Procesos de Modelado

Visión General de los Procesos

 


El Universo del Mundo Real

El modelo del SPRING no está limitado a un área particular de aplicación del Geoprocesamiento y puede incorporar aplicaciones tan diversas como Estudios Ambientales, Agricultura, Geología y Redes.

Las diversas áreas de aplicación del Geoprocesamiento, en función de los tipos de datos utilizados fueron mapeadas, como se ilustra en la siguiente Tabla.

             Aplicaciones Típicas del Geoprocesamiento

 

Aplicaciones

Escalas típicas

Tipos de datos

Represent. Gráficas

Operaciones

Bosques

1:10.000 a 1:500.000

Catastro rural (parcelas)

Matricial, vectorial

Clasif. imágenes, consulta espacial

Agricult.

1:25.000 a 1:250.000

Datos temáticos, P. Remota, MNT

Matricial, vectorial, retículas, TIN

Análisis espacial, pendiente

Geología

1:100.000 a 1:2,500,000

MNT, datos temáticos, imágenes

Matricial, retículas

Transf. IHS, visualiz. 3D

Redes

1:1.000 a 1:10.000

Redes lineales (topología)

Vectorial

Consulta espacial, cálculos dedicados

Estudios Urbanos

1:1.000 a 1:25.000

Redes, catastro urbano

Vectorial

Consulta espacial


Consulte también:
Como crear un Proyecto
Como crear un PI
Como definir el Esquema Conceptual en el SPRING

Procesos de Modelado

 


El Universo Conceptual

En Geoprocesamiento, el espacio geográfico es modelado según dos visiones complementares: los modelos de campos y los de objetos (Worboys, 1995). El modelo de campos ve el espacio geográfico como una superficie continua, sobre la cual varían los fenómenos que son observados, según diferentes distribuciones. Por ejemplo, un mapa de vegetación describe una distribución que asocia a cada punto del mapa, un tipo específico de cobertura vegetal, en cuanto un mapa geoquímico asocia el tenor de un mineral a cada punto.

El modelo de objetos representa el espacio geográfico como una colección de entidades diferentes e identificables. Por ejemplo, un catastro especial de los lotes de un municipio identifica cada lote como un dato individual, con atributos que lo distinguen de los demás. Igualmente, se podría pensar como geobjetos los ríos de una cuenca hidrográfica o los aeropuertos de un estado.

Las aplicaciones de Geoprocesamiento tratan con estos dos grandes tipos de datos:

El aspecto fundamental de la distinción entre campos y objetos es la cuestión de la identidad. Existen miles de áreas en Brasil clasificadas como “latosol rojo”, mas existe apenas un “Jardim Botânico de Rio de Janeiro”.

La existencia de un campo solo se materializa cuando está representado en un espacio geográfico. La región geográfica que define un área de “latosol rojo” en São José dos Campos no es una entidad individual. Lo que puede ser identificado es el “mapa de suelos del Valle de Paraíba”.

Los objetos existen independientemente de su representación en un mapa; en un sistema de Geoprocesamiento, son usualmente creados a partir de sus atributos y sólo después localizados en el espacio. Por ejemplo, es posible hablar de los objetos “escuelas de São José dos Campos” y especialmente del “Colegio Mater Dei”.

 

Clases del Universo Conceptual

Inicialmente, será importante establecer la base geométrica sobre la cual las clases del modelo son definidas. A partir de una región continua de la superficie terrestre, podemos definir nuestro concepto de región geográfica (o reticulado geográfico).

“Se define una región geográfica R como una superficie cualquiera perteneciente al espacio geográfico, que puede ser representada en un plano o reticulado, en dependencia de una proyección cartográfica apropiada.”

La región geográfica R sirve de soporte geométrico para localizaciones geográficas, pues toda una localización geográfica será representada por un punto de R. El uso de un conjunto discreto de puntos facilita una definición formal de las clases de datos geográficos y de las operaciones asociadas. La definición de región geográfica propuesta no restringe la selección de la representación geométrica (matricial o vectorial) asociada a los objetos geográficos.

Las clases básicas del modelo, definidas a continuación, son:


Consulte también:
Resumen del Universo Conceptual

Procesos de Modelado

 


Universo de Representación

Al discutir el universo de representación, se estará indicando cuáles estructuras serán utilizadas para construir un sistema de Geoprocesamiento.

El concepto básico utilizado es el de REPRESENTACIÓN GEOMÉTRICA. Una representación define una descripción geométrica de un plano de información, que puede ser especializado en:


Universo de representación.


Consulte también:
¡Diferencias entre representación vectorial y raster!
¿Cómo convertir de vector p/ raster?
¿Cómo convertir de raster p/ vector?

 

Jerarquía de Representaciones Matriciales

LA REPRESENTACIÓN GEOMÉTRICA MATRICIAL puede ser especializada según la jerarquía de clases mostrada en la próxima figura.


Jerarquía de clases para REPRESENTACIÓN MATRICIAL.

Las clases derivadas de la REPRESENTACIÓN MATRICIAL son:

  1. RETÍCULA REGULAR: una retícula regular es una matriz de números reales.
  2. IMAGEN EN TONOS DE GRIS: imagen representada a través de una matriz donde los valores de la matriz representan los valores de gris de la imagen.
  3. IMAGEN TEMÁTICA: representación matricial de un geocampo TEMÁTICO, Por ejemplo, en una imagen temática, un elemento de la matriz de valor 2 puede estar asociado al tema “Bosque Ombrófilo”.
  4. IMAGEN SINTÉTICA (o CODIFICADA): representación de una imagen en colores, utilizada para mostrar imágenes en una composición en colores, en placas gráficas de falso color.

Jerarquía de Representaciones Vectoriales

Para definir esta jerarquía, necesitamos inicialmente precisar mejor lo que entendemos por primitivas geométricas: coordenadas2D, coordenadas 3D, nodo 2D, nodo red, arcos, arcos orientados, isolíneas y polígonos.

Dada una región geográfica R, es posible definir:

  1. COORDENADA 2D: Una coordenada 2D es un objeto compuesto por una localización singular (xi, yj) E R.
  2. COORDENADA 3D: Una coordenada 3D es un objeto compuesto por una localización singular (xi, yj, z), donde (xi, yj) E R.
  3. PONTO 2D: Un punto 2D es un objeto que posee atributos descriptivos y una coordenada 2D.
  4. LINHA 2D: Una línea 2D posee atributos e incluye un conjunto de coordenadas 2D.
  5. ISOLINHA: Una isolínea contiene una línea 2D, asociada a un valor real (cota).
  6. ARCO ORIENTADO: un arco orientado contiene una línea 2D, asociada a una orientación de recorrido.
  7. NÓ 2D: un nodo 2D incluye una coordenada 2D (xi, yi) E R y una lista L de líneas 2D. Se trata de la conexión entre dos o más líneas, utilizada para mantener la topología de la estructura;
  8. NÓ REDE: un nodo de red contiene un nodo 2d y una lista de arcos orientados, donde a cada instancia asociamos una impedancia y un costo de recorrido;
  9. NÓ 3D: una instancia de esta clase contiene una coordenada 3D (xi, yi, z)) y una lista L de líneas 2D. Se trata de la conexión entre tres o más líneas de una retícula triangular; 
  10. POLÍGONO: Un polígono contiene una lista de líneas 2D y una lista de nodos 2D, que describen las coordenadas del área externa y de las áreas internas que componen el polígono.

Una vez definidas las primitivas geométricas vectoriales, podemos establecer la jerarquía de representaciones geométricas vectoriales, como se muestra en la próxima figura.


Jerarquía de clases para REPRESENTACIÓN VECTORIAL.

En la figura anterior, se distinguen las relaciones de especialización (“is-a”), inclusión de una instancia (“part-of”), inclusión de un conjunto de instancias (“set-of”) e inclusión de una lista de identificadores de instancias (“list-of”). Esta última relación será utilizada para mantener la topología 2D. Consideramos aquí, las siguientes especializaciones de REPRESENTACIÓN VECTORIAL:

  1. CONJUNTO DE PONTOS 2D: una instancia de esta clase es un conjunto de pontos 2d, utilizado para guardar localizaciones aisladas en el espacio (p.ex. es el caso de pozos de petróleo).
  2. CONJUNTO DE ISOLÍNEAS: una instancia de esta clase es un conjunto de líneas, donde cada línea posee una cota y las líneas no se interceptan.
  3. SUBDIVISIÓN PLANAR: dada una región geográfica R, una instancia de esta clase contiene un conjunto Pg de polígonos, L de líneas 2D y N de nodos 2D.
  4. GRAFO ORIENTADO: una instancia de esta clase es una representación, compuesta de un conjunto de nodos red y de un conjunto de arcos orientado 2d.
  5. RETÍCULA TRIANGULAR: una instancia de esta clase contiene un conjunto de nodos 3D y un conjunto L de líneas 2D tal que todas las líneas se interceptan, mas apenas en sus puntos iniciales y finales.
  6. MAPA PUNTOS 3D: una instancia de esta clase es un conjunto de coordenadas 3d. Se trata de un conjunto de muestras 3D.

 

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Universo de Implementación

Al discutir el universo de implementación, estaremos indicando cuales estructuras de datos deben ser utilizadas para construir un sistema de Geoprocesamiento. Aquí tratamos con decisiones concretas de programación y que pueden admitir un gran número de variaciones. Estas decisiones pueden tomar en cuenta las aplicaciones para las cuales el sistema está dirigido, la disponibilidad de algoritmos para el tratamiento de datos geográficos y el desempeño del hardware. Para una discusión sobre los problemas de implementación de operaciones geográficas, vea Güting et al. (1995).

Uno de los aspectos principales a ser tomados en cuenta en el universo de implementación es el uso de estructuras de indexación espacial. Los métodos de acceso a datos espaciales se componen de estructuras de datos y algoritmos de búsqueda y recuperación y representan un componente determinante en el desempeño total del sistema. Bosquejos generales en la literatura se encuentran en Cox Junior (1991) y Rezende (1992).

Estos métodos operan sobre llaves multidimensionales y se dividen conforme la representación de los datos asociados: puntos (Ej.: árboles K-D), líneas y polígonos (ejemplo: árboles R y R+) e imágenes (ejemplo: árboles cuaternarias). Estos y otros métodos han posibilitado (principalmente en el caso de puntos y líneas) grandes mejorías de desempeño en el acceso a datos geográficos.

El principal factor limitante de la mayor parte de los métodos de acceso estudiados es que fueron proyectados para operar en memoria principal. En un SGBDG de gran porte, es preciso hacer eficiente el acceso a datos en memoria secundaria. Esto vale tanto para datos vectoriales como para datos matriciales. En el caso de datos vectoriales, Mediano, Casanova y Dreux (1994) presentan una nueva propuesta de utilizar una extensión de los árboles-B para poder representar apenas los datos geográficos relevantes para una determinada escala, sin incurrir en procedimientos desnecesarios. Esta estructura, llamada de árbol-V, permite también el acceso a datos de diferente resolución y es muy conveniente como soporte a métodos de revisar grandes bancos de datos.

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Relación entre los universos del Modelo

El paradigma de los “cuatro universos de modelado” (Gomes e Velho, 1995) parte del principio que el mapeo entre cada universo no es reversible y admite alternativas. Discutiremos a continuación estas relaciones.

Del Mundo Real para el Universo Conceptual

El paso del mundo real para el universo conceptual puede admitir algunas variaciones, conforme el dominio de aplicación. En algunos casos, el mapeo es directo: por ejemplo, las imágenes de satélite y magnitudes topográficas y geofísicas son naturalmente mapeadas para instancias de GEOCAMPO. En el caso de mapas municipales y de división política, su asociación con las clases GEOBJETO y MAPA DE GEO-OBJETOS es también directa.

Los levantamientos temáticos se pueden prestar a dos interpretaciones, conforme su uso: cuando se trata de trabajos de inventario (como el mapa de vegetación del Amazonas), deben ser modelados como instancias de GEOCAMPO (o, más específicamente, de la clase TEMÁTICO). En el caso de estudios detallados en medias y grandes escalas (como en la zonificación ecológico-económica), donde cada región es caracterizada por calificadores específicos, es conveniente que estos levantamientos sean asociados a instancias de GEO-OBJETOS y de MAPA DE GEO-OBJETOS.

 

Del Universo Conceptual para la Representación

Este mapeo presenta varias alternativas no excluyentes, como:

La literatura ha consagrado la conclusión de que un SIG de propósito general debe proveer todas las alternativas de representación.

 

De las Representaciones para la Implementación

Conforme dijimos anteriormente, la realización del universo de implementación es decisión concreta de programación. Haremos aquí algunas consideraciones de orden práctico:

 

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Resumen

Para comprender mejor la relación entre los diferentes universos (niveles) del modelo, la tabla siguiente muestra varios ejemplos de entidades del mundo real y sus correspondientes en el modelo.

 

CORRESPONDENCIA ENTRE UNIVERSOS DEL MODELO

 

Universo del mundo real

Universo conceptual

Universo de representación

Universo de implementación

Mapa de vegetación

Geocampo Temático

Imagen temática Subdivisión Planar

Matriz 2D Líneas 2D (con R-Tree)

Mapa altimétrico

Geocampo Numérico

Retícula regular, Retícula triangular, Conjunto Puntos 3D, Conjunto Isolíneas

Matriz 2D, Líneas 2D y Nodos 3D, Puntos 3D (KD-tree), Líneas 2D

Lotes urbanos

Geoobjetos

 

 

Mapa de lotes

Catastral

Subdivisión Planar

Líneas 2D (con R-Tree)

Red eléctrica

Red

Retícula Orientada

Líneas 2D (con R-Tree)

 

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