En esta lección se pretende estudiar cómo es y cómo se trabaja con la base de datos gráfica de los SIG vectoriales.

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1 LECCIÓN 28: BASES DE DATOS ESPACIAL EN EL MODELO VECTOR OBJETIVOS DE LA LECCIÓN: Conocer la base de datos espacial de un sistema vectorial. Comprender como se estructuran los datos y una aproximación a su manejo Aprender la organización de la base de datos espacial, y los aspectos fundamentales para el desarrollo de diversas funciones. 1.- INTRODUCCIÓN En esta lección se pretende estudiar cómo es y cómo se trabaja con la base de datos gráfica de los SIG vectoriales. Tal y como se dijo en la lección anterior, la diferencia entre los dos modelos conceptuales principales, el raster y el vector, se fundamenta precisamente en la concepción del espacio. El enfoque basado en objetos es un enfoque vectorial, mientras que el enfoque basado en propiedades es propiamente raster. El modelo conceptual vectorial presenta una serie de particularidades entre ellas podemos citar que cada objeto real del espacio debe ser representado por alguna de las tres entidades básicas: punto, línea, polígono. Tal y como se muestra en la figura los objetos reales que pueden ser representados por cada entidad son de naturaleza muy variada. En este caso, el concepto de precisión cambia, y la precisión con la que se representan los objetos reales suele ser mucho mayor que en el caso del modelo raster. Los objetos reales que se representarán por puntos son todos aquellos objetos espaciales que no tengan dimensión o cuya dimensión sea despreciable a efectos del estudio en cuestión, es decir, se trata de elementos que tienen una determinada posición, pero no tienen longitud ni anchura. Veamos un ejemplo, un UNIDAD II: Estructuración de la información. 1 de 10

2 pozo de extracción de agua: este elemento espacial tiene evidentemente unas dimensiones, no es adimensional, pero a efectos del estudio, sus dimensiones planas (diámetro) no nos interesan, y su dimensión en altura o cota se almacena como un atributo, es decir, lo que interesa es asociar a una determinada posición del espacio unas características como: profundidad, caudal máximo disponible, caudal extraído etc., independientemente de que el pozo tenga 50, 60, o 100 cm. de diámetro, esa característica espacial no es relevante en el estudio PUNTOS Pozos Estación Base Transformadores Árboles LÍNEAS Líneas de nivel topográficas Cursos fluviales Redes de Servicios (agua, saneamiento, telefonía etc.) POLÍGONOS Zonas de influencia Parcelas físicas o administrativas Superficies edificadas Figura Entidades básicas en un SIG vectorial De forma semejante, se representarán por entidades lineales aquellos objetos reales cuyas características significativas sean una dimensión predominante respecto a las demás, así, suelen ser representados por entidades líneas los siguientes objetos reales: cursos fluviales, carreteras, líneas de redes de servicio como gas, telefonía, electricidad, tuberías de agua, saneamiento, y un largo etc. Los polígonos se utilizarán para representar objetos cuya dimensión superficial sea importante, es decir, que tienen al menos dos dimensiones representativas. UNIDAD II: Estructuración de la información. 2 de 10

3 Estas entidades representan objetos reales, que lo son en la medida en que representan un objeto que tiene un siginificado en el mundo real, aunque no sean propiamente objetos reales ; así no son propiamente objetos reales los límites administrativos, pero nadie duda de la realidad de una provincia, término municipal, país, distrito electoral etc. Como ya se ha indicado al hablar de la creación del modelo conceptual (ver Lección 27, epígrafe 2) existe una interpretación de la realidad para representarla en el SIG, y esta interpretación condicionará que un tipo concreto de entidad represente o no a un objeto real (ver el ejemplo de la figura 27.2). Aunque como digo, es ese proceso de interpretación y no otra cosa lo que condiciona realmente la representación de los objetos reales por un tipo u otro de entidad vectorial, puede se de utilidad realizar una reflexión sobre la escala a la que se van a representar, o son tratados los objetos reales. Así, si pensamos en un árbol, podemos dudar en representarlo como un punto o como una superficie, ya que incluso en el supuesto en que nos resulte de interés la medición de la supeficie de proyección de copa, este dato puede venir expresado como un atributo, pues bien, si la escala de representación va a ser 1: la duda se disipa, ya que un árbol de tamaño mediano grande tiene una proyección de copa de aproximadamente 10 mts de diámetro, que a la citada escala vienen representados en el mapa por una circunferencia de un milímetro de diámetro, luego es evidente que el tratamiento de este objeto debe realizarse, en este caso, a través de entidades puntuales. Conviene, a pesar de lo dicho, indidir una vez más en que deberán ser los objetivos y los productos de información a obtener los que condicionen todo el proceso de diseño y tratamiento del sistema, ya que incluso la escala, puede ser modificable. Una de las grandes ventajas de los SIG vectoriales consiste precisamente en que no se trabaja a una escala condicionada, sino que en función de la precisión con la que se ha obtenido cada dato y el nivel de detalle de la información aportada para la consideración de cada objeto se puede elegir la escala de trabajo, pudiendo realizar cambios de escala significativos en el mismo sistema según el producto a obtener o el tratamiento a realizar. Este es un concepto imposible en la concepción tradicional de la cartografía, donde la escala del mapa UNIDAD II: Estructuración de la información. 3 de 10

4 condiciona todo el trabajo, y dificil de transladar a un SIG raster, ya que la precisión del sistema es inherente a la toma de datos en cada celdilla. 2.- MODELO LÓGICO DE LA BASE DE DATOS VECTORIAL De forma semejante a cómo se hizo en la lección anterior para el modelo raster, en esta concretaremos el modelo lógico del vectorial, estudiando los convencionalismos propios de este modelo, hasta construir completo el modelo lógico de una base de datos SIG. Así, y como siempre, en función de las componentes geográficas, el modelo genérico sería: Objeto real Entidad gráfica Agua Calles 54 Gas Enlace biunívoco Identificador Material Tipo 54 pvc 2º TABLA DE ATRIBUTOS Figura Relación biunívoca entre entidad gráfica y registro en tabla de atributos. UNIDAD II: Estructuración de la información. 4 de 10

5 Base de datos temática o de atributo: se capturan las propiedades que interese estudiar para cada objeto real, y se almacenan en una o varias tablas, que se relacionan biunívocamente con la entidad gráfica que representa a dicho objeto. Esta relación se realiza a través de un campo único, el identificador, presente en cada tabla. Ver figura 28.2 En caso de ser una sóla tabla se denomina Tabla de Atributos. En algunos sistemas, esta tabla de atributos almacena también los atributos o características gráficas de las entidades, que se verán luego. Base de datos gráfica o espacial: a su vez se distinguen varios componentes que son: o Localización: se realiza para cada elemento gráfico del sistema a representar, es decir, en el caso del modelo vectorial, para cada entidad que representa un objeto real. Así, la localización geográfica de un pozo vendrá dada por las coordenadas del punto que lo representa; la de un tramo de tubería por las del punto inicial y final de la línea asociada, y las de un término municipal vendrán definidas por los segmentos de línea que componen su perímetro, y a su vez cada una de ellas vendrán dadas por su punto inicial y final. Como se ve, la localización de todas las entidades, al final, se reduce a guardar coordenadas de puntos. Ver figura o Propiedades de la entidad: en este caso cada entidad posee sus propiedades gráficas peculiares; así, un punto es adimensional, una línea posee como característica la longitud, y un polígono tiene propiedades gráficas características el área y el perímetro. Todas ellas se almacenan y describen en la Tabla de Propiedades. UNIDAD II: Estructuración de la información. 5 de 10

6 LOCALIZACIÓN DE PUNTOS identificador X Y LOCALIZACIÓN DE LÍNEAS 1 4 identificador inicio final Figura Tablas de localización de puntos y líneas. o Relaciones espaciales: como se ha indicado anteriormente, las relaciones espaciales entre objetos reales son muy variadas y complejas. Según sean estas, se crean una serie de relaciones entre las entidades gráficas que se describen y almacenan en una seríe de tablas. Hay fundamentalmente dos tipos, las relaciones topológicas y las relaciones geométricas. Las primeras se miden cualitativamente, y se almacenan de forma fija en el sistema (conectividad,contigüidad etc.), la mayoría de las segundas son calculadas a petición del usuario de forma cuantitativa e interviene además algún criterio o parámetro (a menos de 100 mts. de un colegio, próximo, a menos de 5 minutos de una parada de autobus etc.). Como se ha dicho las UNIDAD II: Estructuración de la información. 6 de 10

7 relaciones topológicas son la base de los análisis geográficos que se pueden realizar, un sistema SIG que no maneja relaciones topológicas tiene muy limitadas sus capacidades de análisis y de generación de nueva información. Según NCGIA (1990), una estructura de datos es topológica cuando almacena una o más de las siguientes relaciones: conectividad de los arcos en las intersecciones, existencia de conjuntos ordenados de arcos formando los límites de los polígonos, relaciones de contigüidad entre polígonos. En la práctica, podemos decir que para la creación de la topología arco-nodo y arco polígono es imprescindible que existan las siguientes relaciones: Conectividad: dos o más arcos están conectados en un punto Dirección: saber donde comienza un arco y donde termina Adyacencia: conocer si dos polígonos están al lado o no. Como se estudiará más adelante, la existencia de estas aparentemente sencillas relaciones topológicas va a permitir la realización de complejos análisis geográficos. Aunque pueden explicarse de forma teórica para mayor facilidad, se utilizará un ejemplo mediante el cual se ilustrarán las topologías arco-nodo y arco-polígono. NODOS ARCOS 1 2,3 2 3,4,9 3 4,5 4 1,2,8 5 8,9,10 6 1,7 7 6,7,10 8 5,6 ARCOS NODO ORIGEN NODO FINAL Figura Creación de topología arco-nodo En la figura 28.4 se representa un ámbito con tres polígonos cerrados. Las tablas que aparecen en dicha figura definen la topología arco-nodo. Suponemos que los arcos UNIDAD II: Estructuración de la información. 7 de 10

8 (con numeración de color rojo) representan ejes de calles del casco de una ciudad, así, podremos comprobar sobre la figura cada una de las propiedades topológicas: Conectividad: dos o más arcos están conectados en un punto, por ejemplo los arcos 8,9,10 están conectados en el nodo 5. Las tablas de topología contienen esta información, ya que en la tabla de nodos en el registro correspondiente al nodo 5 aparecen relacionados con el precisamente los arcos 8,9,10, y en la tabla de arcos el arco 8 comienza en el nodo 5, el arco 9 acaba en el nodo 5 y el arco 10 también acaba en el nodo 5. Dirección: saber donde comienza un arco y donde termina, por ejemplo, el arco 8 comienza en el nodo 5 y acaba en el nodo 4 y no al contrario. Estas tablas adquieren importancia si se piensa por ejemplo en cualquier análisis de tráfico: se puede determinar el camino más corto entre un punto y otro, así: en la tabla de propiedades de los arcos se tiene calculada su longitud y asignado un atributo de doble dirección o dirección única, con estos datos y las tablas de topología se pueden averiguar los caminos que es posible seguir y cuanto miden, por lo que podemos obtener el más corto. POLIGONOS ARCOS 1 2,3,8,9 2 4,5,6,9,10 3 1,7,8,10 ARCOS NODO NODO POL. POL. ORIGEN FINAL IZQ. DCHA * * * * * * * Figura Creación de topología arco-poligono El símbolo * representa el polígono universal, que consiste en una abstracción inventada para darle continuidad al espacio vectorial de polígonos, ya que no hay nada al otro lado del perímetro exterior, esa nada viene representada por el polígono universal. UNIDAD II: Estructuración de la información. 8 de 10

9 Como puede observarse en la figura 28.5 las tablas de topología arco-polígono completan las de topología arco-nodo, y queda definida la tercera relación topológica: Adyacencia: conocer si dos polígonos están al lado o no: por ejemplo, el polígono numero 2 es adyacente con los polígonos 1 y 3 a traves de los arcos 9 y 10. Conviene recordar que además podremos realizar operaciones complejas si relacionamos esta información con la tabla de propiedades de los arcos, ya que en ella están almacenadas variadas informaciones, sin ir más lejos la propia longitud de los arcos o cualquiera de sus características. Aunque se ha utilizado un solo ejemplo para ilustrar la creación de ambas topologías, lo normal es que no sea necesario crear ambas topologías simultaneamente sobre un mismo grupo de entidades, así, por ejemplo, la topología arco-nodo es útil en los análisis de redes, y se suele aplicar sobre conjuntos de arcos cuya definición es lineal, se crea topología arco-nodo sobre carreteras, ríos, redes de comunicación etc.. Sin embargo, aunque existe un conjunto de arcos, no tiene sentido crear topología arco-nodo sobre los arcos que representan los perímetros de los polígonos de vegetación o de usos del suelo, en este tipo de casos se crea la topologia arco-nodo como paso previo a la topología arco-polígono que es la que verdaderamente se necesita. La topología arco-polígono sólo es posible crearla sobre un conjunto de arcos que forman polígonos perfectamente cerrados, por lo que no puede crearse esta topología sobre los arcos de una red fluvial por ejemplo. UNIDAD II: Estructuración de la información. 9 de 10

10 RESUMEN: El modelo conceptual vectorial presenta una serie de particularidades entre ellas podemos citar que: Cada objeto real se representa por una entidad en el sistema que tiene que ser de alguno de los tipos básicos:: punto, línea, polígono. Las características o propiedades de los objetos se expresan en campos de contenido alfa-numérico que se almacenan en tablas Existe un número identificador a través del cual se relacionan biunívocamente entidad gráfica y tablas de propiedades. Todo este modelo se concreta en una base de datos que puede describirse genéricamente como sigue: BASE DATOS GEOGRÁFICA: Temática o de Atributos Gráfica o Espacial o Localización o Propiedades o Topología o Geometría Cada una de estas partes almacena una información concreta, a saber: ATRIBUTOS: se almacenan las propiedades temáticas de los objetos a través de variso campos en una tabla de atributos LOCALIZACIÓN: almacena coordenadas del espacio PROPIEDADES: las intrínsecas a las entidades: del punto solo coordenadas, de arcos la longitud y de polígonos areas y perímetros. TOPOLOGÍA: se almacenan las relaciones topológicas entre los objetos mediante campos y registro en una tabla, siendo así que de forma genérica se pueden expresar: o Conectividad: dos o más arcos están conectados en un punto o Dirección: saber donde comienza un arco y donde termina o Adyacencia: conocer si dos polígonos están al lado o no. UNIDAD II: Estructuración de la información. 10 de 10