Raster y vector

Utilización de Sistemas de Información Geográfica para la Seguridad Alimentaria sostenible en zonas marginadas de Honduras, Nicaragua y Guatemala

Vector vs Raster

Por la gran cantidad de información que maneja en cada píxel, los modelos

raster necesitan potentes computadoras y de una gran capacidad de memoria

virtual y de disco duro.

Sin embargo, las ventajas se presentan, primeramente, en que el espacio es

definido de una manera uniforme y muy visual. Como resultado, los sistemas

raster tienen mayor poder analítico que el vectorial en el análisis del espacio

continuo, y por tanto, es idóneo para el estudio de fenómenos cambiantes en el

espacio como las variables de los suelos, elevación del terreno, los índices de

vegetación, precipitaciones etc.

La segunda gran ventaja del modelo raster es que su estructura se ajusta de

parecida manera a la de las computadoras. Como resultado, los sistemas raster

son mas rápidos en la evaluación de problemas que impliquen diversas

combinaciones matemáticas. Es de nuevo, un excelente medio para explicar

modelos medioambientales como la erosión del suelo, manejo y sostenibilidad

del medio forestal. Además, desde que las imágenes satélites emplean

estructura raster, hace que sea mas fácil incorporarlas a los GIS.

Mientras que los sistemas raster están predominantemente orientados al

análisis espacial, los vectoriales son eficientes en el almacenamiento de mapas,

ya que solo distinguen entre limites de características, y no lo que existe en el

interior de las mismas.

Para muchos, el fácil manejo de su base de datos y las óptimas posibilidades a

la hora de crear mapas, hacen que los GIS que utilizan un modelo vectorial

resulten atractivos.

Alumno: Ricardo Rapallo Fernandez Tutor: Ignacio TruebaJainaga Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos. Madrid

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Como conclusión debe decirse, que ambos modelos, raster y vestorial, tienen

sus propios potencialidades y carencias, por lo que, los modernos GIS

incorporan elementos de ambas técnicas de representación, además de

extensiones que permiten la conversión de una a otro modelo.

VENTAJAS

• Estructura de datos sencilla • La operación de superposición (overlay) se

realiza de forma fácil. • Representa mejor elevada variabilidad

espacial • Es necesario para el manejo y modificación

de imágenes digitales y satélites. DESVENTAJAS • Ocupan mas memoria. • Relaciones topológicas son mas difíciles de

representar • La mapa resulta menos “estético”, los

limites resultan mas groseros. Este fenómeno puede superarse reduciendo el tamaño del pixel, pero incrementa en gran medida el volumen del archivo

Modelo Raster

•

•

•

•

•

•

•

Nota: El programa IDRISI trabaja con Raster y Vec

ArcView y ArcGis puede trabajar con raster incorp

(Spatial Analyst).


Modelo Vectorial

VENTAJAS

Proporciona una estructura de datos compacta, ocupa menos memoria. Codifica de manera mas eficaz las relaciones topológicas entre elementos. Mejor para análisis de redes (network). Esta diseñado para trabajar con gráficos, coberturas de Autocad.

DESVENTAJAS

Tiene una estructura de datos mas compleja que el raster Operaciones de superposición son mas difíciles de obtener. La representación de mapas con elevada variabilidad es ineficiente Manejo y mejora de imágenes digitales y satélites no pueden realizarse de una manera eficaz en el modelo vectorial

torial simultáneamente.

orándoles la extensión

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En los tres próximos apartados, mi intención es describir de forma muy

somera, las diferentes funciones que la mayoría de los GIS disponen para

visualizar, modificar y extraer conclusiones de la información espacial

disponible.

El primer apartado “Información Digital Espacial”, citará las herramientas mas

básicas que usan los GIS.

Los dos siguientes “Herramientas Básicas que usan los GIS” y “Análisis

Espacial”,

a mi entender, son los mas importantes de todos, describen los fundamentos de

Análisis Espacial. Es una herramienta mas potente y específica, en la que se ha

basado la mayor parte del esfuerzo de GIS de estos Trabajos Fin de Carrera.

Cuadro de las Diferentes Herramientas GIS que se describen en este Trabajo.

2.4 Herramientas Básicas que usan los GIS SQL (Structured Query Language) Reclasificar ( Reclass) Superponer (Overlay) Zonas de Influencia. (Buffers) 2.5 Analisis Espacial 2.5.1 Calculo de Distancias Distancia mas cercana ( Straight Line Distance) Localización mas cercana ( Straight Line Allocation) Dirección mas cercana ( Straight Line Direction) Dirección mas cercana según el coste ( Cost Weighted Distance) Trazado mas corto ( Shortest path) Densidad 2.5.2 Interpolación IDW ( Inverse Distance Weighted) Spline Kriging 2.5.3 Analisis de Superficies Contornos ( Contour) Pendientes (Slope) Orientación ( Aspect) Sombreado ( Hillshade) Estadísticas entre pixeles ( Cell statistics) Visualización (Viewshed) Estadísticas entre pixeles vecinos (Neighborhood statistics)

Calculadora raster ( Raster calculator)


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2.4 Herramientas Básicas que usan los GIS.

El primer apartado citará las herramientas mas básicas que usan los GIS. Son

funciones simples, que están disponibles en casi todos los softwares. En nuestro

Trabajo no las hemos utilizado con frecuencia, por lo que no me extenderé

demasiado en la explicación de sus características. Tratan en su mayoría de

mecanismos que corrigen y ajustan información espacial adquirida por un

proceso digital previo. La gran parte de la información que disponemos ya ha

sufrido esta transformación previa. A pesar de esto, es importante señalar que

todos los procesos que se citan a continuación son imprescindibles en un paso

previo del tratamiento de la información espacial, y que sin ellos seria

totalmente imposible utilizar funciones mas complejas.

Las herramientas básicas que usan los GIS pueden dividirse en cuatro

importantes categorías.

1. Funciones que almacenan, registran e introducen datos

Almacenan. Esta categoría engloba operaciones que transforman el formato de

los datos para asegurar su mejor uso, organizan su almacenamiento y verifican

su uniformidad.

En la mayoría de los GIS la información se organiza en coberturas (capas o

niveles, layers). Cada una de las coberturas suele agrupar datos y

representación espacial de temas comunes.

Estas coberturas se agrupan en archivos temáticos dentro de la memoria de la

computadora.

El concepto de proyecto (proyect) es algo mas amplio, en el se incluyen

coberturas, sus bases de datos anexas, gráficos, y salidas visuales (layouts en

ArcView/ArcGis), es decir mapas preparados para su impresión en formato

papel.

Los GIS suelen tener un software que aceptan información espacial

proveniente de :


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• Tabletas digitalizadoras

• Instrumentos fotogramétricos

• Estaciones de toma de datos (estaciones climatológicas por

ejemplo).

• GPS

• Escáneres

• Otros programas informáticos

Introducción de Datos. En muchos casos, en nuestro trabajo ha sido muy

frecuente a la hora de extraer estadísticas de diversos documentos, es necesario

importar información digital de otras fuentes. Este aspecto, que puede resultar

evidente y trivial en un primer momento, nos ha dado muchos dolores de

cabeza a la hora de realizar nuestro Trabajo. Hoy en día los GIS pueden leer los

formatos mas comunes, como ASCII, DIGEST, SIF, DXF y HPGL para la

información vectorial, y TIFF y CGM para raster.

2. Funciones para corregir y adaptar información para un posterior

uso.

Como hemos comentado en la introducción, la información espacial

alfanumérica esta lista para ser utilizada, solo si es verificada, y en su caso

corregida con anterioridad. Para ello los GIS incluyen programas para adaptar

correctamente los datos, estos incluyen funciones del tipo:

• Editar y corregir errores.

• Capacidad para crear topología.

• Transformar a una proyección geográfica común.

• Transformar a un sistema de coordenadas común.

• Ajustar mapas, unir elementos vecinos.

• Unificar líneas y suavizar contornos.

Conceptos Básicos del Análisis Espacial.

El Análisis Espacial es un intento de imitar el comportamiento de la mente

humana, es decir, crear una imagen entendible de la realidad. Plantear un


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problema y localizar las posibles soluciones por medio del GIS, es uno de los

pasos más difíciles dentro del Análisis Espacial. Para ello se requieren expertos

en diversas áreas, que a demás lo sean en conocimientos de GIS.

El análisis de los datos, normalmente comprende dos fases;

1. Elegir la información

2. Análisis de la información elegida.

La mayoría de los GIS permiten definir el criterio selección, basados

normalmente en la función denominada SQL (Structured Query Language). La

información de los datos puede ser analizada a varios niveles, pero en cada uno

de ellos, las operaciones que se realizan son de tipo lógicas, aritméticas,

geométricas, estadísticas o combinación de dos o mas de estos cuatro tipos de

operaciones.

Operaciones Lógicas, suelen emplear álgebra clásica ( >, <, = ) y álgebra de

Boole ( A unión B, A no B, A intersección B, ni A ni B).

Álgebra de Boole. “And” , “Not” ,

“Or” , ”X Or” , son los cuatro

comandos que se utilizan en ArcGis

Fuente: Grossman 1983.

A modo de ejemplo a continuación presento como resolvería una cuestión

práctica basándonos en estas herramientas que nos ofrecen los GIS.

Ejemplo: Como primera aproximación para determinar la vulnerabilidad al

desarrollo de Nicaragua. Necesito conocer cuales son los municipios, que al

menos cumplan una de las dos siguientes condiciones.

-Tengan una población rural de mas del 90%.


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-Un analfabetismo superior al 15 %.

Por último, me interesa conocer los municipios que cumplan una de las dos

condiciones impuestas anteriormente, y que además posean un desempleo rural

mayor del 20%.

Realizando esta consulta mediante la herramienta SQL, siguiendo la siguiente

expresión:

("% Población Rural" >90 OR "%Analfabetismo" >85) AND "Desempleo Rural"

>20

Imagen “interface” del programa ArcGis, utilizando la consulta SQL. En color

azul claro, los municipios que han cumplido las condiciones de la consulta.

Fuente: Elaboración propia. .Interface programa ArcGis de ESRI

Operaciones Aritméticas, todo GIS incluye las funciones básicas de suma , resta,

multiplicación, división, raíces cuadradas y razones trigonométricas. Serán de

gran ayuda para diferentes usos, como la reclasificación de tipos de suelo, o el

calculo de tiempos de viaje en mapas de accesibilidad.


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Operaciones Estadísticas, los programas permiten tratar nuestra tabla de

atributos mediante calculo de medias, varianzas, desviaciones típicas etc.

También es posible observar la distribución de nuestros datos mediante

histogramas.

Operaciones Geométricas, cálculos de distancias, áreas, volúmenes y

orientaciones son básicos en este tipo de software dedicado al análisis

espacial. De nada sirve presentar mapas de colores y formas optimas, si

desconozco las superficies o distancias entre los distintos símbolos del mismo.

Base teórica matemática de algunos de los distintos comandos utilizables en un GIS

A continuación se mencionan y describen en unas líneas, las principales

funciones que hemos utilizado para la realización de mapas , a partir de nuestra

Base de Datos.


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Clasificar y Reclasificar. (Reclass).

En numerosas ocasiones la tabla de atributos viene clasificada de acuerdo con

límites que nos interesan modificar. La función Reclasificar, nos permite asignar

nuevos intervalos a los atributos, en función de nuestras preferencias. El mapa

de Nicaragua de usos de suelo que se presenta en el capítulo 4, en su leyenda

solo aparecen 8 diferentes usos. El mapa original tenia mas de 60 diferentes

usos. Nosotros reclasificamos sus usos en función de nuestros criterios.

Reclasificar

Fuente: Elaboración propia


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Superponer (overlay)

Esta técnica se utiliza para la integración de datos. Pueden superponerse

diferentes coberturas de temas determinados, para producir nuevas coberturas

“multitemáticas”, que contienen información de cada una de las coberturas

iniciales. Estas denominadas superposiciones pueden llevarse a cabo, utilizando

las operaciones citadas anteriormente, de diversas formas, obteniendo

resultados totalmente diferentes.

Diferentes opciones que

permite el la herramienta

Geoprocessing Wizard de

ArcGis.

Fuente: Interface de ArcGis de ESRI.


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Ejemplo: Utilización de Intersección.

Intersección

Fuente: Elaboración propia a partir de Interface de ArcGis de Esri y cartografía

Humbolt

También , en ArcGis, dentro de herramientas, la opción Add XY data, permite

añadir a una cobertura una tabla de puntos georreferenciados.

Superposición de modelos raster.

Los modelos raster también se pueden superponer, de hecho suelen ser mas

eficientes que la superposición vectorial. El resultado de superponer dos

coberturas raster es una tercera cobertura de igual tamaño de píxel que las dos

primeras, que incorpora la información de ambos pixeles. Ambas coberturas se Alumno: Ricardo Rapallo Fernandez Tutor: Ignacio TruebaJainaga Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos. Madrid

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supone, que deben tener el mismo tipo de código y tamaño de píxel. La

combinación de coberturas puede realizarse mediante suma, resta,

multiplicación etc, de ellas.

Nota: Todo este tipo de funciones que me he permitido agrupar dentro del

epígrafe, superposición, en ArcView están disponibles bajo la extensión

Geoprocessing, en ArcGis dentro de las herramientas bajo el nombre de

Geoprocessing Wizard.

Zonas de Influencia. (Buffers).

Se utilizan fundamentalmente para delimitar, a una distancia determinada por

uno mismo, áreas que se extienden alrededor de puntos, líneas o polígonos. Los

nuevos polígonos tienen los mismos atributos que la entidad geométrica que

rodean. Esta función se utiliza para analizar zonas de influencia de grandes

mercados, estaciones de servicio, hospitales, antenas de comunicación etc.

En el Ejemplo siguiente, del municipio de Posoltega en Nicaragua. Queremos

crear un Buffer desde los caminos que tenemos digitalizados con las siguientes

condiciones.

Crear 4 “anillos” desde cada camino de 2 kilómetros cada uno. Estimo que 25

minutos es el tiempo que una persona tarda andando en recorrer 2 km. Así

puedo conocer la distancia al camino principal desde cualquier punto del

municipio de Posoltega.

Nota: en ArcGis las Zonas de Influencia se encuentran dentro de la ventana de

herramientas y se denominan Buffer Wizard.


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Fuente:: Elaboración propia

Fuente Elaboración Propia a partir de cartografía Humbolt.

Mapa de la distancias al camino principal mas proximo del municipio de

Posoltega, utilizando la herramienta “Buffer Wizard” de ArcGis.

2.5 Análisis Espacial.


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