TEMA 3: NATURALEZA DE LOS DATOS GEOGRÁFICOS OBJETIVOS DEL TEMA:

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1 TEMA 3: NATURALEZA DE LOS DATOS GEOGRÁFICOS OBJETIVOS DEL TEMA: Comprender la naturaleza específica de los datos geográficos. Conocer las diferencias fundamentales entre datos digitales y analógicos. Saber establecer las diferencias conceptuales entre datos, información y conocimiento. Evaluar las particularidades de la representación digital del territorio. Diferenciar entre el modelo conceptual de representación del territorio del modelo lógico. Conocer diversas fuentes de datos a utilizar en los SIG. 1.- NATURALEZA DE LOS DATOS GEOGRÁFICOS Ya hemos explicado que los datos de un sistema de información geográfica son la manera de realizar una representación simplificada de la realidad territorial. Al abordar cualquier proyecto SIG siempre se plantea como una de las cuestiones fundamentales la forma de representar esta realidad territorial dentro del sistema. Es claro que la realidad territorial es muy compleja y frecuentemente continua, siendo poco menos que imposible representarla de manera exhaustiva, por lo que surge la necesidad de simplificarla, de discretizarla, de modelizarla previamente, de comceptualizarla y de representarla, de manera que esta simplificación sea capaz de describir la realidad de la forma necesaria para que el sistema sea capaz de realizar todas las funciones para las que ha sido diseñado. Por otra parte, los datos que sirven para esta representación simplificada tienen una naturaleza específica y requieren de una sintaxis y unos procesos de tratamiento propios.

2 Antes de entrar en ninguna otra disquisición, deberíamos establecer la diferencia entre datos, información y conocimiento; los datos son la representación concreta de hechos y constituyen el antecedente necesario para el conocimiento de un fenómeno. La información se obtiene de los datos para una finalidad determinada y es siempre fruto de un proceso interpretativo. Por ejemplo, en un SIG vectorial podemos representar una calle mediante una línea o mediante polígonos, a la línea podremos asignarle características tales como nombre, dirección, resistencia al flujo de vehículos a través de ella, longitud, etc., y por tanto podremos obtener información del tiempo que un vehículo circulando a una determinada velocidad tarda en atravesarla. Si la representamos como un polígono, podríamos asociarle datos como el nombre, la superficie, el perímetro, el tipo de asfaltado, el estado del firme, etc., y podremos obtener información del volumen de asfalto necesario para renovar el firme. Con la primera forma de representación podremos realizar la gestión del tráfico en una ciudad, mientras que con la segunda podremos realizar la gestión del mantenimiento urbano. La información geográfica, por tanto, se obtiene de la base de datos creada con una finalidad determinada y dicha base resulta de un proceso interpretativo conducido por el usuario. Esta información debe ser obtenida a través de varios medios, habilidades o técnicas basadas en nuestro conocimiento. TIPOS DE DATOS S.I.G. Datos geográficos Información analógica Información digital formato raster formato vector Datos α-numéricos Información analógica Información digital

3 Fig. II Tipos de datos geográficos A diferencia de otros tipos de datos, los datos geográficos tienen una naturaleza combinada que los hace particulares y les confiere por un lado un atractivo especial y por otro una dificultad añadida. Las características esenciales de los datos geográficos son cuatro: posición, atributos temáticos o descriptivos, relaciones espaciales y tiempo. 2.- DATOS ANALÓGICOS FRENTE A DATOS DIGITALES Durante siglos, el mapa analógico en soporte papel, ha sido el único medio de representación de los datos geográficos. El mapa contiene gran cantidad de datos y de una forma u otra recoge las cuatro características descritas, especialmente en los casos de los mapas topográficos. El mapa analógico ha sido el medio de representación territorial por excelencia, pero ha sido superado por el mapa digital. Los mapas analógicos ofrecen una vista estática y rígida del territorio, mientras que los SIG permiten manejar e integrar múltiples enfoques, distintos y complementarios. El mapa analógico contiene gran cantidad de datos, y no es fácil extraer una selección de ellos, mientras que un SIG puede seleccionar las partes necesarias en base a criterios como proximidad, tamaño, forma, posición y atributos temáticos. Además, la representación de los resultados es independiente de la bases de datos, pudiendo generar nuevos mapas en pocos minutos. En conclusión, la llamada transición hacia el espacio digital (Tomlinson, 1989), está suponiendo la creación de representaciones cada vez más inteligentes y sofisticadas del territorio. 3.- LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA DIGITAL Como hemos visto anteriormente, existen múltiples formas de representar y organizar los datos geográficos, y de elaborar información a partir de ellos. Deben establecerse, por tanto, principios, formalismos y modelos

4 espaciales que se concretan para cada uno de los diferentes programas SIG existentes. Los principios deben establecer los conceptos fundamentales que guían la organización de la información. Uno de los principios es la distinción entre datos gráficos y datos temáticos o de atributo. Otro es la utilización de un número limitado de elementos gráficos para representar entidades geográficas, siendo las esenciales el punto, la línea y el polígono. Los formalismos son las reglas lógicas y matemáticas de representación y organización de los datos geográficos en la base de datos. Uno de los formalismos mas frecuente es el tratamiento de los datos gráficos y de atributo por separado, siendo muchas veces almacenados y gestionados en bases de datos distintas pero interrelacionadas. El grado y tipo de interrelación entre ambas bases de datos puede variar en cada programa SIG. Por modelos entendemos la forma operativa concreta de representación del territorio, lo que depende del nivel de desarrollo de la tecnología y de las prestaciones de los programas SIG. Existen dos modelos fundamentales que son el modelo raster y el modelo vectorial. Los tres elementos expuestos, principios, formalismos y modelos, definen la posibilidad de representar la realidad territorial. Todos ellos intervienen en una secuencia que comienza por la percepción de la realidad y termina con el almacenamiento de millones de bytes en soportes físicos de almacenamiento, como el disco duro del sistema. Previamente al paso del proceso de representación del territorio en el sistema de información, son necesarios hacer algunos tratamientos anteriores a la digitalización. La metodología para la organización de la información geográfica es un proceso que podemos dividir en cuatro fases. La primera fase es la selección de una parte de la realidad, de acuerdo a los propósitos del usuario y de los medios técnicos para realizarlo. La realidad

5 puede ser vista desde distintos puntos, como muestra la figura a siguiente. Cada visión puede ser descompuesta en varios grupos de información temática que tengan algo en común entre ellos, por ejemplo la red viaria, la red hidrológica, la población, etc. Visión A Fase digital Realidad geográfica Visión B Modelo conceptual Modelo lógico Visión C Modelo físico Fig. I Proceso de representación del territorio en un SIG: visión de la realidad, modelización conceptual, modelización lógica y modelización física. La segunda fase es la representación conceptual, es decir, la síntesis de las visiones parciales, y como su nombre lo indica, es conceptual, por tanto es anterior a la entrada de datos en el sistema. El resultado de la representación conceptual es un modelo de la realidad lo suficientemente simple para que sea captado posteriormente por el modelo lógico, pero lo suficientemente complejo para dar cabida a las visiones parciales de la realidad. Aquí aparece la elección del tipo de modelo conceptual, que puede ser de dos grandes clases: raster y vectorial. La tercera fase del proceso es la representación lógica, en la cual se traduce la organización conceptual precedente a un formato más práctico y operativo, distanciado del lenguaje humano pero perfectamente comprensible por el sistema. Es aquí donde se inicia el tratamiento informático. Los datos

6 cartográficos se reducen en última instancia a puntos, sea cual fuere el modelo conceptual elegido (raster o vector), que interconectados pueden resultar en líneas que a su vez forman polígonos. Los puntos, líneas y polígonos se entienden por tanto como pares de coordenadas agrupables y secuenciables. Los datos temáticos de las entidades geográficas consisten en valores, códigos e identificadores organizados en matrices, perfectamente interrelacionados con los datos cartográficos. También aquí los datos acaban reduciéndose a dígitos o a grupos de dígitos. En último lugar, el modelo físico o interno traduce y organiza el modelo lógico a bytes, y no es relevante para nuestro propósito. 4.- MODELIZACIÓN CONCEPTUAL DEL TERRITORIO. La modelización conceptual del sistema debe establecer un difícil equilibrio entre los diferentes puntos de vista y la necesaria simplificación del modelo lógico ENTIDADES Y OBJETOS El primer paso en la representación es la identificación de las entidades espaciales a representar, entendiendo por entidad un fenómeno de interés para el mundo real que no puede ser dividido en fenómenos del mismo tipo (DCDSTF, 1998). Por ejemplo, la entidad casa no puede descomponerse sino en otros tipos de entidades, como las entidades habitaciones. Las entidades pueden formar clases, fenómenos que guardan algo en común, como las carreteras, los ríos o las viviendas unifamiliares. La representación total o parcial de una entidad geográfica en la base de datos digital se denomina objetos geográficos, los cuales pueden ser también de varios tipos. Según los estándares recomendados por el DCDSTF (1989) existen cuatro tipos de objetos geográficos: punto, línea, área y volumen. Un punto es un objeto con posición, pero sin dimensión. Una línea es un objeto unidimensional,

7 compuesto por dos o más puntos. Un área es un objeto bidimensional que ocupa una superficie, delimitado por un perímetro formado por líneas. Un volumen es un objeto tridimensional delimitado como mínimo por dos objetos superficiales. Una determinada entidad geográfica estará representada por una clase de objetos geográficos para un propósito determinado, para cualquier otro propósito podrá representarse por otra clase de objeto geográfico. 0 D PUNTO LÍNEA ÁREA VOLUMEN Objeto con posición y sin dimensión Objeto unidimensional que une dos o más puntos Objeto bidimensional, que ocupa una superficie delimitada por un perímetro formado por líneas Objeto tridimensional delimitado como mínimo por dos objetos superficiales. 1 D 2 D 3 D Fig. I Tipos de objetos geográficos INTERRELACIONES DE LAS ENTIDADES Las entidades geográficas mantienen relaciones con otras entidades geográficas, sean de la misma clase o de otra distinta, y las propias clases de entidades sostienen también relaciones entre sí. Por ejemplo, la entidad casa unifamiliar sostiene la relación propiedad de con la entidad propietario. Este es el principio conocido como entidad - relación que es muy común en las disciplinas informáticas y es de gran utilidad para la representación conceptual del territorio. Este principio tiene dos grandes utilidades en el campo de los SIG: la primera para expresar las interrelaciones geométrico espaciales de los objetos / entidades, es decir, la topología, y la segunda para expresar las

8 interrelaciones temáticas entre las entidades. La primera utilidad es común en los SIG vectoriales, mientras que la segunda es utilizada en los SIG vectoriales orientados a capas, pero sobre todo en los orientados a objetos. Las interrelaciones entre entidades/objetos se establecen mediante la topología. La topología es una especialidad de la matemática que trata las propiedades transcendentes de las entidades, a pesar de las distorsiones que se produzcan. Propiedades como las distancias, los ángulos y la proximidad cambian, pero otras como la adyacencia o la esencia unidimensional, bidimensional o tridimensional de los objetos se mantienen a pesar de las distorsiones posibles. Estas últimas son las propiedades propiamente topológicas (Goodchield y Kemp, 1990b, p.i-12-6). En la terminología de los SIG el significado del término topología expresa que se han identificado y almacenado en la base de datos ciertas interrelaciones geométricas entre los objetos. Ello incluye comúnmente la conectividad de segmentos, las intersecciones, las intersecciones, la secuenciación ordenada del grupo de segmentos que forman un polígono y las relaciones de adyacencia entre áreas. La estructuración topológica tiene como objeto principal formar objetos geométricos a partir de un conjunto de líneas aisladas. El resultado es una definición precisa de los objetos y de sus relaciones con otros objetos, de manera que obtenemos un enfoque consistente y preciso de la realidad geográfica. La estructuración topológica es, por tanto, un factor determinante de la llamada inteligencia espacial geométrica que incorporan los programas SIG, ya que es el primer paso para añadir inteligencia a los mapas digitales. Las interrelaciones topológicas no son manejadas tan eficientemente por los SIG raster, ya que este modelo representa la realidad mediante una matriz de pixels. En el valor y la posición del pixel se encuentra implícita un cierto grado de topología, entendiéndose que los que son contiguos y tienen el mismo valor, son un mismo objeto. Este cierto grado de topología raster no permite representar realmente las interrelaciones, a pesar de que es capaz de establecer algunas propiedades topológicas.

9 4.3.- GEORREFERENCIACIÓN La georreferenciación o geocodificación de los datos geográficos es un proceso que permite determinar la posición de una entidad geográfica en la superficie terrestre de forma directa o indirecta. La georreferenciación directa se sirve de un sistema de proyección y un sistema de coordenadas que representan el geoide terrestre (tridimensional) para transformarlo en un plano cartográfico (bidimensional). Este tipo de georreferenciación es continua y que son posibles todos los valores decimales, aunque puede discretizarse en función de la capacidad de almacenamiento del sistema. El modelo raster es un caso claro de georreferenciación directa, basado en coordenadas y en principio continua, que en la practica se convierte en una georreferenciación discreta, ya que el pixel representa un cuadrilátero de dimensiones fijas, discretas, que actúan como unidad de medida lineal y superficial indivisible. La georreferenciación discreta es mucho más simple y por tanto tiene una mayor aceptación ya que permite la integración directa de bases de datos temáticos. Existen diversos tipos de georreferenciación discreta, pero la más usada es la que utiliza la dirección postal y los distritos postales, estas permiten con una base gráfica digital diseñada adecuadamente, y una base de datos que contenga los nombres y la numeración de las calles, georreferenciar en pocos minutos las enormes bases de datos alfanuméricas de organizaciones como bancos, seguros o empresas de servicios, en base a la dirección postal de sus clientes. 5.- MODELIZACIÓN LÓGICA DEL TERRITORIO La conversión de las entidades geográficas del mundo real a sus representantes en la base de datos, los objetos geográficos, implica una serie de formulismos lógico-matemáticos que en su conjunto forman la modelización lógica.

10 4.690 P2 ID Coord. x Coord. y Color Símbolo P1 P2 P P1 P3 PUNTO P2 L3 L1 P1 P27 L2 P3 P4 ID Inicio Final Color Grosor Símbolo L1 L2 L3 P1 P27 P27 P2 P4 P LÍNEA Fig. I Representación lógica de puntos y líneas en la base de datos del modelo vectorial. Los objetos geográficos se almacenan como datos gráficos en un registro o fila de una matriz de la base de datos, ya sea punto, línea, o una etiqueta de texto. DATOS GRÁFICOS REPRESENTACIÓN SIMPLIFICADA DEL MUNDO REAL Contienen información gráfica de los elementos geográficos Forma geométrica Área Perímetro Longitud Localización geográfica Relación topológica con otros elementos geográficos Adyacencia o contigüidad Pertenencia Conectividad Etc... Fig. I Datos gráficos

11 Los datos de atributo o características de los elementos se almacenan y gestionan en una base de datos alfanumérica convencional. Ambas bases de datos pueden relacionarse, de forma que cada objeto se corresponda con un registro de la base de datos alfanumérica. DATOS α-numéricos CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS GEOGRÁFICOS Describen los elementos geográficos a través de la cuantificación o cualificación de los atributos (características) que dichos elementos poseen Localización geográfica ( coordenadas ) Propiedades espaciales longitud, área, perímetro pendiente, orientación, cota, microrelieve, etc... Relaciones espaciales proximidad Atributos temáticos Atributo tiempo Fig. I Datos de atributo o datos temáticos. RESUMEN DEL TEMA 3 Los datos de un sistema de información geográfica son la manera de realizar una representación simplificada de la realidad territorial, que es compleja y generalmente continua, por lo que se hace necesario simplificarla según una modelización conceptual. Los datos son la representación concreta de hechos y constituyen el antecedente necesario para el conocimiento de un fenómeno. La información se obtiene de los datos para una finalidad determinada y es siempre fruto de un proceso interpretativo.

12 Las características esenciales de los datos geográficos son cuatro: posición, atributos temáticos o descriptivos, relaciones espaciales y tiempo. Existen múltiples formas de representar y organizar los datos geográficos, y de elaborar información a partir de ellos, por lo que deben establecerse principios, formalismos y modelos espaciales. Los principios deben establecer los conceptos fundamentales que guían la organización de la información. Los formalismos son las reglas lógicas y matemáticas de representación y organización de los datos geográficos en la base de datos. Por modelos entendemos la forma operativa concreta de representación del territorio. La metodología para la organización de la información geográfica es un proceso que podemos dividir en cuatro fases. 1. Selección de una parte de la realidad. 2. Representación conceptual. 3. Representación lógica. 4. Generación del modelo físico. El primer paso en la representación es la identificación de las entidades espaciales a representar, entendiendo por entidad un fenómeno de interés para el mundo real que no puede ser dividido en fenómenos del mismo tipo. La representación total o parcial de una entidad geográfica en la base de datos digital se denomina objeto geográfico, los cuales pueden ser también de cuatro tipos: Punto. Línea. Área. Volumen.

13 Las entidades geográficas mantienen relaciones con otras entidades geográficas, sean de la misma clase o de otra distinta, y las propias clases de entidades sostienen también relaciones entre sí, según un modelo conocido como entidad - relación que es muy común en las disciplinas informáticas y es de gran utilidad para la representación conceptual del territorio. Las interrelaciones entre entidades/objetos se establecen mediante la topología. La georreferenciación o geocodificación de los datos geográficos es un proceso que permite determinar la posición de una entidad geográfica en la superficie terrestre de forma directa o indirecta. La conversión de entidades geográficas del mundo real a sus representantes en la base de datos, los objetos geográficos, implica una serie de formulismos lógico-matemáticos que en su conjunto forman la modelización lógica. Los objetos geográficos se almacenan como datos gráficos en un registro de la base de datos geográfica, los datos de atributo o características de los elementos se almacenan y gestionan en una base de datos alfanumérica convencional. Ambas bases de datos pueden relacionarse, de forma que cada objeto se corresponda con un registro de la base de datos alfanumérica.