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TOPOGRAFIA SATELITAL – Ing. Enrique Cruz

MODULO III – MODELADO DE DATOS ESPACIALES

CAPITULO 2 .- ENTIDADES ESPACIALES

En esta sección revisaremos:

•  Las entidades espaciales básicas utilizadas en el diseño y construcción de un SIG:puntos, líneas, polígonos, redes y superficies.

•  Los dos modelos de datos espaciales utilizados para almacenar estas entidades en elordenador.

Los contenidos de esta sección representan la primera fase del proceso de abstracción descritoen la sección precedente.

1 PUNTOS, LÍNEAS Y POLÍGONOS.

Como Burrough (1987) señala, todo fenómeno geográfico puede, al menos en dosdimensiones, ser representado por tres tipos de entidades:

•

  Puntos•  Líneas

•  Polígonos

2 SUPERFICIES Y REDES.

Hay otras dos entidades espaciales que aún no hemos identificado, que son una extensión delas entidades polígono y línea. Ambas son visibles en nuestra imagen satelital: superficies yredes.

Una red puede ser entendida como una serie de líneas conectadas, a lo largo de la cual fluyeinformación, ej. Red de carreteras, a través de la cuál fluye el tráfico. Otra podría ser la red delsistema de agua, a lo largo de la cuál existe un flujo de agua.

Una superficie puede ser definida como una entidad continua para la cual en cualquier punto olocalización existe una medida o valor, que puede ser cuantitativa o cualitativa. Las superficiespueden ser utilizadas para representar la densidad de población, la elevación o la temperatura.Todas estas tres superficies están presentes en el área de nuestra fotografía aérea, aunque nopodamos observarlas.

3 PROBLEMAS CON EL PROCESO DE DEFINICIÓN DE ENTIDADES

Existen ciertos problemas asociados con la simplificación del mundo real en cinco tipos deentidades espaciales. Entre ellos, la naturaleza dinámica del mundo real, la escala cartográficay la identificación de elementos discretos.

3.1 LA NATURALEZA DINÁMICA DEL MUNDO REAL

El mundo real no es estático: los bosques crecen, los ríos fluyen y las ciudades se expanden.Esto plantea dos cuestiones importantes en la fase de definición de los tipos de entidades deun proyecto de SIG, la elección de la escala apropiada y la actualización de los datos. Laprimera de ellas implica la forma de seleccionar el tipo de entidad más apropiada para larepresentación del elemento que debe ser modelado. Por ejemplo, ¿es mejor representar unbosque como una colección de puntos (representando la situación de los árboles individuales)o como un polígono (la frontera de la cual define el territorio cubierto por el bosque)? Lasegunda cuestión es la alteración en las características de los datos con el paso del tiempo.Por ejemplo, un bosque frondoso que originalmente (por ejemplo en 1940) estaba representadocomo un polígono al cabo de 50 años pasa a estar representado como un grupo disperso deárboles, una nube de puntos.

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3.2 LA ESCALA

El concepto de escala también es importante en el proceso de definición de las entidades. Porejemplo, si una base de datos de un SIG debe construirse a escala 1:1,000,000, puede ser másapropiado representar la ciudad de La Paz como un punto. Sin embargo, si trabajamos aescala 1:250,000 una entidad del tipo polígono podría ser la representación más apropiada.

Pero a escala 1:50,000 necesitarías subdividir la ciudad de La Paz en un conjunto de diferentestipos de entidades. Sería ideal tener un SIG que pudiera operar verdaderamente a cualquierescala seleccionando la entidad apropiada de representación a medida que uno se acerca y sealeja de la base de datos. Sin embargo, los sistemas verdaderamente independientes de laescala aún están por llegar al mercado.

3.3 IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS DISCRETOS

La definición de los elementos geográficos del mundo real en uno de los cinco tipos deentidades también se complica por el hecho que muchos elementos geográficos del mundo realsimplemente no encajan bien en los modelos disponibles. Por ejemplo, si decidimosrepresentar un bosque como entidad geográfica de polígono, ¿dónde deberíamos colocar loslímites del bosque? ¿tienen límites los bosques? ¿Existe un límite claro y preciso entre

diferentes tipos de bosques, o más bien hablamos de áreas de transición? Muy a menudoescapamos a este problema porque capturamos la información de un mapa papel donde unafrontera está marcada claramente. ¿Pero es una frontera verdadera? La naturaleza borrosa dela definición de entidades se convierte en un problema cuando el SIG es utilizado para unaaplicación real.

Por lo tanto, si bien es fácil sentenciar que hay cinco tipos básicos de entidades espacialespara modelar el espacio, en realidad definir “qué” tipo de entidad debería reflejar “cual”elemento del mundo real no es una tarea sencilla. Sin embargo, la decisión es de vitalimportancia para el diseño de un SIG. La decisión, por lo tanto, se ha de tomar en función delos objetivos de nuestro trabajo.

Por ejemplo, si una red de carreteras es representada simplemente por una serie de líneas y

no por una red, sería imposible contestar a cuestiones como “¿Cuál es la ruta más corta entre A y B?”. Si un edificio es representado como un punto en lugar de como un polígono seríaimposible “calcular su área”. La habilidad para cambiar de un tipo de entidad a otro es uncomponente importante de la caja de herramientas de un SIG. 

4 ¿CÓMO REPRESENTAR ENTIDADES ESPACIALES EN LOS MODELOS DE DATOS?

“El ojo humano es altamente eficiente para reconocer formas y contornos, pero el ordenadornecesita ser instruido de forma explícita sobre como tratar y visualizar los patrones espaciales.”Burrough (1987) p. 17.

Los ordenadores no son inteligentes y requieren instrucciones no ambiguas sobre cómorealizar tareas específicas. En particular, necesitan instrucciones sobre cómo convertir losdatos de las entidades a representaciones gráficas. Este proceso constituye la segunda etapaen el diseño e implementación de un modelo de datos. Es la fase 2 de abstracción

Existen dos grandes procedimientos para tratar las entidades espaciales: vectorial y raster. Eltérmino “modelo de datos” es utilizado a menudo para describir estos dos conceptos en essentido utilizaremos ese concepto en asociación con el término “raster” y “vectorial”, y losconceptos “modelo de datos” y “modelado de datos” para referirnos al proceso global demodelado.

Para ayudarte a entender estos dos acercamientos te presentamos dos analogías que tepermitirán apreciar las diferencias. Estas analogías se construyen sobre dos juguetescomunes, el Lego (acercamiento raster) y los dibujos Une-los-Puntos (acercamiento vector). Ahora imagínate que tienes que recrear una mapa utilizando ambos medios. En el Lego loharías uniendo las piezas de formas variadas al tablero de base cuadrada. De una formasimilar a la que pintarías los cuadros en una pieza de papel gráfico para formar un cuadro. Con

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el juego Une-los-Puntos crearías tu mapa a partir de una serie de puntos con códigosnuméricos que indican el orden para unir los elementos.

4.1 EL ORIGEN DE LOS SIG RASTERS Y VECTORIALES

Uno de los motivos principales de tener dos modelos de datos espaciales distintos proviene de

los factores tecnológicos y económicos que influenciaron el desarrollo de la industria desoftware gráfico. Desde mediados de los 50, la tecnología de televisores (la tecnología delTubo de Rayos Catódicos) ha servido para fabricar monitores de ordenador. La pantalla de unPC y de un televisor está formada por un número de celdas que se llaman pixels. Para crearuna imagen el PC o el TV asigna una intensidad y un color a cada pixel.

En los gráficos vectoriales del PC/TV la localización precisa del rayo de electrón (electronbeam) está especificada en coordenadas geométricas por el ordenador. La intensidad del rayoes determinada de acuerdo a sí el punto en cuestión es o no una parte visible de la imagen. Enlos gráficos raster del PC/TV el rayo del electrón es extendido repetidamente sobre la superficiedel monitor de un lado a otro y de arriba abajo, y los atributos de la imagen (brillo y color) encada punto son determinados por datos generados por el ordenador.

Con el sistema vectorial, se almacena la forma de la entidad en coordenadas geométricasprecisas. Y en el método raster, se define la forma en términos de pixels.

En el mundo raster, las celdas individuales se utilizan como los bloques constructivos paracrear una imagen de entidades de puntos, líneas, polígonos, redes y superficies. En el mundovectorial la celda es reemplazada por el punto, que es utilizado para construir las mismaslíneas, polígonos, superficies y redes.

En el mundo raster, las celdas están agrupadas para representar áreas y localizadas enpatrones específicos para representar líneas o redes. En el mundo vectorial, los puntos estánunidos con líneas (arcos o vértices) para construir polígonos, superficies y redes.

5 EL CONCEPTO DE “MAPA EN CAPAS”

Hasta aquí hemos analizado cómo loselementos del mundo real pueden serrepresentados por uno de los cinco tipos básicosde entidades (puntos, líneas, polígonos, redes ysuperficies), utilizando el modelo raster o elvectorial. Sin embargo, la complejidad delmundo real es tal, que para la mayoría deaplicaciones SIG es necesario construir modelosde la realidad más complejos que esténconstituidos por diversos tipos de entidades. Porejemplo, un planificador puede necesitar incluiren un SIG información que represente el relieve,

la hidrología, los edificios y la vegetación de unaregión.

El método más comúnmente utilizado paramanejar este caso es adoptar un enfoque porcapas. La siguiente figura nos muestra unejemplo conceptual de este proceso.

En La figura se observa que se han utilizado losdistintos tipos de entidades:

•  para representar el relieve (superficie)

•  la hidrología (red)

•  los edificios (polígono) y la vegetación

(polígono)

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