Fundamentos De Sistemas De Informacin Geogrfica

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Fundamentos De Sistemas De Información Geográfica
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Modalidad Curricular

• Modulo I Introducción a los SIG
• Módulo II Manejo de SIG
• Módulo III Proyecto especial en SIG

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Módulo I

• 1ra Sesión
• Introducción a los SIG
• Fundamentos de Cartografía
• Representación de mapas digitales raster y
  vectorial
• 2da Sesión
• Transformaciones entre raster y vectorial
• Representación vectorial y bases de datos
• Tipos de datos y operaciones en mapas digitales
• 3ra Sesión
• Modelos digitales de elevación
• Sensores remotos
• Calidad de los datos y fuentes de errores en SIG
• Fundamentos de G.P.S
• Organización de un SIG
• Fuentes de datos en SIG

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Transformaciones entre raster y vectorial

• Conversión vectorial a raster
• Justificación
• Hacer análisis en sistemas raster tales como
  IDRISI. Ejemplo, producir modelos digitales de
  terreno a partir de curvas de nivel de un mapa
  vectorial
• Desplegar con dispositivos raster (aunque muchos
  sistemas vectoriales pueden desplegar
  directamente en dispositivos raster)
• Analizar con otros datos en formato de cuadrícula
• Idea básica
• La idea básica es sobreponer una malla sobre el
  mapa vectorial y determinar, para cada celda de
  la malla, la identificación de la entidad de
  interés (punto, línea o área)
• En la conversión se pierde la topología porque la
  única relación entre celdas es su posición dentro
  de la malla

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Transformaciones entre raster y vectorial

• Conversión raster a vectorial
• Justificación
• Analizar imágenes que originalmente estaban en
  formato raster, usando sistemas vectoriales.
  Ejemplo imágenes de satélite clasificadas
• Producir o desplegar mapas con dispositivos
  vectoriales tales como el plotter
• Hacer análisis de redes
• Idea básica
• Se construyen líneas a partir del contorno de los
  polígonos en la imagen raster. El SIG puede
  generar automáticamente la topología
• En algunos casos se deben suavizar las líneas ya
  que estas quedan escalonadas

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Representación vectorial y bases de datos

• Las bases de datos constan de
• Información a ser almacenada
• Datos y sus relaciones
• Sistema de gestión o manejo de base de datos
• Programa de computación para el almacenamiento,
  manipulación y recuperación de información de una
  base datos

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Organización de los datos en archivos

• Registros Información correspondiente a un
  elemento o entidad particular. Corresponde a las
  filas en una tabla
• Campos Cada dato particular que conforma un
  registro. Corresponde a las columnas de la tabla
• Campo clave Campo utilizado para dirigir la
  búsqueda de registros. Criterio de selección

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Organización de los datos en archivos
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Modelo entidad - relación

• Análisis de los datos y sus relaciones
• Previo al diseño de la base de datos
• Elementos del Modelo Lógico de Datos
• Entidades
• Los objetos relevantes para la base de datos
• SIG los elementos ubicados espacialmente
• Atributos
• Características o variables de cada entidad
• Dominio posibles valores
• Relaciones
• Mecanismos que permiten relacionar entidades

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Modelo entidad - relación
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Diseño de la base de datos relacional

• Determinar el Propósito de la Base de Datos (Paso
  más crítico)
• Qué información se requiere de la base de datos
  ?.
• Determinar las Tablas
• Cuáles son los elementos (TABLAS) para los
  cuales se necesita almacenar atributos?
• Determinar los Campos
• Qué atributos (CAMPOS) se necesita almacenar de
  cada elemento ?
• Qué se necesita saber acerca del tema de la
  tabla?

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Diseño de la base de datos relacional

• Determinar las Relaciones
• Establecer relaciones entre las tablas para
  poderlas recuperar con algún sentido. Estas
  pueden ser
• Uno a muchos
• Muchos a muchos
• Uno a uno
• Refinar el Diseño / Pruebas
• Evaluar si la base de datos puede responder a las
  preguntas planteadas

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Diseño de la base de datos relacional
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Modelo híbrido y espacial integrado

• Modelo híbrido
• Sistemas vectoriales.
• Dos sistemas de base de datos
• Para la información temática
• Relacional
• Para la información espacial
• Simple archivo (acceso secuencial o directo)
• Puede guardar solamente la geometría, o también
  la topología

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Modelo híbrido y espacial integrado

• Modelo espacial integrado
• Una base de datos para información espacial y
  temática
• Dificultades para incluir información espacial y
  estructura relacional conjuntamente con temática

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Tipos de Datos

• Variables discretas Alguno de los números
  enteros posibles
• Medidas en escala nominal
• Medidas en escala ordinal
• Valores lógicos
• Variables continuas Infinitos valores en una
  escala numérica ininterrumpida. Números reales o
  floating point
• Medidos en una escala de Intervalos
• Medidos en una escala de Razón
• Valores de clasificación continua

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Escala nominal

• Única relación entre las variantes iguales o
  diferentes.
• Posee las propiedades de simetría (si AB, BA) y
  transitividad (si AB y BC, entonces AC).
• Los números son sólo etiquetas y las operaciones
  aritméticas entre éstos no son válidas.
• Carácter exclusivamente cualitativo.
• Ejemplos mapas de puntos representados por
  símbolos (pozos, estaciones meteorológicas),
  identificadores de unidades de suelos.

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Escala ordinal

• Relaciones igualdad/desigualdad y mayor/menor.
• Propiedades simetría y transitividad, asimetría
  (si AgtB y BgtC, entonces AgtC)
• No son válidas las operaciones aritméticas entre
  los números de esta variable, aunque se pueden
  transformar de manera creciente o decreciente (1,
  2, 3 es equivalente a 1, 20, 30)
• Ejemplo unidades de aptitud física según la FAO,
  ciudades clasificadas por su importancia político
  administrativa (capital del país, capital de
  estado, capital de municipio), clases de pendiente

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Valores lógicos

• Representados por los códigos de números enteros
  0 y 1. Significando 0/1, verdadero/falso,
  si/no, incluido/excluido
• No pueden ser sumados, restados, etc., en el
  mismo sentido que se hace con los enteros0 y 1
  ya que su aritmética sigue la lógica de Boole

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Escala de Intervalo

• Relaciones igualdad/desigualdad, mayor/menor
  que,además se pueden asignar valores numéricos a
  las distancias/diferencias entre dos modalidades
  de una variable
• Operaciones aritméticas suma y resta. La
  multiplicación y división sólo son posibles en
  las diferencias entre valores, más no entre ellos
  mismos
• No tiene un cero natural, es asignado por
  conveniencia
• La unidad de medida es empírica y arbitraria
• Transformaciones lineales entre variables con
  diferentes unidades de medida Y aX b
  (ejemplo F 1.8C 32).
• Ejemplos temperatura en C o F, latitud y
  longitud en metros o grados

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Escala de razón

• Relaciones igualdad/desigualdad, mayor/menor
  que, número de unidades contenidas en la
  diferencia entre dos valores, además se puede
  establecer cuántas unidades de medida existen
  entre un valor y un punto cero u origen absoluto
  de la variable
• Cero natural, la razón de dos números en esta
  escala tiene un significado
• Se pueden realizar las cuatro operaciones
  aritméticas básicas
• Transformaciones del tipo YaX, a constante
  para cambiar la unidad de medida (Ej. m a cm)
• Ejemplo número de habitantes, densidad de
  población

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Clasificación continua

• Algunas veces llamados valores fuzzy.
  Representados por números reales en el intervalo
  0,1, los cuales representan diferentes grados
  de pertenencia a una clase. Son una
  generalización de los valores lógicos

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Variables equivalentes o proporcionales

• Variables con la misma unidad de medida,
  independientemente de si tienen el mismo tipo de
  datos
• Ejemplo la variable continua profundidad del
  suelo medida en cm y la variable discreta clase
  de profundidad del suelo, también medida en cm

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Funciones SIG
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Funciones analíticas

• RECUPERACIÓN
• Recuperación selectiva
• Consulta/interrogación
• Reclasificación
• Medida de áreas y líneas
• Estadística

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Funciones analíticas

• SUPERPOSICIÓN
• Geométrico - cartográfica
• Atributos
• Lógica o nominal
• Aritmética

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Funciones analíticas

• VECINDAD
• Contenido en
• Construcción automática de polígonos
• Isolíneas
• Interpolación
• Cálculos topográficos

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Funciones analíticas

• CONECTIVIDAD
• Contigüidad
• Proximidad
• Difusión
• Trazado
• Redes
• Visibilidad

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RECUPERACIÓN

• En la recuperación se combinan datos geográficos
  con temáticos, pero sólo estos últimos son
  modificados o creados

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Recuperación selectiva

• Incluye la búsqueda selectiva o filtrada y la
  representación de los datos sin crear nuevas
  entidades geográficas
• La recuperación se puede hacer usando la base de
  datos, seleccionando espacialmente los elementos
  o una combinación de ambos

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Recuperación selectiva
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Consulta/interrogación

• Se consulta la base de datos de una manera
  puntual y generalmente de forma interactiva
  usando el ratón
• Se puede consultar al sistema qué hay en una
  ubicación determinada, o dónde se encuentra una
  determinada entidad

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Consulta/interrogación
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Reclasificación

• Función básicamente analítica, también se usa en
  tareas de manipulación
• Consiste en cambiar el valor de los atributos
  temáticos de las entidades cartográficas,
  resultando un cambio en la clase a la cual
  pertenece
• Una forma más compleja es la clasificación,
  utilizada en imágenes de satélite. Se realiza
  sólo en imágenes raster

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Reclasificación
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Medida de áreas y líneas

• Función posterior a la estructuración topológica
  de los datos cartográficos
• Diferencias conceptuales y lógicas en los modelos
  raster y vectorial
• El raster es ineficiente manejando múltiples
  atributos de las entidades cartográficas
• Los modelos vectoriales son más adecuados
• Las medidas se calculan durante la estructuración
  topológica y se almacenan permanentemente en la
  base de datos
• Algunos SIG vectoriales hacen cálculos de manera
  interactiva
• Corrigen la distorsión de la proyección y el
  sistema de coordenadas
• Los modelos raster pueden generar perfiles
  espaciales (topográficos) o temporales (series de
  tiempo)

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Medida de áreas y líneas
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Estadística

• Funciones útiles para identificar, cuantificar y
  describir patrones espaciales en los datos
• Estadísticas descriptivas media, moda, mediana,
  desviación estándar, máximo, mínimo, regresión,
  tabulación cruzada o crosstab para variables
  discretas o cualitativas
• La mayoría son propias de los sistemas raster
• Estadísticas espaciales regresión y
  autocorrelación espacial, centro de gravedad de
  un conjunto de puntos, patrón de distribución de
  una nube de puntos, grado de compactación de una
  serie de polígonos, etc.

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Estadística
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SUPERPOSICIÓN

• Función muy importante tanto en los procesos de
  análisis como de manipulación. Presenta la única
  vía para analizar espacialmente y de manera
  combinada las diferentes capas de información

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Geométrico - cartográfica

• Maneja los datos gráficos e implica la creación
  de nuevas entidades producto de la intersección
  de las entidades originales superpuestas

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Geométrico - cartográfica
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Atributos

• Lógica
• Opera con atributos temáticos cualitativos
  generando nuevas categorías compuestas en la capa
  resultante. Para ello se utilizan los operadores
  booleanos AND, OR, NOT, XOR.
• Aritmética
• Combina atributos cuantitativos, generalmente de
  valores continuos, mediante operaciones
  matemáticas como la suma o la exponenciación

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VECINDAD

• Esta función evalúa las características del área
  que envuelve a una determinada ubicación
• Para su uso se deben especificar tres parámetros
  la ubicación de referencia, el ámbito de vecindad
  y la función a realizar

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Contenido en

• Se analiza el área circundante a un punto
  determinado
• Se pueden hacer estadísticas no espaciales sobre
  los datos que circundan al punto de referencia, o
  el análisis de los puntos agrupados de acuerdo a
  las entidades en el ámbito de vecindad
• Los filtros representan un caso particular
  prácticamente exclusivo de los sistemas raster,
  proveniente del procesamiento digital de imágenes

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Contenido en
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Construcción automática de polígonos

• Define regiones homogéneas, áreas de influencia
  alrededor de una serie de puntos, conocidas
  también como polígonos de Thiesen o Voroni
  utilizados generalmente en el análisis de los
  datos de estaciones meteorológicas

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Construcción automática de polígonos
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Isolíneas

• Se utiliza para crear automáticamente líneas que
  conectan puntos de un mismo valor, como por
  ejemplo las curvas de nivel en un mapa topográfico

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Isolíneas
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Interpolación

• Sirve para predecir valores conocidos en la
  vecindad de ubicaciones con valor conocido
• Se puede hacer entre puntos, líneas o polígonos
• El método de interpolación dependerá del tipo de
  datos y del producto que se desee obtener
• Ejemplos media ponderada, regresión polinómica,
  series de Fourier, Kriging

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Interpolación
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Cálculos topográficos

• Tienen que ver con las características de la
  superficie terrestre, principalmente con las
  elevaciones representadas por los modelo
  digitales de terreno (MDT)
• Entre las funciones que se pueden usar en el MDT
  están pendiente, orientación, sombreado, cálculo
  de volúmenes (TIN vectorial)

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Cálculos topográficos
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CONECTIVIDAD

• Identifica la conectividad de las entidades
  geográficas representadas en la base de datos.
  Cada función necesita tres parámetros la forma
  de interconexión entre las entidades, las reglas
  de movimiento entre las entidades interconectadas
  y la unidad de medida
• El resultado final acumulado puede ser
  cuantitativo (tiempo de desplazamiento entre dos
  puntos) o cualitativo (estar o no estar a 100 m
  de una central nuclear)

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Contigüidad

• Evalúa las unidades interconectadas que comparten
  una o más características formando una unidad
• En primer lugar se identifican las unidades que
  forman una unidad y luego se miden los atributos
  como porción del área contigua, el camino más
  corto y más largo que la atraviesan

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Contigüidad
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Proximidad

• Medida de la distancia entre entidades ya sea la
  distancia geométrica simple o una distancia
  producto de la síntesis de variables más
  complejas (ejemplo velocidad de desplazamiento en
  la red de carreteras)
• La forma más simple y habitual de analizar la
  proximidad es a través de buffers o corredores a
  partir de unidades existentes (carretera, río,
  línea de costa)
• Un buffer o corredor es un polígono con un ancho
  determinado por su distancia en relación a una
  entidad geográfica (punto, línea o polígono).

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Proximidad
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Difusión

• Función sofisticada que usa fenómenos
  territoriales caracterizables y ponderables con
  la distancia
• Ejemplo superficie de fricción que expresa la
  dificultad de desplazamiento entre un punto dado
  y el resto del área de trabajo

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Difusión
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Trazado

• Similar a la anterior, pero en este caso busca y
  traza la ruta de mínimo costo de desplazamiento
  entre dos puntos a partir de una superficie de
  fricción

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Trazado
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Redes

• Red conjunto interconectado de entidades
  lineales que forman una estructura espacial por
  donde se desplazan recursos (vehículos, personas,
  información)
• Tipos de análisis de redes carga a soportar,
  rutas óptimas y localización de recursos

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Redes
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Visibilidad

• Determinan el territorio visible desde uno o
  varios puntos tomando en cuenta la altura de la
  observación, las elevaciones del terreno, el
  ángulo y la distancia máxima de visión
• Ejemplos simulación del impacto visual de una
  carretera, cobertura de telefonía celular de una
  torre de comunicaciones, áreas no visibles desde
  una torre de vigilancia forestal