Evolución de la Tecnología de Geoprocesamiento

Este ítem traza una visión retrospectiva y prospectiva sobre la tecnología de Geoprocesamiento, donde consideramos la existencia de tres generaciones de sistemas de información geográfica.

La primera generación (“CAD cartográfico”) se caracteriza por sistemas herederos de la tradición de la Cartografía, con soporte de bancos de datos limitado y cuyo paradigma típico de trabajo es el mapa (llamado de “cubierta” o de “plano de información”). Desarrollados a partir del inicio de la década del 80 para ambientes de la clase VAX, y a partir de 1985, para sistemas PC/DOS, esta clase de sistemas es utilizada principalmente en proyectos aislados, sin la preocupación de crear archivos digitales de datos. Esta generación también puede ser caracterizada como sistemas orientados a proyecto (“project-oriented GIS”).

La segunda generación de SIGs (“banco de datos geográfico”) llegó al mercado a inicios de la década del 90 y se caracteriza por ser concebida para uso en ambientes cliente-servidor, acoplado a gerenciadores de bancos de datos relacionales y con paquetes adicionales para procesamiento de imágenes. Desarrollada en ambientes multiplataforma (UNIX, OS/2, Windows) con interfaces basadas en ventanas, esta generación también puede ser vista como sistemas para soporte a las instituciones (“enterprise-oriented GIS”).

Es posible prever, para el final de la década del 90, el surgimiento de una tercera generación de SIGs (“bibliotecas geográficas digitales” o “centros de datos geográficos”), caracterizada por la gerencia de grandes bases de datos geográficos, con acceso a través de redes locales y remotas, con interfaz vía WWW (World Wide Web).

Para esta tercera generación, el crecimiento de los bancos de datos espaciales y la necesidad de ser compartidos con otras instituciones requiere el recurso de tecnologías como bancos de datos distribuidos y federativos. Estos sistemas deberán seguir los requisitos de interoperabilidad, de manera que permitan el acceso a informaciones espaciales por diferentes SIGs.

La tercera generación de SIG puede ser vista aún como el desarrollo de sistemas orientados para el intercambio de informaciones entre una institución y los demás componentes de la sociedad (“society-oriented GIS”).

La próxima figura ilustra la evolución de la tecnología de Geoprocesamiento.


Evolución de la tecnología SIG.

 

 

Introducción al Geoprocesamiento


La primera generación: CAD cartográfico

La primera generación de SIG se caracteriza por sistemas con operaciones gráficas y de análisis espacial sobre archivos (“flat files”). Su conexión con gerenciadores de bancos de datos es parcial (parte de las informaciones descriptivas se encuentran en el sistema de archivos) o es inexistente.

Más adecuados para la realización de proyectos de análisis espacial sobre regiones de pequeño y mediano porte, estos sistemas enfatizan el aspecto del mapeo. El sistema permite la entrada de datos sin definición previa del esquema conceptual, asemejándose así a ambientes de CAD que poseen la capacidad de representar proyecciones cartográficas y de asociar atributos a objetos espaciales. Por fuerza de su concepción, tales ambientes no poseen soporte adecuado para construir grandes bases de datos espaciales.

APLICACIÓN: La primera y natural aplicación de los SIGs en la mayoría de las organizaciones es como herramientas para la producción del mapeo básico. Dada la carencia de informaciones adecuadas para la toma de decisiones sobre problemas urbanos y ambientales en Brasil, esta manera de utilizar la tecnología de Geoprocesamiento ya representa una valiosa contribución. Desgraciadamente, muchas instituciones toman poco cuidado en mantener una base de datos digital de sus resultados. Como consecuencia, muchos trabajos de gran importancia son inaccesibles.

Para citar apenas un ejemplo, el proyecto “SOS Mata Atlântica” realizó uno de los mayores estudios mundiales con la tecnología SIG. Fueron producidas más de 200 mapas en escala 1:250.000, conteniendo el levantamiento de todos los remanecientes de la floresta tropical original, a partir de la fotointerpretación de imágenes de satélite. A pesar del excelente resultado obtenido, no hubo el cuidado de consolidar los resultados en un banco de datos geográficos.

 

Introducción al Geoprocesamiento

 

La segunda generación: Banco de Dados Geográficos

La segunda generación de sistemas se caracteriza por sistemas concebidos para operar como un banco de datos geográfico, entendiendo como un banco de datos no convencional aquel donde los datos tratados poseen, además de atributos descriptivos, una representación geométrica en el espacio geográfico.

La segunda generación de sistemas aún está en desarrollo, con nuevos productos siendo proyectados y lanzados. Ningún producto disponible hoy en el mercado atiende plenamente los requisitos aquí discutidos, a pesar de los principales fabricantes de sistemas hayan indicado planos en direcciones compatibles con las que serán discutidas a continuación.

REQUISITOS
La extensión de la tecnología de bancos de datos para tratar datos geográficos requiere avances en varios puntos, inclusive:

Aplicación
A pesar de los grandes beneficios de los sistemas de segunda generación para las aplicaciones de Geoprocesamiento, su uso efectivo aún es muy limitado en Brasil. Las principales razones son de orden institucional.

El uso de ambientes cliente-servidor requiere el concurso de competencia en administración en Bancos de Datos y en Redes de Computadores, muchas veces no disponible en instituciones usuarias de Geoprocesamiento. También exige una mayor inversión para adquirir, instalar y operar sistemas gerenciadores de bancos de datos (SGBD) de mercado. Adicionalmente, el gran potencial integrador del SIG solo podrá ser ejercido cuando el sistema se integra al proceso productivo. Esto requiere que las bases de datos corporativas sean transformadas para el mismo ambiente de SGBD utilizado por el SIG.

Un excelente ejemplo del uso de un SIG en ambiente cliente-servidor es el sistema SAGRE, desarrollado por el CPqD/TELEBRÁS. A partir del soporte ofrecido por un SIG (VISION) y por un SGBD con campos largos (ORACLE), fueron construidas facilidades para la operación y gerencia de la red telefónica. Este ambiente está siendo instalado en concesionarias telefónicas en todo Brasil.

 

Introducción al Geoprocesamiento

 

La tercera generación: Bibliotecas Geográficas Digitales

Una biblioteca geográfica digital (o un “centro de datos geográfico”) es un banco de datos geográfico compartido por un conjunto de instituciones. Esta biblioteca debe ser accesible remotamente y almacenar, además de los datos geográficos, descripciones sobre los datos (“metadatos”) y documentos multimedia asociados (texto, fotos, audio y vídeo).

Este nuevo paradigma es motivado por el refinamiento de nuestra percepción de los problemas ecológicos, urbanos y ambientales, por el interés en entender, de forma cada vez más detallada, procesos de cambios locales y globales y por la necesidad de compartir datos entre instituciones y la sociedad.

El núcleo básico de una biblioteca geográfica digital es un gran banco de datos geográficos. Para ilustrar, imaginemos dos escenarios: un gran centro ambiental brasilero y una secretaría de planeamiento de una prefectura de mediano porte (cerca de 1.000.000 de habitantes): ·

Escenario 2 (“Prefectura de Curitiba”): Este banco contendría todas las informaciones necesarias para el planeamiento de la ciudad, incluyendo: lotes, cuadras, calles, equipamientos urbanos (hospitales, escuelas), redes de agua, alcantarillado y luz. Podría ser consultado on-line por las diversas secretarias municipales, por concesionarias de servicio y por ciudadanos.

 

En los dos escenarios, el ambiente debe garantizar el acceso concurrente a una comunidad de usuarios, con diferentes métodos de selección, incluyendo el "browsing" y el lenguaje de consulta.

Un ejemplo de esta tecnología es el sistema EOSDIS (EOS Data and Information System), proyectado por la NASA para atender al programa EOS (“Earth Observation System”), que incluye un conjunto de satélites con enorme capacidad de generación de datos (2 Tb/día). Teniendo en vista el panorama general, las próximas secciones presentan los principales requisitos de la nueva generación de SIG, divididos en grandes áreas: disponibilidad de metadatos, acceso vía WWW, browsing e interoperabilidad.

Requisitos: Metadatos
La idea de metadatos (o “datos sobre los datos”) es crear un ambiente que presente descripciones generales sobre los conjuntos de datos disponibles localmente o en centros asociados. Ejemplo es el “Master File Directory” (MFD) de la NASA, que incluye referencias para conjuntos de datos en diferentes instituciones y agencias espaciales en otros países. Uno de los principales desafíos con la construcción de ambientes de metadatos es balancear el esfuerzo requerido para describir las colecciones de datos, pues la información final debe ser suficiente para guiar la búsqueda (Abel and O’Callaghan, 1992). El MFD de la NASA adopta la filosofía de proveer un conjunto mínimo de descriptores obligatorios, con campos en texto libre para información adicional; esta estrategia minimiza tanto el esfuerzo requerido para elaborar el informe cuanto la capacidad de búsqueda disponible.

Otro aspecto deseable en ambientes de metadatos es la disponibilidad de datos síntesis, en forma de mapas en escala reducida que puedan ser utilizados para localizar geográficamente los conjuntos de datos disponibles.

Lo ideal es permitir un refinamiento del proceso de consulta, estableciendo un camino continuo entre el nivel más abstracto de metadatos y los datos (Smith and Frank, 1989). Así, a partir de una información de carácter general (“Banco de Datos de la Amazonia”), pasamos a visiones de carácter regional (“Estado de Roraima”), específico (“Mapas de Vegetación de Roraima”) hasta llegar al dato propiamente dicho (“Mapa de Vegetación de la Región del Río Demene en Roraima en escala 1:100.000”).

Requisitos: Acceso vía WWW
La disponibilidad de interfaces multimedia vía Internet, proporcionada por el ambiente WWW, permite que los datos geográficos sean representados de forma pictórica (a través de mapas reducidos e imágenes “quick-look”).

Sin embargo, el ambiente WWW (con el uso de HTML - Hyper Text Mark-up Language) presenta algunos problemas para el uso con bancos de datos geográficos, principalmente porque el lenguaje HTML es de navegación y no soporta la noción de transacción. Para poder combinar de forma apropiada la tecnología WWW/HTML con un ambiente de consulta típico de bancos de datos geográficos, es inevitable acudir, además de los recursos pictóricos del HTML, a un lenguaje de consulta con restricciones espaciales.

Requisitos: Navegación Pictórica
La navegación pictórica (browsing) puede ser vista como una selección basada en apuntamiento: una interfaz interactiva permite al usuario recorrer el banco de datos.

Proveer mecanismos de navegación es importante, pues no se puede suponer que el usuario sepa a priori cuales son los tipos de datos disponibles y como hacer para tener acceso a los mismos. Las herramientas de navegación permiten al usuario tener acceso a los datos con base en su localización espacial. La próxima figura muestra una posible partición por mapas índice de un país, que podría ser utilizada en el proceso de navegación.


Estructura de mapas índice para navegación.

 

El mayor desafío al montar un ambiente de navegación es garantizar rapidez de respuesta e interactividad. Para garantizar rapidez, es necesario disponer de mecanismos de generalización, que deben ser diferentes conforme los formatos de datos subyacentes. Puede ser necesario, por razones de desempeño, precomputar los datos necesarios al proceso de browsing.

Requisitos: Interoperabilidad
El compartir datos y procedimientos entre bancos de datos geográficos basados en SIGs diferentes es un desafío considerable. Como no existe un modelo de datos geográficos universalmente acepto (al contrario del modelo relacional para aplicaciones convencionales), los diversos SIG del mercado presentan diferencias significativas en la manera de operar y en los formatos internos de almacenamiento.

Para intentar remediar estos problemas, varios países han establecido padrones cartográficos de transferencia de datos, que procuran preservar la riqueza de la información geográfica (topología y atributos). Estos padrones buscan una “neutralidad” con relación a los diferentes fabricantes, e incluyen el SDTS (Spatial Data Transfer Standard) en los EUA y el SAIF (Spatial Archive and Interchange Format) en Canadá.

No obstante, mismo que se establezca una transferencia de datos entre bancos de datos geográficos con diferentes formatos, vale recordar que, en aplicaciones complejas como Geoprocesamiento, parte sustancial de la información está contenida en los procedimientos de consulta, manipulación y representación. Así, el intercambio de datos no garantiza la interoperabilidad.

En el contexto de esta ayuda, no tenemos condición de explorar con más detalles este asunto fascinante, que esperamos poder tratar posteriormente.


EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGIA
Con base en el panorama de la evolución de la tecnología de Geoprocesamiento presentada anteriormente se pretende actuar en dos perspectivas:

El objetivo del SPRING 2.0 es ser un SIG que satisfaga a todas las necesidades de un sistema de segunda generación, o sea, un “Bancos de Datos Geográficos”, pues creemos que la existencia de un banco de datos geográfico completo es fundamental para que podamos construir bibliotecas geográficas digitales eficientes.

 

Evolución del Geoprocesamiento

 

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