Introducción al Geoprocesamiento

El geoprocesamiento puede ser definido como el conjunto de tecnologías orientadas a la recopilación y tratamiento de informaciones espaciales con un objetivo específico. Así, las actividades que envuelven el geoprocesamiento, son ejecutadas por sistemas específicos para cada aplicación. Estos sistemas son comúnmente llamados Sistemas de Información Geográfica (SIG).

Un sistema de geoprocesamiento está destinado al procesamiento de datos referenciados geográficamente (o georreferenciados), desde su recopilación hasta la creación de salidas en forma de mapas convencionales, informes, archivos digitales, etc.; debiendo poseer recursos para su almacenamiento, gerenciamiento, manipulación y análisis.

Con la evolución de la tecnología de geoprocesamiento y de softwares gráficos, varios términos surgieron para las diferentes especialidades. El nombre Sistemas de Información Geográfica (o Geographic Information System - GIS) es muy utilizado y en muchos casos es confundido con geoprocesamiento. El geoprocesamiento es un concepto más abarcador y representa cualquier tipo de procesamiento de datos georreferenciados, mientras que un SIG procesa datos gráficos y no gráficos (alfanuméricos) con énfasis en análisis espaciales y modelado de superficies.

El SPRING es también un SIG, no obstante será tratado como un Banco de Datos Geográficos, término considerado en este documento, ya que fue concebido con todas las herramientas de un sistema de información, dentro de una estructura de banco de datos relacional.

Como un sistema de geoprocesamiento el SPRING no es simplemente un sistema computacional proyectado para hacer mapas, a pesar de que pueda crear mapas en diferentes escalas, proyecciones y colores, es principalmente, una herramienta de análisis que auxilia en la toma de decisiones.

Consulte también:

Características de un SIG

El término Sistemas de Información Geográfica (SIG) es aplicado para sistemas que realizan el tratamiento computacional de datos geográficos. Debido a su amplia gama de aplicaciones, que incluye temas como agricultura, bosques, cartografía, catastro urbano y redes de distribución (agua, energía y telefonía), existen por lo menos tres grandes maneras de utilizar un SIG:

Estas tres visiones de un SIG son primero convergentes que conflictivas y reflejan la importancia relativa del tratamiento de la información geográfica dentro de una institución. Para esclarecer aún más el asunto, se presentan a continuación algunas definiciones de SIG:

Estas definiciones de SIG reflejan, cada una a su manera, la multiplicidad de usos y visiones posibles de esta tecnología y apuntan para una perspectiva interdisciplinar de su utilización. A partir de estos conceptos, es posible indicar las principales características en que el SPRING está incluido:
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Conceptos de Espacio y Relaciones Espaciales

¿Qué tienen de especial los datos espaciales?. A partir de esta pregunta, se busca aclarar las particularidades de los datos geográficos.

El principal aspecto de los datos tratados en un SIG es la naturaleza dual de la información: un dato geográfico posee una localización geográfica (expresada como coordenadas en un mapa) y atributos descriptivos (que pueden ser representados en un banco de datos convencional). Otro aspecto importante es que los datos geográficos no existen aislados en el espacio: tan importante como localizarlos, es descubrir y representar las relaciones entre los diferentes datos. Algunos ejemplos de los procesos de análisis espacial típicos de un SIG se muestran en la tabla siguiente (adaptada de Maguire, 1991).

EJEMPLOS DE ANÁLISIS ESPACIAL
Análisis Pregunta General
Ejemplo
Condición¿Qué es lo que está ...?”¿Cuál es la población de esta ciudad?”
Localización¿Dónde está...?¿Cuáles áreas tienen una declividad superior a 20%?
Tendencia¿Qué cambió...?¿Esta tierra era productiva hace 5 años?
Derrotero ¿Por dónde ir.. ?¿Cuál es la mejor ruta para el metro?
Patrones¿Cuál es el patrón....?¿Cómo es la distribución del dengue en Fortaleza?
Modelos ¿Qué ocurre si...?¿Cuál es el impacto en el clima si se desfloresta la Amazonia ?

Tomemos un ejemplo concreto para explicar los conceptos de análisis espacial expresados anteriormente (en este caso realizado manualmente). En 1854, Londres estaba sufriendo una grave epidemia de cólera, enfermedad sobre la cual en aquella época no se conocía la vía de contaminación. En una situación cuando ya habían ocurrido más de 500 muertes, el doctor John Snow tuvo repentinamente una idea: colocar en el mapa de la ciudad la localización de los enfermos de cólera y de los pozos de agua (en aquella época la fuente principal de agua de los habitantes de la ciudad). El mapa obtenido es mostrado en la próxima figura.


Mapa de Londres con casos de cólera (puntos) y pozos de agua (cruces) (adaptado de E. Tufte, 1983).


Con la distribución espacial de los datos, el doctor Snow percibió que la mayoría de los casos estaban concentrados en torno del pozo de la “Broad Street” y ordenó que fuera lacrado, lo que contribuyó de forma notable para revelar las causas de la epidemia. Este caso suministró evidencia empírica para la hipótesis (después comprobada) de que el cólera es transmitido por la ingestión de agua contaminada. Esta es una situación típica, donde la relación espacial entre los datos difícilmente sería inferida por un simple listado de los casos de cólera y de los pozos.

El mapa del doctor Snow pasó para la Historia como uno de los primeros ejemplos que ilustra el poder explicativo del análisis espacial.

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Tecnologías Asociadas

El geoprocesamiento puede ser considerado una ciencia multi disciplinar que tiene la contribución de muchas áreas. De forma general, las tecnologías que más contribuyen son:

  1. Cartografía : contribuye con técnicas de confección de mapas;
  2. CAD (Computer Aided Drafting) y Computación Gráfica: contribuye con software, hardware, técnicas para la entrada de datos, exhibición, visualización, representación en 2D y 3D, manipulación y representación de objetos gráficos, etc.;
  3. Sistema de Gerencia de Banco de Datos (SGBD o DBMS): constituyen modelos de datos, estructura de datos, seguridad y procesos de manipulación de grandes volúmenes de datos;
  4. Percepción Remota: posee técnicas de adquisición y procesamiento de imágenes, con facilidades para la obtención de datos sobre cualquier lugar del globo terrestre, ya sea a través de sensores orbitales (satélites) o sensores fotográficos (aerotransportados);
  5. Inteligencia Artificial: tecnología que usa el computador para simular la inteligencia humana. El computador actúa como un especialista en as funciones de diseño, mapeo, clasificaciones, generalización de las características de los mapas, etc. Así, la inteligencia artificial proporciona modelos y técnicas de sistemas de diseño y análisis;
  6. Estadística: proporciona modelos y métodos de análisis de los datos, sean gráficos o no gráficos. Las técnicas estadísticas son utilizadas para verificar la calidad durante el preprocesamiento, para hacer el resumen de un archivo, como un informe de gerencia de los datos, para crear datos derivados de análisis, etc.;
  7. Informática: además de cubrir algunos de los ítems ya mencionados, la ciencia de la informática también contribuye con técnicas de desarrollo de sistemas, evolución de la tecnología de hardware para soportar grandes volúmenes de procesamiento de datos y la tecnología de redes de computadores que permite el intercambio de informaciones entre equipos de forma local o remota.
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Estructura General de un SIG

En una visión amplia, se puede indicar que un SIG posee los siguientes componentes : Estos componentes se relacionan de forma jerárquica. En el nivel más próximo al usuario, la interfaz hombre-máquina define como el sistema es operado y controlado. En el nivel intermedio, un SIG debe tener mecanismos de procesamiento de datos espaciales (entrada, edición, análisis, visualización y salida). En el nivel más interno del sistema, un sistema de gerencia de bancos de datos geográficos ofrece el almacenaje y recuperación de los datos espaciales y sus atributos.

De forma general, las funciones de procesamiento de un SIG operan sobre datos en un área de trabajo en memoria principal. La conexión entre los datos geográficos y las funciones de procesamiento del SIG es hecha por mecanismos de selección y consulta que definen restricciones sobre el conjunto de datos. Ejemplos ilustrativos de modos de selección de datos son:

La siguiente figura indica la relación entre los principales componentes. Cada sistema, en función de sus objetivos y necesidades, implementa estos componentes de forma diferente, pero todos los subsistemas citados están presentes en un SIG.

Arquitectura de Sistemas de Información Geográfica.



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Tipos de datos en Geoprocesamiento

Un sistema de Geoprocesamiento almacena la geometría y los atributos de los datos, que están georreferenciados, o sea, localizados en la superficie terrestre en una proyección cartográfica. Los datos manipulados en geoprocesamiento tienen como principal característica la diversidad de las fuentes generadoras y de los formatos existentes.

A diferencia de sistemas de Diseño Auxiliado por Computador (CAD), una característica básica y general en un SIG es su capacidad de tratar las relaciones espaciales entre los objetos geográficos. Se conceptúa como topología la estructura de relaciones espaciales (vecindad, proximidad, pertenencia) que pueden establecerse entre objetos geográficos.

El requisito de almacenar la geometría de los objetos geográficos y de sus atributos representa una dualidad básica para SIGs. Para cada objeto geográfico, el SIG necesita almacenar sus atributos y las diversas representaciones gráficas asociadas.

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Clases de proyectos en Geoprocesamiento

La base de datos espacial es el componente de mayor costo en un sistema de Geoprocesamiento. El alcance de los trabajos realizados permite distinguir entre dos tipos de ambientes: Como ejemplo del primer caso, se puede tomar el caso de RIMAs -Relatórios (Informe) de Impacto Ambiental, como en el caso de la construcción de una hidroeléctrica o de una vía ferrea, por ejemplo. En el segundo caso, se ubican los levantamientos sistemáticos, como los realizados por el INPE para el mapeo de la deforestación en la Amazonia.

Proyectos de Análisis Espacial

Proyectos de análisis espacial usualmente requieren gran flexibilidad y alcance en las funciones de un SIG, para cantidades limitadas de datos, pero para una gran variedad de los mismos. Para ilustrar, se pueden ver ejemplos de aplicaciones realizadas con el SGI/INPE: Se considera que la tecnología actual de BDG ya es capaz de dar soporte a este tipo de aplicaciones.

Proyectos de Inventario espacial

En el caso de inventario, el mayor énfasis está en el tratamiento de grandes bases de datos, siendo que los mismos procedimientos son repetidos para todos los datos. Las regiones estudiadas son muy extensas, como puede ser comprobado en los ejemplos: En los casos de inventario, el trabajo se resume, en muchos casos, a las fases de interpretación de los datos, integración a la base de datos espacial y ploteo de los resultados.

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