Introducción ​

La información geográfica tiene una gran importancia debido a que, entre algunos factores, la creciente población mundial está incrementando la demanda de recursos de la tierra, aire, agua y materias primas. Además, el desarrollo de leyes y códigos sobre el uso de la tierra y su propiedad requiere establecer registros de transacciones y acuerdos. Por tanto, es necesario entender los patrones espaciales y temporales de los recursos, así como los de aquellos procesos que los gobiernan.

Desde las primeras civilizaciones hasta los tiempos modernos, los datos geográficos han sido recolectados por navegantes, geógrafos, y topógrafos para ser registrados en forma pictórica por cartógrafos. Una serie de ciencias de la tierra tales como la topografía geodésica, la fotogrametría, y la cartografía; han desarrollado un poderoso conjunto de herramientas para registrar y representar las posiciones y características de fenómenos naturales, políticos y sociales.

Sin embargo, hoy en día se presentan una serie de retos modernos. Uno de ellos es que conforme el estudio científico avanza nuevos tipos de atributos requieren ser registrados, y los volúmenes de datos espaciales que son recolectados actualmente, no pueden ser procesados de forma manual.

Definiciones ​

Los Sistemas de información Geográfica (SIG) nacen en respuesta a muchos de los retos modernos relacionados con la administración y procesamiento de información espacial o geográfica. La incorporación de capacidades de análisis espacial, en sistemas de cartografía automatizada, dio lugar al desarrollo de los SIGs. Esta tecnología fue desarrollada en forma paralela, y con una gran duplicación de esfuerzos, por muchas disciplinas.

Desde la década pasada los SIG han evolucionado de un nicho altamente especializado a una tecnología que afecta casi todos los aspectos de nuestra vidas, desde encontrar una dirección de viaje a la administración de desastres naturales [Neteler,2002]. Mientras hace unos años el uso de SIGs estaba restringido a un grupo de investigadores, planificadores y trabajadores de gobierno, ahora casi cualquier persona puede crear mapas personalizados o traslapar datos en un SIG. Por otra parte, muchos problemas complejos relacionados a la planificación urbana y regional, protección ambiental, o administración de negocios, requieren herramientas sofisticadas y alta experticia. Por tanto, la tecnología SIG actual abarca un amplio rango de aplicaciones desde desplegar mapas e imágenes hasta análisis espacial, modelamiento y simulación.

Existen múltiples definiciones para un SIG dependiendo del punto de vista que se quiera utilizar. Burrough [Burrough,1996] lo define como: "Un poderoso conjunto de herramientas para recolectar, almacenar, recuperar, transformar y desplegar datos espaciales desde el mundo real". Por su parte Parker [Parker,1988] habla de: "Una tecnología de información que almacena, analiza, y despliega tanto datos espaciales como no espaciales".

Otros autores utilizan un enfoque mas orientado a la tecnología de bases de datos. Por ejemplo, Smith [Smith,1987] brinda la siguiente definición: "Un sistema de base de datos en que muchos de los datos son indexados espacialmente, y sobre los cuales un conjunto de procedimientos operan con el fin de responder consultas sobre las entidades espaciales en la base de datos".

También se pueden encontrar definiciones generales como la de Aronoff [Aronoff,1989] que indica: "Cualquier conjunto de procedimientos, manuales o computarizados, usados para almacenar y manipular datos referenciados geográficamente". O bien, una definición aún mas amplia como la que presenta Carter [Carter,1989] que dice: "Una entidad institucional, mostrando una estructura organizacional que integra tecnología con una base de datos, experticia y financiamiento continuo sobre el tiempo".

Funciones de los SIGs ​

La funcionalidad de un SIG evoluciona y actualmente cubre un amplio rango de áreas. Wadsworth y Treeweek [Wadworth,1999] indican algunas de las funcionalidades más comunes en este tipo de sistemas:

• Integración de datos geoespaciales desde varias fuentes: transformación y proyección de coordenadas, conversión de formatos, interpolación espacial, transformación entre modelos de datos.
• Visualización y comunicación de datos digitales geo*referenciados en forma de mapas digitales y en papel, animaciones, y realidad virtual (cartografía computarizada).
• Análisis espacial: consultas espaciales, traslape espacial (combinación de datos espaciales para encontrar ubicaciones con propiedades dadas), operaciones de vecindario, estadísticas espaciales y geo*estadísticas.
• Procesamiento de imágenes: procesamiento de imágenes de satélite y aéreas, aplicaciones de sensores remotos.
• Análisis de redes y optimización: cálculo de ruta óptima, circulación de flujos y zonas de influencia.
• Simulación de procesos espaciales: incluye procesos socioeconómicos tales como transporte, crecimiento urbano, migración de población; tanto como procesos físicos y biológicos, tales como contaminación de aguas, evolución de ecosistemas, etc.

Aplicaciones de los SIGs ​

Por ser tan versátiles los Sistemas de información Geográfica, su campo de aplicación es muy amplio, pudiendo utilizarse en la mayoría de las actividades con un componente espacial, entre ellas [Burrough,1996] :

• Agricultura: Monitoreo y administración de tierras cultivadas; aplicación de químicos para producción agrícola; predicción de efectos en la agricultura por el fenómeno del Niño y uso de GPS para aplicar químicos en producción agrícola y crear mapas de salinidad del terreno
• Negocios: Análisis de cómo el traslado de una oficina afecta a sus empleados; identificar grupos de clientes, mejorar campañas de promoción por correo; y buscar locales en zonas buenas zonas comerciales.
• Defensa e inteligencia: Visualizar registros climatológicos; mejorar planeamiento militar de instalaciones militares y civiles; e integración con sistema de comando.
• Arqueología: Descripción de sitios y evaluación de escenarios. Descubrimiento de sitios ocultos bosques o el terreno.
• Ciencias ambientales: Monitoreo, modelado, y administración para regeneración de tierras; calidad del aire y agua; y plagas.
• Organizaciones médicas y de salud: Localización de enfermedades con respecto a factores ambientales. Monitoreo y atención de epidemias.
• Forestales: Administración, planificación, y optimización de la extracción y replantación. Modelado de sedimentación de carreteras y cómo afecta el bosque.
• Servicios de emergencia: Optimización de rutas para bomberos, policías y ambulancias. Planes de emergencia para inundaciones y terremotos.
• Navegación: Seguimiento de rutas por aire, mar o tierra. Monitoreo de flotillas vehiculares.
• Mercadeo: Optimización de la distribución de ventas e identificación de mercados potenciales.
• Bienes raíces: Aspectos legales de catastro, valor de las propiedades en relación a su localización. Selección de sitios para proyectos habitacionales.
• Planificación urbana: Desarrollo de planes de desarrollo urbano, presupuestos, mantenimiento y administración.
• Carreteras y vías férreas: Planificación y administración de infraestructura. Monitoreo de condiciones de transporte.
• Turismo: Localización y administración de instalaciones y atracciones. Mapas y guías turísticas interactivas.
• Departamentos de justicia: Distribución espacial de criminalidad. Planes de seguridad ciudadana.
• Empresas de servicios públicos (gas, electricidad, teléfono, agua, alcantarillado, cable, etc.): Registro, administración y planificación de infraestructura.

Componentes de un SIG ​

Un sistema de información geográfica es la combinación de personas entrenadas, datos espaciales y descriptivos, métodos analíticos, y software y hardware computacional.

Todo lo anterior organizado para automatizar, administrar, y entregar información mediante presentaciones geográficas.

Personas ​

Cuando se diseña un modelo de datos, se construye una aplicación de software, o se escribe la documentación de usuario, es importante estar claros en el tipo de usuario con el que está relacionado el sistema. Los papeles principales que juegan las diferentes personas que trabajan con un SIG [Zeiler,1999] son:

• usuario del mapa: es el consumidor final del SIG. Esta persona mira los mapas creados para propósitos específicos o generales. El público en general son usuarios del mapa.
• constructor del mapa: Utiliza capas de mapas desde múltiples fuentes y agrega datos para crear mapas específicos.
• publicista del mapa: Imprime mapas. Esta persona está dedicada a la producción de cartografía de alta calidad.
• analista espacial: Resuelve problemas geográficos, tales como dispersión de químicos, encontrar la mejor ruta, y localización de sitios.
• constructor de datos: Ingresa datos geográficos mediante diversas técnicas: edición, conversión, e importación.
• administrador de base de datos: Administra las bases de datos geográficas y asegura que el SIG opera correctamente.
• diseñador de la base de datos: construye el modelo de datos lógico e implementa los diseños físicos de la base de datos.
• desarrollador de aplicaciones: Personaliza el software de SIG para cumplir las necesidades específicas de una industria.

Hardware ​

Un SIG es un sistema de información y como tal utiliza la gran mayoría de dispositivos computacionales (impresoras, CPU, monitores, servidores, red, etc.) que utilizaría un sistema de información tradicional. Sin embargo, existen algunos componentes especializados que simplifican ciertas tareas de geoprocesamiento, tales como: digitalizador (Digitizer), trazador (Plotter), y rastreador (Scanner).

Estación de trabajo ​

Consiste una computadora de alto poder de procesamiento y almacenamiento. Incluye también uno o varios monitores de alta resolución.

Digitalizador ​

Consiste de una tableta divida en un rejilla (matriz) de celdas que pueden detectar las posiciones especificadas mediante un dispositivo apuntador llamado cursor. La tableta puede ser de diferentes tamaños, resoluciones, así como la forma del cursor.

Trazador (plotter) ​

Consiste de un dispositivo periférico que cuenta con una serie de plumillas, las cuales son utilizadas en forma alternada para trazar líneas sobre un pliego de papel. Algunos trazadores utilizan el pliego de papel en forma horizontal. Sin embargo, solo permiten tamaños pequeños de papel. Los trazadores modernos utilizan tecnología de inyección de tinta y son mas similares a impresoras.

Rastreador (scanner) ​

Un rastreador permite incorporar una imagen mediante una matriz de pixeles. Cada pixel representa mediante un valor numérico la tonalidad de color detectada en esa porción de la imagen. En los SIG se utilizan rastreador que permitir procesar mapas o planos que se encuentran en tamaños de papel muy grandes.

Software de un SIG ​

El software para un SIG puede ser divido en cinco grupos funcionales [Burrough, 1996] : ingreso y verificación de datos, base de datos espacial, visualización y presentación, transformación de datos, e interfaz con el usuario.

Ingreso y verificación de datos ​

Cubre todos los aspectos de la captura de datos espaciales desde mapas existentes, observaciones de campo y sensores (satélites, fotografía aérea, etc.); y la conversión de ellos a la forma digital estándar.

Base de datos espacial ​

Concierne con la forma en que los datos sobre la localización, enlaces (topología), y los atributos de los elementos geográficos son estructurados y organizados, ya sea con respecto a la forma en que ellos son manejados en la computadora y de cómo son percibidos por los usuarios del sistema.

Visualización y presentación ​

Concierne con la forma en que los datos son desplegados y de cómo los resultados de los análisis son reportados al usuario. Los datos se presentan como: mapas, tablas y gráficas.

Transformación de datos ​

Abarca dos clases de operaciones: rectificación de datos y métodos de análisis. Las transformaciones operan sobre: datos espaciales, datos no espaciales y topología.

Interfaz con el usuario ​

Se refiere a la forma en la cual los usuarios pueden interactuar con el sistema. Existen diferentes mecanismos: menús, intérpretes de comandos y lenguajes de macros.

Ejercicios ​

1. Brinde una definición detallada y completa del término "Sistema de información Geográfica".

2. Nombre y explique al menos tres de los tipos de cuestiones espaciales generales que permite resolver un SIG.

3. Describa al menos cinco operaciones espaciales específicas (análisis espacial) que permite realizar un SIG.

4. Nombre y describa tres funciones que realiza un SIG, relacionadas con análisis de redes.

5. Nombre y describa dos tipos de simulación de procesos espaciales que realiza un SIG.

6. Nombre y describa tres funciones que realiza un SIG, relacionadas con integración de datos geoespaciales.

7. Nombre y describa dos diferentes áreas de aplicación de los SIG. Para cada área brinde dos ejemplos específicos.

8. Nombre y describa las actividades de cuatro tipos diferentes de personas que trabajan con un SIG.

9. Describa detalladamente en qué consisten: un digitalizador y un rastreador (scanner). Adicionalmente, explique las diferencias entre ambos.