamiento de mapas digitales, en realidad se trata de una herramienta informatizada para al gestión de la información geográfica y alfanumérica (atributos o propiedades asociadas a la información geográfica), almacenada en bases de datos que permite la resolución de problemas con una componente geográfica. Se han establecido distintas definiciones de SIG, por D. J. Maguire, P. A. Burrough, M. F. Goodchild, D. W. Rhind y otros. Entresacando de cada formulación podemos sintetizarla diciendo que un SIG es un: Conjunto integrado de medios y métodos informáticos, diseñados para de manera coordinada y lógica recoger, verificar, almacenar, gestionar, actualizar, manipular, transformar, analizar, mostrar y transferir datos espacialmente referidos a la Tierra. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 2

3 Sin embargo, hay una definición muy ilustrativa de F. Bouillé (1978), que concibe un SIG como: Un modelo informatizado del mundo real, descrito en un Sistema de Referencia 1 ligado a la Tierra, establecido para satisfacer unas necesidades de información específicas respondiendo, del mejor modo posible, a un conjunto de preguntas concreto. Esta definición implica: - Una capacidad de registro selectiva ante los fenómenos del entorno, un proceso de abstracción para generar un modelo simplificado, y la elección de una estructura conceptual para los entes considerados, sus propiedades y los sucesos en los que se ven implicados. Un SIG contiene una versión simplificada, abstraída y estructurada de una parte del mundo real. - Que los datos tienen que estar descritos en un Sistema de Referencia ligado a la Tierra, condición indispensable para que estemos hablando de Información Geográfica, con todas sus características y su problemática específica. - Una finalidad que orienta todo el proyecto: las consultas a responder, es decir los requisitos que definen de qué SIG se trata. - Que un SIG es un proyecto de ingeniería que busca una solución óptima para resolver un problema. 2.2 Componentes de un SIG Hardware Grupo de componentes materiales utilizados en un sistema informático. Es la parte tangible, física y real de un Sistema de Información. Los equipos de hardware más populares son los ordenadores personales, dependiendo de la importancia y del volumen de la información que se vaya a almacenar el ordenador deberá ser más o menos potente. Los proyectos que se almacenan en ordenadores personales suelen ser proyectos pequeños en los que solo accede un usuario cada vez. Los principales proyectos SIG, son los proyectos SIG corporativos usan entornos cliente-servidor; constituido por un ordenador central donde residen los datos 1 Sistema de Referencia. Se define por un par (P, E), donde el primer elemento P es un punto de referencia arbitrario, a partir del cual se consideran las distancias y las coordenadas de posición. El segundo elemento E es un conjunto de ejes de coordenadas. Los ejes de coordenadas tienen como origen el punto de referencia (P), y sirven para determinar la posición de un punto en el espacio. La localización geográfica de un punto se expresa en un determinado sistema de coordenadas respecto a un sistema de referencia geodésico, que suele adoptar un elipsoide de revolución como superficie de referencia. Todo sistema de referencia geodésico incluye un datum geodésico o conjunto de parámetros que definen la relación entre su sistema de coordenadas cartesianas y la Tierra. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 3

4 almacenados en una base de datos (BD), que es el servidor de datos y ordenadores personales intercomunicados mediante una red de área local o en red en remoto, que actúan como terminales de visualización y de gestión de la información. Estos entornos son multiusuario, es decir, permiten el acceso a la información a varios usuarios de forma concurrente. Es el componente que ofrece cada vez más prestaciones a un coste cada vez más reducido. Evoluciona a una gran velocidad y se puede decir que es el componente mejor resuelto con diferencia Software Es el conjunto de programas que corre en un sistema informático, la parte no física. La palabra nace por oposición a hardware. En un principio los programas SIG almacenaban y gestionaban la información en ficheros o estructuras propias de la compañía propietaria, sin embargo cada vez más, la información se almacena en estructuras, tipo BD. El conjunto programas inicial que constituye el SIG, se amplía y pasa a estar formado a su vez por conjuntos de conjuntos de programas, es decir conjuntos de componentes que pueden ser de distintos fabricantes. Está muy ligado al hardware para aprovechar sus características, y cada fabricante produce versiones distintas para los distintos tipos de hardware. Evoluciona mucho más lentamente, y usa lenguajes de programación de alto nivel por lo que no se aprovechan al máximo las posibilidades de la máquina. Tiempo medio de vida estimado de una versión de una aplicación es de entre 1 ó 2 años Datos La información geográfica es intrínsecamente muy compleja y presenta características peculiares que hacen que su gestión constituya una especialidad diferente de la mera gestión de un Sistema de Información: es muy voluminosa, fractal, borrosa, dinámica y polimorfa. La definición de un Modelo Conceptual que represente la abstracción del mundo real que representa o al menos la parte que nos interesa es una tarea muy importante que resulta ser crítica y a veces no se le presta la suficiente atención. Un buen modelo de datos, es básico para que el SIG resulte efectivo respondiendo a las consultas que se espera resuelva. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 4

5 Los datos de los SIG son fundamentalmente de dos tipos: vectorial y teselado o ráster 2. En el apartado Tipos de SIG. Atendiendo al tipo de información que maneja, se verá más ampliamente. Debido a los cambios de tecnología en la actualidad no se concibe un SIG que no soporte varios tipos de datos a la vez. Cada vez más se están utilizando otros tipos de datos como imágenes de satélite y datos multimedia. Dependiendo del contenido específico del dato, el dato imagen se puede considerar espacial, p. e. fotografías, animación, etc., o atributo, p. e. sonido, descripciones, etc. Los datos constituyen uno de los componentes más problemáticos: si son vectoriales por su escasez (todavía hay grandes zonas de la superficie terrestre sin cartografiar a escalas grandes) y si son ráster por su volumen de almacenamiento. En ambos casos es importante tener en cuenta el coste que puede llegar al 60 % o más del coste total del proyecto. Por lo tanto se puede decir que los datos son una de las componentes básicas de cualquier proyecto SIG Personal Conjunto de personas que trabajan en un proyecto SIG y que debe estar especializado en: - tecnologías de la información, - en las disciplinas relacionadas con la cartografía (Geodesia, Fotogrametría, Topografía etc.) - así como en el/los distintos componentes en los que el SIG se vaya a especializar y a dar respuesta. En algunos casos serán proyectos con una sola componente, catastro, agricultura, urbanismo, redes eléctricas o gas, etc. pero cada vez más los proyectos SIG son multidisciplinares lo que implica equipos de personas con conocimientos en las distintas materias y en los que la coordinación y cooperación de las personas es importante para la realización del mismo. 2 Aunque los términos ráster y teselado se usan como sinónimos, en sentido estricto, ráster es solo una estructura de datos geográficos y uno de los método para implementar el modelo de datos geográficos de teselación. El término ráster se aplica generalmente para cualquier modelo de teselación sin estructura (imágenes de satélite, fotografía aérea, ortofoto etc) aunque por ampliación del término se usan como sinónimos BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 5

6 El mayor problema de éste componente es, por lo tanto, la formación. Esta naturaleza interdisciplinar del SIG, teniendo en cuenta además la rapidez con que cambia la tecnología es un reto y una responsabilidad el proporcionar formación y entrenamiento continuado a los equipos de personas que trabajan en un proyecto SIG Organización Es de vital importancia, jerárquicamente lo primero, y a menudo no se le presta la atención debida. Teniendo el resto de componentes de gran calidad y adecuados al proyecto, si falla la organización, no sólo no está garantizado el que se complete el trabajo con los plazos y presupuesto previstos, sino que es muy probable que no se llegue nunca a finalizar. La organización incluye: - Definición de objetivos claros y concretos. - Presupuesto, medios y rentabilidad asegurados. - Planificación realista y precisa. - Coordinación de las distintas fases del proceso. - Estructura jerárquica clara y eficaz, con reparto de responsabilidades y de las correspondientes capacidades de decisión. - Cuidadosa labor de selección de hardware, software y personal. - Elaborar planes de formación continua del personal y de renovación de hardware, software y datos. - Controles de calidad. Un aspecto básico de la organización es la planificación, teniendo en cuenta la previsión de todas las situaciones que se puedan presentar por improbables que parezcan, de cada una de las fases de un proyecto SIG. Un sistema en el que alguno de los componentes citados presente un desequilibrio frente a los demás, no puede funcionar satisfactoriamente y por lo tanto fracasará. El más importante de ellos es la organización, porque en realidad engloba a los demás. 3. Funciones básicas de un SIG. 3.1 Características Un proyecto SIG tiene que tener en cuenta una serie de características que se pueden resumir en: - ser interactivo, realizar peticiones y recibir respuestas de manera inmediata; BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 6

7 - ser multiusuario para que varios usuarios puedan acceder a la información de manera simultanea; - ser un sistema gráfico capaz de recibir, mostrar y representar información geográfica representada por imágenes, líneas, puntos etc.; - permitir grandes volúmenes de datos, ya que la información geográfica suele ser bastante voluminosa y compleja, proporcionando respuestas con la velocidad suficiente, por lo tanto, el hardware debe estar dimensionado para la información que se va almacenar; - tener un sistema de gestión de base de datos [SGBD o DBMS (Database Management System) en terminología anglosajona] para que las consultas, análisis y demás procesos que se vayan a realizar sea hagan de una manera eficaz y - tener en cuenta la relación coste/beneficio, las organizaciones solo implantan un SIG si ven que los beneficios exceden a los costes. En el pasado se veía más lo costoso que resulta llevar a cabo un proyecto SIG, mientras que en la actualidad no se concibe tener datos alfanuméricos que no estén ubicados espacialmente. 3.2 Funcionalidad Los SIG deben contar con utilidades y herramientas que se adapten a las demandas funcionales y de procedimientos de la organización. Suelen incluir los siguientes grupos de funciones: Funciones de Entrada Son los procedimientos de entrada de datos en un SIG, convirtiendo datos de distintas fuentes a formato digital. Permiten: - Introducir datos posicionales de las entidades cartográficas de forma georreferenciada, con sus coordenadas X, Y, y/o Z en base a un sistema de referencia convencional. - Introducir datos alfanuméricos que describen las características de las entidades cartográficas. - Importar datos existentes procedentes de otras fuentes y formatos de datos. Las fuentes de datos espaciales más comunes son: mapas o documentos en soporte tradicional, que son digitalizados para convertir su información en datos vectoriales o en datos ráster según convenga, información procedente de restitución fotogramétrica digital, información de topografía clásica, teledetección, etc. Los datos alfanuméricos pueden ser cualquier dato tipo texto o tabular que se pueden referenciar a las entidades geográficas. Si se introducen de manera manual BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 7

8 el sistema debería asignar automáticamente identificadores individuales y únicos que servirán como nexo de unión entre las entidades cartográficas y sus atributos alfanuméricos y si se introducen de manera masiva deberá existir un atributo común que permita relacionar las entidades cartográficas y sus atributos alfanuméricos Funciones de Almacenamiento y Gestión Las funciones de gestión son llevadas a cabo por un subsistema del SIG: el sistema de gestión de la base de datos (SGBD o DBMS). Su finalidad es permitir la independencia entre la organización física y la organización lógica de los datos. Las funciones principales de un SGBD de un SIG son, controlar: - la organización físico-lógica de los datos - el almacenamiento - la recuperación y - la actualización Funciones de Tratamiento o Manipulación Por funciones de manipulación entendemos los procedimientos utilizados para la: - estructuración topológica - transformación de los datos (tanto geométrica como cambios de sistema de referencia), - superposición de las distintas capas definidas en el sistema e - integración de los datos geográficos, cartográficos y temáticos. La función más importante es la de estructuración topológica de los datos, que consiste en la definición digital explícita de las interrelaciones geométricas entre las entidades (intersección, funciones de conectividad, relaciones de vecindad, etc.) representados en la base de datos Funciones de Análisis 3 Las funciones de análisis espacial del SIG son, sin duda, las más representativas y las que le diferencian claramente de otros sistemas de información espacial. Pueden ser: - Funciones de recuperación de información a partir de los datos espaciales o de sus atributos alfanuméricos - Funciones de superposición, que se realizan mediante la comparación espacial de dos o más entidades geográficas en dos o más capas en que se haya estructurado la información - Funciones de vecindad, mediante las cuales se puede conocer que entidades geográficas son colindantes, cuales están más próximas o cuales están más lejanas 3 Algunos autores hacen una diferenciación semántica del término Análisis en: Consulta ( donde está?) y Análisis ( qué es?) pero ambos conceptos utilizan las mismas funciones. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 8

9 - Funciones de conectividad, mediante las cuales se puede determinar que entidades están conectadas entre sí Funciones de Representación El quinto tipo de funciones del software SIG son las de representación de los resultados obtenidos del análisis y del tratamiento de los datos. Los resultados se pueden expresar de muchas formas, incluyendo mapas, grafos, resúmenes estadísticos, tablas y listados, etc. En un SIG intervienen la potencia de generar informes de un gestor de BD junto con las posibilidades de representación de los sistemas cartográficos que incluyen: un amplio rango de colores, tipos de símbolos y sombreados, tipos de fuentes de alta calidad. El mejor SIG ofrece al usuario un entorno interactivo en el cual se puede experimentar con la apariencia y el contenido de los mapas y grafos. Este componente ha evolucionado razonablemente bien y cada vez hay soluciones más eficaces y fáciles de utilizar. Hay programas muy sofisticados y avanzados, sin embargo el proceso de selección de software es complicado y es una de las fases críticas de todo proyecto SIG. 3.3 Tipos de SIG Respecto a los criterios que nos permiten clasificar los SIG estos son múltiples y variados, seguidamente analizaremos tres posibles clasificaciones: - Atendiendo a la arquitectura de la plataforma física y lógica del sistema. - Atendiendo al tipo de información que maneja. - Atendiendo a los usos y aplicaciones a las que estos se destinan Atendiendo a la arquitectura del Sistema. Atendiendo a la arquitectura física y lógica del sistema y a las demandas de la organización a la que sirven, podemos agrupar los Sistemas de Información Geográfica en tres grandes grupos: - Sistemas departamentales. Son aquellos SIG gestionados por un pequeño departamento dentro de la organización. Al sistema se conectan un número reducido de usuarios, generalmente con un alto grado de especialización que son los que gestionan, analizan y realizan las tareas y generan los productos que demanda el resto de la organización; publican la información en modo lectura para que el resto de usuarios Suelen ser sistemas implantados sobre servidores Windows con los datos gráficos almacenados en ficheros planos en disco o pequeñas BBDD. Un BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 9

10 ejemplo de este tipo puede ser el sistema implantado en el departamento de cartografía de cualquier Ayuntamiento medio. - Sistemas corporativos. Son sistemas a los que se conectan un número considerable de usuarios con distintos perfiles que acceden a una única BD relacional. Los usuarios de los distintos departamentos pueden almacenar información en la BD de acuerdo a roles previamente establecidos en función de sus competencias, que pueden ser administración del sistema y de las BBDD, edición de información grafica, consultas y trazados, etc. Estos sistemas se implementan sobre servidores de datos multiusuario, generalmente cuentan con servidor de datos y servidor de aplicaciones que pueden coexistir en un mismo equipo o en varios. Hasta hace pocos años se montaban sobre sistemas con sistema operativo UNIX, pero en la actualidad muchos de ellos se implementan sobre uno o varios servidores Windows. Un ejemplo de este tipo de SIG corporativo es el Sistema de Información Geográfico CAtastral (SIGCA2), que posteriormente se estudiará. - Sistemas en Internet. Son SIG basados en servicios Web suministrados a través de Internet. Destinados a un grupo abierto de usuarios generalmente amplio, que se conectan y navegan por la cartografía o sobre imágenes de satélite u ortofotografías utilizando navegadores desde su ordenador personal. Estos sistemas cuentan con una funcionalidad mucho mas reducida, ya que permiten básicamente: visualización de cartografía, acceder a datos literales asociados a las entidades gráficas, generar mapas y descargar ficheros con la información que se requiere. Generalmente los usuarios no cuentan con herramientas de edición en línea de la información grafica. Este tipo de sistema está alcanzando gran éxito debido a las iniciativas de las Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE) 4 a través de las cuales la información publicada por las distintas Administraciones o el sector privado se pueden visualizar de manera conjunta Atendiendo al tipo de información que manejan. Atendiendo al tipo de información que manejan y al modelo de almacenamiento de la misma, podemos distinguir tres tipos de Sistemas: - Modelo vectorial. Maneja datos vectoriales, los elementos se almacenan mediante una o varias coordenadas que definen un punto, una línea o una poligonal cerrada. 4 Para más información véase o BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 10

11 Punto la ubicación de un elemento puntual o cero dimensional, se describe con un sólo punto de coordenadas X, Y y/o Z. Ejemplos de puntos son un hito kilométrico o una antena repetidora. Líneas o elementos unidimensionales, se describen por una colección de coordenadas X, Y y/o Z de los vértices que definen las poligonales que los representan. Ejemplo de ellas pueden ser una carretera, un río etc. Polígonos o elementos bidimensionales, se describen por una colección de coordenadas X, Y y/o Z de los vértice que definen sus perímetros. Ejemplos de elementos superficiales son las manzanas y las parcelas. En los sistemas vectoriales los objetos se almacenan generalmente en un modelo relacional, con un identificador único y atributos asociados a cada uno de ellos. Dependiendo de la orientación del SIG y de la escala de captura, las entidades geográficas puede interesar almacenarlas con distinto tipo de elemento, por ejemplo una torre de alta tensión se puede representar como punto, como línea o como superficie, lo mismo que un pozo, una parcela, etc. Este tipo de SIG es especialmente indicado para la gestión de redes o infraestructuras, o la gestión de los límites entre las entidades superficiales, mientras el análisis espacial es más difícil. - Modelo ráster o de teselación. En este tipo de SIG una entidad geográfica se describe por unidades poligonales del espacio en una matriz. Generalmente cada celda o unidad mínima es un cuadrado y se denomina píxel (Picture element) o tesela, pero también se pueden usar triángulos regulares e irregulares, hexágonos etc. Cada celdilla puede almacenar un valor numérico para un atributo, o un dato binario (0/1). El resultado es una matriz que puede estar o no georreferenciada y que compone una imagen. La imagen está georreferenciada cuando conocemos las coordenadas de una esquina de una de sus celdas, generalmente la superior izquierda de la superior izquierda. Conceptualmente es más simple, sencillo y rápido de implementar, es un modelo de datos orientado a áreas en que el mayor énfasis de la consulta se localiza en el contenido más que en los límites de esos espacios superficiales. Las operaciones booleanas son fácilmente incorporadas así como muchos tipos de simulación (impacto de lluvia ácida, variaciones de niveles de agua, etc.). El modelo de teselación se aplica muy bien en aplicaciones de investigación medioambientales. Los datos de satélite son de este tipo. En un SIG ráster, el volumen de almacenamiento es enorme; el análisis superficial y el cruce de información es más fácil, y la gestión de redes mas difícil. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 11

12 Existen extensiones del modelo ráster a tres dimensiones, para describir vetas de mineral en tres dimensiones, capas geológicas, etc., en las que se manejan los conceptos de voxel, área y volumen. Ejemplo de este tipo de información son, las imágenes procedentes de teledetección o las ortofotos georreferenciadas. - Modelos de elevación, modelos TIN. Los modelos TIN (Triangular Irregular Network) en tres dimensiones se pueden almacenar en formato ráster, asignando un valor de elevación a cada una de las celdas, o como una red irregular de polígonos (modelo TIN). En este caso la superficie se representa como un conjunto de triángulos formados a partir de puntos tomados irregularmente. Estos modelos son muy utilizados para el trazado de perfiles del terreno, cálculo de desmontes, modelos de elevación, zonas vistas y ocultas, etc. En la actualidad los sistemas compatibilizan los distintos modelos de datos, principalmente los modelos ráster y vectorial. El Sistemas de Información Geográfico Catastral (SIGCA2), permite superponer el parcelario vectorial sobre ortofotos georreferenciadas Atendiendo a los usos y aplicaciones a las que se destinan. Finalmente atendiendo a los entornos de aplicación y usos principales podemos agrupar los sistemas en los siguientes grandes grupos: - Análisis Socioeconómicos. - Censos y estadísticas. - Zonas de influencia y análisis de Mercados. - Geomarketing. - Geológicos, forestales, de cultivos. - Cartas batimétricas. - Administración y Gestión del territorio. - Catastro - Gestión urbanística. - Planificación y gestión de servicios públicos. - Defensa y seguridad. - Análisis de riesgos. - Trafico, gestión de rutas. - Servidores de mapas - Localización de servicios. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 12

13 3.4 Organización e implementación de un SIG Las principales fases de un proyecto SIG son las siguientes: Organización y planificación del SIG Arranca en primer lugar con una clara definición de objetivos y requisitos, que va a guiar todo el proyecto SIG. El siguiente paso será conseguir los recursos, tanto humanos como financieros, necesarios para la buena marcha del proyecto, y asegurar su continuidad en el tiempo. Por último, hay que incluir aquí, la coordinación entre el resto de las fases y la planificación previa de todas ellas Diseño del SIG Comprende el diseño de todas las fases que siguen a ésta, por lo que incluye un diseño del SIG en su estado final para explotación y actualización y un conjunto de especificaciones y requerimientos muy concretos para cada una de las fases previas Captura Conversión de la información de partida a formato digital. A menudo es necesario desarrollar alguna aplicación de captura que efectúe la conversión y realiza algunos chequeos sobre los datos recogidos Control de calidad Cada una de las fases debe llevar aparejada otra de detección y corrección de errores, cuyo fin es asegurar que las desviaciones del modelo frente a la realidad se mantienen dentro de los límites permitidos. Hay que incluir también aquí el estudio teórico de estimación de errores y su propagación, y la descripción final de calidad de los datos y resultados finales producidos por el sistema. El control de la calidad debe iniciarse desde la fase de Captura y acompañar a todas las fases siguientes Tratamiento o Manipulación Transformación de la estructura y propiedades de los datos capturados hasta que puedan ser gestionados por el sistema para obtener los resultados perseguidos. Suele conllevar una parte automática y otra interactiva. En la mayoría de los casos, los programas de tratamiento han de ser desarrollados a la medida, ya que las necesidades de cada proyecto suelen ser bien diferentes Almacenamiento y Gestión Carga de los datos en el sistema creando la organización física-lógica y mantenimiento del mismo dentro de un nivel de rendimiento aceptable, bajo el impacto de las aplicaciones de Análisis y Actualización. Incluye la optimización del sistema, el mantenimiento, la seguridad, estudios de ampliación de recursos informáticos, etcétera. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 13

14 3.4.7 Análisis Obtención de las respuestas deseadas, en la forma y bajo las circunstancias previstas, ante las consultas definidas en los objetivos del sistema. Los resultados que se esperan del sistema, pueden evolucionar en el tiempo, tanto en contenido como en forma, evolución que también debe ser prevista y planificada en la medida de lo posible. En ocasiones, esta fase incluye la modificación de la estructura físicológica de los datos y desarrollos adicionales, más o menos costosos, de estas aplicaciones Actualización Puesta al día periódica de los datos almacenados para que reflejen la evolución temporal que sufre el mundo real de manera continua. En algún caso extraordinario, esta fase no es necesaria, si se trata de un proyecto que persigue tan sólo la toma de una única decisión, como por ejemplo el emplazamiento de un acelerador de partículas, o el trazado ideal de un túnel intercontinental. 4. Campo de aplicación de los SIG. 4.1 Catastro Para la función que tiene encomendada la Dirección General del Catastro ha desarrollado un SIG denominado SIGCA2 (Sistema de Información Geográfica Catastral) que incorpora procedimientos para la toma de decisiones, y se compone por una parte de una BD del territorio que almacena la geometría y los atributos de las entidades geográficas, y por otra los procedimientos y las técnicas para recoger, procesar, actualizar, y redistribuir estos datos. Los datos están georreferenciados, lo que permite incorporar al sistema otros datos relacionados con el territorio para la gestión diaria de la organización. SIGCA2 es un sistema distribuido en las 52 Gerencias Territoriales del Catastro, y contienen la información cartográfica catastral en soporte vectorial, la información ráster disponible en ortofotos digitales o imágenes de satélite, y la información gráfica asociada a las parcelas definida en el formato FXCC 5 de los usos y destinos por plantas significativas [ficheros en formato DXF (Autodesk)], así como la fotografía de la fachada de los edificios [ficheros en formato JPG]. Permite la gestión de las entidades gráficas catastrales asociadas a los atributos alfanuméricos de las mismas. 5 FXCC: BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 14

15 4.1.1 Condicionantes. El objetivo de SIGCA2 es poner la cartografía catastral en formato digital en línea en las Gerencias Territoriales del Catastro, y adecuar el Sistema a las nuevas demandas de gestión de la información gráfica catastral. Para ello el sistema cuenta con las características que se han descrito en el apartado 3.1. Características de los SIG: - Almacena la cartografía digital garantizando su accesibilidad. - Garantiza el acceso concurrente de múltiples usuarios. Esto permite a técnicos de las Gerencias y personal de atención al público acceder a la cartografía desde el ordenador personal. - Destinado a usuarios finales no expertos, es de fácil uso para la gestión de la cartografía mediante aplicaciones tipo Windows, y la incorporan a su trabajo diario de la misma forma que utilizan herramientas del entorno Office de Microsoft. - Permite gestionar de forma integrada la información geográfica y alfanumérica. - Cuenta con un modelo de datos orientado a la gestión catastral, garantizando mecanismos de gestión y de actualización de las entidades correspondientes al parcelario catastral. Es un modelo común para el suelo rústico y urbano lo que garantiza la gestión integrada de ambas cartografías y facilita trasvases entre ambos tipos de suelo. - Permite navegar en manera continua por todo el territorio lo que supone la gestión de un mapa continuo entre suelo rústico y urbano, entre municipios colindantes y para el conjunto del territorio dentro del ámbito de gestión catastral. - Permite el intercambio de grandes volúmenes de información geográfica mediante el formato el FICC 6 (Formato de Intercambio de Cartografía Catastral), para ello cuenta con aplicaciones de carga, descarga y validación de dicha información; este formato debido al gran volumen de información que intercambia Catastro se ha convertido de facto en un estándar. También se puede intercambiar parcela a parcela mediante el formato FXCC Descripción Los desarrollos del actual SIGCA2 se iniciaron en el año 1.998, y su implantación en el año 2.000, a partir de este año todos los usuarios de las Gerencias Territoriales trabajan conectados al SIG utilizando la cartografía catastral en su trabajo diario. 6 FICC: (ANEXO 5) BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 15

16 Arquitectura física y lógica SIGCA2 tiene una arquitectura cliente-servidor, con un servidor de datos y clientes en equipos físicos diferentes. - Entorno físico La información cartográfica se almacena en servidores departamentales UNIX con alta capacidad de proceso y un volumen de almacenamiento de varios cientos de Gigas. Los programas clientes se ejecutan en ordenadores personales con Windows XP. Como dispositivos periféricos se incluyen escáneres, e impresoras color de pequeño y gran formato. Se soportan, aunque de manera residual tabletas y mesas digitalizadoras. La actualización de la cartografía se realiza principalmente a partir de edición en pantalla o por incorporación de ficheros en los formatos FICC y FXCC - Entorno lógico En el servidor con Sistema Operativo UNIX HPUX11 se almacena la información en una BD ORACLE y para el tratamiento, actualización, recuperación e indexación espacial de la información geográfica se utiliza el gestor de datos espaciales ARCSDE (ARC Spatial Data Engine) de ESRI. Los PC tienen instalado el componente ORACLE-Client, para acceso a los datos alfanuméricos y el componente MapObjects para acceso a los datos cartográficos, lo que permite acceder a los datos alfanuméricos y gráficos de manera separada y en caso de necesidad la parte alfanumérica (SIGECA) de la BD se pueden separar de la gráfica (SIGCA2) en equipos físicos diferentes. La aplicación SIGCA2 está desarrollada en el lenguaje Visual Basic. Para acceder al sistema existen varios perfiles de usuario: - Usuarios básicos generales que consultan, realizan trazados y emiten certificaciones gráficas. - Usuarios que actualizan la cartografía en línea con la BD, estos cuentan además con toda la funcionalidad anterior. - Administrador de la cartografía que realiza operaciones masivas como carga, descarga, actualización o borrado de un municipio completo, cambios masivos de atributos, análisis de consistencia con la información alfanumérica, etc Modelo de datos de la cartografía catastral. La cartografía se almacena en tablas de BD, en las que las entidades catastrales figuran como objetos de la BD, siendo la geometría de los objetos un atributo más de los mismos. BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 16

17 Por ejemplo, la estructura de la tabla parcela es la siguiente: Delegación Municipio Polígono Parcela Geometría Las coordenadas se almacenan en el sistema de proyección UTM (Universal Trasversa Mercator) en campos binarios blob (Binary Large Object) de ORACLE. Para cada objeto catastral se guarda el perímetro completo, por lo que los bordes de dos parcelas colindantes están duplicados. Todos los objetos de un mismo tipo de todo el ámbito de la Gerencia Territorial se almacenan en una misma tabla, por lo que se puede decir que se tiene un mapa continuo. Como la cartografía ha sido capturada por "trozos", (normalmente la urbana y la rústica de cada municipio de forma independiente) y para facilitar la gestión se guardar para cada objeto el "trozo" al que pertenece (en el modelo se llama "mapa"), con el fin de mantener la coherencia cartográfica de los objetos. Dentro de un mismo "mapa" los objetos deben tener perfecta coherencia cartográfica, pero entre dos "mapas" en el momento de la captura pueden existir superposiciones o huecos que poco a poco se van corrigiendo para tener el territorio continuo y casado. Tablas de entidades catastrales: - MASA: Contenedor de parcelas catastrales con la misma Referencia Catastral (RC) que la masa. Se corresponde con el concepto de manzana en ámbito urbano y de polígono rústico en suelo rústico. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el perímetro que determina su contorno. - PARCELA: Identificación de la superficie en función de la propiedad del suelo. Las parcelas catastrales, ya sean urbanas o rústicas. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el perímetro que determina su contorno. Las parcelas tienen que estar contenidas siempre en una masa y la masa siempre totalmente rellena de parcelas. - SUBPARCE: (Subparcelas) División del suelo de las parcelas en distintas zonas de cultivo diferentes. Por ejemplo, una parcela con una porción de secano y otra de regadío, tendrá dos subparcelas. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene su perímetro. Las subparcelas tienen que BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 17

18 estar contenidas siempre en una parcela y la parcela siempre rellena de subparcelas. - CONSTRU: (Construcciones) Contienen la separación de alturas edificadas de los edificios de las parcela. Por ejemplo, una parcela con una parte de jardín, otra parte construida con 8 alturas y un patio interior. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene su perímetro. Las construcciones tienen que estar contenidas siempre en una parcela y la parcela siempre rellena de elementos construcción (un solar es un recinto de la tabla construcción) 7. Diagrama entidad - relación MAPA 1 n MASA 1 n PARCELA 1 n SUBPARCELA 1 1 n CONSTRUCCION n Resto de entidades (ELEM LIN, ELEM PUN, ELEM TEX, e tc) Tablas de entidades cartograficas: - EJES: Tabla que almacenan ejes de calle y de vías de comunicación. El tipo de campo geométrico es línea - LIMITES: Tabla que contiene límites administrativos y línea de suelo de naturaleza urbana (SNU). El tipo de campo geométrico es línea - ELEMLIN: Contiene los elementos lineales de representación cartográfica. Resto de elementos lineales menos lo mencionado anteriormente. El tipo de campo geométrico es línea - ELEMTEX: Contiene la rotulación tradicional de la cartografía. El tipo de campo geométrico es línea y sobre ella se dibuja el rótulo - ALTIPUN: Elementos puntuales de altimetría. El tipo de campo geométrico es un punto - ELEMPUN: Resto de elementos puntuales excepto ALTIPUN. El campo geométrico es punto - HOJAS: Malla de las hojas de cartografías de urbana. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el rectángulo de la hoja cartográfica. Tablas instrumentales: - MAPA: Es el rectángulo máximo que contiene todos los elementos de cada una de las zonas con cartografía capturada de manera independiente. El tipo 7 Una parcela dentro del Suelo de Naturaleza Urbana suele tener solo construcciones pero puede contener a la vez subparcelas de cultivo y construcciones y lo mismo en suelo rústico BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 18

19 de campo geométrico es polígono y contiene el rectángulo máximo que enmarca a todos los elementos de ese mapa. - BLOQUEO: Tabla con la que se lleva un control de las ediciones de la cartografía: fecha, usuario, expediente en base al que se realiza el cambio. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene la poligonal definida por el usuario antes de editar con la extensión de la zona editada Tablas de entidades de Procesos de Valoración Colectiva (PVC): - MUESTRAS: Tabla que contiene Muestras de Mercado. El tipo de campo geométrico es punto - POLIGONO: Tabla que contiene los elementos que definen los polígonos de valoración. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el perímetro del polígono de valor. - SUNAU_N: Tabla que contiene el SNU vigente para el PVC. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el perímetro del SNU. - URBANIS: Tabla que contiene las urbanísticas vigentes para el PVC. El tipo de campo geométrico es polígono y contiene el perímetro de la urbanística - ZONVALOR_PON: Tabla que contiene las zonas de valor del PVC vigente. El tipo de campo geométrico es el perímetro de la zona de valor. - ZONVALOR_CCON: Tabla que contiene las zonas de valor del Catastro Continuo (Valoración continua del valor de referencia a mercado). El tipo de campo geométrico es el perímetro de la zona de valor. Además de estas tablas existen: SIM_MUESTRAS, SIM_POLIGONO, SIM_SUNAU_N, SIM_SUNAU_V (SNU antiguo), SIM_URBANIS, SIM_ZONVALOR, que contienen la información correspondiente a las arriba mencionadas y que se utilizan en simulación durante los trabajos de la ponencia Modelo de datos de la información ráster. SIGCA2 permite la visualización de imágenes a la vez que la cartografía vectorial. Las imágenes proceden de la renovación de catastro rústico y de convenios con otras Administraciones De la renovación del catastro rústico: - ortofotos digitales a partir de un vuelo fotogramétrico a escala 1: con resolución de entre 0,25 y 0,50 m/píxel - ortofotos históricas generadas en soportes tradicionales indeformables a partir de 1988 y escaneadas posteriormente. De convenios con otras Administraciones: BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 19

20 - ortofotos del PNOA 8, generadas por la Administración General de Estado y las Comunidades Autónomas. Dependiendo de la zona y de la Administración que lo ha producido existen varias escalas; para asegurar su continuidad se ha generado una malla regular a la que se adaptan los imágenes producidas; va desde escala 1: con resolución de 0,5 m/píxel a escala 1/8.000 y 10 cm/píxel para zonas urbanas - ortofotos SIGPAC 9, generadas por el Mº de Agricultura para el Sistema de Información Geográfica de parcelas agrícolas, a escala 1: y 1m/píxel - imágenes del satélite SPOT 10 etc. Las ortofotos son generadas en origen en formato TIFF 11 pero debido a lo voluminoso de este formato para el uso diario de trabajo en las Gerencias se comprimen a formatos de Er Mapper (.ecw) 12 y Lizartech (.sid) 13 que se pueden visualizar en SIGCA2. Las ortofotos se guardan en un directorio de un servidor Windows de ficheros, compartiéndose a todos los PC s de la Gerencia. En el servidor puede haber varios productos digitales de una misma zona (por ejemplo una ortofoto generada por el Catastro y otra por la Comunidad Autónoma, u ortofotos de distintas fechas históricas) así el usuario puede escoger cual visualizar dependiendo de las necesidades de su trabajo Modelo de datos de la información documental. Los datos de la información documental son ficheros en formato FXCC, formato compuesto por tres ficheros: -.asc de texto en formato plano contiene información general de la parcela: Referencia catastral, dirección y distinto tipo de superficies -.dxf contiene la información gráfica de la parcela, definida por la planta general y las distintas plantas significativas, cada una de ellas en una capa, con los usos y superficies -.jpg contiene una fotografía de la fachada del edificio. Los archivos de nombran con las 14 posiciones de la RC de la parcela y las extensiones arriba mencionadas y se guardan en una estructura de directorio que 8 Plan Nacional de Ortofotografía Aérea, para más información véase: 9 SIG de Política Agraria Común, véase: 10 SPOT, véase: 11 TIFF, véase: 12 ECW, véase: y 13 SID, véase: BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 20

21 de manera biunívoca asigna a cada parcela una única carpeta o directorio. Dentro de dicha carpeta se guardan los ficheros RC.asc, RC.dxf, RC.jpg Funcionalidad del SIG Pensada fundamentalmente para agilizar y facilitar el trabajo de la Gerencia está compuesto por un conjunto de aplicaciones interrelacionadas. Se han desarrollado funciones complejas como por ejemplo, que el usuario vea un mapa continuo, aunque haya cambios de huso UTM y/o desajustes debidos a cambio de elipsoide u otros. El programa hace los cambios de huso en tiempo real. Las principales funciones que realizan el conjunto de aplicaciones son: - Consulta, localización e identificación de bienes inmuebles en relación con los titulares catastrales de manera sencilla y directa por RC, dirección, NIF, expediente, etc o consultas avanzadas definidas por el usuario, tipo SQL 14 a los atributos de la información gráfica o a la información alfanumérica gestionada por SIGECA. - Carga, validación y descarga de ficheros de intercambio (FICC y FXCC) para difusión, venta, y colaboración interadministrativa. - Operaciones de actualización catastral en línea tales como: agregaciones, segregaciones, incorporación de nuevas reparcelaciones, trasvases de suelo naturaleza rústica a urbana y a la inversa. - Emisión en el acto de certificaciones gráfico-alfanuméricas. - Trazados de planos de cartografía catastral y planos de trabajo. - Mapas temáticos con valores de interés para los técnicos catastrales. - Posibilidad de editar y visualizar ficheros vectoriales y ráster como capa de fondo. - Georreferenciación de imágenes y ficheros vectoriales. - Utilidades de cruce para verificar la integridad de las referencias catastrales almacenadas por la información grafica y la alfanumérica con herramientas para visualización gráfica de los resultados del cruce. - Un conjunto de herramientas de operaciones SIG avanzadas como la unión, superposición, intersección etc. - Un conjunto de herramientas para los administradores del sistema como: borrado de un mapa completo, segregación de parte de la información de un mapa, fusión de dos mapas o actualización masiva de un determinado atributo. - Sistema de ayuda en línea, con la documentación de usuario completa. 14 SQL, véase: BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 21

22 La edición en línea Una mención espacial merece la edición en línea de la información gráfica por la trascendencia que tienen para mantener actualizada la BD. La filosofía de edición utilizada es la que mejor se adapta al modelo relacional, ya que cada objeto se manipula de manera independiente, como ocurre en cualquier BD alfanumérica, en lugar de tener que estar manteniendo relaciones topológicas entre los elementos como ocurre en muchos SIG. Las operaciones de edición permitidas sobre un objeto de parcelario dependen del nivel jerárquico al que pertenecen. (Masa - Parcela Subparcela y/o Construcción). Solo se pueden crear nuevos o borrar al nivel jerárquico superior (Masa) para el resto de los objetos solo se permite la unión y división. Una parcela se puede dividir en dos o más, para cambiar la posición de la linde se hace una segregación seguida de unión del trozo segregado a la parcela vecina. Todas las operaciones de mantenimiento se resuelven teniendo un motor topológico que verifica la integridad de los objetos antes de escribirlos en la BD Es muy fácil guardar la historia de la parcela, las parcelas editadas no se borran sino que se marcan como borradas, cambiando la fecha en que sufrieron la alteración; con esto se obtiene la cuarta dimensión: el tiempo. Así se puede reconstruir la evolución histórica. La coherencia topológica se asegura mediante transacciones simples de BD: la misma transacción que borra la parcela original es la que crea las dos nuevas parcelas en las que se divide. La jerarquía de objetos (Masa - Parcela Subparce y/o Construcción) permite que al crear la masa se cree una parcela que ocupa toda la manzana y una construcción (su suelo). Si en realidad hay más parcelas, éstas se deben crear por división de la parcela original. La división de un objeto se transmite a todos sus "hijos". También la unión de dos parcelas hace que las subparcelas de ambas queden como "hijas" de la nueva parcela. También se permiten otras operaciones de edición como: mover vértice, insertar vértice, etc. que verificarán la integridad de los objetos colindantes. El mismo sistema se utiliza con el resto de las entidades del SIG. El SIG lleva el control de las zonas editadas por cada usuario. Cada vez que un usuario va a editar, se solicita que marque la zona que va a editar y guarda su perímetro junto con el nombre del usuario, la fecha y el expediente en base al que BLOQUE III. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. TEMA 12 22