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Sistemas de Informacin Geogrfica

Francisco Alonso Sarra

ndice general

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4 NDICE GENERAL

Presentacin

El trmino Sistema de Informacin Geogrfica (SIG)1 suele aplicarse a sistemas informticos orientados a lagestin de datos espaciales que constituyen la herramienta informtica ms adecuada y extendida para la inves-tigacin y el trabajo profesional en Ciencias de la Tierra y Ambientales. Se trata de herramientas complejas,reflejo de la complejidad del objeto de estudio de estas ciencias, fruto de la evolucin y fusin ginde programasde muy distinto tipo que anteriormente se habian utilizado de forma independiente. Esta complejidad ha lle-vado al nacimiento, a partir del trabajo con SIG, de una nueva disciplina cientfica, todava bastante discutida,conocida como Ciencia de la Informacin Geogrfica2.Sin ser en absoluto una herramienta novedosa, se acepta el ao 1966 como fecha de creacin del primer SIG3,tras aos de acumulacin de experiencia y tecnologas, los SIG han experimentado en los ltimos quince aosun rpido desarrollo terico, tecnolgico y organizativo y una amplia difusin tanto en la administracin comoen los mundos acadmico y profesional. El retraso con que todo tipo de avances tecnolgicos penetra en nuestropais hace que estemos an en el boom de los SIG, por tanto se trata de una tcnica imprescindible, incluso deuna linea de especializacin muy interesante, para los profesionales de las Ciencias de la Tierra y Ambientales(de ah su inclusin en los curricula de diversas licenciaturas).La orientacin comercial de una parte importante de la actividad entorno a los SIG ha dado lugar a muchapropaganda acerca de las virtudes de determinados productos que han conducido en muchos casos a crearfalsas expectativas en cuanto a su utilidad real y en cuanto a su sencillez de manejo. Para evitar este tipo deproblemas resulta imprescindible tener los pies en el suelo y que la implementacin y el trabajo con un SIG esteslidamente cimentado en las bases cientficas de la Ciencia de la Informacin Geogrfica y en el conjunto deciencias implicadas en el proyecto que se va a llevar a cabo.

Debido a este adjetivo, Geogrfica, en muchos paises la iniciativa y la responsabilidad de la enseanza uni-versitaria de los SIG han recaido en departamentos de Geografa, sin embargo el carcter multidisciplinar dela herramienta implica la existencia de mltiples puntos de vista sin ser el de los gegrafos necesariamente elmejor. En realidad, de los varios millones de usuarios de SIG en el mundo,tan solo una pequea fraccin tienenrelacin con la ciencia de la Geografa, aunque es cierto que gran parte de la investigacin y desarrollo en SIGprocede de departamentos de Geografa, especialmente en universidades anglosajonas.

1En ingls Geographic, o Geographical, Information Systems (GIS)2En ingls se juega con la ambiguedad del trmino GIS significando tanto sistema (system) como ciencia (science)3Se trataba del Canadian Geographic Information System cuyo objetivo era la digitalizacin y anlisis semiautomtico de fotografa

area

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6 NDICE GENERAL

Su carcter de tecnologa en rpida expansin ha ocasionado adems problemas de adaptacin dentro de unsistema educativo, como es el espaol, bastante poco dado a la asimilacin de novedades. A la hora de pla-nificar una asignatura de SIG es necesario encontrar un punto de equilibrio entre la necesidad de ensear enprofundidad las diferentes posibilidades, estrategias y trampas en el uso de los SIG para evitar que el alumno sequede con una visin excesivamente simplista (un programa para hacer y ver mapas) y la necesidad de dedicartiempo a prcticas para asentar conceptos y evitar que la asignatura acabe siendo un constructo exclusivamenteterico. En definitiva se trata de la plasmacin acadmica del doble carcter de herramienta y ciencia espacial,o al menos de conjunto de conceptos y tcnicas para el manejo de informacin espacial que tiene este tipo desistemas.Debido a toda la complejidad y a la amalgama de intereses detrs de un SIG, resulta una materia necesariamenteamplia y difcil que adems requiere una buena base matemtica e informtica. Esta dificultad empieza en elmismo momento de la definicin de los que es un SIG. Algunas de las definiciones aportadas se centran enla base de datos, otras en los algoritmos y funciones contenidos en los programas que manejan estas bases dedatos y otras en los aspectos de gestin y administracin de la informacin. En el tema segundo se tratar deaportar una definicin amplia de SIG, por el momento podemos quedarnos en una mucho ms pragmtica delo que sern los SIG en un futuro prximo: la herramienta-ciencia de uso diario de los profesionales delas Ciencias de la Tierra y ambientales, tanto si trabajan en investigacin como si lo hacen en ordenacin ogestin del territorio.

Bibliografa

Bosque Sendra, J.; 2000: Sistemas de Informacin Geogrfica Ed. Rialp, Madrid, 451 pp.Burrough,P.A. & McDonnell,R.A.; 2000: Principles of Geographical Information Systems Oxford Uni-versity Press, Oxford, 333 pp.

Longley, P.A., Goodchild, M.F., Maguire, D.J., Rhind, D.W.; 2001: Geographic Information Systems andScience John Wiley & sons, Chichester, 454 pp.

Maguire, D.J.; Goodchild, M.F. and Rhind, D.W. (Eds.); 1991: Geographical Information Systems: Prin-ciples and Applications, John Wiley & sons, Chichester (www.wiley.co.uk/wileychi/gis/resources.html)Taboada Gonzlez, J.A. y Cotos Yez, J.M.; 2005; Sistemas de informacin medioambiental Ed. Net-biblo

Worboys, M.F. & Duckham, M.; 2004: GIS: A Computing Perspective, CRC Press

Captulo 1

Cartografa y Geodesia. Sistemas deproyeccin

Los Sistemas de Informacin Geogrfica pueden definirse de forma provisional como sistemas que permitenalmacenar datos espaciales para su consulta, manipulacin y representacin. La representacin de datos es-paciales es el campo de estudio de la Cartografa, por tanto es necesario comenzar introduciendo algunosconceptos bsicos de esta ciencia.

A lo largo de la historia, el hombre ha sentido la necesidad de representar la superficie terreste y los objetossituados sobre ella. El objetivo de los primeros mapas era servir de apoyo a la navegacin, indicaban por tantolos rumbos (direcciones) que era necesario seguir para ir de un puerto a otro, eran los portulanos (figura ??).La exactitud en la representacin de las tierras emergidas se consideraba accesoria, siendo lo fundamental laexactitud en rumbos y distancias entre puertos. Las cartas naticas actuales mantienen un esquema similaraunque la generalizacin de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) ha revolucionado los sistemas denavegacin.

En los inicios del perodo colonial ya no bastaba con poder llegar a puerto sino que haba que medir distanciasy superficies sobre los nuevos territorios para conseguir un mejor dominio de estos. Por otro lado se hacenecesario representar los diversos elementos, recursos y factores ambientales de la superficie terrestre paraconseguir una mejor visin de la distribucin de los fenmenos naturales y asentamientos humanos sobre lasuperficie terrestre.

Ya en el siglo XVII, cartgrafos como Mercator demostraron que un sistema de proyeccin geomtrico, juntocon un sistema de localizacin basado en coordenadas cartesianas1, es decir basadas en un par de ejes orto-normales2 (X e Y), formando una cuadrcula (figura ??), mejoraba la fiabilidad de distancias, reas o ngulosmedidos sobre los mapas.

1tambin llamadas coordenadas mtricas2Un par de ejes son ortogonales si se cortan en ngulo recto, son normales si tienen la misma escala, y se denominan ortonormales

cuando cumplen ambas condiciones

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8 CAPTULO 1. CARTOGRAFA Y GEODESIA. SISTEMAS DE PROYECCIN

Figura 1.1: Portulano

Al finalizar el siglo XVIII, los estados europeos haban alcanzado el grado de organizacin suficiente comopara establecer sociedades geogrficas cuyo cometido era representar sobre mapas la superficie terrestre, suscaractersticas y los elementos fsicos y humanos situados sobre ellas.

1.1. Conceptos de Geodesia

La representacin sobre un plano de un objeto como la Tierra reviste diversas dificultades:

Si se proyecta un objeto esfrico sobre un plano es inevitable que se produzcan distorsiones (figura ??)La Tierra no es siquiera un objeto esfrico sino que su forma se aproxima a un elipsoide o esferoide3ligeramente achatado en los polos (figura ??)

Esta aproximacin tampoco es vlida cuando se desciende al detalle ya que la Tierra incluye numerosasirregularidades, se habla por tanto de Geoide para hacer referencia a la Tierra como objeto geomtricoirregular (figura ??)

3Fue Newton quien por primera vez sugiri la forma elipsoidal de la Tierra al tener noticia de la necesidad de acortar los pndulosde los relojes en la proximidad del Ecuador

1.1. CONCEPTOS DE GEODESIA 9

Figura 1.2: Esfera terrestre y proyeccin

Geodesia es la ciencia que estudia la forma y tamao de la Tierra y las posiciones sobre la misma. La Geodesiadefine el geoide como una superficie en la que todos sus puntos experimentan la misma atraccin gravitatoriasiendo esta equivalente a la experimentada al nivel del mar. Debido a las diferentes densidades de los mate-riales que componen la corteza y el manto terreste y a alteraciones debidas a los movimientos isostticos, estasuperficie no es regular sino que contiene ondulaciones que alteran los clculos de localizaciones y distancias.

Debido a esta irregularidad de la superficie terrestre, para describir la forma de la Tierra suelen utilizarse mode-los de la misma denominados esferoides o elipsoides de referencia. Estos se definen mediante dos parmetros,el tamao del semieje mayor (a) y el tamao del semieje menor (b) (figura ??). El achatamiento del esferoidese define entonces mediante un coeficiente como:

f = (a b)/a (1.1)

El achatamiento real de la Tierra es aproximadamente de 1/3004. Alterando los valores de los coeficientes a y bse obtienen diferentes elipsoides. Se han propuesto diversos elipsoides de referencia, generalmente se conocencon el nombre de su creador. La razn de tener diferentes esferoides es que ninguno de ellos puede adaptarsecompletamente a todas las irregularidades del Geoide, aunque cada uno de ellos se adapta razonablementebin a una zona concreta de la superficie terrestre. Por tanto en cada pas se utilizar el ms conveniente enfuncin de la zona del planeta en que se encuentre ya que el objetivo fundamental de un elipsoide es asignara cada punto de la superficie del pas donde se utiliza, un par de coordenadas geogrficas, tambin llamadascoordenadas angulares.

La figura ?? muestra como el elipsoide (definido por los parmetros a y b) es un modelo del Geoide, pero parapoder asignar coordenadas geogrficas a los diferentes puntos de la superficie terrestre es necesario anclar el

4Es decir mucho menos de lo que la figura ?? y muchas imgenes que aparecen en textos de bachillerato pueden hacernos creer


Figura 1.3: Esferoide y Geoide

elipsoide al Geoide mediante un Punto Fundamental en el que el elipsoide y el Geoide son tangentes (puntoverde en las figuras ?? C y D). De este modo el elipsoide se convierte en un sistema de referencia de la esferaterrestre.

Surge el concepto de datum que es el conjunto formado por los parmetros a y b del elipsoide, las coordenadasgeogrficas, latitud y longitud ( y ), del punto fundamental y la direccin que define el Norte (figura ??.C).Por ejemplo el datum europeo tiene como elipsoide de referencia el de Hayford, tambin llamado Internacionalde 1924, y como punto fundamental Postdam (Alemania). Los parmetros de este datum seran

a=6378388

b=6356911.946

Punto fundamental: = 13o0358,741E; = 52o2251,446N

La direccin de referencia la definen los meridianos y se dirige hacia el Norte magntico

Establecer cual es el datum de un sistema de coordenadas es tarea de los servicios nacionales de geodesia.En Espaa, el datum utilizado tradicionalmente en cartografa, tanto en los mapas del Servicio Geogrfico delEjercito (SGE) como en los del Instituto Geogrfico Nacional (IGN), es el Europeo. Este puede ser el de 1950si el mapa esta formado (informacin que se obtiene en la letra pequea del margen del mapa) antes o durante1979 o el europeo de 1979, si el mapa esta formado despus de este ao.Hasta la segunda mitad del siglo XX, el propsito de los diferentes datums era servir como modelo del Geoideen porciones reducidas de la superficie terrestre a las que se adaptaban especialmente bin. Hoy en da lanecesidad de estudios globales y la disponibilidad de dispositivos de toma de datos tambin globales (GPS5,

5Sistema de Posicionamiento Global. Se trata de un sistema de satlites con los que se puede contactar desde un pequeo dispositivosituado en Tierra, conociendo la posicin de los satlites el dispositivo puede calcular por triangulacin su posicin sobre el planetacon aproximacin incluso centimtrica

1.1. CONCEPTOS DE GEODESIA 11

Figura 1.4: Parmetros que definen un Datum

teledeteccin), se busca que los datum tengan validez para todo el planeta, de forma que puedan tener empleomundial, como el datum WGS-84 que suelen utilizar los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS). Para ellose hace necesario un parmetro ms que sera la distancia del centro del elipsoide con respecto al centro demasas de la Tierra (punto rojo en la figura ?? D).

Por tanto si se van a combinar en un SIG datos procedentes de mapas topogrficos (datum europeo) con posicio-nes tomadas con GPS (datum WGS-84) es necesario establecer la correspondencia entre ambos. Las posicionestomadas con GPS debern ser desplazadas 0.07 minutos al Norte y 0.09 minutos al Este.

Las diferencias ms importantes entre elipsoide y geoide sern en altura, en la figura ?? se aprecian las diferen-cias de altitud entre el elipsoide WGS-84 y el Geoide.

Visto todo lo anterior, resulta evidente que dar un par de coordenadas sin hacer referencia al datum no es losuficientemente preciso. En un datum todo punto tiene un par de coordenadas nico, mientras que el mismopunto tendr diferentes coordenadas en diferentes datums, o lo que es lo mismo un par de coordenadas puedecorresponder a diferentes puntos en diferentes datums.


Figura 1.5: Diferencia entre Esferoide y Geoide

1.2. Coordenadas geogrficas

El sistema de coordenadas natural de un esferoide, y por tanto de un datum, es el de coordenadas angulares(latitud y longitud) que suele denominarse de coordenadas geogrficas (figura ??). Para definir latitud y lon-gitud, debemos identificar el eje de rotacin terrestre. El plano perpendicular al eje de rotacin que corta laTierra atravesndola por su centro define el Ecuador en su interseccin con el esferoide. El resto de las lineasde interseccin con la superficie terrestre de los infinitos planos perpendiculares al eje de rotacin definen losdiferentes paralelos o lineas de latitud constante. Finalmente, los meridianos pueden definirse como las lineasde interseccin con la superficie terrestre de los infinitos planos que contienen al eje de rotacin. Paralelos ymeridianos se cruzan siempre en ngulo recto.La longitud () es la distancia angular entre el meridiano de un lugar y el de Greenwich, se expresa en grados,minutos y segundos de arco y se mide de 0 a 180o hacia el Este o hacia el Oeste desde el meridiano deGreeenwich. La latitud () es la distancia angular entre el paralelo de un lugar y el Ecuador, se expresa en lasmismas unidades que la longitud y se mide de 0 a 90o hacia el Norte o el Sur. En ocasiones la latitud y longitudse expresan en grados y dcimas de grado en lugar de en grados, minutos y segundos.Un grado de meridiano equivale siempre a 111 kilmetros, mientras que un grado de paralelo equivale a111cos(), es decir a 111 kilmetros en el Ecuador disminuyendo hasta 0 kilmetros en los polos6.La localizacin de un punto P sobre la superficie terrestre puede definirse de este modo mediante estos dos par-

6En realidad un grado de meridiano es ligeramente menor en el Ecuador (110.6 km) que en los polos (111.7 km) debido al achata-miento de la Tierra y, por tanto, de los elipsoides

1.3. DIRECCIONES 13

Figura 1.6: Sistema de coordenadas geogrficas

metros. La ciudad de Murcia est, asumiendo el datum europeo, situada en = 1o0327W y = 1o0327N .La letra W indica al oeste del meridiano de Greenwich y la letra N al Norte del Ecuador.Latitud y longitud definen, por tanto, la posicin de un punto sobre el esferoide de referencia del datum que seest utilizando. Se considera que la superficie del esferoide coincide con el nivel del mar, as la distancia entrela superficie del esferoide y la superficie terestre en un punto cualquiera es su altitud.Las coordenadas de un hipottico rectngulo que enmarcara a Espaa (excluyendo las islas Canarias) seran, engrados en grados y dcimas de grado:

N: 43.80 N

S: 35.82 S

E: 4.33 E

O: 9.29 O7

En muchos clculos con coordenadas y especialmente en aplicaciones informticas para cartografa, las coor-denadas Oeste se codifican con nmeros negativos.

1.3. Direcciones

Existen dos formas bsicas de definir la direccin entre dos puntos sobre un elipsoide:7En ocasiones el Oeste se codifica con su inicial inglesa (W)


Figura 1.7: Medicin de azimuths y rumbos sobre un mapa

Azimuth: Es el ngulo formado por la linea que une el punto de partida y el Norte y la linea que une elpunto de partida con el de llegada. Se expresa en ngulos medidos en el sentido de las agujas del relojdesde la direccin Norte. Vara entre 0 y 360 (figura ??).Rumbo: Es el ngulo agudo que forman las direcciones Norte o Sur desde el punto de partida y la lineaque une ambos puntos. Vara entre 0 y 90, se precede por una letra, N o S, en funcin de cual sea ladireccin de referencia y se termina con otra que hace referencia a la direccin (E o W) a la que se dirigeel ngulo (figura ??).

Un concepto bsico en cartografa y geodesia es el de Norte, sin embargo existen hasta cuatro nortes diferentes:

Norte astronmico, definido por la estrella polar

Norte magntico

Norte geodsico

Norte de la malla

Los dos primeros varan con el tiempo, especialmente el segundo que puede llegar a variar entorno a 25 Km/ao.Los dos segundos son artificiales, el Norte geodsico depende del elipsoide utilizado y el segundo de la proyec-cin que se utilice para pasar de coordenadas geogrficas a coordenadas cartesianas a la hora de confeccionarel mapa.

1.4. Proyecciones

El proceso de transformar las coordenadas geogrficas del esferoide en coordenadas planas para representar unaparte de la superficie del elipsoide en dos dimensiones se conoce como proyeccin y es el campo de estudiotradicional de la ciencia cartogrfica. La aparicin de los SIG y la posibilidad de combinar informacin de

1.4. PROYECCIONES 15

diferentes mapas con diferentes proyecciones ha incrementado la relevancia de la cartografa ms all de lamera confeccin de mapas.El problema fundamental a la hora de abordar una proyeccin es que no existe modo alguno de representar en unplano toda la superficie del elipsoide sin deformarla, el objetivo va a ser minimizar, en la medida de los posible,estas deformaciones. Puesto que el efecto de la esfericidad de la superficie terrestre es proporcional al tamaodel rea representada ( y en consecuencia a la escala), estos problemas slo se plantean al cartografiar zonasamplias. Cuando se trata de cartografiar zonas pequeas, por ejemplo una ciudad, la distorsin es despreciablepor lo que se suelen utilizar coordenadas planas, relativas a un origen de coordenadas arbitrario y medidas sobreel terreno. A estas representaciones se les llama planos en lugar de mapas.Cuando la distorsin debida a la esfericidad de la superficie terrestre se considera relevante se hace necesariobuscar una ecuacin que a cada par de coordenadas geogrficas le asigne un par de coordenadas planas demanera que los diferentes elementos y objetos de la superficie terrestre puedan ser representados sobre unplano8. Las unidades en que se expresa la longitud en estas nuevas coordenanas va a ser generalmente el metro,permitiendo, de cara a la incorporacin de la cartografa UTM a un SIG, el clculo sencillo de variables delongitud, rea o volumen de los elementos cartografiados expresados en unidades del Sistema Internacional.Estas ecuaciones son de la forma:

x = f1(, ) (1.2)y = f2(, ) (1.3)

Para obtener estas ecuaciones se proyecta (figura ??) la porcin de la superficie terrestre que va a cartografiarsesobre una figura geomtrica (un cilidro, un cono o un plano) que si puede transformarse en plano sin distorsones.El foco de la proyeccin puede ubicarse en diferentes puntos dando lugar a diferentes tipos de proyecciones.De este modo podemos clasificar las proyecciones en funcin del objeto geomtrico utilizado para proyectar(figura ??), se habla entonces de proyecciones cilndricas, cnicas y azimutales o planas.En el caso de proyecciones cilndricas o cnicas, la figura envuelve al elipsoide y, tras desenvolverla, el resultadoser un plano en el que una parte de la Tierra se representan mediante un sistema de coordenadas cartesiano.En el caso de las proyecciones planas, el plano es tangente al elipsoide en un punto y no necesita por tanto serdesnvuelto.Una proyeccin implica siempre una distorsin en la superficie representada, el objetivo de la cartografa esminimizar estas distorsiones utilizando la tcnica de proyeccin ms adecuada a a cada caso. Las propiedadesdel elipsoide que pueden mantenerse son:

Conformidad. Si un mapa mantiene los ngulos que dos lneas forman en la superficie terrestre, sedice que la proyeccin es conforme. El requerimiento para que haya conformidad es que en el mapa losmeridianos y los paralelos se corten en ngulo recto y que la escala sea la misma en todas las direcciones

8Es importante no confundir el concepto matemtico de plano con el plano entendido como mapa de una zona reducida realizadocon coordenadas arbitrarias


Figura 1.8: Proyeccin cartogrfica

Figura 1.9: Tipos de proyecciones


alrededor de un punto, sea el punto que sea. Una proyeccin conforme mantiene adems las formas depolgonos pequeos. Se trata de una propiedad fundamental en navegacin.

Equivalencia, es la condicin por la cual una superficie en el plano de proyeccin tiene la misma super-ficie que en la esfera. La equivalencia no es posible sin deformar considerablemente los ngulos origina-les, por lo tanto, ninguna proyeccin puede ser equivalente y conforme a la vez. Resulta conveniente porejemplo en planos catastrales.Equidistancia, cuando una proyeccin mantiene las distancias reales entre dos puntos situados sobre lasuperficie del Globo (representada por el arco de Crculo Mximo que las une).

Como se puede ver en la figura ??, las distorsiones son nulas en la linea donde la figura geomtrica tocaal elipsoide y aumentan a medida que la separacin entre ambas aumenta. Por tanto para minimizar el errormedio suelen utilizarse planos secantes en lugar de planos tangentes. De esta manera en lugar de tener una solalinea del elipsoide tangente a la figura tenemos dos lineas secantes y las distancias a las mismas, y por tanto loserrores, nunca aumentarn mucho. As otro criterio para clasificar sistemas de proyeccin sera en proyeccionessecantes y tangentes.

1.4.1. Proyeccin Universal Transversa de Mercator (UTM)La proyeccin UTM es una de las ms conocidas y utilizadas, entre otros lugares en Espaa. Se trata de unaproyeccin cilndrica transversa (la generatriz del cilindro no es paralela al eje de rotacin sino perpendicular)tal como se ve en la figura ??. La Tierra se divide en 60 husos, con una anchura de 6 grados de longitud,empezando desde el meridiano de Greenwich (figura ??). Se define un huso como las posiciones geogrficasque ocupan todos los puntos comprendidos entre dos meridianos. A pesar de que se ha utilizado en casi todala cartografa espaola, introduce un grave problema debido a que la Pennsula Ibrica queda situada sobre treshusos, el 29, el 30 y el 31, estos ltimos situados uno a cada lado del meridiano de Greenwich (figuras ?? y ??).La representacin cartogrfica en cada huso se genera a partir de un cilindro diferente siendo cada uno de ellossecante al elipsoide. De esta manera en cada huso aparecen dos lineas verticales en las que no hay distorsiones(lineas A-D y C-F en al figura ??), entre estas dos lineas las distorsiones disminuyen la escala (distancias y reasse representan menores de lo que son) hacia fuera de las lineas las distorsiones aumentan la escala (distancias yreas se representan mayores de lo que son). Estas distorsiones tienden a incrementarse conforme se aumentaen latitud por lo que la proyeccin UTM no debe usarse en latitudes altas y suele reemplazarse por proyeccionesazimutales polares en las que el plano es tangente al elipsoide en el polo correspondiente.En cada uno de los husos el meridiano central tiene siempre un valor X= 500000 metros disminuyendo haciael Oeste (hasta 0) y aumentando hacia el Este (hasta 1000 Km). En el Ecuador Y=0 metros, incrementandoseel valor hacia el Norte y hacia el Sur. Los valores de la coordenada X en los bordes del huso dependen de lalatitud (figura ??). Este hecho trae dos complicaciones:

Dos puntos diferentes de la superficie terrestre pueden tener las mismas coordenadas si se sitan en husosdiferentes. Por tanto a la hora de sealar con precisin la localizacin de un punto, no basta con el par decoordenadas, es necesario dar tambin el huso.


Figura 1.10: Cilindro generador de la proyeccin UTM

Figura 1.11: Zonas UTM


Figura 1.12: Deformaciones en un huso UTM debido a que el cilindro es secante al esferoide


Figura 1.13: Coordenadas UTM y coordenadas geogrficas en un huso UTM

Una regin situada a caballo entre dos husos deber optar por uno u otro con lo que se incrementan lasdeformaciones. De hecho la cartografa espaola se genera asumiendo que toda la Pennsula se sita enel huso 30 por lo que las deformaciones hacia los extremos Este y Oeste son mayores alcanzndose un4 % de distorsion lineal. En el caso de la Regin de Murcia, esta se situa en una de las zonas de menordistorsin (figura ??).

La Regin de Murcia se situa en el huso 30 con coordenadas UTM que oscilan entre

Oeste: 552411 m

Este: 709600 m

Norte: 4293125 m

Sur: 4134906 m

Las coordenadas UTM suelen expresarse en metros o kilmetros, siendo preferible hacerlo en metros en apli-caciones SIG para evitar la aparicin de decimales. En los mapas del IGN a escala 1:50000 y 1:25000 y delServicio Geogrfico del Ejercito a escala 1:50000, los valores de las coordenadas X e Y UTM suelen expresarseen kilmetros. Como resultado de emplear un sistema de coordenadas plano, puede representarse sobre el mapauna malla que represente las lineas con igual coordenada X o igual coordenada Y. La malla se representa, enlos mapas antes mencionados, con una separacin de 1 kilmetro (figura ??).

1.5. LA REPRESENTACIN DE LOS ELEMENTOS DE LA SUPERFICIE TERRESTRE 21

Figura 1.14: Distorsiones en coordenadas UTM en la Pennsula Ibrica

1.5. La representacin de los elementos de la superficie terrestre

Resumiendo mucho lo visto hasta ahora, un datum, asigna a cada punto sobre el Geoide un par de coordenadasangulares nico y un sistema de proyeccin adjudica a cada uno de estos pares de coordenadas angulares un parde coordenadas cartesianas para su representacin en un plano. El siguiente problema que debe resolverse encartografa es como representar, sobre este plano, la variedad de fenmenos que tienen lugar sobre la superficieterrestre.

1.5.1. Fenmenos en el espacio, variables, entidades y eventos

De modo general pueden distinguirse tres tipos de fenmenos:

Variables espaciales, son aquellas que adoptan un valor diferente en diferentes puntos del espacio, mues-tran siempre un cierto gado de autocorrelacin espacial. Estas variables

Binomiales. Slo tienen dos valores, suelen indicar presencia/ausencia o pertenencia/no pertenen-cia, por ejemplo la variable pertenencia a la Regin de Murcia.

Cualitativas o nominales. Indican una cualidad no mensurable. Por ejemplo la litologa, usos delsuelo, etc.

Semicuantitativas u ordinales. Se trata de variables cualitativas pero que pueden ordenarse aten-diendo a algn criterio. Por ejemplo el tipo de carretera a la que pertenezca un tramo de la red,


tipos de roca ordenados por su erosionabilidad, clases de pendiente. Suelen representarse mediantenmeros naturales a los que se asocia una etiqueta de texto descriptiva.

Cuantitativas: Son variables mensurables que pueden adoptar cualquier valor (variables continuascomo altitud, temperatura, precipitacin, pH del suelo, etc.) o slo determinados valores (variablesdiscretas como el nmero de das de lluvia o el nmero de habitantes de un municipio). Las variablescuantitativas suelen representarse mediante nmeros reales (continuas) o enteros (discretas). Unavariable continua puede convertirse en discreta por su forma de medirse y registrarse, por ejemplosi la precipitacin se mide en dcimas de milmetro, slo podra adoptar valores enteros ya quelos aparatos de medicin no suelen permitir mayor precisin. Las variables cuantitativas suelenpresentar autocorrelacin espacial, es decir cuanto ms cercanos sean dos puntos sus valores van aser ms parecidos.

Entidades

Puntuales (pozos, cotas, puntos de observacin,etc.) Lineas (carreteras, redes fluviales, etc.) Polgonos (entidades administrativas, ciudades, cuencas hidrogrficas, etc.)

Eventos se trata de fenmenos que aparecen en intervalos concretos de tiempo sobre un rea finita delespacio (incendios, inundaciones, etc.). Por su carcter no permanente, no suelen representarse en car-tografa, salvo en mapas creados con aplicaciones muy especficas como el estudio de la distribucin yextensin espacial de estos fenmenos o el riesgo asociado a ellos.

1.5.2. Escala y representacin de entidades

El primer problema que se plantea cuando se pretende representar los diferentes fenmenos que aparecensobre la superficie terrestre es la reduccin del espacio de trabajo que supone un mapa. Se trata de representaralgo que abarca una superficie relativamente amplia sobre una hoja de papel. La relacin matemtica entre lasdimensiones del espacio representado y las dimensiones de su representacin sobre el mapa es la escala delmismo que se calcula como el ndice entre una distancia sobre el mapa y su equivalente en la realidad. Porejemplo una escala de 1/50000 implica que cada centmetro en el mapa corresponde a 50,000cm = 0,5Kmen la realidad. Puesto que la escala es una divisin, cuanto mayor sea el denominador menor es la escala yviceversa9.

Salvo en mapas de muy alta escala (1:1000 y superior), que generalmente son planos y no mapas, resultaimposible la representacin exacta de entidades. En realidad las entidades puntuales o lineales son muchasveces polgonos (un pozo es un crculo y una carretera tiene anchura) pero generalmente pueden y debenrepresentarse como puntos o lineas debido a la escala del mapa. Por ejemplo un camino de tres metros deancho debera tener, en un mapa a escala 1:50000, una anchura de 0.06 milmetros lo que resulta imposible derepresentar. Por tanto el proceso de representacin en un mapa implica una generalizacin, es decir la prdida

9Al reves de cuando se habla de estudios a gran escala o pequea escala de una forma genrica

1.5. LA REPRESENTACIN DE LOS ELEMENTOS DE LA SUPERFICIE TERRESTRE 23

de detalles no significativos, e incluso la simbolizacin o iconificacin de entidades como figuras geomtricas,para conseguir transmitir la informacin sobre el espacio sin saturar al usuario del mapa.

La escala impone por tanto un tamao mnimo que debe tener un objeto para ser representado, este tamaomnimo es de alrededor de 0.15 mm sobre el mapa. Por tanto para determinar el tamao mnimo del objeto enunidades del terreno basta con aplicar una regla de tres, por ejemplo en un mapa a escala 1 : 50000:

1 mm ---- 50000 mmm0.15 mm ---- X

X=50000 x 0.15 = 7500 mm = 7.5 m

Adems en muchos casos, la representacin de determinadas entidades en el mapa como puntos o como polgo-nos va a depender ms de la escala del mapa que de la propia natualeza de la entidad representada. Por ejemploun pozo es un polgono pero casi siempre se representar como un punto, lo mismo ocurre con una ciudad si laescala es pequea.

1.5.3. Elementos de representacin cartogrfica

A cada entidad espacial se puede asociar diversas variables (binomiales, cualitativas, ordinales o cuantitativas).Por ejemplo, a una carretera se puede asociar su anchura, categora o flujo de vehculos; a un municipio pobla-cin, renta, etc.; a un pozo la cantidad de agua extrada al ao, el nivel del agua o su composicin. Normalmenteal representar una entidad se representar tambin alguna de las variables asociadas a ella.

El conjunto de ciencias involucradas en la produccin de mapas (Geodesia, Cartografa, Geografa, Geologa,Ecologa, etc.) han desarrollado un amplio conjunto de tcnicas para cartografiar los hechos de la superficieterrestre.

Isolineas. Son lineas que unen puntos con igual valor, sirven por tanto para cartografiar variables cuan-titativas. Un buen ejemplo son las curvas de nivel del mapa topogrfico o las isobaras de los mapas deltiempo.

Coropletas. Areas con valor comprendido entre dos umbrales y pintadas con un color homogeneo. Per-miten representar variables cuantitativas de un modo ms simplificado.

Smbolos para indicar la presencia de entidades de un modo puntual. Pueden repesentarse utilizando di-ferentes smbolos o colores para representar una variable cualitativa (por ejemplo el partido gobernante),o diferentes tamaos para representar variables cuantitativas (por ejemplo el nmero de habitantes).Lineas que simbolizan entidades, naturales o artificiales, de forma lineal (carreteras, ros). Pueden utili-zarse diferentes anchuras de linea, diferentes colores o diferentes tipos de linea para representar propie-dades como la anchura de los ros o categoras de vas de comunicacin.


Figura 1.15: Mapa topogrfico escala 1:25000

Poligonos representan objetos poligonales que, por su tamao, pueden ser representados como tales(siempre dependiendo de la escala del mapa) o porciones homogeneas del terreno en relacin a unavariable cualitativa (tipo de roca). Pueden utilizarse diferentes colores o tramas para representar variablescualitativas o cuantitativas, por ejemplo en un mapa de municipios se puede representar la poblacinmunicipal mediante sombreados.

En catografa, suele distinguirse entre mapas topogrficos, considerados de propsito general, y mapas tem-ticos (geolgicos, vegetacin, etc.) que reflejan un slo aspecto de la realidad. Los mapas, especialmente lostopogrficos (figura ??), tratan de reflejar el mximo nmero de elementos potencialmente interesantes para elusuario, evitando llegar a confundirle por exceso de informacin. Una de las estrategias empleadas para elloes eliminar parte de la informacin (por ejemplo una curva de nivel que cruza una poblacin) confiando enque la capacidad de nuestro cerebro para reconstruir objetos a partir de informacin parcial. Esta estrategia sedenomina generalizacin.De este modo un mapa deja en ocasiones de ser un modelo de la superficie terrestre para ser una representacinvisual que incluye informacin variada y no totalmente estructurada.

1.6. Concepto de espacio

La cartografa constituye un medio de representacin tanto de los objetos situados en el espacio geogrficocomo del mismo espacio, por tanto merece la pena prestar algo de atencin a la propia naturaleza de este. El

1.6. CONCEPTO DE ESPACIO 25

espacio ha sido el objeto de estudio, aunque desde puntos de vista diferentes, de disciplinas muy dispares: laFilosofa desde un punto de vista puramente conceptual; las Matemticas utilizando un lenguaje formal paradescribirlo; la Fsica desde un punto de vista terico; mientras que la Geografa finalmente lo ha hecho demanera ms emprica.Las disquisiciones filosficas y fsicas acerca del espacio pueden resumirse en la controversia entre la concep-cin de un espacio como contenedor neutro de los fenmenos dispuestos en l (Descartes, Newton) o comoalgo sin existencia propia que surge del ensamblamiento de estos mismos fenmenos (concepcin de Leibnitz oEinstein). Por otro lado est el debate aceca de si tanto el espacio como el tiempo son entidades reales o, comosostienen Kant y los neokantianos, constructos de la mente humana para organizar la informacin procedentede los sentidos.Desde un punto de vista matemtico, se han definido diversos tipos de espacio, En primer lugar puede dis-tinguirse entre espacios mtricos y no mtricos. Los primeros son aquellos en los que puede establecerse unamedida de distancia a partir de la que pueden deducirse diversas propiedades mtricas (rea, permetro, forma,etc.), pudiendo utilizarse diversas definiciones de distancia:

Distancia euclidea, responde al concepto tradicional de distancia como hipotenusa de un tringulo rec-tngulo. Es la ms utilizada para resolver problemas geoespaciales:

di,j =

Nk=1

(xk,i xkj )2 (1.4)

Distancia de Manhattan, corresponde, siguiendo con el smil del tringulo rectngulo, a la suma de loscatetos. Resulta til en aplicaciones muy concretas como por ejemplo en estudios de ciudades:

di,j =Nk=1

|xk,i xk,j | (1.5)

Distancia como distancia mxima, corresponde a la longitud del cateto ms largo

di,j = maxNk=1(xk,i xk,j) (1.6)

Los espacios mtricos deben cumplir una serie de condiciones:

Simetra: d(A,B) = d(B,A)

d(A,B)


de los objetos que son invariantes a transformaciones topolgicas del espacio consistentes es estiramientos oacortamientos similares a los que hace un panadero con la masa de pan (las propiedades mtricas si seranmodificadas por estas transformaciones). Estas propiedades topolgicas son:

Estar dentro-fuera

Estar a la derecha o a la izquierda

Estar en contacto

Estas propiedades resultan de gran inters en el trabajo con sistemas de informacin geogrfica.Finalmente, el espacio geogrfico, es decir el que procede de una aproximacin emprica al mundo real, es unespacio euclideo de 3 dimensiones, aunque su representacin suele ser una proyeccin bidimensional.

1.7. Generalizacin en cartografa convencional

Por generalizacin cartogrfica se entiende la seleccin y representacin simplificada de los elementos de lasuperficie terrestre con un nivel de detalle apropiado a la escala y el propsito del mapa. El objetivo fundamentales maximizar la informacin que contiene el mapa y su utilidad limitando su complejidad para garantizar sulegibilidad. Cuatro son los propsitos fundamentales de la generalizacin:

Disminuir el coste del muestreo necesario para confeccionar el mapa

Aumentar la robustez del mapa frente a errores de muestreo

Servir a diversos propsitos, ya que un mapa en el que se repesentara con mucho detalle un slo aspectode la realidad quedara invalidado para otros popsitos

Mejorar la visualizacin de los datos evitando que queden todos apelmazados

1.7.1. Formas de generalizacin geomtrica

La tabla ?? esquematiza los diferentes procedimientos de generalizacin geomtrica y el tipo de objetos a losque se puede aplicar. La figura ?? representa algunos ejemplos.Como puede verse, normalmente la generalizacin conlleva la prdida de detalles, pero en algunos casos implicala introduccin artificial de detalles. En el caso de un ro que, debido al cambio de escala, quedara como unalinea recta sera preferible introducir un meandrizado artificial para darle ms apariencia de ro.

1.7. GENERALIZACIN EN CARTOGRAFA CONVENCIONAL 27

Mtodo Puntos Lineas PolgonosSeleccin SI SI SI

Simplificacin y suavizado SI SIDesplazamiento SI SI SI

Agregacin SI SIConversin a punto SI

Conversin a polgono SIConversin a linea SI

Segmentacin SI

Cuadro 1.1: Principales mtodos de generalizacin

1.7.2. Generalizacin temtica

A partir de una base cartogrfica comn, dependiendo de los objetivos del mapa se incorporar un tipo deinformacin u otra. Por ejemplo para un mapa geolgico si que resulta interesante disponer de la topografa enforma de curvas de nivel, sin embargo los usos de suelo no aportan informacin relevante dado el objetivo delmapa. En un mapa topogrfico por el contrario se considera ms til disponer de una representacin simplificadade los usos del suelo que una representacin de la litologa. En ambos casos, esta informacin se representaren tonos suaves para que no impida una correcta percepcin del resto de la informacin.Otra forma de generalizacin es la que se produce cuando distintos objetos, procedentes de capas de informa-cin diferentes, se superponen unos con otros en el mapa final. En este caso unas capas tendrn prioridad sobreotras que quedarn ocultas. Por ejemplo las curvas de nivel suelen aparecer como fondo en un gran nmero demapas pero, salvo que se trata de un mapa preparado para aplicaciones topogrficas, se considera informacinsecundaria, por tanto quedarn ocultas bajo ciudades, carreteras, embalses, etc (un ejemplo puede verse en losmapas geolgicos).En los ltimos aos, se han empezado a utilizar en la confeccin de mapas tcnicas reprogrficas que permitenrepresentar una gran cantidad de informacin espacial. El usuario, cambiando su ngulo de visin sobre el mapapodr ver un tipo de informacin u otra.

1.7.3. Generalizacin y escala

El grado de generalizacin suele depender de la escala del mapa. A grandes rasgos pueden establecerse lossiguientes umbrales:

A escala 1:10000 y superior la generalizacin es muy escasa o inexistente

A escala 1:20000 empieza a aparecer generalizacin. Las calles y carreteras aparecen ensanchadas, losedificios se agrupan simplifican y desplazan y las parcelas de cultivo se agrupan en grandes polgonos deuso de suelo


Entre 1:20000 y 1:200000, los bordes de los polgonos y los objetos lineales se simplifican, las carre-teras se simbolizan, desciende considerablemente el nmero de objetos representados pero aumenta ladensidad de objetos en el mapa.

A partir de 1:500000 el mapa es una representacin completamente simbolizada intil para su integracinen un Sistema de Informacin Geogrfica

1.7.4. Generalizacin y SIG

Cuando se trabaja con cartografa digital es importante separar lo que son los datos espaciales, que deben ser loms exactos posibles, de su presentacin grfica sometida a generalizacin (especialmente cuando el objetivode esta es producir un mapa en papel).El carcter subjetivo e incluso a veces artstico que muchas veces tiene la generalizacin cartogrfica dificultaenormemente la introduccin de funciones de generalizacin en un SIG o en cualquier otro programa quemaneje cartografa digital. Estas deberan compaginarse con las herramientas de produccin cartogrfica.En ocasiones la solucin que se ha dado a este problema es sustituir los datos originales por datos generali-zados con lo que, siendo vlidos para su representacin en papel, quedan prcticamente inutilizados para suincorporacin en un entorno SIG.

1.8. Tcnicas de anlisis de la cartografa convencional

Las tcnicas de anlisis que pueden utilizarse con la cartografa en papel son muy bsicas, pueden distinguirsedos tipos (figura ??):

Medicin de direcciones, distancias y reas mediante procedimientos manuales (regla y semicrculo) omecnicos ms o menos sofisticados (curvmetros y planmetros)

Combinacin de mapas mediante la tcnica de los transparentes. Consistente en dibujar los mapas enpapel traslcido y, aplicando luz por detrs, buscar las reas que cumplen un conjunto de criterios.

Muestreo por cuadrculas, consiste en la superposicin de una cuadrcula sobre el mapa asignndole acada celdilla un valor representativo de determinado fenmeno (por ejemplo la altitud media calcula-da a partir de las curvas de nivel). De este modo se generan varias capas con diferentes variables quepermitiran un anlisis de la distribucin espacial de las mismas y sus relaciones.

A pesar de que hoy en da puedan parecer tcnicas bastante ingenuas fueron muy utilizadas antes de la aparicinde los ordenadores y de los primeros programas de cartografa automtica.

1.8. TCNICAS DE ANLISIS DE LA CARTOGRAFA CONVENCIONAL 29

Figura 1.16: Ejemplos de las diferentes tcnicas de generalizacin en cartografa


Figura 1.17: Tcnicas de anlisis de mapas

1.9. Bibliografa

Alonso Fernndez-Coppel, I. Las coordenadas geogrficas y la proyeccin UTMhttp://www.cartesia.org/top.php en la seccin 30 archivos ms descargados

Maling,D.H. (1991) Coordinate systems and map projections for GIS en Maguire, D.J.; Goodchild,M.F. and Rhind, D.W. (Eds.) Geographical Information Systems: Principles and Applications. John Wi-ley & sons pp. 135-146 (www.wiley.co.uk/wileychi/gis/resources.html)Robinson,A.H. (1987) Elementos de Cartografa Ediciones Omega, 544 pp.Van Sickle,J. (2004) Basic GIS Coordinates CRC Press 173 pags.http://www.gva.es/icv/GLOSARIO.HTM

http://www.uco.es/ bb1rofra/documentos/proyecciones/proyecciones.html

http://www.uco.es/ bb1rofra/documentos/utm/coordenadas_utm.html

http://www.lsgi.polyu.edu.hk/cyber-class/geodesy/

http://nivel.euitto.upm.es/ mab/tematica/htmls/proyecciones.html

http://www.lsgi.polyu.edu.hk/cyber-class/geodesy/

1.9. BIBLIOGRAFA 31

http://www.uco.es/ bb1rofra/documentos/proyecciones

Captulo 2

Cartografa Digital. Introduccin a losSistemas de Informacin Geogrfica

2.1. Cartografa Digital

Tradicionalmente la cartografa se ha representado sobre papel utilizando para su estudio todo el conjunto detcnicas introducidos en el tema anterior por no existir otro medio mejor. Esta cartografa, aunque muy adecuadapara determinados usos por su facilidad de transporte y manejo, presenta ciertos inconvenientes:

Los datos originales se simplifican para hacer el mapa legible (generalizacin), de este modo muchosdetalles locales se pierden;

Las reas grandes quedan divididas entre varias hojas que, si han sido realizadas por diferentes autorespresentarn informacin diferente en sus bordes.

Resulta complejo e inexacto combinar informacin de diferentes mapas, especialmente si estn a dife-rente escala;

Se trata de documentos estticos, ya que por su elevado coste tardan muchos aos en ser actualizados,y fundamentalmente cualitativos ya que resulta difcil representar medidas cuantitativas salvo que seutilicen isolineas lo que implica una discretizacin importante de los valores;

Disparidad de criterios entre hojas y entre ediciones.

A partir de mediados del siglo XX se producen un conjunto de fenmenos que llevan al desarrollo de la carto-grafa digital:

Se incrementan tanto la demanda como la disponibilidad de datos espaciales y de tcnicas para su anlisis.

33

34 CAPTULO 2. CARTOGRAFA DIGITAL. INTRODUCCIN A LOS SIG

La necesidad de controlar los cambios acelerados que sufre la superficie terrestre debido a procesos denaturaleza dinmica convierten a los mapas en papel en herramientas completamente inadecuadas debidoa su naturaleza esttica.

El trabajo en diversas lineas de investigacin bsica y aplicada en ciencias de la Tierra y medioambienta-les suele requerir la combinacin de varios mapas representando diferentes propiedades para una mismazona y en diferentes perodos de tiempo, as como la incorporacin de bases de datos temticas1.

El conjunto de desarrollos tecnolgicos globalmente denominados tecnologas de la informacin hanpermitido manejar grandes volmenes de datos espaciales a muy bajo coste. Desarrollo de herramientas de digitalizacin y automatizacin de la cartografa. Desarrollo de programas y herramientas destinados a la integracin y anlisis de la misma, espe-

cialmente los Sistemas de Informacion Geografica (SIG). Disponibilidad de informacin espacial a intervalos regulares de tiempo (imgenes de satlite). Reduccin del coste del hardware (ley de Moore2) con lo que los SIG y la teledeteccin dejan de

ser privativos de grandes centros de investigacin o la administracin. Aparicin de CDs y desarrollo de internet con lo que desaparecen los costes de almacenamiento y

distribucin de informacin digital.

Las diferencias fundamentales entre cartografa en papel y cartografa digital son:

Mientras que la Cartografa en papel tiene un carcter esttico, la Cartografa Digital es dinmica en elsentido de que es mucho ms sencillo, tanto desde el punto de vista tecnolgico como econmico, suactualizacin.

La informacin debe estar perfectamente estructurada y sin ambiguedades para que los programas lapuedan interpretar. Los ordenadores no pueden deducir la informacin eliminada o modificada por losprocesos de generalizacin que puedan haberse utilizado. Un ejemplo habitual son las curvas de nivelcortadas para introducir una etiqueta de texto.

Se introduce el concepto de capa como fichero, o parte de un fichero, que contiene informacin espacialde una sola variable (en algunos casos un fichero puede almacenar vsarias capas). Se reserva el trminomapa para una combinacin de capas preparadas para su visualizacin o impresin. No debe mezclarseinformacin de diferentes tipos en una misma capa.

Tres tipos de programas se han utilizado tradicionalmente para el manejo de datos espaciales:1Cuando se trabaja con SIG se suele hacer la distincin entre base de datos espacial y temtica. La primera hace referencia al

conjunto de mapas en formato digital (un mapa de trminos municipales por ejemplo) y la segunda a las tablas que aportan variables noespaciales asociadas a las diferentes entidades representadas en la base de datos espacial (una tabla con informacin a nivel municipal).

2La capacidad de almacenamiento de los componentes de un ordenador se dobla cada 18 meses manteniendose el precio aproxima-damente constante.

2.2. QUE ES UN SIG? 35

Programas de CAD (Diseo Asistido por Ordenador). Permiten dibujar puntos, lineas y reas en pantallaa partir de un sistema de coordenadas definido por el usuario. Se han utilizado sobre todo en arquitectura,ingeniera y diseo. Podan emplearse tambien, aunque de forma limitada, para hacer mapas.

Programas de cartografa automtica. Programas para crear mapas en impresoras de texto utilizandodiferentes caracteres para simbolizar diferentes entidades o valores de variables.

Programas para teledeteccin. Permitan generar mapas como nuevas imgenes obtenidas a partir delas imgenes originales captadas por el satlite. Hasta principios de la dcada de los noventa requeranhardware especfico por la escasa potencia de los ordenadores personales.

Todos estos programas, junto con otros como los programas de gestin de bases de datos o las aplicacionesestadsticas, empiezan a converger a principios de los setenta hacia un nuevo tipo de aplicacin informtica,los Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) orientados a la codificacin, gestin y cartografa de variables yentidades espaciales (figura ??).Los SIG se han desarrollado por tanto a partir de la confluencia de conceptos, ideas, mtodos de trabajo, termi-nologa e incluso prejuicios aportados por profesionales procedentes de diferentes campos. La interaccin deestos profesionales ha supuesto que el desarrollo no haya seguido siempre la misma direccin y que aparezcanincluso perspectivas bastante diferentes de lo que es un SIG. Por ejemplo, pensando en la importancia quese otorga al tiempo apareceran en un extremo los cartgrafos y en el otro los eclogos. Para los primeros eltiempo no tiene importancia3 mientras que los segundos estudian procesos que ocurren en el espacio pero a unavelocidad relativamente alta.

2.2. Que es un SIG?2.2.1. Sistemas de Informacin y Sistemas de Informacin Geogrfica

En general, un Sistema de Informacin (SI) consiste en la unin de informacin en formato digital y herramien-tas informticas (programas) para su anlisis con unos objetivos concretos dentro de una organizacin (empresa,administracin, etc.). Un SIG es un caso particular de SI en el que la informacin aparece georreferenciada esdecir incluye su posicin en el espacio utilizando un sistema de coordenadas estandarizado resultado de unaproyeccin cartogrfica (generalmente UTM).Cuando se habla de Sistemas de Informacin, suele pensarse en grandes sistemas informticos que prestanapoyo a empresas u organismos de cierta envergadura. Este apoyo implica:

El almacenamiento de la informacin relativa al capital de la empresa y a todas las transacciones,

Permitir la consulta de datos particulares con cierta facilidad y desde diferentes puntos,

Analizar estos datos para obtener un mejor conocimiento de las vicisitudes que atraviesa la empresa,3De otro modo no se invertiran millones de euros en hacer mapas de usos del suelo que quedan rpidamente obsoletos.


Ayudar en la toma de decisiones importantes.

En el caso del Sistema de Informacin de una compaa area, el sistema de reserva y venta de billetes debeactualizarse constantemente para permitir la consulta al mismo desde cualquier punto de venta. Toda esta infor-macin debe quedar almacenada para analizar la marcha de la compaa, cuantificar el impacto de determinadosacontecimientos4 y apoyar decisiones como la compra de nuevos aparatos o la cancelacin de vuelos.Si pensamos en el SIG de una regin, este contendr informacin ambiental y socioeconmica de maneraque podamos consultar las caractersticas de un determinado espacio o cuales son las areas que cumplen conel conjunto de criterios recomendables para, por ejemplo, instalar un parque elico. De este modo un SIG seconvierte en una herramienta fundamental para llevar a cabo estudios de Ordenacin del Territorio o Evaluacinde Impacto Ambiental. Ms adelante se expondrn algunos ejemplos de consultas, anlisis y tomas de decinbasados en SIG.Podramos considerar, en sentido amplio que un SIG est constituido por:

Bases de datos espaciales en las que la realidad se codifica mediante unos modelos de datos especficos.

Bases de datos temticas cuya vinculacin con la base de datos cartogrfica permite asignar a cada punto,linea o rea del territorio unos valores temticos.

Conjunto de programas que permiten manejar estas bases de datos de forma til para diversos propsitos deinvestigacin, docencia o gestin.

Conjunto de ordenadores y perifricos de entrada y salida que constituyen el soporte fsico del SIG. Estasincluyen tanto el programa de gestin de SIG cmo otros programas de apoyo. Debido a los requerimien-tos de velocidad, almacenamiento y memoria RAM de un SIG, generalmente es preferible destinar unordenador en exclusiva a la implementacin del SIG, bien sea actuando como servidor5 o como ordenadorpersonal.

Comunidad de usuarios que pueda demandar informacin espacial.

Administradores del sistema encargados de resolver los requerimientos de los usuarios bin utilizando lasherramientas disponibles o bien produciendo nuevas herramientas.

2.2.2. Bases de datos

Desde el punto de vista de los datos, un SIG se basa en una serie de capas de informacin espacial en formatodigital que representan diversas variables (figura ??), o bien capas que representan entidades (figura ??) a losque corresponden varias entradas en una base de datos enlazada. Estas capas corresponden, al menos en parte,

4Por ejemplo los atentados del 11 de Septiembre de 2001 o el maremoto en el Oceano Indico en 2004.5Se denomina servidor a un ordenador de gran potencia en el que diversos usuarios pueden trabajar de forma simultanea conectados

desde varios ordenadores menos potentes denominados terminales.


Figura 2.1: Superposicin de capas de informacin representando superficies y entidades

a la misma zona, de manera que pueden analizarse en conjunto. De este modo puede combinarse, en un mismosistema, informacin espacial y temtica, con orgenes y formatos muy diversos.

De las diversas disciplinas que convergen en los SIG, la cartografa es una de las que tiene una contribucinms relevante. Los SIG representan as una visin cartogrfica del mundo apoyada en un espacio absolutodotado de un sistema cartesiano de coordenadas obtenido a partir de un sistema de proyeccin. La fortaleza quesupone el apoyo de la enorme tradicin cartogrfica implica tambin inconvenientes como el carcter esttico yplano de los mapas y la incapacidad para reflejar el nivel de incertidumbe asociado a estos datos o la necesidadde unificar sistemas de proyeccin si los de las capas de informacin original son diferentes.

2.2.3. Programas

Desde el punto de vista de los programas, los Sistemas de Informacin Geogrfica se han desarrollado a partirde la unin de diversos tipos de aplicaciones informticas: la cartogafa automtica tradicional, los sistemas degestin de bases de datos, las herramientas de anlisis digital de imgenes, los sistemas de ayuda a la toma dedecisiones y las tcnicas de modelizacin fsica (figura ??).Por ello tienden a veces a ser considerados un producto de las facultades de informtica para ser usados porinformticos, sin embargo la fuerte carga terica de los SIG exige al usuario conocimientos adecuados acercade la ciencia espacial con la que est trabajando para escoger, en cada caso, las herramientas adecuadas a cadaanlisis en particular. Las particularidades del manejo de datos espaciales, en buena parte comunes a todas lasciencia de la Tierra y ambientales, ha fomentado el uso del trmino Ciencia de la Informacin Geogrfica. Porotro lado, para un experto en estas materias (ciencias de la tierra y ambientales) que desee introducirse en elmanejo de los SIG, resulta imprescindible, lgicamente, una formacin informtica slida.


Estas herramientas (programas) son muy variados hasta el punto de partir de distintas concepciones acerca decomo entender y representar el espacio y los fenmenos en el ubicados. Estas diferencias reflejan diferentestipos de teoras acerca del espacio procedentes de disciplinas cientficas diversas; por tanto utilizar una deter-minada herramienta SIG para resolver un problema implica la aceptacin, al menos implcita, de una teora,una hiptesis, acerca de los datos que se manejan. Por ejemplo un mapa del pH del suelo puede hacerse de dosmaneras:

asignando a cada polgono que representa un tipo de suelo un valor de pH medio de dicho suelo

interpolando un conjunto de medidas de pH obtenidas en diferentes puntos

y cada una de ellas asume hiptesis completamente diferentes acerca de la variabilidad espacial de las propie-dades edficas.

Este problema est en el centro de los debates acerca de si los SIG deben considerarse tan slo como unaherramienta neutra o como una disciplina cientfica, debates con consecuencias profundas en el modo en que ladocencia y prctica de los SIG debe plantearse en las universidades.

El desarrollo de los SIG no ha supuesto en realidad un cambio real en los modos de analizar la informacin.Gran parte de los algoritmos utilizados se conocan desde antes de la aparicin de los ordenadores y simple-mente era inviable hacer los clculos a mano. De hecho el progresivo aumento en la potencia de los ordenadoreshace que cada cierto tiempo se incorporen nuevas tcnicas ya conocidas pero ms exigentes en cuanto a potenciadel ordenador que las disponibles hasta el momento.

Pero hay que tener en cuenta que la utilizacin de grandes ordenadores y herramientas sofisticadas no garantizatampoco la calidad de los resultados. Slo con buenos datos de partida, un modelo de datos adecuado a losmismos y tcnicas de anlisis tambin adecuadas podrn obtenerse buenos resultados.

Uno de los errores ms comunes cuando alguien se inicia en el uso de los SIG es confundir el manejo deun programa con el dominio de una tcnica. Igual que no es lo mismo saber estadstica que saber pulsar losbotones de funciones estadsticas de una calculadora, tampoco es lo mismo conocer las tcnicas SIG que sabermanejar un determinado programa y obtener salidas grficas ms o menos estticas. De hecho, aunque unade las primeras percepciones que se tienen de un SIG son las salidas grficas a todo color, impresas o enla pantalla de un ordenador; conviene recordar que hay una diferencia fundamental entre los programas demanejo de grficos y los SIG. En los primeros, lo fundamental es la imagen que vemos, siendo irrelevantecomo se codifique, en un SIG la imagen es slo una salida grfica sin mayor importancia, lo relevante son losdatos que se estn representando y el anlisis de los mismos.

Aunque en sentido estricto no sera necesario, se han desarrollado un tipo especfico de aplicaciones informti-cas para el manejo de un SIG. Estos programas es lo que popularmente se conoce cmo SIG (IDRISI, ArcInfo,GRASS, Erdas, etc.), pero que realmente constituyen tan slo un componente de lo que es realmente un Sistemade Informacin Geogrfica.


Figura 2.2: En los SIG convergen diversas lineas de trabajo


2.2.4. Usuarios

Los SI, o en concreto los SIG, de la envergadura de los aqu planteados estn al servicio de una estructuraorganizativa, tienen una gran nmero de usuarios con diferentes niveles de acceso, administradores del sistemay personal responsable de tomar decisiones en funcin de los informes aportados por el Sistema. Por tanto,salvo casos triviales como el de un SIG personal desarrollado para hacer un trabajo personal, los aspectosadministrativos se convierten, junto a las bases de datos y las herramientas informticas para su anlisis, en eltercer pilar de un SIG.

Debido a la complejidad y a la utilidad de este tipo de sistemas resulta importante distinguir entre tres formasde interactuacin con el SIG:

Usuarios, su misin es obtener informacin del SIG y tomar decisiones en funcin de la misma. Suelennecesitar una interfaz de usuario sencilla para enmascarar la complejidad del sistema debido a la falta deconocimientos informticos.

Tcnicos en SIG, encargados de seleccionar las herramientas, los datos, la escala adecuada de represen-tacin para los fines propuestos para el Sistema, y los procedimientos para su introduccin en el SIG.Suele ser preferible que tengan formacin y experiencia en el campo de las ciencias de la Tierra y Me-dioambientales, especialmente en el campo ms relacionado con los objetivos que se quieren cubrir conel SIG.

Informticos, en sistemas de cierta importancia, son los encargados de su administracin. Esto incluyemodificar o incluso crear esde cero las herramientas que contiene el SIG para adaptarlas a los requeri-mientos de los usuarios cuando estos no puedan ser llevados a cabo por los tcnicos en SIG a partir delas herramientas disponibles en el sistema

Esta divisin puede difuminarse de forma considerable en los diferentes casos reales.

Debido a la imparable implantacin de los SIG como herramienta de anlisis y gestin de datos espaciales elnmero de usuarios de SIG (no siempre voluntarios) crece enormemente. Por otro lado la necesidad de basarciertas decisiones polticas en los resultados de un SIG ha llevado a algunos gestores a interesarse por estosprogramas.

Estos nuevos usuarios, con bastante menos conocimientos informticos que los usuarios tradicionales, no tie-nen necesidad de un programa altamente sofisticado sino que simplemente necesitan visualizar y consultarcomodamente informacin espacial. Para cubrir esta necesidad han aparecido programas sencillos (ArcView,Idrisi) pero menos potentes que los SIG tradicionales (ArcInfo, GRASS). A raiz de estos hechos, se ha abiertocierta polmica entorno a la aparente contradiccin entre programas de gran potencia y flexibilidad pero difcilmanejo y programas sencillos pero menos potentes. Quizs la solucin habra que buscarla en el mundo de lasbases de datos. Una base de datos potente (Oracle, Postgresql, SQL server) distingue entre:

La base de datos en si, como conjunto de ficheros que almacenan la informacin;

2.3. UTILIZACIN DE UN SISTEMA DE INFORMACIN GEOGRFICA 41

El programa servidor de bases de datos que recibe las consultas de los usuarios y accede a la base dedatos;

Los programas clientes de bases de datos son programas sencillos que permiten al usuario escribirconsultas, las lanzan al servidor, reciben la respuesta de este y presentan los resultados al usuario.

Los usuarios acceden a la base de datos a travs de programas clientes, estos se comunican con el programaservidor que analiza sus consultas y suministra sus resultados. Los programas clientes pueden ser ms o menoscomplejos en funcin de las necesidades del usuario, puede tratarse de un simple visualizador de tablas o de uncliente con capacidad para hacer consultas y modificaciones complejas a la base de datos.

2.3. Utilizacin de un Sistema de Informacin Geogrfica

Las funciones bsicas, y ms habitualmente utilizadas, de un SIG son el almacenamiento, visualizacin, con-sulta y anlisis de datos espaciales. Un uso algo ms avanzado sera la utilizacin de un SIG para la toma dedecisiones en ordenacin territorial o para la modelizacin de procesos ambientales.

2.3.1. Almacenamiento

El primer problema que se plantea al trabajar con un SIG es el como codificar y almacenar los diferentesfenmenos que aparecen en la superficie terrestre. El primer paso para consegirlo es desarrollar modelos dedatos adecuados. Es decir, el almacenamiento de datos espaciales implica modelizar6 la realidad y codificar deforma cuantitativa este modelo. Los temas 3, 4 y 8 tratarn con cierta profundidad los diversos aspectos de lamodelizacin y el almacenamiento de datos espaciales

2.3.2. Visualizacin

La diferencia bsica entre un Sistema de Informacin en sentido amplio y un SIG es que este ltimo manejadatos espaciales. Estos se presentan en un espacio de cuatro dimensiones (3 espaciales y el tiempo) pero debidoal peso que la tradicin cartogrfica tiene sobres los SIG, una de las formas prioritarias de presentacin de losdatos es en su proyeccin sobre el espacio bidimensional definido mediante coordenadas cartesianas.

Hoy en da estn apareciendo un gran nmero de programas sencillos que se centran en la visualizacin yconsulta de datos espaciales, lo que se conoce como desktop mapping, que es un complemento a los SIG msque SIG en si mismo. Sin embargo gran parte de la popularizacin de los SIG se debe a este tipo de aplicacionesya que han permitido introducir la dimensin espacial de la informacin de forma sencilla en entornos de trabajoen los que no exista una tradicin a este respecto (empresas por ejemplo).

6Extraer los elementos esenciales obviando aquellos no necesarios para los objetivos perseguidos


2.3.3. Consultas

Un paso adelante sera la obtencin de respuestas a una serie de consultas sobre los datos y su distribucin enel espacio. Una consulta a una base de datos implica:

Seleccionar el subconjunto de datos que el usuario necesita en funcin de un conjunto de citerios previa-mente definidos. Por ejemplo todos los municipios con una poblacin mayor de 30000 habitantes.

Presentarlo al usuario de forma til bien sea tablas (con listados de los municipios ordenados segndiversos criterios), grficos o mapas en los que los municipios de ms de 30000 habitantes aparezcan deun determinado color. Las tablas dan una informacin ms exacta, pero los mapas presentan sobre lastablas la ventaja de que aportan informacin espacial.

En un Sistema de Informacin convencional o en una base de datos, las consulta se basan en propiedadestemticas. En un SIG las consultas se basan tanto en atributos temticos como en propiedades espaciales, estaspueden definirse mediante un par de coordenadas o pinchando directamente sobre un mapa.

El lenguaje de consulta ms utilizado en programas de gestin de bases de datos es SQL (Lenguaje Estructuradode Consultas). Sus resultados son tablas, sin embargo estas tablas pueden combinarse con capas de informa-cin espacial preexistentes para obtener, como presentacin, una nueva capa. En el tema 9 se hablar de laintegracin de SIG con bases de datos.

Los tipos bsicos de consulta a un SIG seran:

Que objeto aparece en el punto de coordenadas X e Y.

Cuales son los valores de las variables V1, V2,... en dicho punto?

Que puntos cumplen una determinada condicin? Por ejemplo tener una pendiente inferior al 5 % y noestar cultivados

Que entidades cumplen una determinada condicin? Por ejemplo cuantos embalses de la Cuenca delSegura superan el 50 % de su capacidad.

Que relacin hay entre los objetos A y B? Por ejemplo, Est Sucina dentro del municipio de Murcia ode Cartagena?

Cual es la distancia entre dos puntos?

Cual es la conexin entre dos puntos? Por ejemplo, Cual es la mejor ruta entre murcia y La Azoha?

2.3. UTILIZACIN DE UN SISTEMA DE INFORMACIN GEOGRFICA 43

2.3.4. Anlisis

Ms sofisticado sera el uso de herramientas de anlisis espacial y lgebra de mapas para el desarrollo yverificacin de hiptesis acerca de la distribucin espacial de las variables y objetos. Los temas 5, 6 y 8 secentrarn en estos aspectos.

Disminuye la temperatura con la altitud?

Los individuos de una determinada especie vegetal, tienden a agruparse o permanecen aislados?

Cual es el tamao mnimo de un rea de bosque para mantener una poblacin viable de lince ibrico?

En algunos casos (los dos primeros ejemplos) resulta necesaria la utilizacin de programas de anlisis estads-tico externos a los programas de SIG, debe buscarse entonces la mayor integracin posible entre ambos tiposde programas en cuanto a tipos de datos manejados y compatibilidad de formatos de ficheros. En otros casos setratar de implementar modelos ya formulados apoyados en el conocimiento de expertos bien en comunicacindirecta o bien a travs de una bsqueda bibliogrfica (es el caso del tercer ejemplo).A partir de los resultados de este tipo de anlisis podemos, en algunos casos, generar nuevas capas de informa-cin. Por ejemplo, una vez determinada la relacin entre tempertatura y altitud, puede generarse una capa detemperaturas a partir de una capa de elevaciones mediante tcnicas de modelizacin cartogrfica.

2.3.5. Toma de decisiones

Un punto ms all de sofisticacin sera la utilizacin de un SIG para resolver problemas de toma de decisin enplanificacin fsica, ordenacin territorial, estudios de impacto ambiental, etc. mediante el uso de instruccionescomplejas del anlisis espacial y lgebra de mapas. En definitiva se tratara de resolver preguntas del tipo:

Que actividad es la ms adecuada para un area concreta? Por ejemplo cual es el uso del suelo ms ade-cuado para una parcela concreta teniendo en cuenta una serie de criterios basados en variables espacialesde las que se cuenta con capas de informacin.

Cual es el mejor lugar para la instalacin de determinada actividad deseada (un centro de ocio) o inde-seada (un vertedero)?

Cual es la forma y tamao adecuados de los espacios naturales para cumplir con sus funciones (porejemplo la conservacin de biodiversidad)?

Cual es la ubicacin ptima de una red de torres de vigilancia forestal?


2.3.6. Modelizacin

Finalmente, las aplicaciones ms elaboradas de los SIG son aquellas relacionadas con la integracin de modelosmatemticos de procesos naturales, dinmicos y espacialmente distribuidos. Los objetivos perdeguidos puednser tanto cientfico como de planificacin y ordenacin. Por ejemplo:

Que reas pueden inundarse en caso de producirse un episodio lluvioso dado?Que consecuencias ambientales puede tener un embalse aguas abajo de su ubicacin?Cmo podra mejorarse la eficiencia en el uso del agua?Cual va a ser el impacto sobre el medio de dicha actividad?

En estos casos los SIG deben integrarse con un modelo dinmico, esta integracin puede llevarse a cabo devariso modos:

El SIG se utiliza slo para crear las capas de entrada al modelo y visualizar las de salida. El modelose implementa en un programa aparte que importa y exporta los formatos de fichero del SIG. Ambosprogramas son totalmente independientes. Un ejemplo de funcionamiento similar sera el caso de unahoja de clculo cuyo contenido se grabara en formato de texto (*.txt) y este fichero se leyera con unprocesador de textos para su incorporacin en un documento;

Ambos programas se integran ms estrechamente compartiendo el mismo formato de ficheros y pudiendoejecutarse al mismo tiempo. Por ejemplo los diferentes programas de una suite ofimtica.El modelo se incorpora como un mdulo del SIG. Sera el caso de un procesador de textos que incorporarauna pequea aplicacin de hoja de clculo para incorporar, y trabajar con, tablas en el documento.

2.4. Aplicaciones de los SIG

Un Sistema de Informacin Geogrfica es una herramienta que permite la integracin de bases de datos espa-ciales y la implementacin de diversas tcnicas de anlisis de datos. Por tanto cualquier actividad relacionadacon el espacio, puede beneficiarse del trabajo con SIG. Entre las aplicaciones ms usuales destacan:

Cientficas

Especialmente en ciencias medioambientales (en sentido amplio) y relacionadas con el espacio. Desarrollo de modelos empricos, por ejemplo los que relacionan temperatura con altitud, orienta-

cin, etc. a partir de medidas tomadas en el lugar. Modelizacin cartogrfica (aplicacin de modelos empricos para hacer mapas de temperatura a

partir de mapas de altitud, orientacin, etc.)

2.5. INFRAESTRUCTURAS DE DATOS ESPACIALES 45

Modelos dinmicos (utilizacin de las leyes de la termodinmica y la dinmica de fluidos parahacer un mapa de temperatura utilizando un mapa de elevaciones, entre otros, como condiciones decontorno.

Teledeteccin, las imgenes de satlite son estructuras raster que se manejan de forma ptima enun SIG

Gestin

Cartografa automtica Informacin pblica, catastro Planificacin de espacios protegidos Ordenacin territorial Planificacin urbana Estudios de impacto ambiental Evaluacin de recursos Seguimiento de las consecuencias de determinadas actuaciones (presas, diques, carreteras)

Empresarial

Marketing (envio de propaganda a los residentes cerca del local que cumplan determinadas condi-ciones)

Estrategias de distribucin (optimizacin de las rutas que una flota de camiones debe realizar pardstribuir mercancia desde varios almacenes a varios clientes)

Localizacin ptima de una sucursal en funcin de los clientes potenciales situados alrededor

2.5. Infraestructuras de Datos Espaciales

A pesar de la demostrada utilidad de los SIG, no resulta fcil ponerlos en marcha, siendo uno de los principalesproblemas el elevado coste de adquisicin y mantenimiento de la informacin espacial. Las dificultades en elacceso a esta conlleva varios problemas:

Duplicacin de esfuerzos

Duplicacin de bases de datos, no siempre coherentes

Diseminacin de copias ms o menos legales de los datos pero muchas veces sin la necesaria metainfor-macin


Varias organizaciones han impulsado la creacin de Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE) para faci-litar la explotacin y el intercambio de datos espaciales. Estas infraestructuras definen una serie de normas yestndares que los productores de datos espaciales (generalmente organismos pblicos) deben seguir.La Comisin Europea public en 1999 un informe acerca de la necesidad de crear formatos y servicios demetadatos para facilitar el intercambio, bsqueda y recuperacin de los mismos.Posteriormente la Comisin promovi la iniciativa INSPIRE (Infraestructura para la Informacin Espacial enEuropa) en colaboracin con los estados miembros. Se trata de incentivar la creacin de una IDE europeaque proporcione a los usuarios la posibilidad de identificar y acceder a la informacin espacial en base a lossiguientes principios:

Los datos bsicos deben recogerse una vez y debe mantenerlos el centro que lo pueda hacer de formams eficaz

Debera ser posible combinar fcilmente informacin espacial de distintas fuentes europeas

La informacin recogida a un nivel debe ser compartida entre distintos niveles

La informacin espacial debera ser abundante y estar disponible de forma que no se frene su uso masivo

Debera ser fcil descubrir que informacin geogrfica est disponible

Los datos geogrficos deberan ser fciles de entender e interpretar y poder ser visualizados adecuada-mente.

El objetivo final es que los diferentes organismos productores de informacin espacial contaran con servidoresde mapas va web de manera que el usuario pueda utilizando un programa cliente web:

Visualizar la informacin espacial disponible con diferentes niveles de zoom, quitando y poniendo capasde informacin,e etc.

Cargar informacin disponible en diferentes servidores de forma transparente

Bajar, si lo necesita, la informacin que esta visualizando

El primero de estos objetivos es hoy plenamente factible. Existen diversos servidores de mapas disponibles,algunos de ellos muy conocidos:

Sitna (http://sitna.tracasa.es/)National geographic Mapmachine (http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine/)Google Earth

Google maps (http://maps.google.com/)

2.6. EL SISTEMA GPS 47

El segundo de estos objetivos implica un gran esfuerzo tcnico de cara a garantizar la interoperabilidad de losdatos, es decir que dos mapas procedentes de dos organismos diferentes puedan utilizarse juntos. Para ello senecesita:

Descripcin adecuada de los metadatos para determinar por ejemplo si dos mapas tienen una proyeccincompatible y cuales son las ecuaciones de transformacin entre ellas

Interoperabilidad semntica, las leyendas deben ser comunes y utilizar los mismos trminos para decirlas mismas cosas

Una correcta poltica de actualizacin de los datos y mantenimiento de las versiones antiguas. Para re-ducir costes, slo se debera actualizar aquellas partes que realmente se han modificado y mantener lasversiones antiguas para estudios histricos

El tercer objetivo es tcnicamente factible pero puede contar con una amplia oposicin poltica, existe an uncierto rechazo al hecho de compartir informacin medioambiental, a pesar de todas las directivas de la UEacerca de informacin medioambiental pblica.En todo caso, en 2006-2007 debe adoptarse la legislacin marco de INSPIRE por lo que los distintos gobiernos(nacionales y regionales) deben caminar hacia la creacin de IDEs.

2.6. El sistema GPS

Uno de los problemas fundamentales de la cartografa ha sido siempre el conseguir de forma precisa deter-minar la posicin en el espacio de los fenmenos a cartografiar. Tradicionalmente se han utilizado tcnicasde topografa basadas en la triangulacin. Hoy en da se cuenta con el sistema GPS que permite determinarlas coordenadas de cualquier punto de la superficie terrestre con mayor precisin que los antiguos mtodostopogrficos.

La tecnologa GPS (Global Positioning System) fue diseada originalmente con propsitos militares pero rpi-damente se vi su aplicabilidad en el mundo civil, fundamentalmente en navegacin y topografa.El sistema consta de tres componentes:

Componente espacial, formado por 24 satlites situados a unos 20200 km de la Tierra y que pasan porel mismo lugar cada 12 horas de manera que se puede contar en cualquier lugar y en cualquier momentocon, al menos, 4 de estos satlites con un ngulo de elevacin de por lo menos 15o.Cada satlite lleva a bordo varios relojes atmicos de gran precisin y emiten constantemente una sealcaracterstica de cada satlite que contiene entre otras cosas la posicin del mismo.

Componente de control, formado por una sere de estaciones d eobservacin cercanas al Ecuador encar-gados de controlar la posicin orbital de los satlites y calibrar y sincronizar los relojes.


Usuarios con un receptor GPS entre las actividades la navegacin martima o terrestre, excursionismo,topografa, control de maquinaria, etc.

Dependiendo de las necesidades existen tres modos de utilizacin de un dispositivo GPS:

Navegacin autnoma con un receptor simple, la presicin es de 20 metros para usuarios militaresy 100 metros para usuarios civiles. Utilizado en navegacin marina.

Posicionamiento diferencial corregido (DGPS) con precisiones de 0.5 a 5 metros utilizado enSIG, navegacin costera, posicionamiento de vehculos, etc.

Posicionamiento diferencial de fase con precisiones entre 0.5 y 20 mm, utilizado en control demaquinaria y topografa.

El clculo del posicionamiento se basa en la medicin de la distancia desde la posicin de cada satlite a Tierra.Puesto que la seal emitida por el satlite incluye la hora en que fue emitida y el receptor conoce la hora dellegada, la distancia se puede calcular como:

d = ct (2.1)

donde c es la velocidad de la luz.

Se genera de este modo una pseudoesfera con centro en el satlite y radio igual a la distancia medida. Si sedispone de tres satlites se tienen 3 pseudoesferas cuya interseccin genera un nico punto que es la posicindel receptor. Sin embargo para obtener una medida hacen falta al menos cuatro satlites debido a las diferenciastemporales en la recepcin de las seales de los satlites.

Las distancias medidas por un receptor GPS estn sujetas a las siguientes fuentes de error:

Retrasos atmosfricas sobre la seal;

Errores en los relojes;

Efecto multitrayectoria, la seal puede llegar al receptor rebotada desde alguna superficie reflectora (l-minas de agua, edificios) obtenindose una medida de distancia erronea;

Prdida de precisin debido a que los satlites estn muy juntos. Un receptor GPS puede proporcionaruna medida de esta prdida tanto en la horizontal (HDOP) como en la vertical (VDOP);

Disponibilidad selectiva, distorsiones introducidas a propsito por el ejrcito americano para disminuirla precisin a los usuarios civiles o a pases extranjeros. Los satlites del sistema GPS disponen ademsde una seal, que permite posicionamiento de alta precisin, pero que es slo accesible a aplicacionesmilitares.

2.7. LOS SIG CIENCIA O HERRAMIENTA? 49

La tcnica DGPS permite solventar muchos de estos errores alcanzndose precisiones de 2 a 3 metros. Se basaen la conexin del receptor a un receptor de referencia fijo. Este ltimo, puesto que conoce su posicin, puedecalcular el error de la seal del GPS y transmitirlo al receptor mvil para que lo corrija.Esta correccin puede realizarse en tiempo real o en postproceso mediante programas que descargan por internetlos ficheros con los errores y los tiempos en que se han medido estos errores para corregir las posiciones medidaspor el receptor mvil y almacenadas en otro fichero.La Direccin General de Medio Natural de la Consejera de Ordenacin Territorial y Medio Ambiente, disponede una antena accesible por Internet (http://www.carm.es/medioambiente/medioAmbiente/GpsHTML/GPS.html)La tcnica de Posicionamiento diferencial de fase requiere como mnimo dos receptores que deben utilizarsede forma simultanea para, tomando varias medidas, conseguir una reduccin de errores mediante procedimien-tos estadsticos.La Unin Europea y la Agencia Espacial Europea est desarrollando el sistema Galileo (http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/index_en.htm)como alternativa propia al sistema GPS lo que permitir evitar algunos de los problemas polticos que arrastreael sistema GPS.

2.7. Los SIG Ciencia o herramienta?

Uno de los debates ms habituales en la utilizacin de los Sistemas de Informacin Geogrfica en entornosacadmicos es hasta que punto implican realmente un avance cientfico, con lo que su presencia como asignaturasera de pleno derecho, o si son slo una herramienta, poco ms que un procesador de textos, que los alumnosdeberan aprender por su cuenta y que, como mucho, podra servir para explicar visualmente otros contenidos.En realidad, con los SIG ocurre algo parecido a lo que ocurre con la estadstica. Existen los programas deestadstica, o incluso las calculadoras estadsticas, que son tiles siempre y cuando el usuario tenga los conoci-mientos de la ciencia estadstica necesarios para aplicar el mtodo que necesita con xito. De esta manera puededistinguirse, como de hecho se viene haciendo en la bibliografa, entre Sistemas de Informacin Geogrfica yCiencia de la Informacin Geogrfica (en ingls el acrnimo es el mismo).Se hace por tanto necesario determinar cual sera el mbito de estudio de esta Ciencia de la InformacinGeogrfica que tiene poco que ver en realidad con la Geografa, al menos con la concepcin tradicional de esta;sino que sera el conjunto de problemas vinculados con la distribucin espacial de variables (la temperatura porejemplo), entidades (los individuos de una especie vegetal por ejemplo) y fenmenos (la erosin por ejemplo)sobre la superficie terrestre7. Estos fenmenos son estudiados por la Geografa, Edafologa, Ecologa, etc.pero su distribucin espacial presenta caractersticas comunes y dificultades especficas que dan su unidad a laCiencia de la Informacin Geogrfica.La cuestin bsica est en la necesidad y dificultad de modelizar la superficie terrestre para resolver, utilizandoun ordenador y un programa o un conjunto de programas, determinados problemas cientficos o de ordenprctico que afectana dicha superficie terrestre. Para ello es necesario:

7Se utilizan tecnologas similares para estudiar la distribucin espacial de fenmenos sobre otros espacios particulares (ecografa enmedicina, diseo de circuitos en microelectrnica, etc.


Modelos de datos Se trata de modelos de las entidades y variables que aparecen en la superficie terrrestrey que permitirn codificarlos en un sistema informtico

Modelos de procesos Se trata de procedimientos de clculo que representan la interaccin de los diferen-tes elementos de la superficie terrestre y sus modificaciones.

Por ejemplo, una cuenca hidrogrfica y su red de drenaje pueden representarse en un ordenador mediante unaserie de nmeros almacenados en ficheros siguiendo diversos modelos de datos ampliamente utilizados (quese vern en los siguientes temas). El proceso de generacin de avenidas e inundaciones en dicha cuenca puedemodelizarse mediante programas que toman como entrada los ficheros que definen la cuenca, los que definenla precipitacin, etc. y generan ficheros de salida que pueden representar la superficie inundada, hidrogramas,etc.

La adecuada codificacin de elementos y procesos es la base de la Ciencia de la Informacin Geogrfica que,podra considerarse que esta a caballo entre la Geografa y la Informtica.Hoy en da aparecen tres grandes lineas de trabajo en el mundo de los SIG:

Cartografa de alta resolucin, ligada a la topografa clsica con objetivos aplicados en el campo de laarquitectura o las ingenieras;

Modelizacin de procesos ambientales y tcnicas de simulacin de fenmenos extremos o de actuacionesconcretas sobre el espacio;

SIG y Tecnologas de la Informacin, para permitir acceder a un SIG con todas las posibilidades a tra-vs de Internet; entre las aplicaciones de esta linea est la educacin ambiental o la publicidad y otrasaplicaciones empresariales.

2.8. Bibliografa

Coppock, J.T. and Rhind,D.W. (1991) The History of GIS en Maguire, D.J.; Goodchild, M.F. and Rhind,D.W. (Eds.) Geographical Information Systems: Principles and Applications John Wiley & sons pp.21-43 (www.wiley.co.uk/wileychi/gis/resources.html)Leica Introduccin al Sistema GPS www.incom.cl/arch_pdf/publicaciones/que-esgps-leica.pdf

Longley,P.A.; Goodchild, M.F.; Maguire, D.J.; and Rhind, D.W. (2001) Geographic

sig-teoria.pdf

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