Mapas temáticos

Mapas temáticos contienen regiones geográficas definidas por uno o más polígonos. Ejemplos son el uso del suelo y la aptitud agrícola de una región. Estos datos, obtenidos a partir del levantamiento de campo, son insertados en el sistema por digitalización o, de una forma más automatizada, como es a partir de la clasificación de imágenes.

Para permitir una representación y análisis más precisa del espacio geográfico, la mayor parte de los sistemas almacena estos tipos de mapas en forma de arcos (límites entre regiones), incluyendo los nodos (puntos de intersección entre arcos) para montar una representación topológica. La topología construida es del tipo arco-nodo-región: arcos se conectan entre sí a través de nodos (puntos inicial y final) y arcos que circundan un área definen un polígono (región).

Un mapa temático también puede ser almacenado en formato matricial ("raster"). En este caso, el área correspondiente al mapa es dividida en células de tamaño fijo. Cada célula tendrá un valor correspondiente al tema más frecuente en esa localización espacial.

La opción entre la representación matricial y la vectorial para un mapa temático depende del objetivo en cuestión. Para la producción de mapas y en operaciones donde se requiere mayor precisión, la representación vectorial es la más adecuada. Las operaciones de álgebra de mapas son realizadas con mayor facilidad en formato matricial. Sin embargo, para el mismo grado de precisión, el espacio de almacenamiento requerido por una representación matricial es sustancialmente mayor. Esto se ilustra en la próxima figura.

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La siguiente tabla presenta una comparación entre las ventajas y desventajas del almacenamiento matricial y vectorial para mapas temáticos. Esta comparación considera varios aspectos: relaciones espaciales, análisis, almacenamiento. En esta tabla, se resalta el formato más ventajoso para cada caso.

COMPARACIÓN ENTRE FORMATOS PARA MAPAS TEMÁTICOS
AspectoFormato VectorialFormato Raster
Relaciones espaciales entre objetosRelaciones topológicas entre objetos disponiblesRelaciones espaciales deben ser inferidas
Conexión con banco de datosFacilita asociar atributos a elementos gráficosAsocia atributos apenas a las clases del mapa
Análisis, Simulación y ModelajeRepresentación indirecta de fenómenos continuos
Álgebra de mapas es limitada
Representa mejor fenómenos con variación continua en el espacio
Simulación y modelaje más fácil
Escalas de trabajoAdecuado tanto a grandes, cuanto a pequeñas escalasMás adecuado para pequeñas escalas (1:25.000 y menores)
AlgoritmosProblemas con errores geométricosProcesamiento más rápido y eficiente.
AlmacenamientoPor coordenadas (más eficiente)Por matrices

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Mapas catastrales (mapas de objetos)

Un mapa catastral se diferencia de un mapa temático, porque cada uno de sus elementos es un objeto geográfico, que posee atributos y puede estar asociado a varias representaciones gráficas. Por ejemplo, los lotes de una ciudad son elementos del espacio geográfico que poseen atributos (dueño, localización, valor de venta, IPTU - impuesto sobre la propiedad territorial urbana -, etc.) y que pueden tener representaciones gráficas diferentes en mapas de escalas diferentes.

La parte gráfica de los mapas catastrales es almacenada en forma de coordenadas vectoriales, con la topología asociada. No es usual representar estos datos en forma matricial.

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Redes

En Geoprocesamiento, el concepto de "red" denota las informaciones asociadas a: En el caso de redes, cada objeto geográfico (ej: cable telefónico, transformador de la red eléctrica, conductora de agua) posee una localización geográfica exacta y está siempre asociado a atributos descriptivos, presentes en el banco de datos.

Las informaciones gráficas de redes son almacenadas en coordenadas vectoriales, con topología arco-nodo: los arcos tienen un sentido de flujo y los nodos atributos (pueden ser fuentes o sumideros). La topología de redes constituye una grafía, que almacena informaciones sobre recursos que fluyen entre diferentes localidades geográficas, como ilustra la siguiente figura.

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Como cita Goodchild (1992b), una red es un sistema de direcciones 1-D embutido en un espacio 2-D. Tomemos como ejemplo, una red eléctrica, que tiene entre otros componentes: postes, transformadores, subestaciones, líneas de transmisión y llaves. Las líneas de transmisión serán representadas topológicamente como los arcos de una grafía orientada, estando las otras informaciones concentradas en sus nodos. Note que los algoritmos de cálculo de propiedades de la red pueden, en su gran mayoría, ser resueltos apenas con la topología de la red y de sus atributos.

Las redes son un capítulo aparte en la tipología de SIGs, pues a diferencia de los otros tipos de datos - son el resultado directo de la intervención humana sobre el medio ambiente. Cada aplicación de red tiene características propias y con alta dependencia cultural (por ejemplo, el ancho de las autopistas en los EUA es diferente del usado en São Paulo).

En el caso de aplicaciones en redes, la conexión con el banco de datos es fundamental. Como los datos espaciales tienen formatos relativamente simples, la mayor parte del trabajo consiste en realizar consultas al banco de datos y mostrar los resultados de forma adecuada. El área de redes es aún una gran motivación para innovaciones en SIG, mereciendo destaque:

La integración de datos es necesaria en aplicaciones como redes, donde se desea crear una base cartográfica continua a partir de informaciones dispersas en varios mapas. Usualmente, las redes (eléctrica, telefónica y de agua y alcantarillado) están interconectadas en toda la malla urbana. Pocos sistemas consiguen almacenarlas de forma contínua, dando origen a particiones que no reflejan la realidad y que dificultan la realización de análisis y simulaciones.

Otro aspecto necesario para aplicaciones de redes es la capacidad de definir diferentes cortes lógicos de una red sin tener que duplicar (o repetir) la estructura topológica de la red. Por ejemplo, al asfaltarse parte de un terraplén, será necesario actualizar esta información, sin tener que redigitalizar todas las coordenadas de localización de la vía. Esta capacidad, usualmente denotada por segmentación dinámica, permite separar los diferentes niveles de información relativos a una misma red.

Como las características de los elementos de la red son almacenados como atributos en bancos de datos, es necesario disponer de medios para visualizar esta información. Para ello, los SIGs deben disponer de lenguaje de representación, que les permita controlar la simbología asociada a los componentes de la red, que varía conforme la escala de plotaje.

El paquete mínimo disponible en los sistemas comerciales consiste típicamente en el cálculo del camino óptimo y crítico. Este paquete básico es insuficiente para realizar la mayoría de las aplicaciones, pues cada usuario tiene necesidades completamente diferentes. En el caso de un sistema telefónico, una interrogante puede ser: "¿Cuál es el número de teléfonos servidos por un determinado terminal?". Por otra parte, para una red de agua, la pregunta puede ser: "Si adicionamos un determinado porcentaje de cloro en el tanque de agua de un barrio, ¿cuál será la concentración final en las casas?"

De este modo, un sistema de modelaje de redes solo tendrá utilidad para el cliente después de ser debidamente adaptado para sus necesidades, lo que puede llevar varios años. Esto impone una característica básica para esta aplicación: los sistemas deben ser versátiles y maleables.

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Imágenes

Obtenidas por satélites, fotografías aéreas o "scanners" aerotransportados, las imágenes representan formas de captura indirecta de la información espacial. Almacenadas como matrices, cada elemento de imagen (denominado "pixel") tiene un valor proporcional a la reflectancia del suelo para el área de la imagen.

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Por la naturaleza del proceso de adquisición de imágenes, los objetos geográficos están contenidos en la imagen y para individualizarlos, es necesario recorrer a técnicas de fotointerpretación y de clasificación automática.

Características importantes de las imágenes de satélite son: el número de bandas del espectro electromagnético (resolución espectral), el área de la superficie terrestre observada instantáneamente por cada sensor (resolución espacial) y el intervalo entre dos observaciones del satélite del mismo lugar (resolución temporal). La siguiente tabla recoge las características generales de los principales satélites (con sus sensores) disponibles en Brasil.

CARACTERÍSTICAS DE SATÉLITES RECEBIDOS NO BRASIL
Satélite (familia)InstrumentoNum. bandasResolución espacialResolución temporal
LANDSATMSS 4 80 m18 días
TM 7(1) 30 m18 días
SPOTXS 320 m27 días(2)
PAN 1 10 m27 días
TIROS/NOAAAVHRR 5 1100 m 6 horas
METEOSATMSS 4 8000 m30 minutos
ERS(3)SAR banda-C1 25 m25 días
Observaciones:
1. El sensor TM posee una banda en el infrarrojo térmico, que tiene una resolución de 120 metros.
2. El satélite SPOT posee un espejo móvil, con visión lateral, que le permite reducir el periodo entre dos observaciones sucesivas de un mismo punto de la Tierra.
3. El satélite ERS-1 es el primero a poseer un radar. No obstante, se trata de un satélite experimental, con cobertura limitada.

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Modelos numéricos del terreno

El término Modelo Numérico del Terreno (MNT) es utilizado para denotar la representación una magnitud que varía continuamente en el espacio. Comúnmente asociados a la altimetría, también pueden ser utilizados para modelar unidades geológicas, como el tenor de minerales o las propiedades del suelo o subsuelo (como aeromagnetismo).

Entre los usos de modelos numéricos del terreno, se pueden citar (Burrough, 1986):

  1. Almacenamiento de datos de altimetría para crear mapas topográficos;
  2. Análisis de corte y relleno para proyectos de carreteras y diques;
  3. Cálculo de mapas de pendiente y exposición como apoyo a análisis geomorfológicos y de erosión;
  4. Análisis de variables geofísicas y geoquímicas;
  5. Representación tridimensional (en combinación con otras variables).
El proceso de adquisición de una magnitud con variación espacial produce usualmente un conjunto de muestras puntuales. A partir de estas muestras, se pueden construir dos tipos de representación:
a) retículas regulares: matriz de elementos con espacio fijo, donde se asocia el valor estimado de la magnitud a la posición geográfica de cada punto de la retícula. Las retículas regulares se obtienen por interpolación de las muestras o, alternativamente, creadas por restituidores con salida digital.
b) mallas triangulares: la retícula es formada por la conexión entre las muestras, utilizando la triangulación de Delaunay (sujeta a restricciones). La retícula triangular es una estructura topológica vectorial del tipo arco-nodo, que forma un conjunto de recortes irregulares en el espacio.

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Los procedimientos de interpolación para la creación de retículas regulares a partir de muestras varían de acuerdo con la magnitud medida. En el caso de la altimetría, es común el uso de funciones de ponderación por inverso del cuadrado de la distancia. Ya, para variables geofísicas, son utilizados procedimientos de filtraje bidimensional o geoestadístico (como krigeaje).

Las retículas triangulares son normalmente mejores para representar la variación del terreno, pues capturan la complejidad del relieve sin necesidad de una gran cantidad de datos redundantes. Las retículas regulares tienen gran redundancia en terrenos uniformes y dificultad de adaptación a relieves de diferente naturaleza en el mismo mapa, por causa de la retícula de muestreo fijo.

Para el caso de variables geofísicas y para operaciones como visualización 3D, son preferibles las retículas regulares, principalmente por la mayor facilidad de manipulación computacional.

La siguiente tabla resume las principales ventajas y desventajas de retículas regulares y triangulares.

COMPARACIÓN ENTRE RETÍCULAS REGULARES Y TRIANGULARES PARA REPRESENTAR MODELOS NUMÉRICOS DEL TERRENO
Retícula triangularRetícula regular
Ventajas1. Mejor representación del relieve complejo.
2. Incorpora restricciones como líneas de cresta
1. Facilita el manoseo y conversión.
2. Adecuada para geofísica y visualización 3D
Problemas1. Complejidad de manoseo.
2. Inadecuada para visualización 3D
1. Representación del relieve complejo.
2. Cálculo de pendiente

Los modelos numéricos del terreno también pueden ser convertidos para mapas temáticos e imágenes. En ambos casos, la magnitud numérica es cuantificada, sea para un número pequeño de valores (en el caso de mapas temáticos) sea para la variación asociada a las imágenes (valores discretos).

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