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Modelos de datos geográficos
Un SIG es un sistema que permite la manipulación de conjuntos de datos que representan objetos geográficos del mundo real. Al realizar la tarea de modelado de entidades espaciales es necesario primero considerar las formas básicas con que se cuenta para representarlas.
Cuando la información necesita ser compartida entre una gran cantidad de usuarios resulta necesario formalizar los modelos usados para describir un área y así asegurarse que los datos serán interpretados sin ambigüedades y se producirá una comunicación efectiva.
El modelado de datos geográficos involucra al menos tres niveles de abstracción. Al mayor nivel de abstracción se encuentra el modelo conceptual de la realidad que representa el mundo real tal como lo observa el modelador. Posteriormente se cuenta con el modelo conceptual del espacio que utiliza una representación particular para modelar los elementos que se encuentran en el espacio. Por último, el modelo de datos espaciales que permite utilizar conceptos matemáticos como geometría o matrices para representar datos espaciales.
Modelo conceptual de la realidad
Un modelo conceptual representa una visión del mundo real. Cuando alguien mira un ambiente, él (o ella) simplifica la complejidad inherente abstrayendo características claves para crear un modelo de esa área. Este ejercicio cognitivo es influenciado por las normas culturales del observador y el propósito del estudio. La interpretación de las características observadas, y las que se decide ignorar, están influenciadas por la experiencia, formación cultural, etc.
Descripción de fenómenos geográficos
Los fenómenos geográficos están localizados en o cerca de la superficie de la tierra. Ellos pueden ocurrir naturalmente (ríos, vegetación, y picos de montañas), puede ser hechos por el hombre (caminos, tuberías, y edificios) y pueden ser subdivisiones de la tierra (regiones, zonas, parcelas y divisiones políticas).
Los fenómenos geográficos requieren dos descriptores para representar el mundo real: qué representa ? (descripción conceptual) y dónde se encuentra ? (referenciación espacial).
Descripción conceptual
Para describir un fenómeno geográfico se utilizan conceptos o términos, p.ej. ciudad, río, camino, etc. Sin embargo, existen muchas formas de describir una misma entidad. Dependiendo de la resolución un camino puede ser una línea o un área, dependiendo del tiempo los límites de una ciudad pueden varían.
Referenciación espacial
La referenciación espacial del fenómeno geográfico puede ser definido mediante: localización geométrica exacta, ó localización geométrica relativa.
Las localizaciones exactas usan sistemas de coordenadas mundiales o locales definidas utilizando un sistema estándar de esferoides, proyecciones y coordenadas que dan una aproximación a la forma de la tierra (esferoide) en una superficie plana.
Las localizaciones relativas son definidas en referencia a otras entidades en el espacio; y la vecindad y dirección entre entidades es mostrada en lugar de las distancias métricas reales.
Modelado conceptual del espacio
Se debe formalizar la representación del espacio y las propiedades espaciales. Un enfoque (entidades discretas) percibe el espacio como siendo ocupado por una serie de entidades que son descritas mediante sus propiedades y que son referenciadas usando un sistema de coordenadas. El otro enfoque (superficies continuas) trata el espacio como una superficie (campo) continuo en el que se producen variaciones de valor pero en el que no existen fronteras definidas.
Modelo de entidades discretas
También se les llama modelo basado en objetos. El espacio es ocupado por entidades que son descritas por sus atributos, y cuyas posiciones pueden ser determinadas utilizando un sistema de coordenadas geométricas. Una entidad consta de:
Descripción: Incluye el tipo de entidad (casa, bosque, río, montaña, etc.) y sus atributos o propiedades.
Extensión espacial: Consiste de la frontera o forma de la entidad, junto con su localización en el espacio.
Muchos elementos geográficos tienen formas distintivas que pueden ser representadas por puntos, líneas o polígonos:
Los puntos representan entidades geográficas demasiado pequeñas para ser representadas por líneas o áreas, tales como ubicación de pozos, postes telefónicos y edificios. Los puntos también pueden representar ubicaciones que no tienen área, tal como la cima de una montaña.
Las líneas representan elementos geográficos muy angostos para ser representados mediante áreas, como caminos, carreteras, ríos, o subdivisiones en el terreno tal como contornos de elevación.
Los polígonos son figuras cerradas que representan la forma y ubicación de elementos homogéneos, tal como estados, regiones, parcelas, tipos de suelo, o zonas de uso del terreno.
Representación con vectores
Los datos vectoriales representan elementos como puntos, líneas y polígonos y se aplican mejor a objetos discretos con formas y límites definidos.
Los elementos tienen una forma y posición precisas, atributos y metadatos, y un comportamiento útil.
Representación usando Raster
Los puntos de un conjunto de datos ráster pueden estar representados por una o varias celdas contiguas. Las líneas pueden representarse por una serie de celdas que tienen una anchura de una o varias celdas. Los polígonos pueden representarse mediante una serie de celdas. Aunque puede identificar visualmente los puntos, las líneas y los polígonos en un conjunto de datos ráster, es mejor hacer una conversión de ráster a vector si quiere interactuar con las características.
Modelo de superficies continuas
También se les llama modelo basado en campos continuos. En este modelo cada punto en el espacio está asociado a uno o varios valores de atributos, definidos como una función continua en X y Y. Se asume que el valor del atributo (o atributos) varía en forma suave y continua sobre el espacio.
Ejemplos de atributos que pueden ser representados mediante un modelo de superficies continuas son: altitud sobre el nivel del mar, presión atmosférica, temperatura, y contenido de arcilla en el terreno.
Un SIG puede modelar una superficie de tres formas generales: como una trama de superficie, como curvas de nivel o como una red irregular triangulada. Cada enfoque tiene sus ventajas, pero la red irregular triangulada tiene poderes analíticos especiales y la trama de superficie también puede realizar análisis interesantes.
Raster de superficie
Algunos datos del terreno se presentan en forma de cuadrícula uniforme con valores de elevación. Un ejemplo es el producto de datos del Modelo Digital de Elevación (DEM) del Servicio Geológico de los Estados Unidos.
Un conjunto de datos ráster puede representar elevaciones de puntos espaciados a intervalos regulares. Cada celda de la trama tiene un valor de elevación asociado. A partir de un conjunto de datos ráster con elevaciones, se puede estimar la elevación de cualquier punto de una superficie y derivar un conjunto de contornos.
Las ventajas de los conjuntos de datos ráster son:
- El modelo conceptual de los conjuntos de datos ráster es sencillo. El almacenamiento de datos es muy compacto.
- El modelo raster tiene algoritmos bien establecidos para procesar los datos raster.
- Los datos de elevación en formato raster son relativamente abundantes y baratos de obtener.
Las desventajas de los conjuntos de datos ráster son:
- La estructura rígida de la cuadrícula no se ajusta a la variabilidad del terreno.
- Los datos originales no se conservan cuando se interpolan a una cuadrícula regularmente espaciada.
- Las características lineales no se pueden representar bien para muchas aplicaciones.
Líneas de contorno
Las curvas de nivel pueden utilizarse para representar superficies. Un contorno es una línea que sigue un valor de elevación igual. Las curvas de nivel son la fuente de información sobre el terreno más accesible para la mayoría de los usuarios de mapas.
Las curvas de nivel son buenas para la interpretación humana. Las curvas de nivel poco espaciadas son una clara señal visual de que el terreno local es escarpado. Un ángulo agudo en un contorno es una pista de un arroyo o una línea de cresta. La lectura de las curvas de nivel en un mapa permite hacerse una idea de la "disposición del terreno".
Sin embargo, las curvas de nivel suelen ser deficientes para los modelos computacionales de superficie. La recopilación de todos los puntos de las curvas de nivel no constituye un buen conjunto de datos para las superficies. Es difícil eliminar los errores de datos introducidos al convertir las curvas de nivel en rásters o TIN. La conversión de contornos suele ser el último recurso para construir un modelo de superficie.
Se puede hacer una vista en perspectiva o realizar un análisis de superficie de los contornos sólo después de haberlos convertido en un ráster o un TIN.
Redes irregulares trianguladas
Una red irregular triangulada (TIN) es un modelo eficaz y preciso para representar superficies continuas. El software TIN incluye muchas funciones que analizan las superficies.
Un TIN es eficaz porque la densidad de puntos en cualquier parte de la superficie puede ser proporcional a la variación del terreno. Una planicie basta con una densidad de puntos baja y un terreno montañoso requiere una densidad de puntos alta, especialmente cuando la superficie cambia bruscamente.
Comparación de modelos
Decidir entre los dos modelos es difícil cuando las entidades pueden ser modeladas de ambas formas. Por ejemplo si una cordillera se modela como entidades se puede identificar los nombres de los picos más altos pero no se puede calcular la pendiente, y si se modela como superficies se puede calcular la pendiente pero no se conoce los nombres de los picos.
La elección de alguno de los enfoques también depende de la disciplina científica o técnica del observador. Disciplinas enfocadas en el entendimiento de procesos espaciales en ambientes naturales tienden a usar superficies. Disciplinas que trabajan enteramente en un contexto administrativo utilizan más un enfoque basado en entidades.
Ejercicios
Nombre y describa en forma detallada los dos tipos de elementos necesarios para describir los fenómenos geográficos a un nivel conceptual de la realidad.
Describa en forma detallada el modelo de entidades discretas utilizado para realizar el representación conceptual del espacio geográfico. Además, brinde ejemplos de al menos cuatro elementos geográficos que pueden ser representados mediante este modelo.
Describa en forma detallada el modelo de superficies continuas utilizado para realizar el representación conceptual del espacio geográfico. Además, brinde ejemplos de al menos cuatro elementos geográficos que pueden ser representados mediante este modelo.