Introducción a los Sistemas de Información Geográfica

Sessión 1: Introducción a los SIG

SIGTE - Universitat de Girona

http://www.sigte.udg.edu

1. Qué son los SIG?
2. Funciones de un SIG
3. Conceptos fundamentales en un SIG
4. Aplicaciones
5. Panorámica del Software Libre para SIG

Introducción a los SIG

¿Qué son los SIG?

#1 - Qué son los SIG

>> Qué sabemos acerca de los SIG?

¿Qué es la Información Geográfica (IG) y por qué es importante?

¿En qué tipo de decisiones utilizamos la IG?

¿Qué es un SIG y cómo reconocerlo?

¿Como el personal científico y técnico utilizan los SIG y porqué creen en su utilidad?

...

#1 - Qué son los SIG

>> La Información Geográfica

"Todo lo que sucede, sucede en algún lugar"

La posición es un aspecto relevante en los problemas de las sociedades pasadas, presentes y futuras.

Estamos rodeados de "problemas geográficos" que precisan de una solución.

#1 - Qué son los SIG - La IG

"Aproximadamente, el 80 % de los datos de nuestra vida, son datos ESPACIALES"

• La lista de farmacias de guardia

• La red de carreteras que utilizamos a diario

• La localización de los contenedores de la basura

• ...

#1 - Qué son los SIG - La IG

"Por tanto, muchos de nuestros problemas, acaban por ser, problemas espaciales"

¿Dónde se encuentra el hábitat de una determinada especie?

¿Cuantos chimpancés habitan en una región concreta?

¿Qué rutas siguen los elefantes durante sus migraciones estacionales?

>> Características de la Información Geográfica:

La Información Geográfica es información acerca de un fenómeno en la superficie de la Tierra, es el conocimiento sobre 'dónde' tiene lugar un fenómeno o 'qué hay' en un determinado lugar:

#1 - Qué son los SIG - La IG

#1 - Qué son los SIG - La IG

En el momento de trabajar con información geográfica, es importante tener presente cuales son sus principales características:

• Es multidimensional: mediante dos coordenadas geográficas, se puede definir cualquier posición en la superficie de la Tierra (x,y o latitud/longitud).
• Depende de la resolución geográfica. Ésta puede ser muy detallada o bien muy genérica:
  • IG detallada > localización de los edificios en una ciudad, o los árboles de un bosque.
  • IG genérica > clima de una región, o densidad de población a escala de país.

#1 - Qué son los SIG - La IG

• Puede ser muy voluminosa:
  • Se precisan varios Gigabytes (GB) de datos para describir el listado de calles de una gran ciudad.
  • Un sólo satélite, es capaz de emitir cada día, información por volumen de un Terabyte (TB).
• Puede ser representada en diferentes formatos digitales, que pueden influir en su posterior análisis y en los resultados que de ella se deriven.
• Debe ser proyectada, frecuentemente sobre una superficie plana.
• Requiere métodos especiales y un tiempo de dedicación en su preparación y análisis nada despreciable.

#1 - Qué son los SIG - La IG

>> La IG en el proceso de la toma de decisiones

#1 - Qué son los SIG - Algunas reflexiones

>> Algunas reflexiones:

• ¿Los SIG son solamente unas herramientas para el análisis de la IG?

• ¿Los SIG son una tecnología para la resolución de problemas, o sencillamente un sistema para la generación de mapas?

• ¿Los SIG son una ciencia o una disciplina por si misma?¿Son un modelo de negocio?

#1 - Qué son los SIG - Algunas reflexiones

Explicar el concepto de 'SIG' puede resultar un tanto complejo a causa de la diversidad de componentes y funcionalidades que forman parte del mismo

Por este motivo, podemos encontrar variadas definiciones acerca de lo que es un SIG, y que ponen su acento en un aspecto u otro, ya sea el componente de base de datos, ya sea como herramienta de soporte en la toma de decisiones.

Sin embargo, existe una característica común en todas las definiciones: su capacidad de trabajar con datos espaciales.

#1 - Qué son los SIG - Algunas definiciones

• "Base de datos informatizada que contiene información espacial" (Cebrián y Mark, 1986)

• "Es un tipo de especializado de base de datos que se caracteriza por la capacidad de manipular datos geográficos... que se pueden representar gráficamente como imágenes" (Bracken y Webster, 1990).

• "Una compilación organizada de hardware, software, datos geográficos, y personal convenientemente designado para una eficiente captura, almacenado, actualización, manipulación, análisis y representación de diferentes formas de información geográfica georreferenciada" (Understanding GIS)

#1 - Qué son los SIG - Algunas definiciones

• "Es un sistema de hardware, software y procedimientos que han sido elaborados para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelización, representación y salida de datos espacialmente referenciadas, para la resolución de problemas complejos de planificación y gestión" (NCGIA, Goodchild y Kemp).

Por otro lado, los SIG también pueden definirse en función del grupo de personas que los utilizan (Longley et al., 2001):

• Un contenedor de mapas digitales (público en general).
• Un conjunto de herramientas para la resolución de problemas geográficos (gestores, planificadores, ...).
• Un sistema de ayuda a la toma de decisiones espaciales (gestores, científicos, investigadores, ...).

#1 - Qué son los SIG - Algunas definiciones

• Un inventario mecanizado de capas geográficamente distribuidas y servicios (gestores de recursos, reponsables de logística, ...).

• Una herramienta para la demostración de aquello que resulta invisible en la información geográfica (científicos e investigadores, ...)

• Una herramienta para llevar a cabo operaciones con datos espaciales que pueden ser especialmente tediosos, costosos o imprecisos, en caso de realizarse manualmente

#1 - Qué son los SIG - Componentes

#1 - Qué son los SIG - Componentes: hardware

#1 - Qué son los SIG - Componentes: software

Existen diferentes tipologías de software SIG:

• Escritorio: QGIS, GRASS GIS, ArcGIS, gvSIG, ...

• SIG Web: CARTO, GeoWE, GISCloud, ...

• SIG mobile: QGIS Mobile, gvSIG Mobile, ...

#1 - Qué son los SIG - Componentes: los datos

• Los datos son la parte del SIG mediante la cual representamos la realidad, y a su vez, nos permiten relacionarla con situaciones y aplicaciones específicas

• Para que un SIG funcione correctamente, es preciso mantener y asegurar la calidad de los datos almacenados en nuestra base de datos

• Procesos más importantes con los datos:
  • procesos de entrada de datos
  • tratamiento de bases de datos espaciales y alfanuméricas
  • aplicación de sistemas de control de la calidad

#1 - Qué son los SIG - Componentes: el personal

• Un SIG sólo tiene sentido en el contexto de una organización:
  • diseño
  • implementación
  • mantenimiento
  • análisis
  • interpretación de resultados

• Antes de definir el SIG de una organización, hay que prestar especial atención al proceso de gestión, a los operarios y al personal, ya que todos ellos tienen una repercusión directa sobre el sistema, su implementación y los sistemas de control que deberán implementarse a su vez.

#1 - Qué son los SIG - Componentes: los métodos

• Los métodos son procedimientos independientes o normas para llevar a cabo diferentes tareas relacionadas con el diseño, creación y funcionamiento de los SIG.

• Existen métodos específicos para el análisis espacial, la manipulación de los datos, el diseño de una base de datos, la interpretación de los datos, ...

• El método, tiene la finalidad de establecer la estructura de un SIG y en concordancia con ésta, implementar aplicaciones que sostengan la toma de decisiones.

#1 - Qué son los SIG - Componentes: el cuerpo de ideas

• El cuerpo de ideas es el conjunto de conocimientos que hacen progresar y desarrollar el uso de los SIG. Dentro del cuerpo de ideas que hay detrás del desarrollo de los programas de SIG, es preciso considerar la ingeniería, las matemáticas y la física. Por lo que al software respecta, cabe considerar la geomática, los algoritmos para el procesado de los datos, las bases de datos y el análisis espacial entre otros. Detrás de los temas de organización, hay las teorías de gestión, el diseño de sistemas, el comercio, la psicología, ...

#1 - Qué son los SIG - Componentes: las redes

• La red se considera actualmente un componente fundamental de los SIG, ya que permite la comunicación, compartir información de manera rápida y eficaz. Los SIG irrumpen con fuerza en las redes, tanto en las extranets como en las intranets de las organizaciones.

#1 - Qué son los SIG - Las Tecnologías de la IG

• Sistemas mundiales de navegación por satélite
  • Los GNSS (Global Navigation Satellite System) son sistemas de satélites utilizados para determinar la posición geográfica de un usuario receptor en cualquier lugar del mundo
  • GPS, GLONASS & Galileo
• Teledetección y sensores remotos
  • Es una tecnología que permite obtener información de la superficie terrestre a partir del análisis automático de los datos obtenidos de forma remota. Las imágenes de satélite son capturadas mediante sensores aerotransportados.
• Sistemas de Información Geográfica

Funciones y funcionamiento de los SIG

• Entrada de datos
  • Digitalización en pantalla o tableta
  • Imágenes de satélite
  • Fotografía aérea
  • Importaciones de Base de Datos
  • Datos GPS
• Análisis y consulta de datos
  • Consultas alfanuméricas a BBDD
  • Análisis espacial
  • Análisis estadístico
  • Interpolación de datos
  • Tratamiento de imágenes
• Salida
  • Visualización en pantalla
  • Productos cartográficos

#2 - Funciones de los SIG

• La información se estructura en capas de información independientes

• Las capas se pueden superponer y analizar de modo que pueden derivarse nuevas capas a través de procesos de análisis, consulta, ...

#2 - Funcionamiento de los SIG

Conceptos fundamentales en SIG

#3 - Conceptos fundamentales en un SIG

• La Georreferenciación de los datos.
• Los Sistemas de Coordenadas Espaciales.
• Los Sistemas de Proyección.
• El factor de Escala.
• Procesos de Generalización de los datos.
• Procesos de Abstracción.

#3 - Conceptos SIG: Georreferenciación

• La georreferenciación es el proceso de establecer una relación espacial entre los datos visualizados en un software SIG, y su posición real en la superficie terrestre.

• Existen diferentes modos de georreferenciar los datos:
  • Direcciones postales.
  • Callejero.
  • Sistemas de coordenadas.

#3 - Conceptos SIG: Sistemas de Coordenadas

• Un sistema de coordenadas es un sistema diseñado para definir la posición de un punto en el espacio, con respecto a un punto de referencia. Un sistema de coordenadas está constituido por:
  • Un elipsoide.
  • Un datum.
    • Es el marco de referencia utilizado para la localización de las entidades en la superficie terrestre del globo.
    • Puede ser:
      • Centrado en la Tierra.
      • Local: se alinea para una área concreta.
    • Es vital para emparejar diferentes capas de información.
  • Una proyección (procedimiento matemático para representar una parte de la Tierra (esférica), sobre una superficie plana.
  • Unas unidades: metros, kilómetros, pies, ...

#3 - Conceptos SIG: Coordenadas Geográficas

• La definición de cualquier posición en la tierra, está basada en el eje de rotación del planeta.

• Las coordenadas geográficas se basan en las mediciones de latitud y longitud.
  • Son valores de los ángulos mesurados desde el centro de la tierra hasta un punto en la superficie de la Tierra, en base a un meridiano y paralelo de referencia: Greenwich y Ecuador.
    • Latitud: Este-Oeste
    • Longitud: Norte-Sur.
  • Ejemplo de posición:
    • 41º 35' 12''
    •    2º 40' 35''
• Sistemas de referencia geográficos:
  • EPSG:4326 (WGS84), EPSG:4258 (ETRS89)

#3 - Conceptos SIG: Coordenadas Cartesianas

• Toma como referencia la situación sobre la superficie de un plano, asignando un par de coordenadas a cada punto .El plano se divide en una cuadrícula mediante un número infinito de líneas separadas por espacios iguales, paralelos a cada eje.

• Por qué coordenadas cartesianas?
  • En un Sistema de Coordenadas Geográficas es difícil realizar cálculos geométricos.

• La transformación de Geográficas a Cartesianas provoca distorsiones:
  • en la forma.
  • en el área.
  • en la distancia.
  • en la dirección.
• EPSG:25831, EPSG:25830, ...

#3 - Conceptos SIG: Las proyecciones

• Proyección es el proceso o método para convertir una superficie tridimensional (Tierra) en una superficie bidimensional (plano).

• En una proyección, podemos representar la totalidad de la Tierra o únicamente una parte.

Text

https://xkcd.com/977/

#3 - Conceptos SIG: La proyección UTM

• Es la proyección más usual en un SIG.

• Universal Transverse Mercator (UTM):
  • Se trata de una proyección "estándar" mundial para el intercambio de datos geográficos.
  • Es una proyección diseñada para obtener errores de escala inferiores al 0.1%, porcentaje que aumenta en aquellas áreas que pertenecen a dos zonas UTM.
  • La proyección más utilizada en Catalunya:
    • UMT 31N ETRS89

#3 - Conceptos SIG: Proceso de Abstracción

• El proceso de abstracción se da cuando a partir de los fenómenos existentes en el mundo real, podemos definir un conjunto de entidades y atributos, reduciendo un objeto real, a una métrica exacta.

• Los SIG utilizan diferentes modelos de datos para llevar a cabo un proceso de abstracción de los fenómenos reales y pode representar la realidad.

#3 - Conceptos SIG: La escala

• La escala es la relación matemática que se establece entre las dimensiones reales y las del dibujo que está representando la realidad sobre un mapa.
• Las escala se representan y se escriben en forma de fracción:
  • El numerador indica el valor (de magnitud) del mapa.
  • El denominador indica el valor (de magnitud) de la realidad.
    • 1:5000 -> 1 centímetro en el mapa equivale a 5000 centímetros en la realidad.
    • 1:250000 -> 1 centímetros en el mapa equivale a 2.5 km en la realidad.

#3 - Conceptos SIG: La generalización

• La generalización es un grupo de técnicas que permiten transmitir y representar una mayor cantidad de información, incluso cuando éstas implican una pérdida de datos.
• Es uno de los criterios más importantes para representar la información de la forma más efectiva. La generalización determina el nivel de detalle de la representación, es decir, discierne entre lo que se va a representar y lo que no.
• Un proceso de generalización implica:
  • La complejidad del sistema.
  • La aproximación del sistema a la realidad.
• La simplificación es un ejemplo de generalización.

Topogràfic 1:250000

Topogràfic 1:50000

Topogràfic 1:25000

Aplicaciones del SIG en el ámbito de la Primatología

#4 - Aplicaciones de los SIG

• Cartografiar el hábitat de los Chimpancés:
  • Descubrir y cartografiar las zonas en las cuales construyen sus nidos.
  • Qué tipo de vegetación prefieren.
  • Qué áreas evitan o no suelen frecuentar.
  • A qué distancia se encuentran sus hábitats, de las zonas pobladas por humanos.

#4 - Aplicaciones de los SIG

• Cartografiar el hábitat de los Chimpancés:
  • Cartografiar el hábitat  de los chimpancés en espacios cerrados, como base o referencia para posteriores estudios sobre su comportamiento y su consumo del espacio.

#4 - Aplicaciones de los SIG

• Identificación de los nidos construidos por los chimpancés:
  • A partir de esta información de base, y de los correspondientes mapas, es posible estimar recuentos zonales de población.

#4 - Aplicaciones de los SIG: Análisis Kernel/Densidad

#4 - Aplicaciones de los SIG: un caso práctico

>>Evaluación de la población y hábitat de primates silvestre sen la reserva de la biosfera 'Selva del Ocote'

• Objetivo General:
  • Determinar la distribución y abundancia relativa del Alouatta palliata y Ateles geoffroyi y su relación con el tipo de vegetación y su estado de conservación en la RSBO. En base a los resultados, identificar los espacios críticos para la conservación de los primates.
• Fases:
  • Identificar mediante análisis SIG y trabajo de campo, los diferentes tipos de vegetación y su estado de conservación.
  • Registrar mediante GPS la distribución de los grupos de primates.
  • Conocer la estructura de la población de primates, y su proporción por sexo y especie.

#4 - Aplicaciones de los SIG: un caso práctico

• Fases:
  • Identificar las especies vegetales que forman parte de la dieta de los primates.
  • Identificar las áreas críticas para la conservación de los primates en la RSBO.

Ubicación de los campamentos y zonificación de la Reserva (uso restringido, uso tradicional, zona núcleo, zona de recuperación).

#4 - Aplicaciones de los SIG: un caso práctico

Mapa de los usos y de las cubiertas del suelo de la RBSO a partir de imágenes Landsat.

Zonas de influencia humana.

#4 - Aplicaciones de los SIG: un caso práctico

Distribución de las áreas críticas para la conservación de primates en la RBSO.

Zonas de alta prioridad (verde): se observan más de 5 grupos de primates, vegetación con un elevado grado de conservación, y baja influencia humana.

Zonas de prioridad media (amarillo): vegetación arbórea secundaria, y alta influencia humana.

Zonas de prioridad baja (naranja): inexistencia de primates, elevada influencia humana, predominio de vegetación no arbórea.