Sistemas de Información Geográfica. Modelos de datos de un SIG El modelo vector. Miguel Ángel Sanz Santos

Transcripción

1 Sistemas de Información Geográfica Modelos de datos de un SIG El modelo vector

2 Indice: Fundamentos Estructura de los datos vector Representación de las variables geográficas y los elementos Variables cualitativas y cuantitativas Punto, recta y área Operaciones básicas Ventajas e inconvenientes del formato raster

3 Fundamentos El modelo vectorial constituye una codificación de los datos geográficos en la que se representa una variable geográfica por su geometría, independientemente de su escala y son almacenados con un formato digital fácilmente convertible en un dibujo; las porciones del territorio y su representación digital suelen constituir una lista de coordenadas de puntos y vértices que definen la geometría de los elementos Su codificación se realiza a través de una base de datos de tipo relacional asociada a la representación gráfica Identificador Perímetro Área Localizador Código Color Etiqueta FF11B1 Calizas

4 Las características de los modelos vectoriales son: Se debe distinguir entre lo que se representa y que se denomina entidad, la cual puede ser un elemento físico real (casa, lago, ciudad, ) o un elemento sin representación física real ( catastro, censo, ), de objeto que es la representación digital que hacemos de la entidad (punto, linea, polígono) Los elementos representados pueden ser independientes de la escala, si bien a escalas diferentes son representados con objetos distintos; por ejemplo una ciudad a escala 1: es representada como un punto y 1: como un polígono Las propiedades o atributos distintivos son los criterios de diferenciación geográfica Entidad Catastro; división parcelaria del municipio X Objeto Salamanca (1: ) Salamanca (1:50000) Id Situación x Situación y Característica 1' Característica 2' Limos Caliza Marga s scaliza sarenas Limos

5 En el modelo de datos vectoria hay que hacer una diferenciaón clara entre dos conceptos, por un alado tenemos la estructura de datos, es decir la forma en que se guarda la información gráfica Por otro lado diferenciaremos lo que se denomina topología, o la relación entre los diferentes elementos que componen la cartografía Se dice que una estructura de datos es topológica cuando almacena una o más de las siguientes relaciones 4 : Conectividad de los arcos en las intersecciones Existencia de conjuntos de arcos formando los límites de los polígonos Relación de contiguidad entre los polígonos En el caso en el ninguna de estas relaciones se forme, se dice que la estructura de datos es exclisivamente cartográfica y no dispone de tología Muchos programas de CAD tienen características cartográficas, pero no topológicas

6 Entenderemos por topología la creación de asociaciones entre entidades gráficas En el caso de los SIG las relaciones se establecen de dos formas: Establecimiento de códigos comunes a las entidades Relaciones a través de su posición espacial Elemento común a ambos polígonos Polígos vecinos Elemento común a tres accos

7 La misión de creación de la topología de una capa o cobertura es establecer estas relaciones y guardarlas en las bases de datos que conforman los ficheros vectoriales; estas relaciones serán fundamentales para el tratamiento de muchos de los problemas planteados en los sig vectoriales, como es el caso: Cálculo de áreas: se crea al crear la tabla de polígonos y se almacena en ella Perímetro del polígono: es la suma de las longitudes de los arcos que delimitan el polígono (se extrae de la tabla de arcos y se añade a la de polígonos) Camino más corto entre dos puntos de una red ETC

8 En función de la forma de almacenamiento de los datos podemos establecer cuatro tipos fundamentales de estructuras: Estructuras tipo spaghetti: cada elemento cartográfico se define por un identificados seguido del listado de coordenadas que determian su posición en el espacio Diccionario de vertices: en este caso una parte de la estructura guarda una lista de todos los puntos (vertices) que componen el dibujo, asignado a cada cual un identificados; por otro lado se almacena una lista de elementos y los identificadores de puntos (vertices) que los determinan espacialmente Estructura arco-nodo: el elemento fundamental de este tipo de estructura es el arco, que se define como un conjunto de segmento (deninidos por dos vertices) que comienzan en un nodo (punto de inicio) y termianan en otro nodo (punto final) Es la estructura más usada actualmente en los SIG basados en vectores Estrutura TIN: es una vriación de la estructura arco-nodo especialmente diseñada para poder trabajar con variables cuantitativas ordinales

9 Estructuras tipo espagueti: A, 8 (Nombre de poligono y número de vértices) 1,65 (primer vértice) 5,6 5,8 6,7 6,9 8,9 1,11 1,65 (último vértice que cierra el polígono) B,5 (nombre de arco y número de vértices) 11,65 7,6 6,7 5,2 2,1 C,1(nombre de nodo e indicación de número de coordenadas) 6,7 Diccionario de vértices: ID X Y Poligono A 1,2,3,4,5,6,7,1 Arco B 8,9,4,10,11 Punto C 4 Estructura arco-nodo: Nodos Arcos Poligonos Id X Y Id Nodo inic Nodo fin Vertices Pol iz Pol de Id Arcos ,6;5,8 A A 1, ,9;8,91,11 A , ,2

10 Las capas o coberturas de un SIG basado en un modeló vectorial están constituidos por al menos dos ficheros, si bien suelen contener más de dos ficheros Uno de ellos contendrá la parte gráfica, basada en general en la estructura arco-nodo vista anteriormente y otro conteniendo la información de los atributos de los elementos cartográficos, en este caso los ficheros constituirán una base de datos Fichero gráfico CABECERA DATOS La estructura básica gráfica contendrá una cabecera que almacenará los datos de georreferencia, error, tipo de datos representados, unidades de medida, escala y modos de visualización, elementos representados, asociaciones de elementos, etc Por otro lado contendrá los identificadores de los elementos, sus coordenadas y asociaciones, según lo visto anteriormente

11 En el caso más simple junto al fichero gráfico existirá un segundo fichero con los atributos de los elementos cartográficos; este fichero conformaría una base de datos constituida al menos por una tabla, la asociada con los elementos representados en el fichero gráfico En general las bases de datos de los SIG vectoriales contiene más de un fichero, ya que además de los elementos representados se añaden otros ficheros secundarios Fichero de base de datos CABECERA TABLAS En un caso intermedio, de complejidad, nuestro fichero de base de datos contendría una cabecera en la que se encontraría la definición de las estructuras de tablas (definición de campos, nombres e índices de cada tabla), número de tablas, tamaño, modo de relacionar la tabla con los elementos gráficos, etc Por otro lado estarían los datos que compondrían cada tabla y en los que se diferenciarán dos tipos de campos, los no editables relacionados con la georreferencia y elementos cartografiados en la parte gráfica y, los campos editables por el usuario para introducir los atributos temáticos

12 Los modelos vectoriales son excelentes representadores de variables de tipo temático cualitativo, ya que en todo momento están estableciendo los limites entre un elemento geográfico y el resto

13 No ocurre lo mismo con las variables temáticas cuantitativas como la altura, pendiente, precipitación, etc En estos casos la forma de representación se realiza por isolineas o nubes de puntos que simulen esa continuidad En estos casos y sobre todo para las alturas se ha diseñado una forma de representación de datos que son los TIN (Triangulate Irregular Network Red Irregular de Triángulos), que da tanto soporte de almacenamiento como tratamiento para obtener simulaciones

14 Dentro de los elementos gráficos que pueden hacer referencia a un elemento geográfico, el modelo vector trabaja con tres tipos de grafismos: Nodo: corresponde a un punto, los campos que constituyen la tabla de nodos contienen los siguientes campos: Id: identificador del nodo, valor númerico entero y único para cada punto Coordenada X: valor de cordenadas del sistema de referencia, para el punto Coordenada Y: valor de abcisas del sistema de referencia, para el punto Tipo: tipo de punto que se representa se pueden diferenciar: Punto: nodo de una variable temática puntual Nodo: nodo de terminación o inicio de un arco Etiquetas de texto: puntos que hacen referencia a la posición de textos Localizador de polígono: nodo de referencia topológica de un poligono (denominado tambien etiqueta) Identificador usuario: código temático asignado por el usuario Texto usuario: explicación del código de la variable temática

15 Arcos: corresponde a segmentos unidas de forma consecutiva que determinan elementos geográficos lineales Estos elementos se definen en función de un nodo inicial y un nodo final, un conjunto de vértices que delimitan los segmentos y dan forma al arco; mirando desde el nodo inicial al nodo final se diferencia el lado izquierdo y derecho del arco Lado izquierdo Nodo final Vértice Nodo inicial Lado derecho Los campos de la tabla de arcos serán: Id: identificador del arco Longitud: dimensión lineal del arco en las unidades definidas Nodo inicial: identificador del nodo de inicio Nodo final: identificador del nodo final del arco Tipo de arco: hay dos tipos de arcos el arco como hemos definido y las lineas de unón de coberturas Polígono izquierdo: determina el identificador de polígono situado a la izquierda del arcoidentificador del arco Polígono derecho: determina el identificador de polígono situado a la derecha del arco Identificador usuario: código temático asignado por el usuario Texto usuario: explicación del código de la variable temática

16 Polígonos: corresponden al área delimitada por uno o varios arcos e identificado por nodo especial de nominado localizador de polígonos o etiquetas Los elementos de la tabla de polígonos son: Id: identificador del polígono, es único para cada polígono Localizador: nodo especial que determina la existencia del polígono Perímetro: dimensiones en la unidades establecidas de las dimensiones del perímetro del polígono Área: área encerrada por el polígono Identificador usuario: código temático asignado por el usuario Texto usuario: explicación del código de la variable temática D I Localizador de polígono I D I D

17 El análisis de los datos en los modelos vectoriales se realizan de forma individual para los tres tipos de elementos representables, nodos, arcos y polígonos Este análisis podrá, a su vez, realizarse sobre las dos partes constitutivas de las capas o coberturas del fichero, así pues tendremos análisis sobre la parte gráfica, sobre la base de datos o sobre ambas Operaciones gráficas: estas operaciones conllevan la obtención de nuevas coberturas en función de la operación sobre los elementos representados Dentro de las operaciones básicas de la parte gráfica podríamos destacar: Operaciones de contorno: aplicables a cualquiera de los tipos de capa, consisten en crear un contorno en función de una distancia en torno a un objeto Por ejemplo un buffer Operaciones de distancia: calcular areas de varios polígonos, distancias entre elementos puntuales, longitudes de varios arcos consecutivos, etc Operación de conversión de forma: consisten en la obtención de una cobertura nueva con la transformación de los elementos gráficos en otros

18 Operaciones sobre la base de datos: se centran fundamentalmente en la obtención de coberturas a partir de la selección de elementos que cumplen una serie de condiciones en uno o varios de sus atributos Las operaciones básicas son la selección del álgebra relacional de las bases de datos

19 Operaciones sobre la base de datos y modo gráfico: se centran fundamentalmente en la obtención de coberturas a partir de la unión, superposición y cortes entre dos o más coberturas o capas; en estas operaciones se afectan tanto la parte gráfica por disminución o aumento de elementos, y la parte de base de datos, en este caso por el aumento y disminución de registros como de atributos Las operaciones básicas las podemos agrupar en: Superposición: consiste en unir dos o más capas en una única combinando la parte gráfica de todas las capas, crear la nueva topología y asignar a cada nuevo registro los atributos correspondientes de cada una de las capas o coberturas Id Situación Situació Característica 1 Característica 2 x Xxxxx x n y y y y Urbano Forestal Regadio Urbano Recreativo Forestal Id Situación x Situación y Característi Característi ca 1' 1 ca 2' Xxxxx Limos x y y y Calizas Margas Calizas Arenas Limos IdSituación x Situación y Característica 1 Característica 2 Xxxxx x y y y Urbano Forestal Regadio Urbano Recreativo Forestal Característica 1' Característica 2' Limos Calizas Margas Calizas Arenas Limos

20 La unión de capas: en este caso consiste en unir dos capas de temática igual y que se encuentran contiguas En este caso no hay aumento de atributos de los registros ya que las dos tablas deben contener los mismos campos en la base de datos Lo que si aumenta rá son el número de registros de la tablas Id Situación x Situación y Característi Característi Xxxxx ca 1' Limos ca 2' x y y y Calizas Margas Calizas Arenas Limos Id Situación x Situación y Característi Característi 1 Xxxxx ca 1' Limos ca 2' x y y y Calizas Margas Calizas Arenas Limos Id Situación x Situación y Característi ca 1' Xxxxx Limos Calizas y Margas Calizas y Arenas x y Limos Limos Xxxxx Calizas x y y y Margas Calizas Arenas Limos Característi ca 2'

21 La intersección entre capas tiene también como resultado la obtención de nuevas capas por corte de una sobre otra, en estos casos se crea una nueva capa cuyo límites el establecido por un polígono de una de las capas y la información gráfica junto con la base de datos corresponden a la otra capa La forma de corte son las siguientes

22 A este conjunto de operaciones o análisis es esencial añadir y describir las operaciones que permiten representar la variables continuas, generalmente se diferencian tres tipos: Isolíneas: con ellas se representan valores discretizados de una variable cuantitativa (generalmente de razón) representada por lineas o arcos que unen puntos de igual valor Este tipo de mapas se realizan en función de nubes de puntos que representan valores puntuales de la variable temática y que son interpolados a través de algún método matemático concreto

23 A este conjunto de operaciones o análisis es esencial añadir y describir las operaciones que permiten representar la variables continuas, generalmente se diferencian tres tipos: TIN (red de triángulos irregulares): al igual que en el caso anterior se representan valores discretizados de una variable cuantitativa (razón) representada por los nodos que define los triángulos y los valores de la variable de cada uno de ellos Este tipo de mapas se almacenan con la estructura arco-nodo típica de los SIG vectoriales, si bien se estructura tiene algunas modificaciones para adaptarla al modelo

24 A este conjunto de operaciones o análisis es esencial añadir y describir las operaciones que permiten representar la variables continuas, generalmente se diferencian tres tipos: Mallas de puntos equidistantemente separados: es una imitación al modelo raster si bien aquí se obtiene una rejilla de puntos que representan un valor de la variable, esta maya de puntos puede ser interconectada a través de arcos que determinan una malla tridimensional La forma de obtención de los valores de los puntos es por interpoladores matemáticos

25 Los modelos basados en estructuras vectoriales son muy apreciados y usados por el empuje que compañías como ESRI han dado a los SIG Las ventajas que ofrecen estos modelos son: Menos tamaño de almacenamiento en proyectos de gran envergadura (uno de sus puntos fuertes inicialmente respecto a los modelos raster, debido a las características técnicas de los primeros PC) Operaciones de análisis espacial sencillas y rápidas Posibilidad de creación de cartográficas precisas a diferentes escalas La medida de distancias y áreas tiene mayor precisión Permite la gestión individualizada de las entidades geográficas

26 En cuanto a los inconvenientes: La captura de datos requiere más tiempo y técnicas más costosas tanto en tiempo como en costes monetarios y humanos Peor tratamiento de las variables continuas, así como de las variables derivadas de ellas (siempre que sean continuas) La comparación y operaciones entre distintos mapas temáticos requiere más tiempo y tiene una mayor complejidad de cálculo Estructura de datos compleja y difícilmente manejable sin la ayuda de programas gestores Obtención de salidas gráficas costosas, si se desean con calidad (si bien los adelantos técnicos han realizados importantes mejoras tanto en calidad como en abaratamiento de costes)

27 1- Joquín Bosque Sendra Sistemas de información Geográfica Rialp 2- José I Barredo Sistemas de Información Geográfica y Evaluación Multicriterio en la ordenación del territorio RAMA 3- F Javier Moldes Tecnología de los Sistemas de Información Geográfica RAMA 4- Javier Gutiérrez Puebla y Nichael Gould SIG: Sistemas de Información Geográfica Edit Sisntesis 5- Juan Peña Llopis Sistemas de Información Geográfica aplicada a la gestión del territorio ECU Universidad de Alicante 6- Robert Laurini and Dereck Thompson Fundamentals of spatial information systems Academic Press