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Modelo de datos raster
Una superficie continua puede ser discretizada en conjuntos de unidades básicas simples llamadas celdas. En dicha descomposición todas las celdas se encuentran disjuntas.
El modelo de representación regular o raster, consiste de una colección de unidades poligonales de igual tamaño. En este caso la superficie es dividida en una rejilla de celdas (conocidas como pixeles) cuyo tamaño es determinado por la resolución que es requerida para representar la variación de un atributo para un propósito dado.
Un ráster es una matriz rectangular de celdas igualmente espaciadas, que en su conjunto representan datos temáticos, espectrales o de imagen. Los datos ráster pueden representar cualquier cosa, desde las cualidades de una superficie terrestre, como la elevación o la vegetación, hasta imágenes de satélite, mapas escaneados y fotografías.
Fuentes de datos raster
Los datos ráster pueden introducirse en un SIG mediante sistemas de imágenes o calcularse a partir de otros datos.
Imágenes por satélite
La adquisición de imágenes por satélite es una forma rentable de cartografiar una parte considerable del mundo a escalas cartográficas pequeñas o moderadas.
Las imágenes por satélite son quizás el mejor sistema de un SIG para captar los cambios temporales del paisaje. Se pueden comparar y analizar escenas de la misma zona de diferentes estaciones o años.
Las imágenes pueden mostrar una escena en color o en blanco y negro. La información de color se almacena como un valor de píxel compuesto RGB o como un conjunto de bandas de trama que representan varios o muchos colores.
Algunos servicios de imágenes por satélite permiten solicitar imágenes frescas, de sólo días u horas de antigüedad. Éstas son un activo importante para la gestión de eventos medioambientales como inundaciones o incendios forestales.
Imágenes aéreas
Para crear mapas detallados, los aviones con cámaras fotográficas y digitales especiales de gran formato graban tiras de imágenes que se superponen para cubrir una zona.
A continuación, estas imágenes se rectifican para corregir la distorsión de escala causada por la forma de la superficie.
Mapas escaneados
A veces, el mejor mapa base es un mapa publicado y escaneado. A éstos se les puede asignar una referencia geográfica, de modo que el mapa escaneado pueda registrarse con precisión con otros datos geográficos.
Los mapas de cuadrantes del USGS (United States Geological Survey) son un buen ejemplo de mapas escaneados. Estos mapas muestran el terreno, los nombres de los lugares, los ríos, las carreteras y las principales características.
Tipos de datos raster
Existen dos categorías generales de datos ráster: los datos temáticos y los datos de imagen. Los datos temáticos pueden utilizarse para el análisis geográfico del uso del suelo. Los datos de imagen se utilizan para los mapas base de otros datos geográficos y para derivar datos temáticos.
Datos temáticos
El valor de cada celda (o píxel) de un ráster puede ser una cantidad medida o una clasificación. Cuando se dibujan, estos rásteres son mapas temáticos.
Datos espaciales continuos
Los valores de las celdas del raster pueden representar una cantidad medida, como la elevación, la concentración de contaminación o las precipitaciones. El valor de una celda a otra varía ligeramente y, en conjunto, estos valores pueden modelar algún tipo de superficie.
Los valores de las celdas para los datos espacialmente continuos representan una cantidad muestreada en los centros de las celdas.
Datos espaciales discretos
Los valores de las celdas ráster pueden representar una categoría o clasificación de datos, como el tipo de propiedad de la tierra o el tipo de vegetación. El valor de una celda a otra suele ser idéntico o cambia bruscamente. Este tipo de datos aparece como un conjunto de regiones zonales con valores comunes, como los mapas de uso del suelo o las masas forestales.
Los valores de las celdas para datos espacialmente discretos representan una clasificación que se aplica a toda el área de una celda.
Datos de imagen
La preponderancia de los datos rasterizados es captada por sistemas de imágenes montados en satélites y aviones.
Datos espectrales y de imagen
Los sistemas de imágenes registran los rásteres basados en los valores de reflectancia de la luz en una o varias bandas del espectro electromagnético.
Los datos de imagen suelen capturar las porciones roja, verde y azul del espectro para su visualización en un monitor o mapa, pero ciertas imágenes de satélite capturan muchas bandas que se utilizan para analizar la geología y la vegetación de la superficie.
Celdas raster
Los rásteres están formados por celdas. Una celda es una unidad uniforme que representa un área definida de la tierra, como un metro cuadrado o una milla cuadrada.
Cada celda ráster tiene un valor que representa una reflectancia espectral o una característica en esa posición, como un tipo de suelo, una zona censal o una clase de vegetación. Los valores adicionales de la celda pueden almacenarse en una tabla de atributos.
El tamaño elegido para una celda de la cuadrícula de un área de estudio depende de la resolución de los datos necesaria para el análisis más detallado. La celda debe ser lo suficientemente pequeña para captar el detalle requerido, pero lo suficientemente grande para que el almacenamiento y el análisis informático puedan realizarse de forma eficiente. Cuanto más homogénea sea un área en cuanto a variables críticas como la topografía y el uso del suelo, mayor será el tamaño de la celda que pueda utilizarse con precisión.
Cuando las rejillas de celdas son usadas para representar la variación de un atributo que cambia continuamente cada celda tendrá un valor diferente de atributo; las variaciones entre celdas se asumen que son matemáticamente continuas de forma que se puede utilizar cálculo diferencial para obtener promedios locales, tazas de cambio, y otros datos.
Este modelo también puede representar fenómenos dinámicos, p. ej. el cambio en el tiempo se puede representar mediante varias capas de celdas. El equivalente de los pixeles en 3D son llamados voxeles, y todas las operaciones posibles en una rejilla regular 2D son también aplicables a datos en una rejilla 3D.
Una ventaja de la representación raster es que este modelo conceptual es muy simple (equivalente a una matriz matemática) y el almacenamiento de datos se puede realizar de forma compacta. Además, existen algoritmos bien conocidos y probados que permiten procesar datos que se encuentran en este tipo de representación. También, los datos en raster, tales como imágenes de satélites y fotografías aéreas, son abundantes y de bajo costo.
Por su parte existen una serie de desventajas de utilizar la representación raster. En primer lugar consiste de una estructura muy rígida que no se adapta a la variabilidad del terreno. Cuando se realizan ajustes (aumentar o disminuir su tamaño) no se conservan los valores originales. Y no resultan muy adecuados para representar entidades discretas especialmente del tipo puntual y lineal.
Atributos de las celdas
El valor asociado a una celda define la clase, el grupo, la categoría o la medida en la posición de la celda. Los valores de las celdas son números: enteros o de coma flotante. Las posiciones de celda con el mismo valor pertenecen a la misma zona. Las celdas de la misma zona no tienen por qué estar conectadas.
Cuando se utiliza un valor entero para las celdas, puede ser un código para una identificación mucho más compleja. Por ejemplo, el valor cuatro puede equivaler a parcelas residenciales unifamiliares en una cuadrícula de uso del suelo. Asociado al valor cuatro puede haber una serie de atributos, como el valor comercial medio, el número medio de habitantes o el código censal.
Suele haber una relación de uno a muchos entre los valores (o códigos) de las celdas de la cuadrícula y el número de celdas a las que se asigna el código. Es decir, puede haber 400 celdas con el valor cuatro (que representa la vivienda unifamiliar) y 150 celdas asociadas al valor cinco (que representa la zonificación comercial) en la cuadrícula de uso del suelo.
El valor del código aparece muchas veces en el ráster, pero sólo una vez en la tabla de atributos, que almacena atributos adicionales para el código. Este diseño reduce el almacenamiento y simplifica la actualización. Un solo cambio en un atributo puede aplicarse a varios cientos de instancias de ese valor.
Tipos de datos
Cada celda de un ráster tiene un valor. Los valores de las celdas de un raster pueden representar uno de los siguientes cuatro tipos generales de datos.
Datos nominales
Un valor de datos nominales identifica una entidad de otra. Estos valores establecen el grupo, la clase, el miembro o la categoría con la que se asocia la entidad geográfica en la posición de la celda. Estos valores son cualidades, no cantidades, sin relación con un punto fijo o una escala lineal. Los esquemas de codificación del uso del suelo, los tipos de suelo o cualquier otro atributo se califican como una medida nominal.
Datos ordinales
Un valor de datos ordinales determina el rango de una entidad frente a otras entidades. Estas medidas muestran el lugar, como el primero, el segundo o el tercero, pero no establecen la magnitud o las proporciones relativas. No se puede inferir una diferencia cuantitativa, como por ejemplo, cuánto es más grande, más alta o más densa una entidad que las demás.
Datos de intervalo
Un valor de datos de intervalo representa una medida en una escala, como la hora del día, la temperatura en grados Fahrenheit y el valor del pH. Estos valores están en una escala calibrada pero no son relativos a un punto cero verdadero. Se pueden hacer comparaciones relativas entre los datos de intervalo, pero su medida no es significativa cuando se compara con el punto cero de la escala.
Datos de relación
Un valor de datos de relación representa una medida en una escala con un punto cero fijo y significativo. Se pueden utilizar operaciones matemáticas sobre estos valores con resultados predecibles y significativos. Ejemplos de medidas de proporción son la edad, la distancia, el peso y el volumen.
Ejercicios
Describa en forma detallada el modelo teselar irregular (TIN), así como dos ventajas y dos desventajas de utilizar este modelo.
Describa en forma detallada el modelo teselar regular (raster), así como dos ventajas y dos desventajas de utilizar este modelo.
Describa en forma detallada el modelo teselar de entidades y cómo se realiza la representación de elementos puntuales, lineales y poligonales; en este modelo.