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Estudios de Ecología y Evolución con ArcGIS 10 Capítulo 1: Nociones básicas de SIG que todos deberíamos conocer

Ecol. Isis Gómez López Capítulo 1: Nociones básicas sobre SIG que todos deberíamos conocer Ecol. Isis Gómez López

Estudios de Ecología y Evolución con ArcGIS 10

Unidad 1: Nociones básicas de Sistemas de Información Geográfica que todos deberíamos conocer 1. ¿Qué es un SIG?, empecemos con un ejemplo ....................................................................................................5 2. ¿Qué es un Sistema de Información Geográfica?..................................................................................................6 3. Componentes de un SIG........................................................................................................................................ 9 3.1 El Hardware......................................................................................................................................................... 9 3.2 El software......................................................................................................................................................... 10 3.3 Los datos geográficos........................................................................................................................................ 10 3.4 El personal......................................................................................................................................................... 11 3.5 Las metodologías o métodos ............................................................................................................................ 12 4. Organizar o implementar un proyecto SIG........................................................................................................... 13 4.1 Organización y planificación............................................................................................................................... 13 4.2 Diseño de un SIG............................................................................................................................................... 14 4.2.1 Captura de información................................................................................................................................... 15 4.2.2 Control de calidad........................................................................................................................................... 15 4.2.3 Tratamiento de la información......................................................................................................................... 15 4.2.4 Almacenamiento y Gestión ............................................................................................................................. 16 4.2.5 Explotación..................................................................................................................................................... 16 4.2.6 Actualización................................................................................................................................................... 16 4. Aplicaciones de los SIG....................................................................................................................................... 17 5. Formatos utilizados para representar la información geográfica..........................................................................18 5.1 El formato vectorial: puntos, líneas y polígonos.................................................................................................19 5.2 El formato raster: malla de celdas o píxels.........................................................................................................21 5.3 Ventajas e inconvenientes del formato raster y vectorial....................................................................................22 6. Georreferenciación de los datos geográficos.......................................................................................................23 6.1 El elipsoide......................................................................................................................................................... 25 6.2 El Geoide........................................................................................................................................................... 27 6.3 El datum............................................................................................................................................................. 28 6.4 Las proyecciones cartográficas.......................................................................................................................... 32

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6.5 Clasificación de las proyecciones cartográficas.................................................................................................33 6.5.1 Proyección Cónica.......................................................................................................................................... 34 6.5.2 Proyección Azimutal........................................................................................................................................ 35 6.5.3 Proyección Cilíndrica...................................................................................................................................... 36 6.6 ¿Qué es un sistema de coordenadas?............................................................................................................... 38 6.6.1 Sistema de coordenadas geodésicas.............................................................................................................. 38 6.6.2 El sistema de coordenadas UTM.................................................................................................................... 39 7. Los análisis espaciales........................................................................................................................................ 41 7.1 Tipos de problemas que podemos responder con un SIG .................................................................................42 7.2 Tipos de análisis espaciales............................................................................................................................... 43 7.2.1 Consultas espaciales...................................................................................................................................... 44 7.2.2 Análisis Topológicos........................................................................................................................................ 44 7.2.3 Mediciones...................................................................................................................................................... 45 7.2.4 Combinación de información........................................................................................................................... 45 7.2.5 Transformar la información.............................................................................................................................. 45 7.2.6 Análisis de superficies..................................................................................................................................... 46 7.2.7 Estadísticas descriptivas................................................................................................................................. 46 7.2.8 Análisis de inferencia...................................................................................................................................... 46 7.2.9 Optimización y toma de decisiones................................................................................................................. 47 7.2.10 Realización de modelos................................................................................................................................ 47

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Cuando investigamos sobre la importancia de la Información Geográfica hoy en día, es muy común encontrar como justificación que aproximadamente el 80% de la información se trata de información asociada a algún punto geográfico, o, desde un punto de vista más técnico, es información georreferenciada. Esto ha permitido un gran avance en el desarrollo y mejora de herramientas que faciliten trabajar con información geográfica, no solo por el gran volumen de información existente sino por la importancia que tiene el componente geográfico. Los Sistemas de información geográfica surgieron como resultado de aplicar las tecnologías de la información en el campo de la gestión de la geográfía. Su comienzo surge en la década de los años 60 del siglo pasado, cuando se utilizaron tecnologías de la información para la producción de mapas. En principio se crearon y actualizaron las técnicas para la producción de cartografía por ordenadores, dando paso a la Cartografía Asistida por Ordenadores. Este es el caso de SYMAP, una aplicación pionera creada en 1964 en la Universidad de Harvard (USA) que consistía en un conjunto de programas capaces de producir mapas por medio de la superposición de los caracteres habituales de la cartografía. Ese mismo año se dió un paso más y se creó lo que hoy en día se conoce como el primer SIG. Fue gracias al proyecto Canadian GIS (CGIS), que consistió en utilizar estos métodos automatizados para interpretar y consultar la cartografía temática en vez de solo para la producción cartográfica. Específicamente, su creador Tolimlinson, desarrolló este proyecto para la gestión forestal cubriendo un gran volumen de información, no solo por el tamaño del área de estudio sino por la cantidad de información gestionada a través de capas. A partir de ahí y sobre todo en las siguientes décadas (años 70s y 80s), el campo de los SIG obtuvo un gran crecimiento debido al desarrollo y aplicación en diversos campos de estudio, que comenzaron con proyectos de representación y análisis de la realidad y que progresivamente han evolucionado a ser una herramienta imprescindible en la planificación y toma de decisiones. Por tanto, es sencillo inferir que los Sistemas de Información Geográfica son de gran importancia, no solo por que son una herramienta que contribuye a la creación de información geográfica, sino por que, gracias a su potencial para el análisis, se ha generado una gran cantidad de información útil en distintas disciplinas científicas y de gestión.

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1. ¿Qué es un SIG?, empecemos con un ejemplo

Puede parecer extraño que antes de indicar una definición sobre qué es un Sistema de Información Geográfica, empecemos con un ejemplo. La intención es crear una idea de lo que representa un SIG y su importancia. Imaginemos por un momento que trabajamos en una empresa dedicada al manejo o gestión de recursos forestales. Algunas de las acciones que debe realizar un equipo de trabajo dedicado a la gestión de una masa forestal es levantar o crear información georreferenciada sobre: delimitación de rodales; inventario de especies; inventarios de especies maderables y estimaciones volumétricas; mapas de infraestructuras del monte o su gestión (por ejemplo: torres de vigilancia de incendio, vías de acceso, entre otros). Antes de la aparición de los SIG, para crear esta información necesitábamos apoyarnos en distintos mapas cartográficos y fotografías aéreas. Tendríamos que indicar el inventario de los distintos rodales, árboles maderables, etc., dibujando puntos o polígonos sobre un plano; calcularíamos las áreas por medio de planímetros y tendríamos que realizar y dibujar distintos juegos de mapas por cada cierto tiempo para conocer la evolución de la masa forestal, implicando realizar distintos análisis estadísticos manualmente. Hoy en día los programas SIG permiten que todo este trabajo sea más sencillo, con ellos podemos gestionar los datos, realizar análisis y crear mapas temáticos con la información recogida, mejorando la productividad, eficiencia y precisión.

Antes de seguir leyendo, recomendamos visualizar el vídeo Aplicaciones de la información espacial.

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2. ¿Qué es un Sistema de Información Geográfica?

Siguiendo con lo leído en los apartados anteriores, es fácil inferir que los SIG son una tecnología relativamente nueva que permite gestionar y analizar información geográfica y que su nacimiento fue gracias a la necesidad de crear y disponer rápidamente de esta información para tomar decisiones o responder preguntas de una manera eficiente. Antes de empezar con la definición de un SIG, es importante comentar que en el lenguaje común suele usarse la palabra SIG para referirnos a tres cosas muy distintas. Seguro que si ya habéis trabajado o estudiado en alguna disciplina relacionada con los SIG, o simplemente leyendo esta guía, os daréis cuenta de que:

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Se utiliza la palabra SIG cuando nos referimos a la disciplina: Es muy común hablar de experiencia en SIG, cursos SIG, libros sobre SIG o especialista en SIG. Esta disciplina se ocupa de la aplicación de las tecnologías de la información en la gestión de la información geográfica.

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Se utiliza la palabra SIG para referirnos a un programa informático: En este caso hablamos del software libre o de pago que nos permite la realización de un proyecto SIG. Los más conocidos hoy en día son ArcGIS o MapInfo (de pago) o gvSIG, Kosmo, QGIS (libres o gratuitos). Es importante destacar que nunca debemos caer en la ingenuidad de que por instalar o adquirir un software para la realización de proyectos SIG y utilizar algunas de sus funciones ya se ha implementado un proyecto SIG.

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Se utiliza la palabra SIG a los proyectos: Son todas las realizaciones prácticas de la disciplina SIG, cada implementación de un sistema capaz de proporcionar información sobre un problema o elementos geográficos. Esta es la acepción principal y de la cual trataremos a la hora de definir un SIG.

Respecto a definir qué es un SIG, esto es realmente complejo y en la bibliografía notaremos que los autores y analistas no llegan a un consenso para establecer una definición exacta y común. En la actualidad existen tantos conceptos como autores de libros relacionados sobre SIG. Veamos algunas definiciones:

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“Conjunto de procedimientos manuales o computarizados, usados para almacenar y tratar datos referenciados geográficamente”; Aronoff (1989).

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“Tecnología aplicada a la resolución de problemas territoriales”; Bosque Sendra (1992).

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“Potente conjunto de herramientas para recolectar, almacenar, recuperar a voluntad, transformar y presentar datos espaciales procedentes del mundo real”; Burrough (1986).

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“Base de datos computarizada que tiene información espacial”; Cebrián (1988).

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Sistema computarizado para la captura, almacenamiento, recuperación, análisis y presentación de datos espaciales”; Clarke (1986).

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“Conjunto de software de ordenador, hardware y periféricos que transforman datos referenciados geográficamente en información sobre localizaciones, interacciones espaciales y relaciones geográficas de las entidades fijas o dinámicas que ocupan un espacio en los entornos naturales o construidos”; Felicísimo (2003).

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“Sistema que utiliza una base de datos espacial para generar respuestas ante problemas de naturaleza geográfica”; Goodchild (1985).

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“Sistema de hardware y software, diseñado para realizar la captura, almacenamiento, manipulación, análisis, modelización y presentación de datos, referenciados espacialmente, para la resolución de problemas complejos de planificación y gestión”; NCGIA (1990).

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“Sistema digital para el análisis y manipulación de todo tipo de datos geográficos, a fin de aportar material útil para las decisiones territoriales”; Tomlinson (1987).

De todas estas definiciones, podemos extraer varios rasgos de los SIG. Por una parte vemos que algunas destacan la tecnología empleada (hardware y software), otras enfatizan la información con la que se trabaja (información geográfica, información georreferenciada o de base espacial), también se denotan las operaciones que se realizan (captura, almacenamiento, gestión, análisis y presentación de resultados) y, finalmente, la problemática que se intenta resolver (problemas territoriales y/o medioambientales). Desde mi punto de vista, la definición más común en la literatura y la que intenta englobar los componentes y utilidades de un SIG es: “Un Sistema de Información Geográfica (SIG) es una integración organizada de hardware, software, datos geográficos y personal; diseñado para capturar, almacenar, manejar, modelar, analizar y

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representar información geográfica referenciada, y, con ello, poder resolver problemas complejos de gestión, planificación, entre otros”. En la actualidad, algunos autores han incluido otro nuevo componente a la hora de numerarlos dentro de la definición (hardware, software, datos geográficos y personal), que personalmente me parece muy necesario y aceptado. Este componente son las metodologías. Las metodologías se pueden definir como un conjunto de análisis ordenados de manera coherente para obtener un resultado. Como comenté en el párrafo anterior, incluir las metodologías como un componente de un SIG es un acierto debido a que, si desde un comienzo no establecemos los pasos a seguir para obtener un resultado y no comprendemos qué hay detrás de cada análisis, es muy probable que obtengamos resultados erróneos y perdamos tiempo y/o recursos valiosos para el proyecto. Pero, también en la bibliografía más antigua encontraremos una definición muy importante, sobre todo por sus implicaciones y consideraciones que debemos tomar en cuenta a la hora de crear un SIG: “Modelo informatizado del mundo real, descrito en un sistema ligado a la tierra, establecido para satisfacer unas necesidades de información específicas respondiendo, del mejor modo posible, a un conjunto de preguntas concreto” Bouillé (1978). En este concepto debemos considerar distintos aspectos, si analizamos el concepto en partes nos daremos cuenta que: En la primera parte “Modelo informatizado del mundo real”, nos indica que simplemente es una simplicación o abstracción con elementos que son de interés para la consecución de los objetivos del proyecto. Un modelo es una representación simplificada y en nuestro caso es sobre una parte de la superficie terrestre y con las variables, elementos y valores que hemos considerado importantes para nuestro estudio. En la segunda parte, “descrito en un sistema ligado a la tierra”, hace referencia a que los elementos de nuestro modelo son información geográfica que posee un sistema de referencia espacial, lo que permitirá conocer la ubicación de un elemento en coordenadas geográficas relacionadas a ese sistema de referencia o la superficie de la Tierra donde se distribuye un fenómeno. Sin este sistema de referencia no podríamos conocer dónde se localiza en la realidad.

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Y la última parte “establecido para satisfacer unas necesidades de información específicas respondiendo, del mejor modo posible, a un conjunto de preguntas concreto”. En este caso, son nuestras consultas, problemas u objetivos a alcanzar utilizando una tecnología específica y una serie de metodologías y análisis establecidas por el equipo de trabajo o las personas que forman parte del estudio y que nos permitirán responder las preguntas del estudio y alcanzar los objetivos del proyecto.

3. Componentes de un SIG

Tal y como hemos visto en el apartado anterior, los Sistemas de Información Geográfica están compuestos por varios elementos o componentes. A continuación estudiaremos cada uno de ellos y la importancia y consideraciones que debemos tener en cuenta a la hora de plantear un SIG:

3.1 El Hardware

Se refiere a los equipos informáticos necesarios para la creación y operación de un SIG, aquí debemos considerar todo lo necesario para recopilar información y para su funcionamiento óptimo. Si el proyecto durará mucho tiempo o abarca mucha información debemos considerar realizar una inversión económica considerable en este apartado. En general, los equipos informáticos utilizados los clasificaremos, en dos grandes grupos, que son:

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Entrada de datos: todos aquellos necesarios para agregar datos a nuestro SIG. Escaners, GPS, modem/router, entre otros.

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Salida de Datos: todos los equipos necesarios para mostrar los resultados de nuestro SIG. Impresoras, copiadora de CDs, discos duros externos, entre otros.

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3.2 El software

En este apartado debemos responder a la pregunta ¿qué programas utilizaremos para crear y operar el SIG? Los programas SIG son un conjunto de algoritmos que nos permiten acceder, analizar y sintetizar los datos espaciales y los atributos de la información que conforma el SIG, o que desarrollaremos. Esta característica es lo que nos permite distinguir un programa SIG de otros programas como los de dibujo, tratamiento de imágenes, atlas digitales, etc. Hoy en día no existe un programa líder, todos los programas o “paquetes” SIG poseen todas las funciones clásicas para desarrollar un SIG. Sin embargo, los programas se diferencian entre sí por algunas funciones particulares y estas diferencias son las que hacen que, de acuerdo al tema de estudio o área de investigación, sea más útil un programa que otro. Aunque, por norma general, los analistas más avanzados suelen trabajar con distintos programas simultáneamente. También es importante considerar que en el mundo de los SIG es muy común hablar de SIG libres (software libre) como es el caso de gvSIG, Qgis, Kosmo o Idrisi. Estos programas de distribución libre (gratuita) no tienen qué envidiar a programas comerciales costosos como ArcView o Mapinfo, ya que, cada día más, están siendo actualizados y se integran nuevos algoritmos y funciones. En conclusión, antes de realizar una inversión es muy importante estudiar las funciones de cada programa y cuáles vamos a utilizar, ya que es posible que no tengamos que realizar una fuerte inversión como ocurría anteriormente cuando no existía tanta diversidad de programas.

3.3 Los datos geográficos

Hace referencia a toda la información necesaria para incluir y analizar en nuestro SIG dependiendo del tipo de información disponible relativa a nuestro área de estudio. En algunos casos es posible que sea necesario digitalizar, georreferenciar y vectorizar información para operar con ella dentro de un SIG. Actualmente la información geográfica podemos clasificarla como:

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Cartografía Digital: Hoy en día existe un gran número de servidores web donde localizar información geográfica digital. Existen servidores específicos para información geográfica conocidos como “Infraestructuras de Datos Espaciales” (IDE) y numerosas páginas webs que nos facilitan la descarga de la información geográfica temática.

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GPS: Los Sistemas de Posicionamiento Global conocidos como GPS, por sus siglas en inglés, son una fuente muy importante de información, con ellos obtendremos pares de coordenadas correspondientes a puntos de nuestro interés o rutas de información específica que nos permitirán corroborar o crear nueva información. Es un elemento obligado en cualquier proyecto SIG.

•

Imágenes Satelitales: Es la representación visual de la información de un rango del espectro electromagnético capturado por un sensor localizado en un satélite artificial. Estos sensores recogen la información reflejada por la superficie de la tierra que luego es enviada a la tierra y procesada, obteniendo como resultado imágenes o fotografías satelitales.

•

Fotografías aéreas: Supone un análisis de la superficie terrestre mediante el empleo de máquinas fotográficas instaladas a bordo de diversos medios aéreos como aviones o drones. Nos permite recopilar información sobre la naturaleza del terreno, usos de la tierra, cultivos, etc.

3.4 El personal

En este apartado nos referimos al equipo humano que creará y/o gestionará el SIG. Es muy importante dedicar parte de nuestro presupuesto a la formación de las personas que conforman el equipo, debido a que el éxito del SIG consiste en los conocimientos y la capacidad del usuario sobre el tema a analizar y el programa a utilizar, ya que debe ser capaz de: desarrollar y aplicar metodologías, crear modelos, generar ideas, reconocer y resolver problemas que puedan surgir, crear, adquirir y compilar información para el SIG, entre otros.

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3.5 Las metodologías o métodos

Antes de empezar a trabajar es muy importante realizar una investigación bibliográfica y analizar trabajos e informes relacionados a nuestra investigación. Es muy útil crear esquemas con los distintos análisis que vamos a aplicar a nuestra información geográfica para obtener un resultado. Esta inversión de tiempo nos permitirá definir exactamente qué información geográfica necesitamos, los análisis a aplicar, los programas y equipos necesarios, entre otros. También permitirán optimizar el tiempo y/o evitar perder tiempo en realizar análisis en vano, u obtener resultados incoherentes.

Ilustración 1: Componentes de un SIG

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4. Organizar o implementar un proyecto SIG

Como hemos comentado en apartados anteriores. Los SIG son utilizados en proyectos que requieran resolver cuestiones o problemas técnicos en que la información geográfica juega un papel relevante para la toma de decisiones. A continuación detallaremos las fases para poder organizar o implementar un proyecto SIG:

4.1 Organización y planificación

Como en cualquier proyecto la primera fase antes de plantear y empezar a escribir un proyecto es la de pensar, organizar las ideas y determinar qué pasos vamos a seguir. En el caso de los proyectos SIG lo primero que debemos responder es si es necesario implantarlo o simplemente nuestras dudas u objetivos se pueden responder de otra manera. Si la respuesta es positiva, entonces, antes de empezar a plantear el proyecto y arrancar con éxito es necesario tener clara una definición de los objetivos y requisitos. Para ello es recomendable plantearse una serie de preguntas:

•

¿Qué problema se pretende abordar y cuáles son los objetivos del estudio?

•

¿Cuál es la metodología de trabajo más adecuada?

•

¿Qué tipo de información geográfica se necesitará?

•

¿Está disponible toda la información geográfica requerida para el estudio?, ¿en qué formato?, ¿cuánto cuesta? Si no existe la adecuada, ¿qué medios y técnicas son necesarios para conseguirla?

•

¿Qué funciones analíticas de los SIG me permiten aplicar la metodología propuesta? ¿Cuáles programas utilizaré?

•

¿Qué tipo de información pretendo obtener del estudio y cuál es la forma de representación idónea para mostrar los resultados?

Responder a esas preguntas antes de empezar a definir el proyecto SIG nos permitirá:

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Confirmar que el empleo del SIG es la técnica más idónea para abordar el estudio planteado.

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Seleccionar el modelo de datos geográficos más adecuado: raster, vectorial o ambos.

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•

Seleccionar los programas SIG que se adapten a las exigencias de nuestro estudio, considerando, sobre todo, la compatibilidad con los formatos en que está nuestra información y su capacidad analítica adecuada para los fines perseguidos en el proyecto.

•

Adecuación de las salidas gráficas del sistema.

•

Determinar las fuentes de información más adecuadas para obtener los datos geográficos requeridos.

•

Determinar las tareas y técnicas necesarias (teledetección, fotointerpretación, trabajos de campo, etc.) para producir aquellos datos geográficos no disponibles.

•

Determinar la metodología de trabajo y la planificación de su ejecución.

•

Contrastar la viabilidad económica de la aplicación del SIG al estudio.

•

Determinar la forma de presentación de los resultados.

4.2 Diseño de un SIG

Una vez definidos los puntos anteriores y que se ha decidido aplicar los SIG a un determinado problema, comienza propiamente el proyecto SIG. Conociendo que un proyecto SIG es el conjunto de técnicas a aplicar y tareas a desarrollar para, de una forma lógica y organizada, implementar la metodología de análisis espacial propuesta sobre una determinada zona de estudio y así obtener una serie de resultados, el siguiente paso será organizar las ideas en papel y crear nuestro plan de acción o de trabajo. Al igual que en cualquier proyecto, contemplaremos las distintas opciones que tenemos para financiarlo y de cuáles recursos disponemos: humanos, tecnológicos, financieros, etc. y cuáles necesitamos para la buena ejecución del proyecto y asegurar su continuidad en el tiempo. Consideraremos los pasos a seguir, el tiempo requerido para cada fase y qué puede salir mal, y, si eso sucede, de cuáles otras opciones disponemos para resolverlo, cómo evaluaremos cada fase, etc. A partir de aquí el proyecto SIG debe ejecutarse de forma organizada. Independientemente del tema y los objetivos del estudio, siempre nos encontraremos con una serie de fases o etapas consecutivas.

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4.2.1 Captura de información

Consiste en recopilar la información existente necesaria para el trabajo y convertirla y almacenarla en formato digital. Esta información puede estar disponible en distintos formatos (papel, archivos informáticos, imágenes, etc.) o puede no estar disponible, por lo que deberemos generarla con distintas técnicas (trabajos de campo, fotointerpretación y teledetección de imágenes, etc.). Toda la información incluida deberá ser comprobada y revisada acorde a las características de la información geográfica, definidas en nuestro proyecto (Proyección, datum, calidad,...). Captura de datos 4.2.2 Control de calidad

En cada una de las fases del proyecto, desde la captura de datos hasta los resultados, se deben considerar acciones que nos permitan detectar y corregir errores con el fin de asegurarnos de que las desviaciones del modelo que estamos creados con respecto a la realidad se mantienen dentro de los límites establecidos en el proyecto. Por tanto, debemos incluir análisis y métodos que nos permitan estimar el error y su propagación e indicarlos en los resultados finales.

4.2.3 Tratamiento de la información

En este caso transformaremos los datos capturados y su estructura hasta que puedan ser gestionados y analizados dentro de los programas SIG a utilizar en nuestro proyecto. De acuerdo al formato y la información recopilada deberemos aplicar ciertas técnicas.

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4.2.4 Almacenamiento y Gestión Nos referimos a la carga y almacenaje de la información dentro del sistema. Son todas las acciones que nos permitan mantener un rendimiento aceptable y una fácil recuperación de la información. Incluye la optimización del sistema, mantenimiento, orden, seguridad, estudios de ampliación de los equipos informáticos, etc.

4.2.5 Explotación

En esta fase aplicaremos a la información geográfica todos los geoprocesos y análisis necesarios que transformarán la estructura y propiedades de los datos capturados con el fin de dar respuesta a las preguntas y objetivos perseguidos en nuestro proyecto. Para esto se utilizarán uno o varios programas SIG, ya que cada programa poseen características específicas más adecuadas a lo que necesitamos. Otras veces será necesario crear o programar nuestros propios análisis.

4.2.6 Actualización

Siempre será necesario y sobre todo en proyectos de una alta temporalidad, la puesta al día de la información de manera periódica, de los datos almacenados para que reflejen la evolución temporal que sufre el mundo real. En algunos proyectos esta fase no será necesaria si el fin es dar respuesta a una decisión puntual.

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4. Aplicaciones de los SIG La principal razón para crear y utilizar un SIG es la posibilidad de separar la información en distintas capas temáticas y almacenarlas independientemente. Con ello podremos relacionar la información existente y generar una información totalmente distinta. Por tanto, cualquier actividad relacionada con el espacio geográfico se beneficia de la potencialidad que ofrece un SIG. Entre las aplicaciones más comunes encontraremos:

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Aplicaciones científicas: ciencias ambientales y relacionadas con el espacio, desarrollo de modelos empíricos, dinámicos, cartográficos y teledetección.

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Aplicaciones en la gestión: cartografía automática, catastro, información pública, planificación y ordenación territorial, evaluaciones de impacto ambiental o recursos, seguimientos de actuaciones.

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Aplicaciones empresariales: localización óptima, estrategias de distribución y planificación de rutas de transporte.

Como observamos, todas estas disciplinas utilizan los SIG para resolver problemas muy distintos, pero, en realidad, las tareas que ejecutan para el desarrollo del SIG son comunes entre todas ellas. Estas tareas son:

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Organización de datos: sustituir y almacenar los mapas físicos (papel), como cartas o mapas temáticos, en información digital posee ventajas obvias como son la reducción de espacio físico de almacenaje, la rápida recuperación o consulta de datos, reproducción de copias en calidad o evitar daños en la información por el deterioro del papel, entre otras.

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Visualización de datos: la capacidad de seleccionar la información deseada para construir un mapa temático y ordenarla según el orden deseado nos permite crear mapas temáticos específicos superando cualquier producto en papel o realizar una interpretación visual de un problema rápidamente.

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Producción de mapas: en general, todos los programas SIG nos ofrecen las herramientas necesarias para la producción de mapas. Esta función es mucho más indicada y adecuada que utilizar programas CAD (Computer-Aided Desing) utilizados frecuentemente para realizar cartografía.

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Consulta espacial: esta función es una de las más importantes de los SIG. Con las herramientas de consulta podemos resolver preguntas relativas a las propiedades de un objeto, o qué lugares geográficos poseen objetos con ciertas propiedades. Capítulo 1: Nociones básicas de SIG que todos deberíamos conocer Ecol. Isis Gómez López

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Análisis espacial: Las herramientas de análisis espacial permiten al analista determinar patrones o relaciones por medio de análisis específicos o combinando capas de información.

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Previsión: Una de las principales utilidades de los SIG es verificar o prever escenarios futuros, modificando parámetros o evaluando los ya existentes. Por ejemplo, determinar áreas de derrumbes según la precipitación.

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Crear modelos: La capacidad de los SIG para almacenar, analizar y recuperar información permite desarrollar modelos espaciales hipotéticos o evaluar y validar escenarios.

5. Formatos utilizados para representar la información geográfica

Para desarrollar un buen proyecto SIG, tener resultados adecuados y crear nueva información geográfica por medio del uso de herramientas o realizando análisis, es necesario entender y comprender los formatos utilizados para representar la información geográfica y su características. Uno de los principales problemas en el desarrollo de un proyecto SIG es adaptar la realidad compleja y continua y simplificarla para ser representada por medio de objetos discretos. En otras palabras, para traducir la realidad y poder representarla en el ordenador es necesario codificarla y representarla por medio de registros discretos, simplificando la realidad y adaptándola a un modelo de datos. De esta manera, es posible crear bases de datos y, en consecuencia, representar localizaciones, presencias o ausencias, tipo de elementos, entre otros. Ilustración 2: Modelos de representación de información geográfica

En general, los formatos o modelos utilizados para representar los datos geográficos son dos: el vectorial y el raster.

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Con el modelo vectorial se representa la realidad por medio de una serie de elementos discretos (puntos, líneas y polígonos) a los cuales se les puede asignar una serie de propiedades cualitativas o cuantitativas. Los objetos representados son codificados por su posición en el espacio (punto o línea) o sus límites (polígonos). Es importante destacar que dependiendo de la escala de trabajo los elementos utilizados para representar los elementos geográficos pueden cambiar de uno a otro. Por ejemplo, a escala local un lago se representará con un polígono indicando los límites de la masa de agua, pero en un mapamundi utilizaremos un punto para indicar el lago. En cambio, en el modelo raster se considera la realidad como un continuo y es utilizado para representar variables continuas, por ejemplo, la elevación del terreno o la temperatura en una región. La representación de estos datos se realiza dividiendo esa variable en un grupo de celdas o píxeles, donde cada uno tendrá el valor de la variable en ese punto. En este caso, la escala se reflejará en el tamaño de la celda o píxel. El modelo o formato utilizado para representar la realidad es fundamental y condicionante a la hora de plantear o realizar metodologías y las herramientas o análisis a utilizar. En otras palabras, antes de desarrollar un SIG y a la hora de incorporar la información es necesario considerar las ventajas o inconvenientes de un formato u otro, considerando los análisis a utilizar y los resultados a que se desean obtener. Sin embargo, consideremos que en estudios amplios, será necesario compaginar información en ambos formatos, con el fin de obtener distintos resultados, nuevas variables a estudiar, etc.

5.1 El formato vectorial: puntos, líneas y polígonos

En el apartado anterior hemos visto que el formato vectorial utiliza como entidades puntos, líneas o polígonos para representar los objetos localizados sobre la superficie terrestre. Estos elementos se caracterizan por que definen la localización geográfica de los objetos reales de forma muy precisa y permite realizar relaciones topológicas entre distintos objetos. Un ejemplo que permite ilustrar este hecho es pensar en un grupo de árboles. Podemos definir de una manera muy precisa la localización de cada árbol a través de puntos con sus coordenadas geográficas y conocer las relaciones topológicas midiendo las distancias entre cada uno de ellos. El formato vectorial es el más adecuado para representar variables discretas y describir los distintos objetos del terreno, como pueden ser: carreteras, avistamiento de especies, límites administrativos, red hidrográfica, entre otros. Para realizar la representación de una variable, se almacena un grupo de elementos, como por ejemplo puntos, en el caso de avistamiento de especies; o líneas, en el caso de la red hidrográfica, cada uno

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georreferenciado con un par de coordenadas (en el caso de puntos) o con un grupo de pares de coordenadas (en el caso de líneas). En el caso de los elementos utilizados en el formato vectorial, también llamados primitivas, los puntos son la estructura vectorial más simple, ya que solo indica la posición con un par de coordenadas X e Y y un valor Z opcional para el atributo (altura, temperatura, humedad, entre otros). En cambio, las líneas están compuestas por un conjunto de puntos, cada uno con su par de coordenadas y el valor de la variable Z global para el atributo de la línea. Por último, los polígonos están conformados por líneas cerradas que representan los límites del área u objeto a representar.

Ilustración 3: Elementos de representación de la información en formato vectorial

Por último, la información sobre los objetos representados, o sus atributos, se almacenan dentro de una tabla asociada a la capa vectorial. La información de cada objeto se relaciona dentro de la tabla por medio de un número o identificador. Esta forma de almacenar la información permite almacenar una gran cantidad de información utilizando un mínimo espacio de disco. En resumen, este formato es el adecuado para crear bases de datos cuyos elementos necesiten ser descritos por distintos atributos o valores. Por ejemplo, una provincia representada por un polígono puede ser descrita dentro de una tabla de atributos con distintos valores como puede ser: extensión, población, población activa, tasa de desempleo, etc.

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Ilustración 4: El formato vectorial: Representación de elementos geográficos y su tabla de atributos

5.2 El formato raster: malla de celdas o píxels Ya hemos visto que la información espacial también puede ser representada en conjunto de unidades regulares iguales llamadas celdas o píxeles conformando un mosaico. Este formato es el más adecuado para representar variables continuas en el espacio como temperatura, humedad, elevación, etc. Este formato es conocido como raster. Y la localización de las entidades se define por cada píxel que representa una pequeña parcela en el territorio.

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Ilustración 5: Representación de los elementos geográficos en el formato raster En este caso, la escala o resolución se define o está relacionada con el tamaño del píxel, a mayor tamaño de píxel menor será su resolución. Cada píxel representa el valor en ese punto o porción del terreno de la variable.

5.3 Ventajas e inconvenientes del formato raster y vectorial En la siguiente tabla realizaremos una comparación del formato raster y vectorial y las ventajas e inconvenientes a la hora de trabajar con ellos.

Formato Vectorial

Formato Raster Ventajas

Requieren menos tamaño de almacenamiento en proyectos de gran envergadura (uno de sus puntos fuertes inicialmente respecto a los modelos raster). Las operaciones de análisis espacial son más sencillas Facilitan una organización simple y muy estructurada de los datos. y rápidas. Facilidades en análisis de tipo operativos y de vecindad. Permiten

crear

escalas.

cartografía

precisas

a

diferentes Mejor representación gráfica en diferentes medios gráficos. Simplicidad de la base de datos y de su tratamiento.

La medida de distancias y áreas tiene mayor precisión. Permite la gestión individualizada de las entidades geográficas.

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Inconvenientes La captura de datos requiere más tiempo y técnicas

Aumento considerable del tamaño de los ficheros al

más costosas tanto en tiempo como en costes

aumentar la escala de representación.

monetarios y humanos. Redundancia de datos en el almacenamiento de la Peor tratamiento de las variables continuas, así como

información.

de las variables derivadas de ellas. No existe un reconocimiento explicito de elementos La comparación y operaciones entre distintos mapas

geográficos como tales. Por lo que la búsqueda de los

temáticos requiere más tiempo y tiene una mayor

mismos complica enormemente los cálculos de análisis

complejidad de cálculo.

y aproximación.

Poseen una estructura de datos compleja y difícilmente manejable sin la ayuda de programas gestores Tabla 1: Ventajas el inconvenientes del formato raster y vectorial

6. Georreferenciación de los datos geográficos

Siempre que pensamos en cómo es la forma del planeta Tierra la imaginamos como una esfera perfecta, en realidad esta forma es una representación óptima y regular del planeta. La razón de modelizarla así es facilitar las descripciones y calcular las distintas relaciones entre los elementos que se encuentran sobre la Tierra, por medio de fórmulas matemáticas sencillas. En realidad, representar la forma real de la Tierra sería muy difícil o casi imposible ya que la forma de la Tierra no responde a ninguna fórmula matemática, pues es una superficie irregular. Para hacernos una idea, puede semejarse a una patata, debido a las fuerzas de la gravedad y los diferentes accidentes Ilustración 6: Modelo de representación de la tierra esférico

geográficos. El último modelo actual que representa la verdadera

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forma de la Tierra ha sido obtenido por el satélite GOCE de la Agencia espacial Europea. Una de las principales razones para implementar un SIG es analizar las relaciones existentes entre los distintos objetos de la superficie terrestre, por tanto, una de las labores que debemos realizar con la información geográfica es adaptar toda nuestra información a unos de los tantos modelos de la Tierra existentes para realizar dichos cálculos. Estos modelos se les conoce como sistema de coordenadas.

Ilustración 7: Forma de la Tierra según datos obtenidos por el satélite GOCE

Antes de empezar a describir los elementos de un sistema de coordenadas es necesario entender otro concepto fundamental, la georreferenciación. Para representar los distintos elementos geográficos dentro de un SIG es importante indicar la referencia espacial de los elementos respecto a su localización en la superficie terrestre, en otras palabras, georreferenciarlos. Si no se localizan los distintos elementos correctamente o con precisión a la hora de realizar un análisis o cálculos espaciales, obtendremos resultados erróneos.

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Dicho de otra manera, georreferenciar es el proceso de establecer una relación entre los datos visualizados dentro del programa SIG y su situación en el mundo real. Esto lo conseguimos indicando los valores de la localización con respecto a un sistema de coordenadas. Para determinar el sistema de coordenadas adecuado para nuestro proyecto es necesario conocer y entender los distintos elementos que definen un sistema de coordenadas: El elipsoide, geoide, datum, proyección, entre otros.

A continuación recomendamos visualizar el material complementario: Euronews Space - El poder de la fuerza de la gravedad en la Tierra. Este documental nos mostrará el proyecto realizado para crear el modelo actual sobre la forma de la Tierra o geoide.

6.1 El elipsoide Con el fin de simplificar los trabajos de representación de la Tierra y la ubicación de áreas o puntos en la superficie terrestre, se ha adaptado su forma a modelos matemáticos sencillos que se aproximan en mayor o menor grado a la realidad de esta. Estos modelos se les conocen como superficies de referencia. Una de las superficies de referencia es el elipsoide, con ella se establece una aproximación a la forma de la Tierra. El elipsoide es una figura matemática que responde a fórmulas analíticas, de manera que permite hacer cálculos apoyándose en él. Se utilizan distintos modelos, los más comunes son los de Bessel, Hayford y Everest. También son conocidos como elipsoides de referencia.

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Ilustración 8: Obtención de un Elipsoide a partir de una Elipse

La razón para que el elipsoide sea la superficie de referencia más común es que la forma geométrica que genera un elipsoide de revolución con respecto a su eje menor es la que más se aproxima a la forma de la Tierra: Achatada en los polos y abultada en la región del ecuador. Cuando realizamos un SIG es importante considerar que cada país ha seleccionado un Elipsoide de Referencia, por tanto, antes de empezar, debemos investigar cuál es su Elipsoide de Referencia oficial, debido a que dependiendo de la utilizada por el sistema de coordenadas, las coordenadas geográficas que localizan un elemento pueden variar.

Ilustración 9: Variación de las coordenadas geodésicas según el elipsoide empleado en el sistema de referencia

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Uno de los elipsoides de referencia más utilizados actualmente es el descrito en el sistema denominado World Geodetic System 84 (WGS-84), desarrollado por el Departamento de Defensa de los E.E.U.U., y que tiene como origen el centro de masas de la Tierra. Su popularidad se debe a que es el utilizado por el sistema GPS. Cuando medimos con un GPS, las coordenadas calculadas están referidas a este elipsoide.

6.2 El Geoide

Aunque el elipsoide es una figura matemática sencilla y permite localizar los distintos elementos geográficos, no es la figura que más se asemeja a la corteza terrestre y su irregularidad, por tanto no es la más adecuada para medir altitudes. La superficie de referencia ideal para indica las altitudes debe asemejarse al nivel medio de los mares en calma, extendidos idealmente bajo los continentes. El agua de los océanos del globo busca estar en equilibrio, y por ello tiende a seguir una superficie gravitatoria equipotencial. Por esta razón se establece una nueva superficie de referencia, esta vez irregular, llamada geoide. Un geoide se define como la superficie equipotencial del campo gravitatorio de la Tierra que mejor se ajusta al nivel medio global del mar.

Ilustración 10: Elipsoide y geoide

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6.3 El datum El Datum se define como el punto donde coinciden las superficies de referencias, el elipsoide y el geoide. Conocer el Datum es importante, ya que define la posición de origen y la orientación de las líneas de latitud y longitud del sistema de coordenadas.

Ilustración 11: Representación gráfica del Datum: Punto donde coinciden el geoide y el elipsoide

Todos los Datum vinculan un esferoide o elipsoide a una parte determinada de la superficie de la Tierra. La coincidencia entre estas dos superficie de referencia es cuando más se asemeja a la superficie de la Tierra . Por este motivo cada país posee un datum específico. Sobre los datum internacionales, los más recientes se han diseñados para ajustarse también a la superficie de toda la Tierra. Como consecuencia los Datum se pueden clasificar como:

•

Datum Geocéntricos: aquellos que usan el centro de masa de la Tierra como origen (WGS 84, NAD83)

•

Datum Locales: aquellos que alinean su elipsoide lo más próximo a la superficie de la Tierra y en un área en particular (campo Inchauspe, NAD27).

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Ilustración 12: Comparación entre datum geodésico global y local

En la actualidad los esferoides para los datum geocentricos se desarrollan a partir de mediciones de satélites, en consecuencia, son más precisos que los diseñados en los siglos XIX y XX. Los datos de los satélites han proporcionado nuevas mediciones para definir el esferoide que mejor se ajusta a la Tierra, y que relaciona las coordenadas con el centro de masa de esta. Un datum centrado en la Tierra, o geocéntrico, utiliza el centro de masa de esta como origen. El último datum geocentrico desarrollado, y ampliamente utilizado, es WGS 1984, sirve como marco para la medición mundial de ubicaciones.

Ilustración 13: Comparación entre el Datum global y el datum local para la representación de un espacio geográfico

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En cambio, el datum local alinea la esferoide para que se ajuste estrechamente a la superficie de la Tierra en un área determinada. Un punto de la superficie del esferoide se asocia a una posición determinada en la superficie de la Tierra. Este punto se conoce como punto del origen del datum. Las coordenadas del punto del origen son fijas y todos los demás puntos se calculan a partir de él. Otra diferencia entre el datum local y geocentrico es que en el caso del datum local el origen del sistema de coordenadas no se encuentra en el centro de la Tierra. Por tanto, el datum local alinea tan estrechamente el esferoide a un área determinada de la superficie de la tierra que no es adecuado para ser utilizado fuera del área para el que ha sido diseñado.

Ilustración 14: Desplazamiento del eje de coordenadas para la creación de un datum local

Por este motivo, cuando creamos un mapa con información temática sobre nuestro proyecto es muy importante facilitar el datum, ya que permitirá que el usuario final de nuestra información posea el parámetro adecuado para localizar la información geográfica aportada. En este caso debemos indicar el Datum Horizontal y el Datum

Ilustración 15: Elipsoide regional y elipsoide global

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Vertical.

•

El Datum horizontal hace referencia a la superficie elipsoidal usada como base para referenciar coordenadas de localización X, Y. En este caso, los datos se ajustan matemáticamente para encontrar el mejor elipsoide local, además de otros parámetros.

•

El Datum vertical indica la superficie usada como base para referenciar localizaciones de coordenadas Z, actualmente se utiliza el geoide o la superficie del agua en reposo de los océanos idealmente extendida. Por este motivo, solo los mapas antiguos indican el datum vertical.

Ilustración 16: Descripción gráfica del Datum

Las coordenadas de una ubicación cambian en función del datum y el esferoide en los que se basan, incluso cuando utilizan utilizan la misma proyección cartográfica y los mismos parámetros de proyección. Por ejemplo, las siguientes coordenadas geográficas son para la ciudad de Bellingham, Washington, utilizando tres datum diferentes:

Ilustración 17: Pares de coordenadas para un mismo punto geográfico utilizando distintos sistemas de referencia

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Por esta razón es importante que, para una correcta gestión de la información geográfica que incorporamos en nuestro proyecto SIG, es necesario obtener la información sobre el sistema de coordenadas de la fuente de datos que los proporciona (metadatos). Nunca debemos realizar suposiciones sobre el sistema de coordenadas de datos, ya que es muy posible que nuestra base de datos sea inexacta. Los parámetros necesarios que debemos investigar a la hora de incorporar información externa a nuestro proyecto son los siguientes: Datum, unidades de medida, zona UTM y proyección. También es importante destacar que los términos "sistema de coordenadas geográficas" y "datum" suelen utilizarse indistintamente. 6.4 Las proyecciones cartográficas

Las proyecciones cartográficas se definen como un sistema de representación de la superficie curva de la Tierra adaptada a un plano. Para lograr esto, se utiliza una figura geométrica desarrollable en un plano. Las formas más utilizadas son: un cono, un cilindro o un plano. Cuál figura geométrica utilizar dependerá del uso que se le quiera dar al mapa y de la situación geográfica al área que se quiera cartografiar. Podemos concluir entonces que las proyecciones cartográficas son modelos arbitrarios para definir datos espaciales, cuyo fin es proporcionar una base común para indicar la ubicación de un lugar determinado o área de la superficie de la Tierra. Por este motivo, cuando trabajemos con información geográfica dentro de un programa SIG, es necesario unificar nuestros datos a una proyección cartográfica.

Ilustración 18: Distintos tipos de proyección: Cónica, Cilíndrica y Polar

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A continuación recomendamos visualizar el vídeo “Proyecciones, cómo crear un mapa de la Tierra”.

6.5 Clasificación de las proyecciones cartográficas

En el apartado anterior hemos visto que las proyecciones cartográficas se realizan a partir de una forma geométrica. En la bibliografía encontraremos que muchos autores utilizan esta base para realizar una clasificación de todas las proyecciones existentes. Pero también pueden clasificarse considerando la inclinación del eje de la figura empleada con respecto al eje de la esfera terrestre (posición) o la deformación asociada.

Ilustración 19: Distintas clasificaciones de las proyecciones cartográficas

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6.5.1 Proyección Cónica Para realizar una proyección cónica se utiliza un cono tangente como superficie desarrollable sobre la esfera terrestre. Este tipo de proyección conserva la relación con la superficie pero no los ángulos, por lo cuál es conocida como equivalente. Además es posible encontrar proyecciones cónicas que mantienen las formas o los ángulos, conocidas como proyecciones conformes, como ejemplo citaremos la proyección de Lambert. Según la posición o inclinación del eje de la figura, estas proyecciones son clasificadas como: ▪ Proyección cónica normal: El eje del cono es paralelo al eje de la Tierra. I

lustración 20: Proyección cónica normal

▪ Proyección cónica transversal: El eje del cono es perpendicular con el eje de la Tierra.

Ilustración 21: Proyección cónica transversal

▪ Proyección cónica Oblicua: El eje del cono está inclinado con respecto al eje de la Tierra.

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Ilustración 22: Proyección cónica Oblicua

6.5.2 Proyección Azimutal Esta proyección se desarrolla a partir de un plano tangente sobre la esfera terrestre. Este tipo de proyecciones son las más adecuadas para líneas trazadas desde el centro del mapa o un punto común. Se clasifican en: ▪ Proyección plana polar: El plano tangente coincide con el polo terrestre.

Ilustración 23: Proyección plana polar

▪ Proyección plana ecuatorial: El plano es tangente al ecuador de la Tierra.

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Ilustración 24: Proyección plana ecuatorial

▪ Proyección plana oblicua: El plano es tangente a cualquier punto de la Tierra.

Ilustración 25: Proyección plana oblicua

6.5.3 Proyección Cilíndrica Las proyecciones cilíndiricas se realizan utilizando la superficie de un cilindro tangente sobre la superficie terrestre. Este tipo de proyecciones se consideran proyecciones conforme ya que conserva las formas de los elementos terrestres. Según la inclinación del eje de la figura o la posición, las proyecciones cilíndricas se clasifican como:

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▪ Proyección cilíndrica ecuatorial: El eje del cilindro es paralelo al eje de la Tierra.

Ilustración 26: Proyección cilíndrica ecuatorial

▪ Proyección cilíndrica transversa: El eje del cilindro es perpendicular al eje de la Tierra.

Ilustración 27: Proyección cilíndrica transversal

▪ Proyección cilíndrica Oblicua: El eje del cilindro está inclinado en relación al eje de la Tierra.

Ilustración 28: Proyección cilíndrica Oblicua

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6.6 ¿Qué es un sistema de coordenadas? Según todo lo estudiado en apartados anteriores no es muy difícil intuir que un sistema de coordenadas no es más que el conjunto de valores específicos que permiten definir la posición de un punto en el espacio. Por este motivo existen diversos sistemas de coordenadas y cada uno tiene aplicaciones en distintas áreas.

6.6.1 Sistema de coordenadas geodésicas

El sistema de coordenadas geodésicas, también conocido comúnmente como sistema de coordenadas geográficas, es utilizado principalmente en proyectos que requieren representaciones geográficas extensas (continentes, la Tierra, pasos de satélites, etc.). Eventualmente las coordenadas de latitud y longitud se expresan en grados, minutos y segundos. El sistema de coordenadas geodésicas se conforma por medio de una serie de líneas imaginarias perpendiculares y horizontales, que rodean todo el planeta Tierra. Son una serie de líneas imaginarias y de referencia trazadas en base al eje terrestre y los polos geográficos que permiten: fijar direcciones, localizar puntos geográficos y zonas de una manera absoluta. Estas líneas imaginarias y su localización están reconocidas internacionalmente y por tanto son líneas comunes para todo el mundo:

•

Línea del Ecuador: Es una línea que traza el círculo máximo de la esfera terrestre y se encuentra a igual equidistancia de los polos geográficos. Divide al globo terráqueo en dos partes iguales conocidos como el Hemisferio Norte, o Boreal, y el Hemisferio Sur o Austral. Esta localizado a 0º de latitud.

•

Paralelos Geográficos: Los paralelos geográficos son líneas circulares que se encuentran a igual distancia entre ellos. Son planos perpendiculares al eje terrestre y paralelos al Ecuador. Entre los paralelos más importantes encontramos el Trópico de Cáncer (23º 27´N), el Trópico de Capricornio (23º 27´S), el Círculo Polar Ártico (66º 33´N) y el Círculo Polar Antártico (66º 33´S).

•

Los Paralelos Notables: Los paralelos geográficos junto al paralelo del Ecuador también son conocidos como paralelos notables. Dividen de manera astronómica a la Tierra en cinco grandes zonas climáticas: Una zona intertropical o cálida, dos zonas templadas y dos zonas glaciares o frías.

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•

Meridiano de Greenwich: Este meridiano es una línea o semicírculo imaginario que trascurre de polo a polo geográfico. Por convención se estableció como punto de partida desde el cual se mide la longitud geográfica y tiene un valor de 0ª de Longitud. Este meridiano también recibe el nombre de meridiano base, meridiano cero, meridiano origen o meridiano internacional. El meridiano de Greenwich junto con el meridiano 180º,

dividen

a

la

Tierra

en

dos

porciones

idénticamente iguales conocidos como Hemisferio Oeste u occidental, y Hemisferio Este u oriental.

•

Meridiano Geográfico: Son semircírculos que van de polo a polo y atraviesan el paralelo de Ecuador en

Ilustración 29: Meridianos y Meridiano de Greenwich

ángulo recto.

6.6.2 El sistema de coordenadas UTM Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros perteneciente al Ejercito de los Estados Unidos de América, se basa en el modelo elipsoidal de la Tierra. Originalmente se usó la elipsoide de Clarke de 1866, y para Alaska y Hawai el modelo de Elipsoide Internacional. En la actualidad se usa la elipsoide WGS84 a nivel mundial y en las regiones septentrionales del planeta se complementa con una proyección polar estereográfica (UPS). Debido a que los husos se deforman a medida que nos alejamos del Ecuador, la proyección UTM queda limitada entre los paralelos 84º N y 80º S. Aunque no es un modelo tan exacto como puede ser el de coordenadas geográficas, ya que este modelo modifica las distancias y áreas, el éxito y el uso generalizado de las coordenadas UTM se debe a la facilidad para realizar cálculos de distancias, ya que se pueden realizar fácilmente por medio del Teorema de Pitágoras y no por medio cálculos matemáticos trigonométricos muy complejos, como ocurre con el sistema de coordenadas geográficas. El sistemas de coordenadas UTM se basa en una rejilla o canevás irregular, cada cuadrícula son los husos o zonas UTM. En total, la Tierra está cubierta por 60 husos UTM, cada uno con 6º de anchura en su parte central. Las posiciones se definen con tres elementos: El huso o Zona en que se encuentra, la coordenada E (eje horizontal), y la coordenada N (Eje vertical), también denominadas X e Y respectivamente. Estas coordenadas son

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las distancias lineales en metros a los ejes E y N de referencia dentro de cada zona y no coinciden con las coordenadas geográficas Latitud/Longitud. Además, si observamos la rejilla del sistema de coordenadas UTM, observaremos algunas particularidades:

Ilustración 30: Sistema de Coordenadas UTM

•

La proyección UTM se define entre los paralelos 80ºS y 84ºN.

•

Cada huso se numera desde el 1 al 60 y el primer huso se encuentra limitado por las longitudes 180º y 174º Oeste.

•

Con respecto a las bandas, la Tierra está dividida en 20 bandas de 8º de latitud. Estas son denominadas por las letras desde la C hasta la X y se excluye las letras I y O debido a que pueden ser confundidas por los números 1 y 0 y letra Ñ por no formar parte del abecedario inglés.

•

La zona C coincide con la latitud de 80º S hasta los 72º S, en las otras zonas correspondientes a los polos esta proyección no está definida ya que pierde precisión. Como hemos mencionado anteriormente, para definir la región polar se utiliza el sistema de coordenadas UPS.

•

Hay dos zonas donde la rejilla no es regular. La primera, 32V, corresponde al suroeste de Noruega y fue

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extendida para abarcar la costa occidental del país, y la segunda se encuentra en la región de las Svalbard, donde se ajustó la cuadrícula para mayor precisión con el sistema de coordenadas UTM.

Además, si observamos con más detalle, cada huso tiene asignado un meridiano central, aquí se sitúa el origen de las coordenadas verticales, mientras que las coordenadas horizontales parten desde el Ecuador.

Si deseamos indicar nuestra situación en un mapa o a alguna persona, debemos indicar la cuadrícula UTM en el que nos encontramos y luego las coordenadas. Sabiendo que, cada cuadricula UTM se define mediante el número del huso y la letra de la zona. Con respecto al orden de las coordenadas, la primera coordenada es la horizontal y la segunda la vertical.

Ilustración 31: Esquema cuadrícula UTM

7. Los análisis espaciales

Como hemos comentado en apartados anteriores el verdadero significado de un SIG es la potencialidad de crear información espacial y realizar análisis para generar información nueva y sacar partido de ella. La información espacial contiene mucha más información que la que podemos detectar a primera vista. Todo dato espacial es información a la que se le ha asignado una localidad geográfica, lo importante es conocer qué formas hay de generar nueva información a partir de esos datos, o visto de otra manera, extraer parámetros y variables útiles relacionados a nuestra área de estudio y campo de investigación. Por ejemplo, los patrones de localizaciones de los nidos de una especie puede arrojar información sobre el comportamiento de la misma. Los SIG poseen un gran número de herramientas muy potentes para realizar análisis con datos geográficos. En la actualidad existe una gran variedad de herramientas de análisis que permiten realizar nuevos planteamientos o mejorar análisis ya existentes. Dados unos datos y una serie de preguntas a responder es muy probable que exista uno o varios procedimientos SIG para resolver estos planteamientos o realizar nuevos, pero si no existiese

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una solución, seguro podemos acércanos a esta. En conclusión, un análisis espacial puede definirse como un estudio cuantitativo de los fenómenos que se manifiestan en el espacio. Para esto, será necesario que la información esté debidamente georreferenciada ya que cualquier error en la georreferenciación puede alterar la distribución espacial de los valores iniciales y por tanto, arrojar resultados completamente distintos a los esperados. Los análisis espaciales no deben verse como un conjunto de algoritmos complejos, sino como una colección de procesos con los que podemos explotar los datos espaciales. Los resultados que obtendremos son de diversos tipos, como pueden ser: Capas de datos geográficos de cualquier tipo y formato, tablas de datos o vectores. Finalmente, es importante recordar que los resultados que obtendremos pueden expresar la misma variable de partida (por ejemplo, agrupar en rangos la variable por reclasificación) u obtener nuevas variables (Por ejemplo, obtener valores de pendientes a partir de valores de elevación.).

7.1 Tipos de problemas que podemos responder con un SIG

Las distintas herramientas de análisis espacial pueden darnos respuestas a preguntas o planteamientos muy variados, siendo estos últimos, los que nos dirán cuál será el análisis a realizar sobre los datos geográficos. De aquí la importancia de conocer los análisis y qué existe detrás de ellos para establecer la metodología adecuada y no trabajar en vano. El autor F. Slater, en 1982, dentro de su libro Learning through Geography, cita un listado de las principales preguntas que pueden ser respondidas por medio de análisis espaciales. Estas son:

•

¿Dónde se encuentra?

•

¿Dónde tiene lugar?

•

¿Qué hay ahí?

•

¿Por qué esta ahí?

•

¿Por qué no se encuentra en otro lugar?

•

¿Que podría haber ahí?

•

¿Puede estar en otro lugar?

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•

¿Cuánto hay en ese lugar?

•

¿Hasta dónde se extiende?

•

¿Por qué se distribuye de esa forma?

•

¿Existe alguna regularidad en esa distribución?

•

¿Cuál es la naturaleza de esa regularidad?

•

¿Por qué el patrón de distribución muestra esa regularidad?

•

¿Dónde se encuentran?

•

¿Cuál es la clase de esa distribución?

•

¿Se encuentra en otros sitios?

•

¿Es universal?

•

¿Cuáles son sus límites?

•

¿Por qué esos límites, qué los acota?

•

¿Qué otras cosas se asocian con ese fenómeno?

•

¿Aparece esa misma asociación en otras localidades?

•

¿Siempre han estado ahí?

•

¿Por qué están asociadas espacialmente?

•

¿Cuándo apareció ese fenómeno por primera vez?

•

¿Cómo varía en el tiempo?

•

¿Qué factores influyen/influyeron en su dispersión?

•

¿Por qué esa dispersión?

•

¿Qué factores geográficos limitan esa dispersión?

En conclusión, un SIG es una gran herramienta que permite plantear o resolver preguntas sobre fenómenos o variables espaciales, ya que con ella podemos identificar, definir problemas o resolverlos por medio de un conjunto de análisis o simplemente con una interpretación visual.

7.2 Tipos de análisis espaciales La búsqueda de una respuesta a cierto planteamiento dado puede abordarse de distintas formas y por medio de distintas metodologías, es importante destacar que también estará condicionado al programa SIG y sus capacidades. Aún así es necesario conocer qué hace cada análisis a nivel conceptual y qué podemos obtener con éste, con el fin saber de cómo resolver y dar respuesta a un planteamiento concreto. Capítulo 1: Nociones básicas de SIG que todos deberíamos conocer Ecol. Isis Gómez López

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Crear una clasificación con los distintos análisis posibles es una tarea muy difícil, sobre todo por la gran variedad disponible. Aún así, estudiaremos una clasificación de los distintos análisis que podemos encontrar y que nos permiten responder las preguntas del apartado anterior. Esta clasificación es muy genérica pero nos permite orientarnos a los distintos planteamientos que podemos realizar a la hora de enfrentarnos a un problema espacial.

7.2.1 Consultas espaciales

Las consultas espaciales son los análisis más simples que podemos encontrar, pero aún así son los más potentes para soluciones sencillas y rápidas. Algunas de las preguntas que podemos responder son:

•

¿Que hay en las coordenadas X,Y?

•

¿Dónde se encuentra el elemento X?

También con este tipo de consultas podemos obtener los atributos asociados al elemento que queremos conocer. Por ejemplo, con una simple consulta sobre la especie que se encuentra en la coordenadas X e Y podríamos conocer (si la tabla de atributos asociada contiene la información) el género, el investigador que tomó los datos, el museo donde se encuentra la muestra, etc. Además, es posible realizar consultas sobre atributos descritos en la tabla y conocer dónde se localizan estos elementos. Ejemplos hipotéticos a preguntas de este tipo son:

•

¿Cuáles son los pueblos con una población superior a...?

•

¿Qué especies se encuentras asociadas al ecosistema x?

7.2.2 Análisis Topológicos También es posible conocer las relaciones existentes entre los elementos de una misma capa (conocido como relaciones topológicas). Algunas preguntas que podemos responder son:

•

¿Qué otros elementos rodean al elemento x?

•

¿Cómo llego de este punto a este otro punto?

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7.2.3 Mediciones El hecho de establecer relaciones espaciales con los elementos (georreferenciación) nos facilita realizar mediciones espaciales. Pueden ser medidas de distancias, áreas, perímetros, recorridos, etc. También podemos obtener otras variables más elevadas relacionando o interpolando otros valores a la posición como por ejemplo: pendientes, temperatura, humedad, etc. Esto nos facilita responder a preguntas como:

•

¿Cuál es el área del elemento X (bosquete, ecosistema, etc)?

•

¿Cuantos kilómetros abarca ese elemento (río, carretera, etc)?

•

¿Cuál es la pendiente en ese punto o área?

7.2.4 Combinación de información Varios de los análisis más usuales y comunes en los procedimientos SIG son los relacionados con la combinación y superposición de capas de información de distintas variables. De manera análoga podemos entender estos análisis como la combinación de distintas láminas transparentes donde cada una representa una variable. Como resultado final los distintos colores de cada lámina nos indicarían donde confluyen o que hay fuera del área de evaluación. Estos tipos de análisis permiten determinar áreas importantes en el campo de conservación como hotspots de biodiversidad, puntos de baja biodiversidad, etc. Gracias a estos análisis podemos responder preguntas tipo:

•

¿Qué variables influyen en esta zona?

•

¿Dónde se encuentra el elemento X y el elemento Y?

7.2.5 Transformar la información Se refiere a todos aquellos análisis que de una forma u otra modifican los elementos de entrada de la capa. Pueden ser de distintas maneras, por ejemplo: el cambio de modelo de la información de vector a raster o viceversa, crear nuevas entidades combinando valores por medio de reclasificaciones, creando nuevas geometrías como los anillos buffer, o modificando geometrías por medio de la combinación de elementos que comparten un mismo atributo.

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Este tipo de análisis son muy potentes y nos permite dar solución a muchas preguntas o crear nueva información, por ejemplo:

•

¿Cuál es el área de ribera de un río?

•

¿Cuál es la extensión protegida en el área de estudio?

7.2.6 Análisis de superficies Los análisis de superficies son los que nos permiten obtener información relativa a la superficie del terreno. Con ellos, a partir de valores de elevación, podemos obtener información sobre pendientes, orientaciones, redes hidrográficas, sistemas de cuencas, etc. Muchos de estos análisis son aplicados a otro tipos de información permitiendo obtener resultados como mapas de distribución de temperaturas, densidades, etc.

7.2.7 Estadísticas descriptivas Dentro de los SIG es posible aplicar análisis de la estadística clásica a los valores espaciales. Esto permite obtener información sobre dispersiones, patrones espaciales, relaciones de dependencia, entre otros. Permiten responder a preguntas como:

•

¿La dispersión de individuos de una especie es errática o existe algún patrón?

•

¿Cuál es el valor medio de una variable en el área de estudio, por ejemplo, la temperatura?

7.2.8 Análisis de inferencia Este tipo de análisis permiten predecir el comportamiento de una variable y estudiar su evolución a lo largo del tiempo. La creación de modelos de cambio y escenarios, son una de las herramientas más novedosas de los SIG y actualmente es un campo con un amplio desarrollo. Por ejemplo, su aplicación en estudios de cambio climático.

Capítulo 1: Nociones básicas de SIG que todos deberíamos conocer Ecol. Isis Gómez López

Estudios de Ecología y Evolución con ArcGIS 10

7.2.9 Optimización y toma de decisiones Uno de los principales motivos para realizar un proyecto SIG es la toma de decisiones con respecto a actividades que poseen un componente espacial. Para esto, es necesario conocer el comportamiento de distintos factores y en base a esto y su evaluación se procede a la toma de decisiones. De acuerdo al campo de estudio podremos responder a preguntas como:

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¿Cuál es el mejor trazado para una carretera?

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¿Dónde puedo situar un mirador de fauna sin molestar a la especie?

7.2.10 Realización de modelos Dentro del mundo de los SIG la realización de modelos es una tarea en desarrollo. Aún así, en diversos campos son muy habituales, como por ejemplo, los modelos hidrológicos con los que podemos evaluar distintos escenarios o variables, no solo en el campo de la hidrología, sino en el campo de la evaluación ambiental (distribución de contaminantes) o incluso en conservación de la biodiversidad (distribución de una especie invasora.).

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