SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

 

1. INTRODUCCIÓN

1.1. QUÉ ES UN SIG
1.2.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE UN SIG
1.3.
COMPONENTES DE UN SIG 
  1.3.1.
HARDWARE
  1.3.2. SOFTWARE
  1.3.3.
DATOS
  1.3.4.
GENTE (LIVEWARE)
1.4.
ESTADOS DE MADUREZ Y COMPLEJIDAD DE UN SIG

2. GEODESIA BÁSICA

2.1. FORMA Y TAMAÑO DE LA TIERRA
  2.1.1.
ELIPSOID
  2.1.2.
GEOIDE
  2.1.3.
USO DE LA ESFERA, EL ELIPSOIDE Y EL GEOIDE
  2.1.4.
COORDENADAS GEOGRÁFICAS

 

  1. INTRODUCCIÓN

1.1 QUÉ ES UN SIG

Es un sistema compuesto por hardware, software, datos y personal (usuarios) que posibilitan la adquisición, visualización, análisis y presentación de información referenciada espacialmente para apoyar el planeamiento y administración de recursos.

Visualización: estimar información mediante visualización gráfica

Organización: estructurar la información basados en coordenadas geográficas y teniendo en cuenta atributos lógicos

Integración: información proveniente de diferentes fuentes: digitalización, fotografías aéreas, imágenes de satélite, datos tabulares

Analizar: inferir otra información: calcular áreas, interpolar, inferir zonas de influencia

Predecir: extraer patrones de comportamiento para predecir comportamientos futuros

1.2. PRINCIPIOS BÁSICOS DE UN SIG:
REPRESENTACIÓN TABULAR: base de datos alfanumérica
REPRESENTACIÓN GRÁFICA: puntos, líneas o polígonos

1.3 COMPONENTES DE UN SIG

1.3.1 HARDWARE

Los componentes computarizados que forma la estructura física sobre la cual corren los SIG y en la cual se realizan las manipulaciones y los análisis. También incluye los aparatos para guardar datos, desplegar análisis y crear productos.

Cuando empezaron los SIG, el hardware era muy caro en comparación con los otros factores, sin embargo en los últimos años, debido a la disminución en los costos del hardware, se ha convertido en una porción menor del costo total de un SIG típico

Un SIG puede ser operado en modo individual o distribuido (una serie de computadores personales o estaciones de trabajo conectadas a través de una red con uno o varios servidores.

El hardware consiste en un aparato de procesamiento, uno de despliegue y uno de edición. El tamaño y la resolución son factores muy importantes tanto para el aparato de despliegue como para el de edición.

Se requieren otros periféricos como una unidad de captura de datos en dos o tres dimensiones (mesa digitalizadora y estereoplotters). Scanners para capturar imágenes, con diferentes resoluciones dependiendo de las necesidades. Unidades de almacenamiento: CD’s, cintas, etc. Unidades de salida de productos como plotters e impresoras.

    1.3.2 SOFTWARE

    Fácilmente disponible en el mercado, existen diversos sistemas de software de amplio uso, soportados por desarrolladores y con precios cada vez menores en comparación con el número de funciones que realizan, rapidez y facilidad de uso. Existen también sistemas de dominio público que permiten el despliegue y análisis básicos de datos geográficos.

    Un software completo debe incluir módulos para importar, capturar y administrar los datos en una base de datos, manipular y analizar los datos y desplegar y producir los productos que se necesiten.

    A la hora de escoger un software de SIG es importante entrar a analizar que funciones se requieren, y la facilidad de uso, pues hay sistemas que presentan curvas de aprendizaje hasta de un año. Se trabaja generalmente con sistemas modulares (módulo de análisis de información raster, módulo de análisis de imágenes de satélite, módulo de análisis de redes, módulo de análisis de terrenos ,etc.)

     

    1.3.3 DATOS

    Hay dos hechos importantes que deben ser tenidos en cuenta por los usuarios de SIG. Primero, que cualquier resultado que produzca el sistema es válido dependiendo de la validez de los datos de entrada. Segundo, que la herramienta SIG por si sola, es una pequeña parte del costo total del sistema. La parte más cara de un SIG es la adquisición y procesamiento de los datos. Estos hechos revelan la gran importancia de tener acceso a datos confiables y levantados de manera precisa y que tengan una actualización constante. Incluye datos tabulares y datos espaciales.

    Los datos también deben poder ser usados por múltiples usuarios para que los costos sean justificados. Se requiere que existan estándares de datos que permitan que múltiples usuarios tengan acceso a la información, deben existir estándares para los formatos de intercambio de información, de manera que no se pierda. Se requieren también metadatos (datos acerca de los datos en formato digital), que deben incluir información acerca de la calidad de los mismos.

    1.3.4 GENTE (LIVEWARE)

      Para operar un SIG se requiere más que hardware, software y datos, se requieren los operadores que corran dicho sistema. Estos operadores pueden ser caros, pues requiren entrenamiento en SIG, deben tener habilidades de sistemas, así como conocimientos de cartógrafa.

      Pirámide del personal de SIG:

      Expertos: diseñan y mantienen el sistema

      Usuarios especializados: realizan consultas y análisis e introducen datos

      Usuarios finales: utilizan y visualizan la información

       

1.4. ESTADOS DE MADUREZ Y COMPLEJIDAD DE UN SIG

    ESTADO 1: Corresponde a un nivel de inventario. El objetivo es crear una capa de datos consistente y completa, para realizar búsquedas sobre ella (p.e. una base de datos de edificios asegurados para una empresa de seguros o una base de datos de clientes de un almacén). Simplemente permite hacer búsquedas con ciertos criterios y encontrar la localización. Proveen limitado análisis.

    ESTADO 2: El segundo nivel de madurez de un SIG agrega operaciones de análisis al nivel uno. Permite el análisis de múltiples capas de datos para encontrar relaciones entre ellas, permite también la realización de operaciones estadísticas, así como preguntas que involucren varios temas como por ejemplo, encontrar una vivienda en un rango de valores que no quede a más de cierta distancia de una vía principal y de un centro comercial importante.

    ESTADO 3: EL SIG se convierte en un sistema de soporte de decisiones. Se utilizan modelos sobre los datos para modelar la realidad. Incluye modelos de superposición de mapas para encontrar por ejemplo riesgo al deslizamiento involucrando múltiples variables. Un modelo de este tipo, permite tomar decisiones acerca de que lugares son más adecuados para un desarrollo de infraestructura importante (una presa, una vía, etc.).

2. GEODESIA BÁSICA

    Mapear significa determinar la localización geográfica de los elementos sobre la tierra, transformando estas localizaciones en posiciones sobre un plano y representándolas gráficamente por medio de un mapa. Las localizaciones geográficas se especifican por medio de coordenadas geográficas denominadas Latitud y Longitud.

    2.1 FORMA Y TAMAÑO DE LA TIERRA

    La superficie de la tierra es significativamente lisa: si suponemos la esfera de la tierra con un diámetro de 25.4 cm( 10" ), el monte Everest sería una saliente de 0.176 mm y la mayor depresión en el oceáno, la depresión Mariana, sería un hundimiento de 0.218 mm.

    2.1.1. ELIPSOIDE

    Hasta avanzado el siglo 15, se creía que la tierra era una esfera perfecta. En 1670, Isaac Newton, como consecuencia de la ley de la gravedad, propuso un ligero alargamiento de la tierra en el Ecuador, debido a una mayor fuerza centrífuga de la rotación de la tierra. A pesar de su forma elipsoidal, los cartógrafos todavía usan como figura para la generación de mapas, una esfera perfecta con la misma área de la superficie del elipsoide, llamada una esfera autálica.

        La Esfera Autálica

         

        Kilómetros

        Radio

        6,371

        Perímetro

        40,030.2

        Desde 1800 hasta ahora, se han realizado varias mediciones de los radios de la tierra para fines de mapeo, utilizando diferentes técnicas.

        Elipsoides oficiales

        Nombre

        Fecha

        Radio a

        Radio b

        Achatamiento de los polos *

        WGS84

        1984

        6,378,137

        6356,752.3

        1/298.257

        GRS80*

        1980

        6,378,137

        6356,752.3

        1/298.257

        WGS72

        1972

        6,378,135

        6,356,750.5

        1/298.26

        1830

        6,377,276.3

        6,356,075.4

        1/300.8

        * f = (a-b)/a

       

      Las medidas del elipsoide realizadas en 1984, denominadas WGS84, están consideradas como las más precisas y se están convirtiendo en estándar mundial.

      2.1.2. GEOIDE

      Se ha trabajado una forma de la tierra aún más aproximada a la forma real, denominada Geoide. El Geoide es la superficie sobre la cual la gravedad es igual a la fuerza medida sobre el nivel medio del mar.

      Si la tierra tuviera uniformidad en su composición geológica, no tuviera cadenas de montañas, ni cuencas oceánicas ni irregularidades verticales, la superficie del geoide coincidiría exactamente con la del elipsoide. Sin embargo, debido a estas irregularidades, la superficie del geoide difiere de la del elipsoide en aproximadamente unos 100m. Máximo en ciertos puntos.

      2.1.3. USO DE LA ESFERA, EL ELIPSOIDE Y EL GEOIDE

      La cartografía usa estas tres aproximaciones de la superficie de la tierra en diferentes formas.

      La esfera autálica es la superficie de referencia para mapas de pequeña escala de países, continentes y áreas mayores. Esto debido a que las diferencias entre la esfera y el elipsoide es despreciable al mapear grandes áreas, además es mayor la complejidad de las ecuaciones de proyección para el elipsoide.

      Con mapas de gran escala, es decir de mayor detalle, para áreas relativamente pequeñas, como es el caso de mapas topográficos, la diferencia de los puntos mapeados utilizando la esfera o el elipsoide, son significativas y es necesario tener en cuenta la oblicuidad de la superficie terrestre. En este tipo de mapas, si se utiliza la esfera autálica, se obtienen errores en distancias, direcciones y áreas medidas sobre dichos mapas. Por lo tanto, los cartógrafos utilizan el elipsoide para mapas de gran escala.

      Los métodos actuales de colección de datos utilizan el elipsoide incluso para mapas de pequeña escala. Este es el caso de los GPS, que utilizan el elipsoide WGS84 como la superficie de referencia.

      El geoide se utiliza para las mediciones verticales y horizontales realizadas en tierra, sin embargo las irregularidades del geoide hacen que para las posiciones horizontales, las proyecciones de mapas y otros cálculos matemáticos sean extremadamente complejos. Por otro lado, las elevaciones se calculan en forma relativa al geoide del nivel medio del mar.

      2.1.4. COORDENADAS GEOGRÁFICAS

      El sistema de coordenadas geográficas que utiliza la latitud y la longitud es el sistema primario de referencia para la tierra.

      La latitud es la distancia angular desde el ecuador, medida en dirección norte-sur. Todos los puntos sobre la tierra con igual latitud forman una línea denominada paralelo. Todos los puntos con igual longitud forman la línea del meridiano.

      GRATÍCULA

      La red imaginaria de paralelos y meridianos sobre la tierra se denomina Gratícula. Cuando esta red se proyecta a un plano se denomina igual.

      GRADOS, MINUTOS Y SEGUNDOS

      Las medidas angulares deben ser usadas para especificar la posición sobre la superficie de la tierra.

      Estas se basan en la escala sexagesimal:

      Un círculo tiene 360 grados, 60 minutos por grado, y 60 segundos por minuto.

      Se tienen 3,600 segundos por grado.

      Ejemplo: 45° 33’ 22" (45 grados, 33 minutos, 22 segundos).

      Frecuentemente es necesario convertir estas medidas angulares a una escala de grados decimales.

      Para convertir 45° 33’ 22", primero multiplicar 33 minutos por 60, cuyo resultado es 1,980 segundos.

      Luego sumar 22 segundos a 1,980: 2,002 segundos.

      Calcular la relación: 2,002/3,600 = 0.55.

      Sumar este resultado a 45 grados, la respuesta es 45.55°.

      La tierra rota sobre su eje una vez cada 24 horas, por lo tanto: Cualquier punto se mueve 360° en un día, o 15° por hora.

      LATITUD AUTÁLICA

      En mapas de pequeña escala se utiliza la latitud autálica.

      La latitud autálica se define como el ángulo formado por: la línea entre el centro de la tierra y el ecuador y la línea entre el centro de la tierra y la posición a medir. Ver figura 4.4. Este ángulo varía entre 90° N y 90° S o +90° y -90° .

      En la latitud autálica la distancia entre cada grado es idéntica. Para la esfera autálica del WGS84, el perímetro es de 40,030.2 Km y cada grado de latitud es de 111.20 Km. En las mayoría de las esferas autálicas, estas medidas son idénticas (Clarke 1866 y otras).

      LATITUD GEODÉTICA

      La latitud medida sobre el elipsoide se denomina latitud geodética.

      La medida de este ángulo a lo largo de la línea norte-sur es similar, pero no idéntica. Es mayor en áreas cercanas a los polos y menor cerca al ecuador.

      Las distancias sobre el elipsoide WGS84 varían entre 110.57 Km en el ecuador y 111.69 Km en los polos. Esta diferencia es despreciable para mapas de pequeña escala, pero no para mapas de gran escala.

      Longitud de un Grado de Latitud Geodética

 

Latitud (º)

Millas

Kilómetros

0

68.71

110.57

10

68.73

110.61

20

68.79

110.70

30

68.88

110.85

40

68.99

111.04

50

69.12

111.23

60

69.23

111.41

70

69.32

111.56

80

69.38

111.66

90

69.40

111.69

 

LATITUD Y DISTANCIA

La longitud de los Paralelos disminuye a medida que aumenta la latitud.

Longitud del Paralelo a una Latitud x = (coseno de x) * (longitud del Ecuador)

Ejemplo: el coseno de 60° is 0.5, por lo tanto la longitud del paralelo a esa latitud es la mitad de la del ecuador.

Debido a que la variación en la longitud de grados de latitud es de 1.13 kilometros (0.7 millas), se puede usar como número estándar 111.325 kilometros (69.172 milas). (Algunos autores usan la distancia de un grado de latitud autálica = 111.20 Km)

Por ejemplo, en cualquier punto sobre la tierra, la longitud representada por 3° de latitud es (3 * 111.325) = 333.975 kilometros.

LONGITUD

La longitud es la medida en dirección este-oeste, conformada por un grupo de meridianos perpendiculares a los paralelos. El meridiano inicial (prime meridian) no es natural como en el caso del ecuador para los paralelos, sino que es un asunto arbitrario que ha cambiado a través del tiempo. En 1884, en la Conferencia Internacional del Meridiano, se acordó el meridiano del Observatorio Real en Londres como el meridiano 0° .

La longitud varía entre 180° W y 180° E o -180° y +180° .

La longitud entre un grado de Longitud varía a lo largo de la línea norte-sur.

Un grado de longitud en los polos es de cero, en el ecuador es de 111.20 Km (igual a un grado de latitud) y a los 60° de latitud es de 55.6 Km.

LONGITUD Y DISTANCIA

La distancia entre meridianos de longitud sobre una esfera es función de la latitud:

Longitud de un grado de longitud = cos (latitud) * 111.325 kilometros

Ejemplo: 1° de longitud a 40° N = cos (40°) * 111.325

El cos de 40° is 0.7660, la longitud de un grado is 85.28 kilometros.

Longitud de un Grado de Longitud Geodetica

Estas longitudes están basadas en un elipsoide y son similares a las longitudes calculadas con la fórmula de la esfera.

Longitud (º)

Millas

Kilometros

0

69.17

111.32

10

68.13

109.64

20

65.03

104.65

30

59.95

96.49

40

53.06

85.39

50

44.55

71.70

60

34.67

55.80

70

23.73

38.19

80

12.05

19.39

90

0.00

0.00

 

    1