Sistemas.de.Informacion.Geografica libro OLAYA.pdf

Sistemas de Información Geográfica  Sistemas de Información Geográfica Víctor Olaya 2020 Sistemas de Información Geográfica Copyright ©2020 Víctor Olaya ISBN: 978-1-71677-766-0 Imagen de cubierta: Elroy M. Avery School Physics (New York: Sheldon and Company, 1895) Versió...

Sistemas de Información Geográfica  Sistemas de Información Geográfica Víctor Olaya 2020 Sistemas de Información Geográfica Copyright ©2020 Víctor Olaya ISBN: 978-1-71677-766-0 Imagen de cubierta: Elroy M. Avery School Physics (New York: Sheldon and Company, 1895) Versión revisada el 8 de julio de 2020 Se concede permiso para copiar, distribuir o modificar esta obra bajo los términos expresados en la licencia Creative Common Atribu- ción, la cual puede encontrarse en www.creativecommons.org. La licencia se aplica a todo el texto, así como las imágenes creadas por el propio autor, que serán aquellas para las que no se especifique de modo explícito una distinta procedencia. Los nombre de productos o corporaciones que aparecen en el texto pueden constituir marcas registradas y se emplean sin otro afán que el meramente identificativo. Asimismo, la inclusión o no de uno de tales productos no expresa recomendación alguna por parte del autor. Introducción Acerca de este libro ¿Por qué escribir este libro? Como ya quedó claro en aquella reunión fun- dacional del capítulo hispano–hablante de OS- A principio de marzo de 2006, tuvieron lugar Geo, un libro como este era algo necesario den- en Girona las I Jornadas sobre Sistemas de Infor- tro del mundo de los SIG, y lo sigue siendo hoy a mación Geográfica (SIG) libres, organizadas por pesar del tiempo que ha pasado desde entonces. la Universitat de Girona y el Servei de Sistemes d’Informació Geogràfica i Teledetecció (SIGTE). Es difícil encontrar hoy en día una disciplina Al amparo de ese encuentro, algunos (no muchos) científica que no pueda sacar partido de los Siste- decidimos aprovechar el momento para fundar el mas de Información Geográfica y no contemple a capítulo hispano–hablante de OSGeo, una organi- estos como herramientas de primera línea. Inclu- zación internacional cuya actividad se centra en so fuera del ámbito científico, los SIG son parte torno a los Sistemas de Información Geográfica de nuestra vida diaria, y la mayoría de la gente libres. El objetivo era intentar formar un grupo ha usado en algún momento un callejero en Inter- de trabajo para afrontar aquellas cuestiones de net o un navegador GPS, elementos que forman interés general para la comunidad SIG de habla parte del conjunto de tecnologías directamente hispana, y fueron muchas las tareas que en aquel relacionadas con los SIG y su entorno. momento se recopilaron como necesarias dentro En una situación así, cabe esperar que el sec- del ámbito de los SIG en lengua española. Entre tor editorial se encuentre en un estado de similar ellas, la creación de un libro libre sobre Sistemas desarrollo, y el número de obras disponibles sea de Información Geográfica. no solo abundante, sino diverso, y que cubra con detalle tanto los fundamentos básicos de la dis- Este libro es mi intento particular de tratar ciplina como los desarrollos más recientes (que de dar solución a esa necesidad, y recopila el tra- no son pocos). Por desgracia, no sucede así. Si bajo realizado desde entonces, siendo un testigo hablamos del mercado editorial en español, las de todo el esfuerzo y desarrollo que tiene lugar referencias de que disponemos no están en ab- en nuestros días en materia de SIG. Con él, es- soluto acordes con el buen estado del ámbito de pero que dicho desarrollo no solo continúe, sino los SIG, tanto en su desarrollo e implementación que crezca, poniendo a disposición de la comu- como en el volumen de negocio que generan en nidad los conocimientos con los que establecer los países de habla hispana. una base conceptual más sólida, así como una he- Los principales textos de SIG en nuestro idio- rramienta para la formación y transmisión de los ma se publicaron en los años 90, al tiempo que aspectos teóricos relacionados con los Sistemas comenzaba a asentarse el sector de los Sistemas de Información Geográfica. de Información Geográfica, especialmente en Es- paña, ocupando un nicho entonces desierto den- Así pues, es un buen momento para escribir tro del mercado editorial. Lamentablemente, nin- un libro en español sobre SIG, y es un excelente guno de estos trabajos se ha actualizado recien- momento para hacer un libro libre sobre SIG, con temente, a pesar de que los cambios que se han independencia del idioma, pues ambos son ele- producido en el sector han sido tan notables que mentos necesarios con los que no contamos. Hay dicha actualización resulta completamente im- muchos lectores potenciales que quieren apren- prescindible. der sobre SIG, y poner a su alcance los conoci- A partir del año 2000, el ritmo editorial en mientos actuales es la razón por la que he escrito el ámbito del SIG no decae, pero las referencias el libro que ahora tienes en tus manos (o en la nuevas que hacen su aparición en el mercado son pantalla de tu ordenador o en cualquier otro so- casi en su totalidad de corte práctico, bien sea porte en el que, gracias a la libertad con la que se referidas a un software en concreto, o bien a un distribuye, puede haber llegado hasta ti). campo de aplicación particular. Los fundamentos básicos, necesarios para cualquier operación con un SIG, quedan en estos casos explicados en base A quién va dirigido este libro a un programa determinado, o bien se supone su Es importante reseñar que este es un libro conocimiento a través de otros textos. principalmente teórico. Está enfocado a todos En resumen, es un buen momento para escri- aquellos que deseen aprender los fundamentos bir un libro sobre SIG en español, y es así porque teóricos de la disciplina de los SIG, abarcando resulta necesario recoger los conocimientos ac- la practica totalidad de ramas de esta. Estas ra- tuales en este campo, de la misma forma que se mas toman elementos de muchas otras disciplinas recogieron en una etapa anterior en algunos de distintas (la informática, la geografía, la matemá- esos textos comentados. tica...), y todas ellas se han tratado a su vez con Pero la razón para escribir este libro no es suficiente nivel de detalle. Un lector que asimi- únicamente que este sea un buen momento para le la mayor parte de los conocimientos de este escribir un libro de SIG. Porque este no es solo libro estará en una situación excepcional para un libro de SIG, sino un libro libre sobre SIG. Y comprender en conjunto todo lo que representan si este resulta un momento ideal para escribir los SIG, qué tareas pueden hacerse con ellos, y un libro sobre SIG en nuestro idioma, lo es más entender por qué, cómo y cuándo se han de lle- aún si este libro es libre, tal y como el que ahora var a cabo dichas tareas. El objetivo es formar a mismo estás leyendo. A pesar de la madurez de alguien en materia de SIG, de tal modo que pueda la disciplina de los SIG, no existen, ni en nuestro posteriormente afrontar tareas relacionadas, ta- idioma ni en otros, referencias libres que detallen les como la realización de proyectos con Sistemas los fundamentos de este campo. Los textos libres de Información Geográfica, o la aplicación de los que se encuentran disponibles van de la mano SIG a un área concreta de trabajo, cualesquiera de aplicaciones (normalmente también libres), y que sean las características de esta. constituyen manuales de uso o introducciones Aunque se trate de un libro teórico, este libro al mundo SIG apoyadas siempre en un softwa- puede (y debe) convertirte en un buen usuario re determinado. Encontrar una obra libre que se de SIG y ayudarte en el terreno práctico de su ocupe de tratar los fundamentos del SIG es, a día utilización. Tanto si eres ya usuario de SIG como de hoy, tarea imposible. si no lo eres, es probable que la lectura de estas páginas te aporte gran cantidad de información dad qué es y para que sirve un SIG, aportándoles que mejorará la forma en que utilizas (o utiliza- la base necesaria para que posteriormente pue- rás) un Sistema de Información Geográfica, pues dan afrontar su trabajo con un SIG, tanto si ya te ayudará a entenderlo mejor. No obstante, si tienen nociones al respecto como si todavía no lo que pretendes es aprender a utilizar un SIG y han utilizado uno antes. buscas un manual para ello, este no es, en princi- Si al leer este libro echas en falta algo que con- pio, el libro que andabas buscando, ya que no se sideras importante, házmelo saber enviándome dan indicaciones sobre cómo usar un SIG en con- un mensaje a [email protected]. creto o cómo realizar procesos y operaciones con él. Podrías leer completo este libro y después no saber qué hacer ante una aplicación SIG, porque Agradecimientos no vas a encontrar aquí cómo utilizar ninguna Las siguientes personas han colaborado en de ellas. la creación de este libro: Juan Pedro Andersen, En ese caso, y sí deseas aprender a manejar Ramiro Aznar, Landon Blake, Javier Carrasco, un programa concreto pero no tienes experien- Amancio Delgado, Juan Carlos Giménez, Tomis- cia previa en este campo, este libro será de todas lav Hengl, Toni Hernández, Santiago Higuera, formas una herramienta muy útil. Puedes com- José Manuel Llorente, Ester López, Miguel Lua- plementar el contenido de estas páginas con el ces, Jordi Marturià, Miguel Montesinos, Bernabé manual de usuario del SIG que elijas, e ir apren- Moreno Ramírez, Rosa Olivella, Ferrán Orduña, diendo a utilizar este a medida que construyes Joana Palahí, Nuria Pérez, Carol Puig, Jorge Sanz, una base sólida de conocimientos sobre la que Josep Sitjar, David Tabernero, Ian Turton, Nacho apoyar dicho aprendizaje. Varela, Ana Velasco, Laura Vergoñós y Lluis Vi- Así pues, este es un libro orientado a quienes cens. Mi más sincero agradecimiento a todos ellos desean aprender con mayor o menor profundi- por hacer posible este proyecto. Índice general I Los fundamentos 1 1. ¿Qué es un SIG? 3 1.1. Introducción........................................ 3 1.2. Un pequeño ejemplo................................... 3 1.3. ¿Qué es un SIG?...................................... 5 1.3.1. SIG como integrador de información...................... 6 1.3.2. SIG como integrador de tecnologías....................... 7 1.3.3. SIG como integrador de personas........................ 7 1.3.4. SIG como integrador de teorías y fundamentos................ 8 1.4. ¿Qué no es un SIG?.................................... 9 1.5. Componentes de un SIG................................. 11 1.5.1. Datos....................................... 13 1.5.2. Análisis...................................... 14 1.5.3. Visualización................................... 14 1.5.4. Tecnología..................................... 15 1.5.5. Factor organizativo................................ 16 1.6. Resumen.......................................... 17 2. Historia de los SIG 19 2.1. Introducción........................................ 19 2.2. Los orígenes........................................ 19 2.3. La evolución de los SIG como disciplina......................... 21 2.4. La evolución de la tecnología............................... 24 2.5. La evolución de los datos................................. 25 2.6. La evolución de las técnicas y formulaciones...................... 27 2.7. Resumen.......................................... 28 3. Fundamentos cartográficos y geodésicos 29 3.1. Introducción........................................ 29 3.2. Conceptos geodésicos básicos.............................. 30 3.2.1. Elipsoide de referencia y geoide......................... 31 3.2.2. El datum geodésico................................ 34 3.3. Sistemas de coordenadas................................. 34  3.3.1. Coordenadas geográficas............................. 35 3.3.2. Proyecciones cartográficas............................ 35 3.3.3. El sistema UTM.................................. 39 3.3.4. Transformación y conversión de coordenadas................. 39 3.3.5. Codificación de sistemas de referencia..................... 41 3.4. Escala............................................ 41 3.5. Generalización cartográfica................................ 43 3.5.1. Operaciones de generalización......................... 44 3.5.2. Generalización en el contexto de un SIG.................... 45 3.6. Resumen.......................................... 48 II Los datos 49 4. ¿Con qué trabajo en un SIG? 51 4.1. Introducción........................................ 51 4.2. Datos vs Información................................... 51 4.3. Las componentes de la información geográfica..................... 52 4.4. División horizontal de la información geográfica.................... 54 4.5. División vertical de la información. Capas....................... 56 4.6. Resumen.......................................... 59 5. Modelos para la información geográfica 61 5.1. Introducción........................................ 61 5.2. Modelos geográficos.................................... 62 5.2.1. Campos...................................... 62 5.2.2. Entidades discretas................................ 63 5.3. Modelos de representación................................ 63 5.3.1. Modelo ráster................................... 66 5.3.2. Modelo vectorial................................. 71 5.3.3. Raster vs vectorial................................ 82 5.4. Modelos de almacenamiento............................... 85 5.4.1. Modelos para representaciones ráster...................... 86 5.4.2. Modelos para representaciones vectoriales................... 89 5.5. Resumen.......................................... 92 6. Fuentes principales de datos espaciales 93 6.1. Introducción........................................ 93 6.2. Datos digitales y datos analógicos............................ 94 6.3. Fuentes primarias y fuentes secundarias......................... 95 6.4. Teledetección....................................... 96 6.4.1. Fundamentos físicos............................... 97  6.4.2. Sensores y plataformas.............................. 100 6.4.3. Principales sensores y productos........................ 107 6.5. Cartografía impresa. Digitalización........................... 109 6.5.1. Digitalización manual.............................. 110 6.5.2. Digitalización automática............................ 114 6.5.3. Digitalización a partir de coordenadas. Geocodificación........... 119 6.5.4. Fotogrametría................................... 120 6.5.5. Calidad de la digitalización........................... 123 6.6. GPS............................................. 124 6.6.1. Fundamentos del sistema GPS.......................... 125 6.6.2. Tipos de receptores................................ 129 6.6.3. Operaciones con la unidad GPS......................... 130 6.6.4. Integración de GPS y SIG............................ 133 6.7. Información Geográfica Voluntaria........................... 134 6.8. Sobre cartografía de elevaciones............................. 135 6.9. Formatos de archivo.................................... 137 6.9.1. Formatos para datos ráster............................ 138 6.9.2. Formatos para datos vectoriales......................... 142 6.10. Resumen.......................................... 143 7. La calidad de los datos espaciales 145 7.1. Introducción........................................ 145 7.2. La importancia de la calidad de los datos........................ 145 7.3. Conceptos y definiciones sobre calidad de datos.................... 146 7.4. Fuentes y tipos de errores................................. 147 7.4.1. Las componentes de la calidad.......................... 148 7.5. Detección y medición de errores............................. 152 7.6. Propagación de errores y modelación del error..................... 154 7.7. Gestión de errores..................................... 156 7.8. Resumen.......................................... 158 8. Bases de datos 159 8.1. Introducción........................................ 159 8.2. Fundamentos de bases de datos............................. 159 8.2.1. ¿Qué es una base de datos?........................... 159 8.2.2. ¿Por qué interesa usar una base de datos?................... 161 8.2.3. Modelos de bases de datos............................ 162 8.2.4. Bases de datos relacionales............................ 163 8.2.5. Sistemas gestores de bases de datos....................... 167 8.2.6. Diseño y creación de una base de datos..................... 169 8.2.7. Bases de datos espaciales............................. 173  8.3. Evolución del uso de bases de datos en los SIG..................... 173 8.3.1. Primera generación. Ficheros.......................... 174 8.3.2. Segunda generación. Bases de datos relacionales............... 174 8.3.3. Tercera generación. Bases de datos extensibles................. 177 8.4. Resumen.......................................... 177 9. Metadatos 179 9.1. Introducción........................................ 179 9.2. La utilidad de los metadatos............................... 180 9.2.1. Garantizar el uso correcto de los datos..................... 180 9.2.2. Facilitar la gestión los datos........................... 182 9.3. Características de los metadatos............................. 183 9.3.1. Contenido de los metadatos........................... 183 9.3.2. Granularidad de los metadatos......................... 184 9.3.3. Forma de almacenamiento de los metadatos.................. 185 9.4. Creación de metadatos.................................. 186 9.4.1. Herramientas para crear metadatos....................... 188 9.5. Resumen.......................................... 189 III El analisis 191 10. ¿Qué puedo hacer con un SIG? 193 10.1. Introducción........................................ 193 10.2. ¿Qué es el análisis espacial?............................... 193 10.3. Razonamiento y consulta geográfica en un SIG..................... 195 10.4. Tipos de análisis espacial................................. 196 10.5. Resumen.......................................... 200 11. Conceptos básicos para el análisis espacial 201 11.1. Introducción........................................ 201 11.2. Particularidades de los datos espaciales......................... 201 11.2.1. Escala....................................... 202 11.2.2. El Problema de la Unidad de Área Modificable.................. 204 11.2.3. Autocorrelación espacial............................. 206 11.2.4. Existencia de estructura............................. 207 11.2.5. Existencia de tendencias espaciales....................... 208 11.2.6. Efectos de borde................................. 209 11.2.7. Localización representada............................ 210 11.3. Algunos cálculos espaciales básicos........................... 210 11.4. Relaciones espaciales................................... 213 11.4.1. Relaciones topológicas.............................. 216  11.4.2. Índices métricos.................................. 217 11.4.3. Otras relaciones.................................. 218 11.5. Resumen.......................................... 218 12. Consultas y operaciones con bases de datos 221 12.1. Introducción........................................ 221 12.2. Consultas en un SIG.................................... 222 12.3. Consultas temáticas.................................... 223 12.3.1. Mecanismos de consulta y operaciones básicas................ 224 12.3.2. El lenguaje SQL.................................. 228 12.4. Consultas espaciales.................................... 230 12.4.1. Lenguajes de consulta espacial......................... 233 12.4.2. Índices espaciales................................. 235 12.5. Resumen.......................................... 238 13. Estadísticas espaciales 239 13.1. Introducción........................................ 239 13.2. Medidas centrográficas.................................. 240 13.3. Estadísticas sobre líneas. Variables circulares...................... 242 13.4. Análisis de patrones de puntos.............................. 244 13.4.1. Análisis de cuadrantes.............................. 246 13.4.2. Análisis de vecino más cercano......................... 247 13.4.3. Función K de Ripley............................... 248 13.5. Autocorrelación espacial................................. 250 13.5.1. La matriz de ponderación espacial....................... 250 13.5.2. Medidas de autocorrelación espacial...................... 251 13.5.3. Variogramas.................................... 252 13.5.4. Correlogramas.................................. 255 13.6. Resumen.......................................... 256 14. Creación de capas ráster 259 14.1. Introducción........................................ 259 14.2. Interpolación........................................ 261 14.2.1. Por vecindad................................... 263 14.2.2. Métodos basados en ponderación por distancia................ 263 14.2.3. Curvas adaptativas (Splines)........................... 264 14.2.4. Kriging...................................... 265 14.2.5. Ajuste de funciones. Superficies de tendencia................. 267 14.2.6. Muestreo de datos para interpolación...................... 268 14.2.7. Elección del método adecuado.......................... 271 14.2.8. Elección de las características de la capa resultante.............. 272 14.2.9. Comprobación del ajuste. Validación...................... 274  14.3. Densidad.......................................... 275 14.4. Resumen.......................................... 277 15. Álgebra de mapas 279 15.1. Introducción........................................ 279 15.2. Tipos de funciones en el álgebra de mapas....................... 281 15.2.1. Funciones locales................................. 282 15.2.2. Funciones focales................................. 287 15.2.3. Funciones zonales o regionales......................... 291 15.2.4. Funciones globales................................ 292 15.3. Preparación de capas................................... 294 15.4. Extensión del álgebra de mapas............................. 296 15.5. Resumen.......................................... 297 16. Geomorfometría y análisis del terreno 299 16.1. Introducción........................................ 299 16.2. El Modelo Digital de Elevaciones............................. 300 16.3. Creación y preparación del MDE............................. 301 16.3.1. Creación del MDE................................ 302 16.3.2. Preparación del MDE............................... 303 16.4. Modelos matemáticos locales del MDE......................... 304 16.5. Análisis morfométrico................................... 305 16.5.1. Medidas geométricas............................... 306 16.5.2. Medidas estadísticas............................... 314 16.6. Análisis hidrológico.................................... 315 16.6.1. Direcciones de flujo................................ 315 16.6.2. Zonas llanas y depresiones............................ 318 16.6.3. Área acumulada y parámetros derivados.................... 321 16.6.4. Extracción de redes de drenaje......................... 324 16.6.5. Delimitación y caracterización de cuencas vertientes............. 326 16.6.6. Índices hidrológicos............................... 328 16.7. Visibilidad......................................... 330 16.8. Caracterización de formas del terreno.......................... 332 16.9. Resumen.......................................... 335 17. Procesado de imágenes 337 17.1. Introducción........................................ 337 17.1.1. La utilidad de las imágenes en un SIG...................... 338 17.1.2. Tipos de procesos con imágenes......................... 338 17.1.3. Análisis visual y análisis automático...................... 339 17.2. Correcciones y preparación de imágenes........................ 340 17.2.1. Corrección geométrica.............................. 340  17.2.2. Corrección radiométrica............................. 343 17.3. Mejoras........................................... 346 17.3.1. Operaciones píxel a píxel............................. 346 17.3.2. Filtros....................................... 352 17.3.3. Fusión de imágenes................................ 357 17.4. Análisis y extracción de información.......................... 359 17.4.1. Visualización................................... 360 17.4.2. Operaciones morfológicas............................ 362 17.4.3. Estimación de parámetros físicos........................ 366 17.4.4. Detección de elementos............................. 373 17.5. Resumen.......................................... 375 18. Creación de capas vectoriales 377 18.1. Introducción........................................ 377 18.2. Vectorización de entidades................................ 379 18.2.1. Vectorización de líneas.............................. 380 18.2.2. Vectorización de polígonos........................... 383 18.3. Isolíneas.......................................... 385 18.4. Creación de TIN...................................... 388 18.4.1. Selección de puntos................................ 388 18.4.2. Triangulación................................... 389 18.4.3. Simplificación................................... 391 18.5. Resumen.......................................... 392 19. Operaciones geométricas con datos vectoriales 393 19.1. Introducción........................................ 393 19.2. Zonas de influencia.................................... 394 19.3. Operaciones de solape................................... 397 19.3.1. Recorte...................................... 397 19.3.2. Diferencia..................................... 399 19.3.3. Intersección.................................... 400 19.3.4. Unión....................................... 400 19.3.5. Polígonos espúreos................................ 401 19.4. Juntar capas........................................ 402 19.5. Modificaciones basadas en atributos. Disolución.................... 405 19.6. Contornos mínimos.................................... 406 19.6.1. Envolvente convexa mínima (convex hull)................... 406 19.6.2. Círculo mínimo.................................. 407 19.6.3. Rectángulo mínimo................................ 408 19.7. Generalización de líneas................................. 408 19.7.1. Métodos...................................... 409  19.8. Resumen.......................................... 411 20. Costes, distancias y áreas de influencia 413 20.1. Introducción........................................ 413 20.2. Superficies de fricción................................... 413 20.3. Superficies de coste acumulado.............................. 414 20.3.1. Coste isotrópico vs coste anisotrópico..................... 416 20.4. Cálculo de rutas óptimas................................. 419 20.5. Zonas de influencia.................................... 420 20.5.1. Zonas de influencia de dimensión fija...................... 421 20.5.2. Zonas de influencia de dimensión variable................... 422 20.6. Influencia acumulada................................... 424 20.7. Análisis de redes...................................... 425 20.8. Resumen.......................................... 429 21. Más estadística espacial 431 21.1. Introducción........................................ 431 21.2. Clasificación........................................ 432 21.2.1. Clasificación supervisada............................ 433 21.2.2. Clasificación no supervisada........................... 438 21.2.3. Incorporación del criterio espacial....................... 442 21.2.4. Clasificación débil (soft classification)...................... 444 21.2.5. Validación..................................... 445 21.3. Regresión espacial..................................... 448 21.4. Evaluación multicriterio y combinación de capas.................... 449 21.4.1. Creación de capas a combinar.......................... 450 21.4.2. Métodos de combinación de capas....................... 454 21.5. Análisis de Componentes Principales.......................... 457 21.6. Resumen.......................................... 459 IV La tecnología 461 22. ¿Cómo son las aplicaciones SIG? 463 22.1. Introducción........................................ 463 22.2. La convergencia de las aplicaciones SIG......................... 463 22.3. La especialización de las aplicaciones SIG........................ 464 22.4. Tipos de aplicaciones................................... 465 22.5. La adaptación de las aplicaciones SIG. El SIG como base genérica........... 466 22.6. Resumen.......................................... 467 23. Herramientas de escritorio 469 23.1. Introducción........................................ 469 23.2. Funciones básicas..................................... 469 23.2.1. Entrada y salida de datos............................. 469 23.2.2. Visualización................................... 470 23.2.3. Análisis...................................... 473 23.2.4. Edición....................................... 476 23.2.5. Generación de cartografía............................ 477 23.3. Tipos de herramientas de escritorio........................... 479 23.3.1. Visores y exploradores.............................. 479 23.3.2. Soluciones de escritorio completas....................... 481 23.4. Resumen.......................................... 483 24. Servidores remotos y clientes. Web Mapping 485 24.1. Introducción........................................ 485 24.2. ¿Cómo funciona Internet?................................ 486 24.3. El valor de las tecnologías SIG Web........................... 487 24.4. Formas de cartografía en la Web............................. 489 24.5. Clientes y servidores................................... 493 24.5.1. Servidores..................................... 493 24.5.2. Clientes...................................... 495 24.6. Limitaciones y problemas de la cartografía Web.................... 496 24.6.1. Tiling y cacheo.................................. 497 24.7. Estándares......................................... 499 24.7.1. Estándares abiertos e interoperabilidad..................... 500 24.7.2. Entidades creadoras de estándares....................... 503 24.7.3. Estándares para representación y obtención de información geográfica... 504 24.7.4. Estándares para mapas y visualización..................... 506 24.7.5. Estándares para metadatos, catálogos y consulta de datos.......... 508 24.7.6. Estándares para procesamiento......................... 509 24.7.7. Web Processing Service (WPS)......................... 509 24.7.8. Relación entre estándares............................ 510 24.8. Resumen.......................................... 511 25. SIG móvil 513 25.1. Introducción........................................ 513 25.2. Qué es el SIG móvil.................................... 513 25.3. Particularidades del SIG móvil.............................. 516 25.4. Aplicaciones del SIG móvil................................ 517 25.5. Métodos de posicionamiento............................... 519 25.6. Redes inalámbricas.................................... 521  25.7. El sofware SIG móvil.................................... 522 25.7.1. El contexto.................................... 525 25.8. Resumen.......................................... 528 V La visualización 529 26. Los SIG como herramientas de visualización 531 26.1. Introducción........................................ 531 26.2. Particularidades del SIG como herramienta de visualización.............. 531 26.3. La visualización científica y los SIG........................... 533 26.4. Los SIG frente a las aplicaciones de diseño....................... 536 26.5. Resumen.......................................... 538 27. Conceptos básicos de visualización y representación 539 27.1. Introducción........................................ 539 27.2. Las variables visuales................................... 540 27.2.1. Posición...................................... 541 27.2.2. Forma....................................... 541 27.2.3. Color........................................ 541 27.2.4. Tamaño...................................... 543 27.2.5. Textura...................................... 543 27.2.6. Orientación.................................... 544 27.3. Las propiedades de las variables visuales........................ 544 27.4. Uso combinado de las variables visuales......................... 547 27.5. La percepción visual.................................... 548 27.5.1. Las constancias y contrastes perceptivos.................... 549 27.5.2. Ayudas a la percepción.............................. 550 27.6. Resumen.......................................... 553 28. El mapa y la comunicación cartográfica 555 28.1. Introducción........................................ 555 28.2. El propósito del mapa................................... 555 28.3. Cartografía temática y cartografía base......................... 557 28.4. Los tipos de información y su representación...................... 558 28.4.1. Creación y asignación de clases......................... 561 28.5. Elementos del mapa. Composición............................ 565 28.6. Tipos de mapas temáticos................................. 569 28.6.1. Mapas de símbolos proporcionales....................... 569 28.6.2. Mapas de puntos................................. 571 28.6.3. Mapas de isolíneas................................ 572 28.6.4. Mapas de coropletas............................... 574  28.6.5. Otros tipos de mapas............................... 576 28.7. Resumen.......................................... 577 29. La visualización en términos SIG 579 29.1. Introducción........................................ 579 29.2. Visualización de capas vectoriales............................ 580 29.2.1. Etiquetado..................................... 581 29.3. Visualización de capas ráster............................... 584 29.4. Combinación de capas................................... 586 29.5. Particularidades de la representación en pantalla.................... 590 29.6. Visualización tridimensional............................... 593 29.7. Visualización dinámica.................................. 598 29.8. Otros elementos de visualización............................. 599 29.9. Resumen.......................................... 600  Parte I Los fundamentos  Capítulo 1 ¿Qué es un SIG? 1.1. Introducción nismo o empresa cuyo trabajo incluye la gestión de una masa forestal. Este trabajo de gestión im- La mayor parte de la de la información que plicará algunas actividades como las siguientes, manejamos en cualquier tipo de disciplina es- en las cuales se utiliza en mayor o menor medida tá georreferenciada. Es decir, se trata de infor- información georreferenciada. mación a la cual puede asignarse una posición Delimitación de las distintas zonas inventaria- geográfica, y es por tanto información que vie- bles y unidades de gestión (montes, cantones, ne acompañada de otra información adicional rodales, etc.) relativa a su localización. Diseño de inventarios Si bien esto no es un hecho novedoso, la si- Realización de inventarios y gestión de sus da- tuación actual es más favorable que nunca para el tos para la obtención de resultados tales como desarrollo de herramientas que permitan el apro- estimaciones de volúmenes maderables. vechamiento de toda esa información, al tiempo Gestión de infraestructuras del monte tales co- que se consideran los datos relativos a su posi- mo vías de comunicación, torres de vigilancia ción en el espacio. Hoy en día no solo trabajamos contra incendios, etc. con gran cantidad de información referenciada geográficamente, sino que somos cada vez más En un contexto en el que no existen medios conscientes de la importancia que esa componen- informáticos para la realización de estas tareas, te geográfica tiene. gran parte de ellas se desarrollarán con el apoyo de cartografía clásica. Así, las zonas inventaria- En ese contexto, un SIG es, fundamentalmen- bles se delimitarán sobre un plano, y sobre este te, una herramienta para trabajar con informa- mismo pueden medirse sus superficies con la ayu- ción georreferenciada. Dentro de esta definición da de un planímetro. En ese mismo plano se loca- entran un gran número de tecnologías y de otros lizan las parcelas a muestrear en un inventario, elementos no tecnológicos, los cuales veremos a y los operarios encargados de llegar hasta esas lo largo de este libro. parcelas y realizar las mediciones pertinentes se ayudan de él para localizarlas y desplazarse sobre 1.2. Un pequeño ejemplo el terreno. Los resultados del inventario se almacenan en Para comenzar a tener una idea correcta de estadillos, y las operaciones correspondientes al lo que representa e implica un SIG, veamos un análisis estadístico de estos se realizan de forma sencillo ejemplo. Supongamos el caso de un orga- manual, así como la comparación con inventarios 4 Sistemas de Información Geográfica anteriores que permiten estudiar la evolución del Otras de las labores donde un SIG demuestra monte. su utilidad es en el análisis. Los datos geográficos La presencia de medios informáticos facili- pueden ser objeto de gran número de distintos ta estas tareas, mejorando por una parte la ges- análisis, y la capacidad de cómputo de un ordena- tión de los datos, y por otra las operaciones que dor es necesaria para muchos de ellos. La herra- pueden realizarse sobre estos. Una sencilla hoja mienta idónea para implementar esos algoritmos de cálculo, por ejemplo, es una herramienta im- y operaciones de análisis espacial es el SIG, pues prescindible para la gestión de los datos de un ya contiene los elementos necesarios para el ma- inventario, haciendo que todo el trabajo con ellos nejo de los datos de partida, es decir, aquellos que resulte más eficiente y adecuado. contienen la información georreferenciada. En lo relativo a la cartografía, la situación, Y, por supuesto, un SIG conectado a un peri- aunque con un desarrollo (y especialmente una férico de impresión permite generar una versión implantación de usuarios) más reciente, no es analógica a partir de la información con la que muy distinta. Ventajas similares a las que aporta se trabaja, teniendo la capacidad de crear carto- una hoja de cálculo pueden encontrarse en una grafía en papel cuando así se requiera. aplicación que permitiera utilizar mapas y pla- En otras palabras, un SIG es una herramien- nos dentro de un ordenador, con la consecuente ta que brinda a las labores de uso y manejo de ganancia en productividad, eficiencia y precisión. información geográfica toda la potencia de un or- Esta aplicación destinada al manejo de cartogra- denador, pues ha sido diseñada específicamente fía es el concepto básico de un Sistema de Infor- para trabajar con este tipo particular de informa- mación Geográfica, y la idea fundamental a partir ción. de la cual comenzó el desarrollo de estos. No obstante, más allá de todas estas tareas Con un SIG, la cartografía de esa masa fo- antes mencionadas, el concepto de SIG ha evolu- restal puede visualizarse y almacenarse en un cionado hasta convertir actualmente a estos en ordenador personal, y pueden realizarse sin difi- sistemas complejos que buscan dar solución a cultad y de forma instantánea cálculos tales como todas las necesidades que se presentan en situa- mediciones de cada una de las entidades. La crea- ciones similares a la del ejemplo anterior. Con la ción de nueva información cartográfica se lleva tecnología actual, la incorporación de elementos a cabo en el propio SIG, del mismo modo que la propios de los SIG puede llegar mucho más allá, edición de cartografía ya existente. Modificar el y uno de los pilares más sólidos de los SIG en la límite de una unidad de gestión o el trazado de actualidad es su capacidad de mostrar que exis- una vía, o crear la cartografía correspondiente te una componente espacial susceptible de ser a las parcelas de inventario, son tareas que, en gestionada con la ayuda de un SIG en la práctica nuestro caso de ejemplo, se realizan hoy en día totalidad de contextos posibles. empleando un SIG. Como sistema, un SIG puede gestionar la car- Las ventajas que esto tiene son muchas, espe- tografía necesaria para la gestión integral del cialmente las relacionadas con una mejor gestión monte, y hacerlo además de forma centralizada. del conjunto de distintos datos que se manejan, De este modo, se garantiza el rigor y la robustez así como las relativas a la sencillez con que pue- de los datos base, ya que el SIG es el encargado den modificarse estos datos1. de canalizar la utilización de estos por parte de 1 Veremos con más detalle las ventajas de los datos digitales frente a los datos analógicos en el capítulo 6 ¿Qué es un SIG? 5 todos los usuarios. Esto es de especial importan- densidad media de arbolado, altura dominante cia en caso de que se editen los datos, ya que esta media, etc.). edición también está centralizada, y un usuario En resumen, el SIG en su concepción actual ve reflejarse en su cartografía de forma inmediata es una herramienta integradora que busca abar- los cambios realizados por otro, teniendo siem- car en su ámbito todas las funcionalidades que pre a su disposición la versión más actual y, por se requieren para el trabajo con variables y ele- tanto, más adecuada. mentos espacialmente localizados, incorporando A esto puede añadirse la utilización de SIG para ello capacidades variadas que serán las que móviles en dispositivos portátiles, que permiten vayamos viendo progresivamente a lo largo de que el SIG se incorpore también a las fases de esta obra. trabajo de campo. Esa misma cartografía centra- lizada pueden utilizarla los operarios en campo 1.3. ¿Qué es un SIG? a través de sus dispositivos para desarrollar su trabajo, ayudándose además de sistemas de nave- Partiendo del ejemplo anterior, podemos dar gación para la localización de las parcelas de un una definición más precisa y formal de lo que muestreo o de cualquier otro punto de interés al realmente es un SIG. Básicamente, un SIG ha de que deban desplazarse. permitir la realización las siguientes operaciones: Gracias a la tecnología SIG, la información es- Lectura, edición, almacenamiento y, en térmi- pacial puede ser aprovechada en mayor medida, y nos generales, gestión de datos espaciales. en muchos casos pasa de ser una información in- Análisis de dichos datos. Esto puede incluir herente a los datos pero sin una verdadera aplica- desde consultas sencillas a la elaboración de com- ción, a ser un elemento sumamente enriquecedor plejos modelos, y puede llevarse a cabo tanto y clave para muchos análisis. sobre la componente espacial de los datos (la lo- En nuestro ejemplo de gestión forestal, los calización de cada valor o elemento) como sobre propios datos del inventario, que antes eran fun- la componente temática (el valor o el elemento damentalmente datos sobre las propiedades de en sí). los distintos árboles medidos (altura, diámetro, Generación de resultados tales como mapas, etc.), ahora ofrecen muchas más posibilidades si informes, gráficos, etc. se considera que cada uno de estos árboles ha En función de cuál de estos aspectos se valore sido medido en una parcela dada, la cual lleva como más importante, encontramos distintas de- asociadas unas coordenadas concretas. finiciones formales del concepto de un SIG. Una El trabajo que se desarrollaba en la hoja de definición clásica es la de , para quien un SIG cálculo con estos datos se puede incorporar al es un elemento que permite «analizar, presen- SIG, el cual además de las funciones de análisis tar e interpretar hechos relativos a la superficie estadístico incluye funciones de análisis espacial. terrestre». El mismo autor argumenta, no obs- De este modo, los resultados numéricos que se tante, que «esta es una definición muy amplia, obtenían de esos análisis (volúmenes totales esti- y habitualmente se emplea otra más concreta. mados, alturas medias, etc.) se amplían mediante En palabras habituales, un SIG es un conjunto resultados con mayor componente espacial, co- de software y hardware diseñado específicamen- mo puede ser la creación de nueva cartografía te para la adquisición, mantenimiento y uso de referente a las variables principales (mapas de datos cartográficos». 6 Sistemas de Información Geográfica En una línea similar, define un SIG como pueden hacerse sobre el mapa, que no son ajenas un «sistema de información diseñado para traba- a este sino partes igualmente de todo el sistema jar con datos referenciados mediante coordena- conformado por el SIG. das espaciales o geográficas. En otras palabras, De la misma forma que los textos han pasado un SIG es tanto un sistema de base de datos con del papel al ordenador (antes leíamos libros, aho- capacidades específicas para datos georreferen- ra podemos leer libros impresos, libros digitales, ciados, como un conjunto de operaciones para páginas Web, etc.), los mapas también han dado trabajar con esos datos. En cierto modo, un SIG ese salto cualitativo con la aparición de los SIG. es un mapa de orden superior». Sin embargo, el SIG es mucho más que una nueva Ambas definiciones recogen el concepto fun- forma de cartografía, y no invalida en absoluto damental de los SIG en el momento en que fueron formas anteriores. De hecho, una función muy escritas, pero la realidad hoy en día hace nece- importante de los SIG es ayudar a crear mapas sario recoger otras ideas, y la definición actual en papel, y estos se siguen utilizando hoy en día de un SIG debe fundamentarse sobre todo en el en todos los ámbitos. Y junto con esta funciona- concepto de sistema como elemento integrador lidad, encontramos otras que hacen que en su que engloba a un conjunto de componentes in- conjunto un SIG sea una herramienta integrado- terrelacionados. ra y completa para el trabajo con información Como apunta , software y hardware son georreferenciada. dos elementos primordiales del SIG, pero no son Debe entenderse, pues, un SIG como un ele- sin embargo los únicos. En el contexto actual, mento complejo que engloba una serie de otros otros componentes juegan un papel igual de im- elementos conectados, cada uno de los cuales portante en la idea global de un SIG. desempeña una función particular. Estos elemen- De igual modo, un SIG puede considerarse tos son, como iremos viendo más adelante, los como un «mapa de orden superior» entendiendo datos, los procesos, la visualización, la tecnología que se trata de una forma más potente y avanza- y el factor organizativo. Baste por el momento ci- da de hacer todo aquello que, previamente a la tarlos, ya que más adelante, y a lo largo de todo el aparición de los SIG, se llevaba a cabo mediante libro, se irán describiendo pormenorizadamente el uso de mapas y cartografía en sentido clásico. todos ellos. Es decir, los SIG representan un paso más allá de Con lo anterior, una definición más precisa los mapas. No obstante, esta definición resulta es decir que un SIG es un sistema que integra en exceso simplista, pues mapas y SIG no son tecnología informática, personas e información conceptos equiparables en el contexto actual de geográfica, y cuya principal función es capturar, estos últimos. analizar, almacenar, editar y representar datos Un mapa es una representación de un con- georreferenciados. junto de datos espaciales y, aunque esta repre- sentación resulta de enorme importancia, en el 1.3.1. SIG como integrador de entorno de un SIG no es sino un elemento más información de una serie de componentes (tales como el soft- ware y el hardware que antes mencionábamos). Si bien un SIG tiene una inherente natura- Más aún, un SIG contiene no solo los datos y la leza integradora y esta puede enfocarse desde representación, sino también las operaciones que muchos puntos de vista, el elemento más relevan- ¿Qué es un SIG? 7 te es la propia información que un SIG maneja 1.3.2. SIG como integrador de y las características de esta. Conceptualmente, tecnologías el verdadero pilar de esa naturaleza integradora del SIG reside en la información geográfica con Puede pensarse que los SIG son meramente la que se trabaja, que provee la amalgama ade- herramientas informáticas y que la única tecno- cuada para que un SIG sea un sistema sólido y logía que reside tras ellas es la propia tecnología cohesionado. informática. Sin embargo, el papel integrador de Muchas disciplinas trabajan con información los SIG hace que sean la herramienta elegida para de distinta naturaleza. En ellas, no siempre re- la gestión de resultados y elementos producidos sulta sencillo buscar elementos en común para por otras tecnologías, muchas de las cuales se poder unir y coordinar toda esa información bajo encuentran actualmente en pleno desarrollo. un único punto de vista conceptual. En otras oca- La popularización de los SIG y su mayor pre- siones, disciplinas que en la práctica presentan sencia en una buena parte de los ámbitos de tra- una interacción real (puede decirse que, de un bajo actuales han traído como consecuencia una modo u otro, todas las disciplinas están interrela- mayor conciencia acerca de la importancia de la cionadas) resultan difíciles de integrar desde el componente espacial de la información, así co- punto de vista teórico, y no es sencillo ponerlas mo sobre las posibilidades que la utilización de en un marco común de trabajo. esta ofrece. Por ello, una gran parte de las tec- nologías que han surgido en los últimos años (y Por ejemplo, información de tipo sociológico seguramente de las que surjan en los próximos) se como la tasa de analfabetismo e información de centran en el aprovechamiento de la información carácter físico o biológico como puede ser la aci- espacial, y están conectadas en mayor o menor dez del suelo, no parecen sencillas de combinar medida a un SIG para ampliar su alcance y sus ca- para la realización de algún análisis común. De pacidades. Por su posición central en el conjunto existir alguna relación entre ellas (o de no existir, de todas las tecnologías, los SIG cumplen además y pretender demostrar que son variables indepen- un papel de unión entre ellas, conectándolas y dientes), es necesario buscar un punto de enlace permitiendo una relación fluida alrededor de las entre ambas informaciones para poder estudiar funcionalidades y elementos base de un Sistema esta. Un nexo que las une es el hecho de que es- de Información Geográfica. tán asociadas a una localización en el espacio, ya que una serie de datos de tasa de analfabetismo corresponderán a una serie de lugares, del mismo 1.3.3. SIG como integrador de modo que lo harán los valores de acidez del suelo. personas El hecho de que ambas informaciones tienen a su vez carácter geográfico va a permitir combi- Ya sabemos que la información georrefencia- narlas y obtener resultados a partir de un análisis da es muy numerosa y variada. Esto significa que común. Puesto que una gran parte de la infor- son muchos los tipos de personas que pueden mación está georreferenciada, esa georreferencia emplearla y, por tanto, que pueden emplear un va a representar un punto común para enmarcar SIG para el trabajo con ella. La presencia del SIG el análisis. El SIG es, en este contexto, el marco como puerta de acceso a esa información es un necesario en el que incorporar esa información punto común a todas esas distintas personas, y georreferenciada y trabajar con ella. un Sistema de Información Geográfica es tam- 8 Sistemas de Información Geográfica bién un elemento integrador a nivel humano y 1.3.4. SIG como integrador de teorías profesional. y fundamentos. La Ciencia de la Información Geográfica Dentro incluso de un mismo campo de aplica- ción, son varios los grupos de personas que van a estar implicados en el desarrollo de una tarea La evolución conceptual que se ha producido dada con la ayuda de un SIG. Desde la creación en el ámbito de los SIG, pasando como ya hemos del dato geográfico hasta la obtención de un re- visto de ser considerados simples programas in- sultado final, son muchas las operaciones que se formáticos a sistemas completos con múltiples llevan a cabo, y estas las desarrollan profesiona- componentes, ha tenido lugar también en la cien- les de distinta especialización y con herramientas cia que los rodea. Los SIG no solo han contribuido adaptadas a dichas operaciones. En nuestro ejem- al desarrollo de las ciencias afines, sino que en plo, y en la etapa previa a la aparición de los SIG, muchos casos han modificado estas o han contri- las herramientas que empleaba el cartógrafo para buido a la formación de nuevas ramas. Conceptos generar un mapa eran diferentes de las que em- básicos y hasta ese momento sólidos, como por pleaba el gestor para analizar dicho mapa, y estas ejemplo la idea de lo que es y lo que significa a su vez distintas a las que podían emplearse para un mapa (una idea fundamental para el traba- la elaboración de resultados. jo en muchas disciplinas), han sido literalmente redefinidas desde la aparición de los SIG. Con la aparición de los SIG, todos los pro- Desde un punto de vista muy simple, pode- fesionales dentro de esa cadena que va desde la mos entender un SIG como la unión de dos cien- creación del dato hasta las operaciones finales cias: la geografía y la informática. Visto así, un que se realizan sobre estos tienen una herramien- SIG es una herramienta informática para ayudar ta común de trabajo, pues un SIG puede utilizarse al trabajo en el ámbito geográfico. Esta concep- para desarrollar parcial o totalmente las tareas ción tan simple dista, no obstante, mucho del correspondientes a cada uno de ellos. El SIG es concepto real de un SIG, pues este incorpora ele- empleado para crear cartografía, para almacenar, mentos de muchas ciencias distintas como pue- gestionar y consultar esta, así como para reali- den ser las siguientes: zar análisis más complejos en base a ella y crear resultados. Disciplinas relacionadas con la tecnología y el manejo de información. Se incluyen aquí las Las funciones básicas que un SIG ha de cum- ciencias de la información, la informática, el di- plir, que ya vimos en el momento de dar una seño de bases de datos o el tratamiento digital definición de estos, cubren en realidad un rango de imágenes, entre otras. Muchas de estas, a su amplio de trabajo, y engloban las necesidades de vez, derivan de otras o toman importantes ele- usuarios que con anterioridad no tenían entre sí mentos de ellas. La estadística o la matemática un marco de trabajo común tan definido. Esto son algunas de esas ciencias fundamentales. tiene como consecuencia que existe una mejor Disciplinas dedicadas al estudio de la Tierra coordinación entre ellos, pues es la propia he- desde un punto de vista físico. La geología, la rramienta quien establece las características de oceanografía, la ecología, así como todo el con- la relaciones existentes, y estas no dependen ya junto de ciencias medioambientales, forman par- únicamente del propio ámbito de aplicación. te de este grupo. ¿Qué es un SIG? 9 Disciplinas dedicadas al estudio de la Tierra der a una de las características fundamentales de desde un punto de vista social y humano. En este todo sistema: las interrelaciones existentes entre grupo se incluyen la antropología, la geografía dichos elementos. Por esta razón, disciplinas ta- o la sociología, entre otras. Las ciencias de este les como las ciencias del conocimiento juegan un grupo, así como las del anterior, son todas ellas papel importante en el ámbito de los SIG, pues potenciales usuarias de los SIG. son fundamentales para estudiar las relaciones Disciplinas dedicadas al estudio del entendi- entre sus componentes. miento humano, en particular en lo concerniente En este libro desarrollaremos elementos pro- a la interacción con máquinas. Las ciencias del venientes de distintas disciplinas, centrándonos conocimiento, la psicología en general o las ra- en aquellas ramas que tengan mayor relevancia mas que estudian y desarrollan la Inteligencia desde el punto de vista del usuario de SIG, y con Artificial también juegan su papel en el contexto independencia de cuál sea la funcionalidad que actual de los SIG. este pueda buscar. Dejaremos de lado algunos Disciplinas que tradicionalmente han realiza- aspectos sin duda importantes pero que atañen do una integración de conocimientos de otros a otros enfoques distintos, como pueden ser, por ámbitos distintos. La geografía es la principal ejemplo, el desarrollo de aplicaciones SIG o el representante de este grupo. diseño de entornos SIG corporativos. En el contexto presente, podemos entender la Ciencia de la Información Geográfica2 como todo el conjunto de disciplinas y conocimientos 1.4. ¿Qué no es un SIG? que residen tras los SIG, tanto en su desarrollo y creación como en su utilización y aspectos prác- Es obvio que, pese a que su propia denomina- ticos. Esta ciencia se enmarcaría a su vez dentro ción indica específicamente que los SIG desarro- de ese último grupo de disciplinas integradoras, llan su actividad con información geográfica y llevando más allá la idea de la geografía como esta es necesaria para el trabajo con ellos, existen área de conocimiento que engloba elementos de otras tecnologías que también pueden hacer uso muchos otros ámbitos. directo de esa información y explotarla de formas El término geomática, formado a partir de los alternativas. A medida que se ha ido redefiniendo vocablos geografía e informática, se emplea con el concepto de SIG, muchos elementos han ido frecuencia para hacer mención a todo ese grupo entrando en el amplio paraguas actual del SIG, de ciencias relacionadas con los SIG. No obstante, así como distintas disciplinas, según hemos visto no se refiere exclusivamente a esas dos discipli- y veremos más adelante. No obstante, esas pro- nas, sino que simplemente toma nombre de los pias disciplinas no han desaparecido como tales, dos bloques principales de conocimiento a partir y siguen existiendo de forma autónoma. Y cada de los cuales se ha desarrollado la ciencia de los una de ellas dispone de sus propias herramientas, SIG. las cuales pueden incluir también tecnologías o Si los SIG deben ser entendidos a día de hoy sistemas más complejos similares a los SIG pero como un sistema, la ciencia que los define y en la con un enfoque distinto. que se fundamentan debe no solo describir y ser- Dos son las principales soluciones que deben vir de soporte a su elementos, sino también aten- conocerse por su relación directa con el ámbito 2 Geographic Information Science en inglés, abreviado como GIScience o simplemente con el propio acrónimo GIS 10 Sistemas de Información Geográfica Figura 1.1: Aspecto de una aplicación CAD. SIG: Diseño Asistido por Ordenador (CAD3 ) y tal en el CAD, mientras que el estudio de una AM/FM. realidad ya creada constituye la base del SIG. Las aplicaciones CAD (Figura 1.1) permiten El almacenamiento de datos es diferente debi- el diseño informatizado de elementos muy diver- do al distinto enfoque. En los SIG se da mayor sos, que pueden ir desde una pieza industrial o peso a la gestión de los datos, mientras que en la carrocería de un automóvil (tareas con poca el CAD la parte visual es preponderante, y el relación con los SIG) a un edificio (con mayor re- almacenamiento así lo refleja. Un dato SIG se lación con los SIG). El uso de herramientas CAD almacena como un dato geográfico complejo, en disciplinas como la arquitectura para la crea- mientras que en un CAD se almacena básica- ción de planos tiene cierta similitud con el uso de mente como un «dibujo», pues es ese el enfoque un SIG, y ambas herramientas se han nutrido la fundamental de trabajo. una de la otra en cuanto a sus funcionalidades. No El volumen de datos en un SIG es ordenes de obstante, siguen existiendo grandes diferencias magnitud mayor, y ello implica una gestión de que hacen que cada aplicación responda a unas datos distinta y unas necesidades más elevadas necesidades concretas pese a la existencia de ca- en ese sentido. La escala de trabajo también al- racterísticas comunes. De entre estas diferencias canza dimensiones mayores, ya que, mientras cabe destacar las siguientes que con ambas herramientas puede trabajarse en una extensión limitada, un CAD no esta pensado SIG y CAD han sido diseñados para propósitos para gestionar datos de una superficie como la diferentes. El del SIG es reflejar la realidad, mien- de un país, un continente o el planeta entero. tras que el del CAD es diseñar algo que no existe todavía. La creación es el elemento fundamen- 3 Computer–Aided Design ¿Qué es un SIG? 11 No todos los tipos de datos de un SIG se pueden igualan a las de un SIG, ya que no incorporan otro incorporar en un CAD. Los datos procedentes de tipo de información como la relativa a la topolo- la teledetección, por ejemplo, no forman parte gía (que describiremos con detalle en el capítulo del abanico de datos que un CAD puede manejar. 5). Esto es así debido a que el subsistema de aná- El CAD puede resultar suficiente para desa- lisis, fundamental en un SIG, no tiene presencia rrollar algunas tareas propias de los SIG, en parti- en estas herramientas, y por tanto sus caracterís- cular las relacionadas con el diseño cartográfico. ticas no incluyen aquellos componentes que sean Aun así, una herramienta CAD no puede sustituir necesarios exclusivamente para procesos de tipo completamente a un SIG, ya que no ofrece una analítico. respuesta a requerimientos tales como: Puede decirse, por tanto, que este tipo de apli- caciones representa un subconjunto de los SIG, Análisis, modelización, y gestión avanzada de pues sus funcionalidades principales son más re- datos espaciales. ducidas que las de estos, y su ámbito de aplica- Trabajo con datos que cubren una gran super- ción es menos generalista. En cierta medida, las ficie geográfica. aplicaciones AM/FM se asemejan también a las Necesidad de utilizar diversos sistemas de pro- aplicaciones CAD, poniendo un énfasis especial yección. en la componente gráfica, aunque con una ma- Edición de datos por usuarios de distinto perfil yor adaptación a la naturaleza geográfica de la y de modo concurrente. información con la que se trabaja. Por su parte, las siglas AM/FM(Automated Al contrario, sin embargo, de lo que sucede Mapping/Facilities Management)4 de uso poco con las aplicaciones CAD, en la actualidad las la- habitual en nuestro idioma, hacen referencia a bores propias asociadas a los productos AM/FM aplicaciones diseñadas para la gestión de infraes- se pueden llevar a cabo en un SIG genérico, o bien tructuras generalmente de carácter público, tales en una adaptación de este que tenga en conside- como redes de alcantarillado, conducciones de ración las características particulares del ámbito gas o vías de circulación, entre otras. de trabajo. En este sentido, la gestión de servicios Las aplicaciones empleadas para estas tareas no es una aplicación más específica que otras a tienen dos bloques básicos: un bloque gráfico la hora de emplear un SIG, y este en la actualidad de visualización y otro de gestión de datos. Es- engloba de forma casi completa las funcionalida- te último almacena los atributos asociados a los des de una herramienta AM/FM. elementos gráficos, que son principalmente de tipo lineal (tuberías, redes de alumbrado, etc.). 1.5. Componentes de un SIG Otro tipo de elementos, tales como elementos poligonales, son difíciles de manejar en estos sis- Como ya hemos visto, en su concepción ac- temas, ya que su diseño obedece a las necesidades tual los SIG son sistemas complejos que integran existentes en su ámbito de utilización, y estas se una serie de distintos elementos interrelaciona- sitúan mayoritariamente alrededor de las infra- dos. El estudio de todos y cada uno de estos ele- estructuras lineales. mentos es el fundamento para el estudio global de Sin embargo, incluso con este tipo de elemen- los Sistemas de Información Geográfica, y de ese tos las capacidades de una aplicación AM/FM no modo se aborda a lo largo de este libro, mostran- 4 Cartografía Automatizada/Gestión de Servicios 12 Sistemas de Información Geográfica do las propias características de cada elemento y Personas. Las personas son las encargadas de los conceptos necesarios para entender las rela- diseñar y utilizar el software, siendo el motor ciones entre ellos. del sistema SIG. Una forma de entender el sistema SIG es co- Para el enfoque de esta obra, cada uno de mo formado por una serie de subsistemas, cada los elementos anteriores tiene unas característi- uno de ellos encargado de una serie de funciones cas propias que deben estudiarse. No obstante, el particulares. Es habitual citar tres subsistemas hardware no es un elemento especialmente parti- fundamentales: cular en el caso de un SIG, y las aplicaciones SIG que encontramos actualmente en el mercado en Subsistema de datos. Se encarga de las opera- todas sus variedades (que son las que el lector de ciones de entrada y salida de datos, y la gestión este libro va a utilizar habitualmente) se ejecutan de estos dentro del SIG. Permite a los otros sub- en su mayoría sobre ordenadores personales sin sistemas tener acceso a los datos y realizar sus requerimientos altamente específicos. Más aún, funciones en base a ellos. la expansión de las tecnologías SIG ha alcanzado Subsistema de visualización y creación car- hoy en día otros ámbitos como las plataformas tográfica. Crea representaciones a partir de los móviles, haciendo de estas unas tecnologías poco datos (mapas, leyendas, etc.), permitiendo así específicas en lo que a hardware se refiere. Por la interacción con ellos. Entre otras, incorpora esta razón, no es necesario tratar en detalle esta también las funcionalidades de edición. pieza del sistema SIG, siendo más adecuado tra- Subsistema de análisis. Contiene métodos y tar el resto de elementos, más característicos e procesos para el análisis de los datos geográficos. importantes para el aprendizaje de los conceptos Para que un SIG pueda considerarse una he- SIG y la descripción de estos. rramienta útil y válida con carácter general, de- Por su parte, las personas tienen importancia be incorporar estos tres subsistemas en cierta tanto de forma individual como en su conjunto, medida. siendo diferentes las necesidades que plantean como usuarios y beneficiarios de un SIG. En la Otra forma distinta de ver el sistema SIG es sociedad actual, las tecnologías y planteamientos atendiendo a los elementos básicos que lo com- colaborativos han calado hondo en el ámbito SIG, ponen. Cinco son los elementos principales que y la información geográfica es, por su propia na- se contemplan tradicionalmente en este aspecto: turaleza, propensa a ser compartida y utilizada Datos. Los datos son la materia prima necesa- por diferentes personas con fines muy distintos. ria para el trabajo en un SIG, y los que contienen Es por ello que el aspecto de mayor relevancia la información geográfica vital para la propia respecto a las personas como partes del sistema existencia de los SIG. SIG es el de sus relaciones y su organización, Métodos. Un conjunto de formulaciones y me- siendo además en este campo donde se han pro- todologías a aplicar sobre los datos. ducido en mayor medida los últimos avances, y Software. Es necesaria una aplicación infor- donde ha tenido lugar un cambio más profundo, mática que pueda trabajar con los datos e imple- no ya solo dentro de los SIG, sino también en mente los métodos anteriores. otras tecnologías de similar índole. Hardware. El equipo necesario para ejecutar Puede entenderse esto como un nuevo subsis- el software. tema: el subsistema de gestión, que es responsable ¿Qué es un SIG? 13 de gestionar la interacción de los restantes y de- A modo de introducción, se describen a con- finir y controlar el marco en que esta tiene lugar. tinuación algunas ideas básicas de cada uno de Las personas a su vez dan forma a los distin- estos componentes. Salvo el factor organizativo, tos ámbitos de trabajo, definiendo estos en fun- cuyos elementos se explicarán a lo largo de toda ción de sus necesidades. Puede tratarse el conjun- esta obra, el resto de componentes se detallarán to de campos de especialización como un nuevo individualmente, cada uno de ellos en una parte elemento del sistema SIG, en lugar de incorpo- correspondiente del libro. rarlo dentro de otro. Algunos autores proponen modificar el es- 1.5.1. Datos quema clásico de cinco elementos para reflejar más correctamente la nueva realidad de los SIG. Los datos son necesarios para hacer que el Por ejemplo, es habitual la propuesta de un es- resto de componentes de un SIG cobre sentido y quema en el que se incluye la visualización como puedan ejercer su papel en el sistema. La infor- elemento por derecho propio. Si volvemos al en- mación geográfica, la verdadera razón de ser los foque basado en subsistemas, el subsistema de SIG, reside en los datos, y es por ello que el cono- visualización resulta de enorme importancia en cimiento exhaustivo de los datos y su naturaleza un SIG, siendo pese a ello habitual que no se trate resulta obligado para una buena comprensión de con la suficiente profundidad en textos dedica- los propios SIG. dos a los SIG desde un punto de vista genérico. Son muchas las facetas de los datos que de- Precisamente por no ser considerado un elemen- ben estudiarse, y todas ellas con una gran im- to independiente, no se le concede la necesaria portancia. Por un lado, es necesario conocer las atención como parte que debe estudiarse al tratar características fundamentales del dato geográfi- la disciplina de los SIG. co que utilizamos en un SIG, es decir, su forma y sus propiedades. De ellas dependen, por ejemplo, Con todo lo anterior, resulta más conveniente los procesos que podremos o no realizar con los para su estudio práctico adoptar una evolución datos, y en general todo cuanto podemos esperar del esquema clásico de cinco elementos, y esta- de ellos. blecer unos nuevos componentes, cada uno de los Prescindiendo del hecho de que se trata de un cuales actúa como un pilar conceptual sobre es dato geográfico, es relevante conocer cómo los que ha de sustentarse es estudio de la disciplina datos se gestionan y almacenan en un entorno de los SIG. Estos componentes son cinco: digital, aspectos de corte puramente informático Datos. que desarrolla la disciplina de la gestión de ba- Análisis. Métodos y procesos enfocados al ses de datos. Cuando las ideas fundamentales al análisis de los datos. respecto se aplican al caso particular de los datos Visualización. Métodos y fundamentos rela- geográficos, surgen conceptos que resultan bási- cionados con la representación de los datos. cos para un buen uso de un SIG, y que además Tecnología. Software y hardware SIG van siendo cada vez más relevantes a medida que Factor organizativo. Engloba los elementos los volúmenes de datos de que se dispone van relativos a la coordinación entre personas, datos aumentando. y tecnología, o la comunicación entre ellos, entre Al igual que aumenta el volumen de datos, lo otros aspectos. hacen los orígenes de estos y las formas en que 14 Sistemas de Información Geográfica la información geográfica puede recogerse. Un van desde la automatización de tareas a la apa- aspecto clave para una utilización correcta de un rición de nuevos procesos que, aprovechando la SIG es saber integrar datos de distinta proceden- gran capacidad de cómputo de la plataforma en cia, para lo cual es vital entender cómo esta afecta la que se ejecuta el SIG, producen resultados que a las propias características de dichos datos. no podrían ser obtenidos de otro modo. Bien sea Otros elementos tales como la calidad de los por la complejidad propia de los procesos o por datos, la cual cobra cada día más importancia, el nivel de precisión al que se trabaja, existen mu- serán tratados igualmente junto a los anteriores chos procesos que no pueden realizarse mediante en una parte específicamente dedicada a los da- el uso de cartografía clásica y sin el apoyo de me- tos, probablemente una de las más importantes dios informatizados. El SIG abre un campo de dentro de este libro. actuación en el que la práctica totalidad de ideas y formulaciones de análisis pueden plasmarse y aplicarse con carácter práctico. 1.5.2. Análisis El análisis es una las funcionalidades básicas 1.5.3. Visualización de los SIG, y una de las razones fundamentales que llevaron al desarrollo de estos. Un ordena- Cualquier tipo de información puede ser re- dor es una herramienta con enorme capacidad presentada de forma gráfica, lo cual habitualmen- de cálculo, y esta puede aplicarse a los datos es- te facilita la interpretación de dicha información paciales para obtener resultados de muy diversa o parte de esta. Gran parte de las característi- índole. cas de la información (por ejemplo, la presencia En mayor o menor medida, un SIG siempre de patrones sistemáticos), son más fáciles de es- incorpora una serie de formulaciones que per- tudiar cuando se apoyan sobre algún elemento miten la obtención de resultados y el análisis visual, pues este añade un nuevo punto de vista. de los datos espaciales. Estas formulaciones re- En el caso particular de la información geo- presentan procesos que pueden ser sumamente gráfica, la visualización no solo es una forma más sencillos o enormemente complejos, y que pue- de trabajar con ella, sino que resulta la forma den resultar de aplicación en uno u otro campo, principal, no ya por ser la que en general hace o incluso con carácter general. Su origen puede más fácil e intuitivo su tratamiento, sino porque ser muy variado, y no derivan necesariamente es aquella a la que estamos más acostumbrados. del ámbito puro de la geografía, sino que pueden La información geográfica tiene una inherente ir desde simples consultas o mediciones a elabo- naturaleza visual, ya que el espacio en sí es enten- rados modelos que empleen datos de variables dido de forma gráfica por el ser humano. Junto muy numerosas y arrojen resultados complejos. a esto, no debemos olvidar que la información La estadística, entre otras ciencias, puede apor- geográfica se ha almacenado de forma tradicional tar al ámbito SIG muchas de sus ideas, y estas, de modo también visual, a través de mapas. adaptadas al marco de la información georrefe- Al contrario que un mapa, que de por sí es renciada, constituir en el SIG un nuevo conjunto de naturaleza gráfica, en un SIG trabajamos con de procesos de análisis. datos de tipo puramente numérico, ya que es así Las ventajas de la incorporación de todos es- como el ordenador puede manejarlos. Para poder tos procesos en una única herramienta, el SIG, presentar una utilidad similar a la de un mapa ¿Qué es un SIG? 15 en lo que a la presentación de la información riquece diariamente con la rápida evolución del respecta, un SIG debe incluir capacidades que ge- mercado tecnológico. neren representaciones visuales a partir de esos En lo que a hardware respecta, es el elemento datos numéricos, aprovechando en la medida de físico del sistema SIG, y conforma la plataforma lo posible las propias capacidades del medio in- sobre la que tiene lugar el trabajo con un SIG. La formático en que se trabaja para hacer que estas utilización de un SIG hoy en día se puede llevar representaciones sean más eficaces a la hora de a cabo en ordenadores personales o estaciones transmitir información. de trabajo, y ya sea de forma individual o en Es deseable igualmente que el SIG sea capaz una arquitectura cliente–servidor más compleja. de generar cartografía clásica, y que incorpore Estas últimas han cobrado importancia muy rápi- métodos para el diseño cartográfico y la creación damente en los últimos tiempos, especialmente de mapas impresos, pues estos no pierden su vi- en lo que al acceso a datos se refiere. Veremos gencia pese a la existencia de los SIG. más adelante como esto también ha tenido in- La visualización de la información geográfica fluencia en otros componentes del sistema SIG, se rige por los mismos conceptos y principios que principalmente en el factor organizativo. se emplean para la confección de cartografía im- Además de la propia plataforma, el hardware presa, y estos deben ser conocidos por el usuario incluye una serie de periféricos para tareas más de SIG. A los conceptos tradicionales hay que su- concretas. De uso habitual en el trabajo con SIG mar algunas ideas nuevas, ya que un SIG es capaz son los periféricos para entrada de datos geográ- de generar representaciones más avanzadas (por ficos y la creación de cartografía. Las tabletas ejemplo, representaciones tridimensionales o ani- digitalizadoras son la forma más habitual dentro maciones). A esto hay que sumar la presencia de del primer grupo (las veremos con más detalle en un elemento característico y de gran importancia el apartado 6.5.1), mientras que plotters e impreso- como es la elevada interactividad que toda repre- ras son empleados para la creación cartográfica. sentación gráfica lleva asociada dentro de un SIG, Más recientemente, la aparición de Sistemas y que constituye una gran diferencia frente al de Navegación Global como el GPS (que pueden carácter estático de la cartografía clásica. a su vez considerarse como otro tipo de periféri- Por todo ello, la visualización debe conside- cos) ha creado una parcela tecnológica con gran rarse como un componente fundamental del sis- relación con los SIG, convirtiendo a estos en he- tema SIG en su concepción actual, y particular- rramientas ideales para la gestión de los datos de mente uno con especial interés desde el punto de dichos sistemas. Incluso, la combinación de SIG vista del usuario directo de tecnologías SIG. y GPS sobre un único elemento de hardware ha dado lugar a herramientas como los navegadores GPS, que han supuesto un hito no solo desde el 1.5.4. Tecnología punto de vista técnico, sino también desde un enfoque social, pues acercan las tecnologías SIG Incluimos en este elemento tanto el hardware a usuarios no expertos. sobre el que se ejecutan las aplicaciones SIG, co- Por su parte, el software es el encargado de mo dichas aplicaciones, es decir el software SIG. operar y manipular los datos. El software SIG Ambos forman un binomio tecnológico en el que también ha sufrido una gran evolución, y bajo encontramos diversas alternativas, y que se en- el paraguas de esa denominación encontramos 16 Sistemas de Información Geográfica desde las aplicaciones clásicas que permiten vi- en la actualidad, teniendo implicaciones no solo sualizar, gestionar y analizar los datos geográfi- técnicas, sino también sociales en el ámbito de cos, hasta herramientas más especializadas que los SIG. se centran en alguno de estos campos, o bien componentes que pueden incluso pasar a formar Asimismo, las necesidad de gestión de los da- parte de otras aplicaciones fuera del ámbito SIG, tos y la propia complejidad de un SIG provocan pero que puntualmente requieren algunas de sus ambas que no exista un perfil único de persona funcionalidades, especialmente las relacionadas involucrada en el sistema SIG, sino varias en fun- con la visualización. ción de la actividad que desarrollen. Al usuario clásico de SIG se unen las personas responsables de gestionar las bases de datos, encargadas de 1.5.5. Factor organizativo diseñar la arquitectura de un SIG cuando este se El sistema SIG requiere una organización y establece para un uso conjunto por parte de toda una correcta coordinación entre sus distintos ele- una organización o grupo de mayor entidad. Den- mentos. El factor organizativo ha ido progresiva- tro de las personas que participan en un SIG, el mente ganando importancia dentro del entorno usuario directo es el eslabón último de una cade- SIG, a medida que la evolución de estos ha ido na que incluye igualmente a otros profesionales produciendo un sistema más complejo y un ma- con roles bien distintos. yor número de intrarelaciones e interrelaciones entre los distintos componentes que lo forman. Incluso atendiendo únicamente a los usua- Especialmente importante es la relación en- rios, también entre estos existen diferentes perfi- tre las personas que forman parte del sistema SIG, les, y las comunidades de usuarios no expertos así como la relación de todos los elementos con juegan en la actualidad un importante papel en los datos, sobre los cuales actúan de un modo el mundo del SIG. Esta situación, a su vez, requie- u otro. Ello ha propiciado la aparición de, entre re elementos organizativos importantes. Con la otros, elementos que pretenden estandarizar los popularización y bajo coste de las unidades GPS datos y gestionar estos adecuadamente. y la aparición de la denominada Web 2.0, el SIG Cuando los SIG se encontraban en sus etapas ha llegado a usuarios no especializados, los cua- de desarrollo iniciales y eran meras herramien- les utilizan estas herramientas para la creación y tas para visualizar datos y realizar análisis sobre uso de su propia cartografía, dentro de lo que se ellos, cada usuario tenia sus propios datos con conoce como VGI (Volunteered Geographic Infor- los cuales trabajaba de forma independiente del mation5 ). El término Neogeografía, de reciente resto de usuarios, incluso si estos llevaban a ca- creación, hace referencia a este uso de los SIG y bo su trabajo sobre una misma área geográfica y otras herramientas asociadas por parte de grupos estu