Geoinformation Systems 7. Rasterization_Vectorization PDF
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Universidad del Rosario
Nicola Clerici, PhD
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Summary
This document provides an overview of geographic information systems (GIS). It covers topics such as rasterization, vectorization, and interpolation, including the criteria and methods used in these processes. The focus is on practical applications and tools, using examples and illustrations where appropriate.
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Sistemas de información geográfica Nicola Clerici, PhD Biology Program Faculty of Natural Sciences and Mathematics Universidad del Rosario 1 Sistemas de información geográfica Traer una calculadora para el Parcial 2 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster 3 Sistemas d...
Sistemas de información geográfica Nicola Clerici, PhD Biology Program Faculty of Natural Sciences and Mathematics Universidad del Rosario 1 Sistemas de información geográfica Traer una calculadora para el Parcial 2 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster 3 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Rasterización • Muchos análisis en GIS se hacen en formato raster, pero no siempre tenemos una capa en este formato -> a veces necesitamos crearla. • Si tenemos una capa vectorial podemos transformarla a raster considerando que celdas pasan esos puntos/líneas/polígonos y asignar el valor de estas a dichas celdas. • Puede haber criterios diferentes, p.ej. cuanto (%) una línea debe pasar por la celda: dos casos diferentes a) y b). 4 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Rasterización • El valor de las celdas en el nuevo raster puede ser cualquier campo (field) del vector de partida (Si el campo de entrada contiene valores de caracteres, el raster de salida contendrá un campo de valor entero y un campo de cadenas de caracteres) • También se debe definir el tamaño de la celda (ArcGIS usa una de default, modificable) > CUIDADO AL SISTEMA DE COORDENADAS • Para esto ArcGIS usa la herramienta genérica ‘Feature to Raster’ (De entidad a ráster) • Si se necesita una parametrización más avanzada del proceso se pueden usar: Point to Raster, Polyline to Raster, y Polygon to Raster. 5 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación • Muchas veces necesitamos una variable raster continua, y solo disponemos de un conjunto limitado de puntos de muestreo • Los algoritmos de interpolación espacial permiten rellenar todas las celdas de una capa a partir de los valores puntuales conocidos, realizando unas estimaciones. • El principio general se apoya a la Ley de Tobler: “Todo está relacionado con todo lo demás, pero las cosas cercanas están más relacionadas que las cosas distantes.”, o sea que los puntos cercanos tienen mayor probabilidad de tener valores similares con respecto a aquellos separados por una distancia mayor. • La interpolación es una herramienta que permite el cálculo del valor de una variable en una coordenada para la cual dicho valor no es conocido, a partir de los valores conocidos para otra serie de coordenadas. 6 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación Cuál podría ser el valor en la celda “?” La proximidad incrementa la semejanza de valores. Es decir, que en general existe autocorrelación espacial para la variable interpolada (los valores son dependientes de su cercanía) 7 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación Ecos. • Los valores en las celdas pueden tener una dependencia no solo con los puntos que contienen la variable interpolada, sino también con otras variables de las que puede o no disponerse de información. Precip. Estas variables, que denominamos variables de apoyo o predictores, pueden incorporarse como datos de partida a algunos métodos de interpolación. (p.ej. temperatura y altitud, etc) Altura. Hay 3 grandes grupos de métodos de interpolación… 8 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación por vecindad (Nearest Neighbour) • Se asigna directamente a cada celda el valor del punto más cercano • El resultado es una capa con saltos abruptos • Este método no es adecuado para el trabajo con variables continuas, pero sí para variables categóricas (CAPAS TEMÁTICAS) 9 Sistemas de información geográfica Interpolación por distancia ponderada (Weighted Distance) • El valor de la celda se calcula mediante una media ponderada de los n puntos de influencia seleccionados (p.ej. Dentro del círculo amarillo) valor a estimar = media de los valores utilizados (n puntos rojos) , cada uno (Zi) ponderado por su peso pi . (con exponente k=1,2,…) • La ponderación pi es inversamente proporcional a la distancia con el punto utilizado. Quiere decir que el valor estimado será más parecido a los valores cercanos 10 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación por ponderación por distancia (Weighted Distance) • Según la expresión del peso pi utilizado tendremos funciones de distancias diferentes. Esta inversa proporcionalidad del peso con la distancia se expresa con funciones decididas por el usuario ejemplo: (Olaya, 2014) Cuál función en el dibujo tiene menos en cuenta los valores lejanos? • Los métodos basados en distancia no generan valores que se encuentren fuera del rango de valores de los datos de entrada. 11 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Interpolación por ponderación por distancia (Weighted Distance) (Olaya, 2014) Adecuado para variaciones continuas (raster continuos) 12 Sistemas de información geográfica Creación de capas raster Otros métodos de interpolación (no los miramos en detalle) • Superficies de tendencia (ajuste de funciones polinomiales). • Curvas adaptativas o Splines (conjunto de funciones polinomiales) • Kriging (establece la ponderación óptima entre los puntos en un interpolador local) En general -si tenemos pocos puntos- interpolar con una malla raster a celdas demasiado pequeñas introduce un error de estimación más grande • Una idea del error resultado de nuestra interpolación se puede tener haciendo un gráfico donde se calculan por interpolación unos puntos de validación conocidos vs el valor de los puntos de validación (Olaya, 2014) 13 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales 14 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • A veces tenemos la necesidad de trabajar con vectores, que por algunas operaciones en SIG pueden tener estructura mucho más convenientes (p.ej. gestión de tablas asociadas; actualización) • De aquí la necesidad de vectorizar capas raster (conversión de formato raster a vector) • Hay dos grandes grupos de procesos de vectorización 1) Conversión de capas raster discretas. 2) Conversión de capas raster continuas. 15 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • Para capas raster discretas, la vectorización recoje la geometria por la forma en que los valores de las mismas clases se disponen en la malla de celdas (conjuntos de celdas contiguas con el mismo valor) • Para capas raster continuos, se utilizan técnicas más complejas p.ej. segmentaciones 16 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • Para capas raster discretas (Olaya, 2014) Output deseado: polígonos Output deseado: líneas 17 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • Para capas raster continuas (esquema de vectorización) (Olaya, 2014) • Existen varias dificultades: - las identidades geográficas raster se superponen - las identidades raster pueden tener ancho variable (p.ej. líneas de espesor diferente en pixeles) o interrumpidas por etiquetas - se necesita desarrollar algoritmos para diferenciar estas entidades - Algunos algoritmos utilizan técnicas de discretización, para pasar raster continuos a discretos (p.ej. que llevan clases: clasificaciones) - en general el trabajo NO es fácilmente automatizable 18 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • Para capas raster continuos - - Para los polígonos es importante definir bien las celdas exteriores, que definen el perímetro del polígono (p.ej. eliminar cambios graduales de tonalidades de color modificando la bit Depth – profundidad de pixel) Para esto es importante que el valor dentro del polígono sea uniforme 19 Sistemas de información geográfica Creación de capas vectoriales • Herramientas en ArcGIS: 1) Raster to point Se puede especificar el campo (field) si el raster tiene más de uno. 2) Raster to polyline y Raster to polygon - Se puede especificar el campo (field) si el raster tiene más de uno. - Se pueden SIMPLIFICAR las líneas de manera que contenga un numero mínimo de segmentos. 20 Sistemas de información geográfica Ejercicios 1. 2. - Rasterizar con Feature to raster la capa vector UPZ.shp (clase 3) con: FIELD = NUMERO FIELD = NLOCALIDAD (Symbology= Unique Values) Vectorizar el resultado en 2. con Raster to polygon a) Quitando SIMPLIFY y luego b) dejando SIMPLIFY - Remuestrar el resultado en 2. usando Resample , con x=500 m, y=500 m - Inventarse un ejercicio de vectorización y rasterización con subsetvcf (Moodle). 21 Sistemas de información geográfica Revistas de Sistemas Informativos Geográficos (Casi todas presentes en recursos electrónicos y en las bases de datos de la biblioteca de la universidad). Qué parámetros se utilizan para identificar la “importancia” de la revista? • • • • • • • • • • • • • International Journal of Geographical Information Science The Geographical Journal Geoforum Journal of Geographical Sciences Transactions in GIS Computers & Geosciences Journal of Spatial Science International Journal of Digital Earth GeoInformatica Journal of Geographical Systems Geocarto International Geo-spatial Information Science GeoJournal Geographical Research 22