Sistema de información geográfica - Geographic information system

Concepto básico de GIS

Un sistema de información geográfica ( SIG ) es un marco conceptualizado que brinda la capacidad de capturar y analizar datos espaciales y geográficos . Las aplicaciones GIS (o aplicaciones GIS) son herramientas informáticas que permiten al usuario crear consultas interactivas (búsquedas creadas por el usuario), almacenar y editar datos espaciales y no espaciales, analizar la salida de información espacial y compartir visualmente los resultados de estas operaciones. presentándolos como mapas.

La ciencia de la información geográfica (o ciencia GIS), el estudio científico de conceptos, aplicaciones y sistemas geográficos, también se inicializa comúnmente como GIS.

Los sistemas de información geográfica se utilizan en múltiples tecnologías, procesos, técnicas y métodos. Están vinculados a diversas operaciones y numerosas aplicaciones, que se relacionan con: ingeniería, planificación, gestión, transporte / logística, seguros, telecomunicaciones y negocios. Por esta razón, las aplicaciones de inteligencia de ubicación y GIS son la base de los servicios habilitados para la ubicación, que se basan en el análisis y la visualización geográficos.

El SIG proporciona la capacidad de relacionar información previamente no relacionada, mediante el uso de la ubicación como la "variable de índice clave". Las ubicaciones y extensiones que se encuentran en el espacio-tiempo de la Tierra pueden registrarse a través de la fecha y hora de ocurrencia, junto con las coordenadas x, y, z ; representando, longitud ( x ), latitud ( y ) y elevación ( z ). Todas las referencias terrestres, espaciales-temporales, de ubicación y extensión deben poder relacionarse entre sí y, en última instancia, con una ubicación o extensión física "real". Esta característica clave de los SIG ha comenzado a abrir nuevas vías de investigación y estudios científicos.

Historia y desarrollo

La frase "sistema de información geográfica" fue acuñada por Roger Tomlinson en 1963, cuando publicó el artículo científico "Un sistema de información geográfica para la planificación regional". A Tomlinson, reconocido como el "padre de los SIG", se le atribuye haber permitido la creación del primer SIG computarizado a través de su trabajo en el Sistema de Información Geográfica de Canadá en 1963. Finalmente, Tomlinson creó un marco para una base de datos que era capaz de almacenar y analizar grandes cantidades de datos; lo que llevó al gobierno canadiense a implementar su Programa Nacional de Manejo del Uso de la Tierra.

Versión de EW Gilbert (1958) del mapa de John Snow de 1855 del brote de cólera en el Soho que muestra los grupos de casos de cólera en la epidemia de Londres de 1854

Uno de los primeros casos conocidos en los que se utilizó el análisis espacial provino del campo de la epidemiología en el "Rapport sur la marche et les effets du choléra dans Paris et le département de la Seine " (1832). Geógrafo francés y cartógrafo , Charles Picquet , crearon un mapa delineando las cuarenta y ocho distritos de París , utilizando medios tonos degradados de color, para proporcionar una representación visual para el número de muertes debido a la cólera , por cada 1.000 habitantes.

En 1854, John Snow , epidemiólogo y médico, pudo determinar la fuente de un brote de cólera en Londres mediante el uso de análisis espacial. Snow logró esto trazando la residencia de cada víctima en un mapa del área, así como las fuentes de agua cercanas. Una vez que se marcaron estos puntos, pudo identificar la fuente de agua dentro del grupo que fue responsable del brote. Este fue uno de los primeros usos exitosos de una metodología geográfica para identificar la fuente de un brote en epidemiología. Si bien los elementos básicos de la topografía y el tema existían previamente en la cartografía , el mapa de Snow fue único debido a su uso de métodos cartográficos, no solo para representar, sino también para analizar grupos de fenómenos geográficamente dependientes.

A principios del siglo XX, se desarrolló la fotocincografía , que permitió dividir los mapas en capas, por ejemplo, una capa para la vegetación y otra para el agua. Esto se usó particularmente para imprimir contornos: dibujarlos era una tarea laboriosa, pero tenerlos en una capa separada significaba que se podían trabajar sin las otras capas para confundir al dibujante . Esta obra se dibujó originalmente sobre placas de vidrio pero posteriormente se introdujo la película plástica , con las ventajas de ser más liviana, ocupar menos espacio de almacenamiento y ser menos quebradiza, entre otras. Cuando se terminaron todas las capas, se combinaron en una imagen usando una cámara de proceso grande. Una vez que entró la impresión en color, la idea de las capas también se utilizó para crear planchas de impresión separadas para cada color. Si bien el uso de capas mucho más tarde se convirtió en una de las principales características típicas de un SIG contemporáneo, el proceso fotográfico que acabamos de describir no se considera un SIG en sí mismo, ya que los mapas eran solo imágenes sin una base de datos a la que vincularlos.

Dos desarrollos adicionales son notables en los primeros días de GIS: la publicación de Ian McHarg " Design with Nature" y su método de superposición de mapas y la introducción de una red de calles en el sistema DIME (Dual Independent Map Encoding) de la Oficina del Censo de EE. UU.

El desarrollo de hardware informático impulsado por la investigación de armas nucleares condujo a aplicaciones informáticas de "mapeo" de propósito general a principios de la década de 1960.

En 1960 , el Departamento Federal de Silvicultura y Desarrollo Rural desarrolló el primer SIG realmente operativo del mundo en Ottawa, Ontario , Canadá. Desarrollado por el Dr. Roger Tomlinson , se llamó Sistema de Información Geográfica de Canadá  (CGIS) y se utilizó para almacenar, analizar y manipular los datos recopilados para el Inventario de tierras de Canadá  , un esfuerzo para determinar la capacidad de la tierra para las zonas rurales de Canadá mediante el mapeo de información sobre suelos , agricultura, recreación, vida silvestre, aves acuáticas , silvicultura y uso de la tierra a una escala de 1: 50,000. También se agregó un factor de clasificación de calificación para permitir el análisis.

CGIS fue una mejora con respecto a las aplicaciones de "mapeo por computadora", ya que proporcionó capacidades para superposición, medición y digitalización / escaneo. Apoyaba un sistema de coordenadas nacional que se extendía por todo el continente, codificaba líneas como arcos con una verdadera topología incrustada y almacenaba los atributos y la información de ubicación en archivos separados. Como resultado de esto, Tomlinson se ha hecho conocido como el "padre de los SIG", particularmente por su uso de superposiciones para promover el análisis espacial de datos geográficos convergentes.

CGIS duró hasta la década de 1990 y construyó una gran base de datos digital de recursos terrestres en Canadá. Fue desarrollado como un sistema basado en mainframe en apoyo de la planificación y gestión de recursos federales y provinciales. Su fortaleza fue el análisis de conjuntos de datos complejos en todo el continente . El CGIS nunca estuvo disponible comercialmente.

En 1964 Howard T. Fisher formó el Laboratorio de Gráficos por Computadora y Análisis Espacial en la Escuela de Graduados de Diseño de Harvard (LCGSA 1965-1991), donde se desarrollaron varios conceptos teóricos importantes en el manejo de datos espaciales, y que en la década de 1970 se habían distribuido código y sistemas de software seminales, como SYMAP, GRID y ODYSSEY, que sirvieron como fuentes para el desarrollo comercial posterior, para universidades, centros de investigación y corporaciones de todo el mundo.

A fines de la década de 1970, se estaban desarrollando dos sistemas GIS de dominio público ( MOSS y GRASS GIS ) y, a principios de la década de 1980, M&S Computing (más tarde Intergraph ) junto con Bentley Systems Incorporated para la  plataforma CAD , Environmental Systems Research Institute ( ESRI ), CARIS  (Sistema de información de recursos asistido por computadora), MapInfo Corporation y ERDAS (Sistema de análisis de datos de recursos terrestres) surgieron como proveedores comerciales de software GIS, incorporando con éxito muchas de las características CGIS, combinando el enfoque de primera generación para la separación de información espacial y de atributos con un segundo enfoque de generación para organizar datos de atributos en estructuras de bases de datos.

En 1986, se lanzó Mapping Display and Analysis System (MIDAS), el primer producto GIS de escritorio para el sistema operativo DOS . Este fue renombrado en 1990 a MapInfo para Windows cuando fue adaptado a la plataforma Microsoft Windows . Esto inició el proceso de trasladar el SIG del departamento de investigación al entorno empresarial.

A fines del siglo XX, el rápido crecimiento de varios sistemas se había consolidado y estandarizado en relativamente pocas plataformas y los usuarios estaban comenzando a explorar la posibilidad de ver datos SIG en Internet , lo que requería formatos de datos y estándares de transferencia. Más recientemente, un número creciente de paquetes GIS gratuitos de código abierto se ejecutan en una variedad de sistemas operativos y se pueden personalizar para realizar tareas específicas. Cada vez más aplicaciones de cartografía y datos geoespaciales están disponibles a través de la World Wide Web (ver Lista de software SIG § SIG como servicio ).

Técnicas y tecnología

Las tecnologías modernas de SIG utilizan información digital, para lo cual se utilizan varios métodos de creación de datos digitalizados. El método más común de creación de datos es la digitalización , donde un mapa impreso o un plan de levantamiento se transfiere a un medio digital mediante el uso de un programa CAD y capacidades de georreferenciación. Con la amplia disponibilidad de imágenes orto-rectificadas (de satélites, aviones, helicópteros y vehículos aéreos no tripulados), la digitalización frontal se está convirtiendo en la principal vía a través de la cual se extraen los datos geográficos. La digitalización frontal implica el rastreo de datos geográficos directamente sobre las imágenes aéreas en lugar de mediante el método tradicional de rastrear la forma geográfica en una tableta digitalizadora separada ( digitalización frontal hacia abajo). La digitalización con la cabeza hacia abajo, o digitalización manual, utiliza un lápiz magnético especial, o lápiz, que alimenta información a una computadora para crear un mapa digital idéntico. Algunas tabletas usan una herramienta similar a un mouse, llamada disco, en lugar de un lápiz óptico. El disco tiene una pequeña ventana con retícula que permite una mayor precisión y la localización de las características del mapa. Aunque la digitalización frontal se utiliza con más frecuencia, la digitalización frontal sigue siendo útil para digitalizar mapas de mala calidad.

El geoprocesamiento es una operación GIS que se utiliza para manipular datos espaciales. Una operación de geoprocesamiento típica toma un dataset de entrada , realiza una operación en ese dataset y devuelve el resultado de la operación como un dataset de salida. Las operaciones de geoprocesamiento comunes incluyen superposición de características geográficas, selección y análisis de características, procesamiento de topología , procesamiento de ráster y conversión de datos. El geoprocesamiento permite la definición, gestión y análisis de la información utilizada para tomar decisiones.

Relacionar información de diferentes fuentes

El SIG utiliza la ubicación espacio-temporal ( espacio-tiempo ) como la variable de índice clave para el resto de la información. Así como una base de datos relacional que contiene texto o números puede relacionar muchas tablas diferentes usando variables de índice clave comunes, SIG puede relacionar información que de otra manera no estaría relacionada usando la ubicación como la variable de índice clave. La clave es la ubicación y / o extensión en el espacio-tiempo.

Cualquier variable que pueda ubicarse espacialmente, y cada vez más también temporalmente, puede ser referenciada usando un SIG. Las ubicaciones o extensiones en el espacio-tiempo de la Tierra pueden registrarse como fechas / horas de ocurrencia, y las coordenadas x, y, z que representan la longitud , la latitud y la elevación , respectivamente. Estas coordenadas GIS pueden representar otros sistemas cuantificados de referencia temporoespacial (por ejemplo, número de fotograma de la película, estación de medición de corriente, marcador de milla de carretera, punto de referencia del topógrafo, dirección del edificio, intersección de calles, puerta de entrada, sondeo de profundidad del agua, POS o dibujo CAD origen / unidades). Las unidades aplicadas a los datos espacio-temporales registrados pueden variar ampliamente (incluso cuando se usan exactamente los mismos datos, ver proyecciones de mapas ), pero todas las referencias de extensión y ubicación espacio-temporal basadas en la Tierra deberían, idealmente, poder relacionarse entre sí y, en última instancia, con un ubicación física "real" o extensión en el espacio-tiempo.

En relación con información espacial precisa, se puede analizar, interpretar y representar una increíble variedad de datos proyectados, pasados ​​o futuros del mundo real. Esta característica clave de SIG ha comenzado a abrir nuevas vías de investigación científica sobre comportamientos y patrones de información del mundo real que anteriormente no se habían correlacionado sistemáticamente .

Incertidumbres GIS

La precisión del SIG depende de los datos de origen y de cómo se codifican para hacer referencia a los datos. Los topógrafos terrestres han podido proporcionar un alto nivel de precisión posicional utilizando las posiciones derivadas del GPS . El terreno digital de alta resolución y las imágenes aéreas, las computadoras potentes y la tecnología web están cambiando la calidad, la utilidad y las expectativas de los SIG para servir a la sociedad a gran escala, pero, sin embargo, existen otras fuentes de datos que afectan la precisión general de los SIG, como los mapas en papel, aunque estos pueden ser de uso limitado para lograr la precisión deseada.

Al desarrollar una base de datos topográfica digital para un SIG, los mapas topográficos son la fuente principal, y la fotografía aérea y las imágenes satelitales son fuentes adicionales para recopilar datos e identificar atributos que pueden mapearse en capas sobre un facsímil de ubicación a escala. La escala de un mapa y el tipo de representación del área de representación geográfica, o proyección del mapa , son aspectos muy importantes ya que el contenido de la información depende principalmente del conjunto de escalas y la localización resultante de las representaciones del mapa. Para digitalizar un mapa, el mapa debe verificarse dentro de las dimensiones teóricas, luego escanearse en un formato ráster, y los datos ráster resultantes deben recibir una dimensión teórica mediante un proceso de tecnología de laminado / deformación de caucho conocido como georreferenciación .

Un análisis cuantitativo de mapas enfoca los problemas de precisión. Los equipos electrónicos y de otro tipo que se utilizan para realizar mediciones para SIG son mucho más precisos que las máquinas de análisis de mapas convencionales. Todos los datos geográficos son intrínsecamente inexactos, y estas inexactitudes se propagarán a través de las operaciones de SIG en formas que son difíciles de predecir.

Representación de datos

Los datos GIS representan objetos reales (como carreteras, uso del suelo, elevación, árboles, vías fluviales, etc.) con datos digitales que determinan la combinación. Los objetos reales se pueden dividir en dos abstracciones: objetos discretos (por ejemplo, una casa) y campos continuos (como la cantidad de lluvia o elevaciones). Tradicionalmente, se utilizan dos métodos amplios para almacenar datos en un SIG para ambos tipos de referencias de mapeo de abstracciones: imágenes rasterizadas y vectoriales . Los puntos, líneas y polígonos representan datos vectoriales de referencias de atributos de ubicación mapeados.

Un nuevo método híbrido de almacenamiento de datos es el de identificar nubes de puntos, que combinan puntos tridimensionales con información RGB en cada punto, devolviendo una " imagen en color 3D ". Los mapas temáticos de SIG se están volviendo cada vez más realistas y visualmente descriptivos de lo que se proponen mostrar o determinar.

Para obtener una lista de formatos de archivo GIS populares, como shapefiles , consulte Formatos de archivo GIS § Formatos de archivo GIS populares .

Captura de datos

Ejemplo de hardware para mapeo ( GPS y telémetro láser ) y recolección de datos ( computadora robusta ). La tendencia actual para el sistema de información geográfica (SIG) es que se completan mapas y análisis de datos precisos mientras se está en el campo. El hardware representado ( tecnología de mapas de campo ) se utiliza principalmente para inventarios forestales , monitoreo y mapeo.

La captura de datos (ingresar información en el sistema) consume gran parte del tiempo de los profesionales de SIG. Hay una variedad de métodos que se utilizan para ingresar datos en un SIG donde se almacenan en formato digital.

Los datos existentes impresos en papel o mapas de película PET se pueden digitalizar o escanear para producir datos digitales. Un digitalizador produce datos vectoriales cuando un operador traza puntos, líneas y límites de polígonos desde un mapa. El escaneo de un mapa da como resultado datos ráster que podrían procesarse más para producir datos vectoriales.

Los datos de la encuesta se pueden ingresar directamente en un SIG desde los sistemas de recopilación de datos digitales en los instrumentos de la encuesta utilizando una técnica llamada geometría de coordenadas (COGO) . Las posiciones de un sistema global de navegación por satélite ( GNSS ) como el Sistema de posicionamiento global también se pueden recopilar y luego importar a un GIS. Una tendencia actual en la recopilación de datos brinda a los usuarios la capacidad de utilizar computadoras de campo con la capacidad de editar datos en vivo usando conexiones inalámbricas o sesiones de edición desconectadas. Esto se ha mejorado gracias a la disponibilidad de unidades GPS de calidad cartográfica de bajo costo con precisión decimétrica en tiempo real. Esto elimina la necesidad de publicar, importar y actualizar los datos en la oficina después de que se haya recopilado el trabajo de campo. Esto incluye la capacidad de incorporar posiciones recopiladas mediante un telémetro láser . Las nuevas tecnologías también permiten a los usuarios crear mapas y análisis directamente en el campo, lo que hace que los proyectos sean más eficientes y la cartografía más precisa.

Los datos de detección remota también juegan un papel importante en la recopilación de datos y consisten en sensores conectados a una plataforma. Los sensores incluyen cámaras, escáneres digitales y lidar , mientras que las plataformas suelen consistir en aviones y satélites . En Inglaterra, a mediados de la década de 1990, los globos / cometas híbridos llamados helikites fueron los primeros en utilizar cámaras digitales compactas aerotransportadas como sistemas de geoinformación aerotransportados. Se utilizó un software de medición de aeronaves, con una precisión de 0,4 mm, para vincular las fotografías y medir el suelo. Los helicópteros son económicos y recopilan datos más precisos que los aviones. Los helicópteros se pueden utilizar en carreteras, ferrocarriles y ciudades donde los vehículos aéreos no tripulados (UAV) están prohibidos.

Recientemente, la recopilación de datos aéreos se ha vuelto más accesible con vehículos aéreos no tripulados y drones en miniatura . Por ejemplo, el Aeryon Scout se utilizó para mapear un área de 50 acres con una distancia de muestra del suelo de 1 pulgada (2,54 cm) en solo 12 minutos.

La mayoría de los datos digitales provienen actualmente de la interpretación fotográfica de fotografías aéreas. Las estaciones de trabajo de copia electrónica se utilizan para digitalizar funciones directamente a partir de pares estéreo de fotografías digitales. Estos sistemas permiten capturar datos en dos y tres dimensiones, con elevaciones medidas directamente desde un par estéreo utilizando principios de fotogrametría . Las fotografías aéreas analógicas se deben escanear antes de ingresarlas en un sistema de copia electrónica; en el caso de las cámaras digitales de alta calidad, se omite este paso.

La teledetección por satélite proporciona otra fuente importante de datos espaciales. Aquí los satélites utilizan diferentes paquetes de sensores para medir pasivamente la reflectancia de partes del espectro electromagnético o de ondas de radio que fueron enviadas desde un sensor activo como un radar. La teledetección recopila datos ráster que pueden procesarse posteriormente utilizando diferentes bandas para identificar objetos y clases de interés, como la cobertura del suelo.

La minería web es un método novedoso para recopilar datos espaciales. Los investigadores crean una aplicación de rastreo web para agregar los datos espaciales necesarios de la web . Por ejemplo, la ubicación geográfica exacta o el vecindario de los apartamentos se puede recopilar en los sitios web de listados de propiedades inmobiliarias en línea.

Cuando se capturan los datos, el usuario debe considerar si los datos deben capturarse con una precisión relativa o absoluta, ya que esto no solo podría influir en cómo se interpretará la información, sino también en el costo de la captura de datos.

Después de ingresar datos en un SIG, los datos generalmente requieren edición, para eliminar errores o procesamiento adicional. En el caso de los datos vectoriales, debe hacerse "topológicamente correcto" antes de que pueda utilizarse para algún análisis avanzado. Por ejemplo, en una red de carreteras, las líneas deben conectarse con nodos en una intersección. También deben eliminarse los errores como los subimpulsos y los sobreimpulsos. Para los mapas escaneados, es posible que sea necesario eliminar las imperfecciones del mapa de origen del ráster resultante . Por ejemplo, una mota de suciedad puede conectar dos líneas que no deberían estar conectadas.

Traducción de ráster a vector

Un SIG puede realizar la reestructuración de datos para convertir los datos en diferentes formatos. Por ejemplo, un SIG se puede utilizar para convertir un mapa de imágenes de satélite en una estructura vectorial generando líneas alrededor de todas las celdas con la misma clasificación, mientras se determinan las relaciones espaciales de las celdas, como la adyacencia o la inclusión.

El procesamiento de datos más avanzado puede ocurrir con el procesamiento de imágenes , una técnica desarrollada a fines de la década de 1960 por la NASA y el sector privado para proporcionar mejora del contraste, reproducción de colores falsos y una variedad de otras técnicas, incluido el uso de transformadas de Fourier bidimensionales . Dado que los datos digitales se recopilan y almacenan de diversas formas, es posible que las dos fuentes de datos no sean totalmente compatibles. Por tanto, un SIG debe poder convertir datos geográficos de una estructura a otra. Al hacerlo, los supuestos implícitos detrás de las diferentes ontologías y clasificaciones requieren un análisis. Las ontologías de objetos han ganado una importancia cada vez mayor como consecuencia de la programación orientada a objetos y el trabajo sostenido de Barry Smith y sus colaboradores.

Proyecciones, sistemas de coordenadas y registro

La Tierra se puede representar mediante varios modelos, cada uno de los cuales puede proporcionar un conjunto diferente de coordenadas (por ejemplo, latitud, longitud, elevación) para cualquier punto dado de la superficie de la Tierra. El modelo más simple es asumir que la tierra es una esfera perfecta. A medida que se han acumulado más mediciones de la tierra, los modelos de la tierra se han vuelto más sofisticados y precisos. De hecho, existen modelos llamados datums que se aplican a diferentes áreas de la tierra para proporcionar una mayor precisión, como North American Datum de 1983 para las mediciones de EE. UU. Y el Sistema Geodésico Mundial para las mediciones de todo el mundo.

La latitud y la longitud en un mapa elaborado con un datum local pueden no ser las mismas que las obtenidas de un receptor GPS . La conversión de coordenadas de un datum a otro requiere una transformación de datum como una transformación de Helmert , aunque en ciertas situaciones una simple traducción puede ser suficiente.

En el software GIS popular, los datos proyectados en latitud / longitud a menudo se representan como un sistema de coordenadas geográficas . Por ejemplo, los datos en latitud / longitud si el datum es el 'Datum de América del Norte de 1983' se denotan por 'GCS North American 1983'.

Análisis espacial con GIS

El análisis espacial GIS es un campo que cambia rápidamente, y los paquetes GIS incluyen cada vez más herramientas analíticas como instalaciones integradas estándar, como conjuntos de herramientas opcionales, como complementos o 'analistas'. En muchos casos, estos son proporcionados por los proveedores de software originales (proveedores comerciales o equipos de desarrollo colaborativos no comerciales), mientras que en otros casos las instalaciones se han desarrollado y son proporcionadas por terceros. Además, muchos productos ofrecen kits de desarrollo de software (SDK), lenguajes de programación y soporte de lenguaje, funciones de scripting y / o interfaces especiales para desarrollar las propias herramientas analíticas o variantes. La mayor disponibilidad ha creado una nueva dimensión para la inteligencia empresarial denominada " inteligencia espacial " que, cuando se entrega abiertamente a través de una intranet, democratiza el acceso a los datos geográficos y de las redes sociales. La inteligencia geoespacial , basada en el análisis espacial GIS, también se ha convertido en un elemento clave para la seguridad. El SIG en su conjunto puede describirse como conversión a una representación vectorial o a cualquier otro proceso de digitalización.

Pendiente y aspecto

La pendiente se puede definir como la inclinación o pendiente de una unidad de terreno, generalmente medida como un ángulo en grados o como un porcentaje. El aspecto se puede definir como la dirección en la que se enfrenta una unidad de terreno. El aspecto generalmente se expresa en grados desde el norte. La pendiente, el aspecto y la curvatura de la superficie en el análisis de terreno se derivan de operaciones de vecindad utilizando valores de elevación de los vecinos adyacentes de una celda. La pendiente es una función de la resolución, y siempre se debe especificar la resolución espacial utilizada para calcular la pendiente y el aspecto. Varios autores han comparado técnicas para calcular la pendiente y el aspecto.

Se puede utilizar el siguiente método para derivar pendiente y orientación:
La elevación en un punto o unidad de terreno tendrá tangentes perpendiculares (pendiente) que atraviesen el punto, en dirección este-oeste y norte-sur. Estas dos tangentes dan dos componentes, ∂z / ∂x y ∂z / ∂y, que luego se utilizan para determinar la dirección general de la pendiente y el aspecto de la pendiente. El gradiente se define como una cantidad vectorial con componentes iguales a las derivadas parciales de la superficie en las direcciones xey.

El cálculo de la pendiente S y el aspecto A de la cuadrícula 3 × 3 general para los métodos que determinan el componente este-oeste y norte-sur utiliza las siguientes fórmulas, respectivamente:

Zhou y Liu describen otra fórmula para calcular el aspecto, de la siguiente manera:

Análisis de los datos

Es difícil relacionar los mapas de humedales con las cantidades de lluvia registradas en diferentes puntos como aeropuertos, estaciones de televisión y escuelas. Sin embargo, se puede utilizar un SIG para representar características bidimensionales y tridimensionales de la superficie, el subsuelo y la atmósfera de la Tierra a partir de puntos de información. Por ejemplo, un SIG puede generar rápidamente un mapa con isopletas o curvas de nivel que indiquen diferentes cantidades de lluvia. Este mapa se puede considerar como un mapa de curvas de nivel de lluvia. Muchos métodos sofisticados pueden estimar las características de superficies a partir de un número limitado de mediciones puntuales. Un mapa de contorno bidimensional creado a partir del modelado de superficie de las mediciones de puntos de lluvia puede superponerse y analizarse con cualquier otro mapa en un SIG que cubra la misma área. Este mapa derivado de SIG puede proporcionar información adicional, como la viabilidad del potencial de energía hidráulica como fuente de energía renovable . De manera similar, los SIG se pueden utilizar para comparar otros recursos de energía renovable para encontrar el mejor potencial geográfico para una región.

Además, a partir de una serie de puntos tridimensionales, o un modelo de elevación digital , se pueden generar líneas isopletas que representan contornos de elevación, junto con análisis de pendiente, relieve sombreado y otros productos de elevación. Las cuencas hidrográficas se pueden definir fácilmente para cualquier tramo dado, calculando todas las áreas contiguas y cuesta arriba desde cualquier punto de interés dado. De manera similar, se puede calcular un tallo esperado de donde el agua superficial querría viajar en corrientes intermitentes y permanentes a partir de los datos de elevación en el SIG.

Modelado topológico

Un SIG puede reconocer y analizar las relaciones espaciales que existen dentro de los datos espaciales almacenados digitalmente. Estas relaciones topológicas permiten realizar modelos y análisis espaciales complejos. Las relaciones topológicas entre entidades geométricas tradicionalmente incluyen adyacencia (lo que se une a qué), contención (lo que encierra qué) y proximidad (qué tan cerca está algo de otra cosa).

Redes geométricas

Ciudades importantes de Irán según la centralidad en el transporte.

Las redes geométricas son redes lineales de objetos que se pueden usar para representar características interconectadas y para realizar análisis espaciales especiales sobre ellas. Una red geométrica se compone de bordes, que están conectados en puntos de unión, de forma similar a los gráficos en matemáticas e informática. Al igual que los gráficos, las redes pueden tener un peso y un flujo asignados a sus bordes, que se pueden usar para representar varias características interconectadas con mayor precisión. Las redes geométricas se utilizan a menudo para modelar redes de carreteras y redes de servicios públicos , como redes eléctricas, de gas y de agua. El modelado de redes también se emplea comúnmente en la planificación del transporte , el modelado hidrológico y el modelado de infraestructura .

Modelización hidrológica

Los modelos hidrológicos SIG pueden proporcionar un elemento espacial del que carecen otros modelos hidrológicos, con el análisis de variables como pendiente, aspecto y cuenca o área de captación . El análisis del terreno es fundamental para la hidrología, ya que el agua siempre fluye por una pendiente. Como el análisis básico del terreno de un modelo de elevación digital (DEM) implica el cálculo de la pendiente y el aspecto, los DEM son muy útiles para el análisis hidrológico. La pendiente y el aspecto se pueden usar para determinar la dirección de la escorrentía superficial y, por lo tanto, la acumulación de flujo para la formación de arroyos, ríos y lagos. Las áreas de flujo divergente también pueden dar una indicación clara de los límites de una cuenca. Una vez que se ha creado una matriz de acumulación y dirección de flujo, se pueden realizar consultas que muestren áreas de contribución o dispersión en un punto determinado. Se pueden agregar más detalles al modelo, como la rugosidad del terreno, los tipos de vegetación y los tipos de suelo, que pueden influir en las tasas de infiltración y evapotranspiración y, por lo tanto, influir en el flujo superficial. Uno de los principales usos de la modelización hidrológica es la investigación de la contaminación ambiental . Otras aplicaciones del modelado hidrológico incluyen el mapeo de aguas subterráneas y superficiales , así como mapas de riesgo de inundaciones.

Modelado cartográfico

Un ejemplo de uso de capas en una aplicación GIS. En este ejemplo, la capa de cobertura forestal (verde claro) forma la capa inferior, con la capa topográfica (líneas de contorno) sobre ella. Lo siguiente es una capa de agua estancada (estanque, lago) y luego una capa de agua que fluye (arroyo, río), seguida de la capa límite y finalmente la capa de la carretera en la parte superior. El orden es muy importante para mostrar correctamente el resultado final. Tenga en cuenta que los estanques están colocados debajo de los arroyos, por lo que se puede ver una línea de arroyos sobre uno de los estanques.

Dana Tomlin probablemente acuñó el término "modelado cartográfico" en su tesis doctoral (1983); más tarde lo utilizó en el título de su libro, Sistemas de información geográfica y modelado cartográfico (1990). El modelado cartográfico se refiere a un proceso en el que se producen, procesan y analizan varias capas temáticas de la misma área. Tomlin usó capas ráster, pero el método de superposición (ver más abajo) se puede usar de manera más general. Las operaciones en las capas del mapa se pueden combinar en algoritmos y, finalmente, en modelos de simulación u optimización.

Superposición de mapa

La combinación de varios conjuntos de datos espaciales (puntos, líneas o polígonos ) crea un nuevo conjunto de datos vectoriales de salida, visualmente similar a apilar varios mapas de la misma región. Estas superposiciones son similares a las superposiciones de diagramas de Venn matemáticos . Una superposición de unión combina las características geográficas y las tablas de atributos de ambas entradas en una única salida nueva. Una superposición de intersección define el área donde ambas entradas se superponen y retiene un conjunto de campos de atributos para cada una. Una superposición de diferencia simétrica define un área de salida que incluye el área total de ambas entradas excepto el área superpuesta.

La extracción de datos es un proceso GIS similar a la superposición de vectores, aunque se puede utilizar en el análisis de datos vectoriales o ráster. En lugar de combinar las propiedades y características de ambos conjuntos de datos, la extracción de datos implica el uso de un "clip" o "máscara" para extraer las características de un conjunto de datos que se encuentran dentro de la extensión espacial de otro conjunto de datos.

En el análisis de datos ráster, la superposición de conjuntos de datos se logra mediante un proceso conocido como "operación local en múltiples rásteres" o " álgebra de mapas ", mediante una función que combina los valores de la matriz de cada ráster . Esta función puede sopesar algunas entradas más que otras mediante el uso de un "modelo de índice" que refleja la influencia de varios factores sobre un fenómeno geográfico.

Geoestadística

La geoestadística es una rama de la estadística que se ocupa de datos de campo, datos espaciales con un índice continuo. Proporciona métodos para modelar la correlación espacial y predecir valores en ubicaciones arbitrarias (interpolación).

Cuando se miden los fenómenos, los métodos de observación dictan la precisión de cualquier análisis posterior. Debido a la naturaleza de los datos (por ejemplo, patrones de tráfico en un entorno urbano; patrones climáticos sobre el Océano Pacífico ), siempre se pierde un grado de precisión constante o dinámico en la medición. Esta pérdida de precisión se determina a partir de la escala y distribución de la recopilación de datos.

Para determinar la relevancia estadística del análisis, se determina un promedio de modo que se puedan incluir puntos (gradientes) fuera de cualquier medición inmediata para determinar su comportamiento previsto. Esto se debe a las limitaciones de los métodos de recopilación de datos y estadísticas aplicados, y se requiere la interpolación para predecir el comportamiento de partículas, puntos y ubicaciones que no se pueden medir directamente.

Modelo de sombreado derivado de un modelo de elevación digital del área de Valestra en los Apeninos del norte (Italia)

La interpolación es el proceso mediante el cual se crea una superficie, generalmente un dataset ráster, mediante la entrada de datos recopilados en varios puntos de muestra. Hay varias formas de interpolación, cada una de las cuales trata los datos de manera diferente, según las propiedades del conjunto de datos. Al comparar los métodos de interpolación, la primera consideración debe ser si los datos de origen cambiarán o no (exactos o aproximados). Lo siguiente es si el método es subjetivo, una interpretación humana u objetivo. Luego está la naturaleza de las transiciones entre puntos: son abruptas o graduales. Finalmente, está si un método es global (usa todo el conjunto de datos para formar el modelo) o local donde un algoritmo se repite para una pequeña sección del terreno.

La interpolación es una medida justificada debido a un principio de autocorrelación espacial que reconoce que los datos recopilados en cualquier posición tendrán una gran similitud o influencia de esas ubicaciones dentro de su vecindad inmediata.

Modelos digitales de elevación , redes irregulares trianguladas , algoritmos de búsqueda de bordes, polígonos de Thiessen , análisis de Fourier , promedios móviles (ponderados) , ponderación de distancia inversa , kriging , spline y análisis de superficie de tendencia son todos métodos matemáticos para producir datos interpolativos.

Codificación geográfica de direcciones

La codificación geográfica consiste en interpolar ubicaciones espaciales (coordenadas X, Y) de direcciones de calles o cualquier otro dato de referencia espacial, como códigos postales , lotes de parcelas y ubicaciones de direcciones. Se requiere un tema de referencia para geocodificar direcciones individuales, como un archivo de línea central de carretera con rangos de direcciones. Históricamente, las ubicaciones de direcciones individuales se han interpolado o estimado mediante el examen de los rangos de direcciones a lo largo de un segmento de la carretera. Por lo general, se proporcionan en forma de tabla o base de datos. Luego, el software colocará un punto aproximadamente donde pertenece esa dirección a lo largo del segmento de la línea central. Por ejemplo, un punto de dirección 500 estará en el punto medio de un segmento de línea que comienza con la dirección 1 y termina con la dirección 1,000. La codificación geográfica también se puede aplicar a los datos de parcelas reales, generalmente de mapas de impuestos municipales. En este caso, el resultado de la codificación geográfica será un espacio realmente posicionado en lugar de un punto interpolado. Este enfoque se utiliza cada vez más para proporcionar información de ubicación más precisa.

Codificación geográfica inversa

La codificación geográfica inversa es el proceso de devolver un número de dirección de calle estimado en relación con una coordenada determinada. Por ejemplo, un usuario puede hacer clic en un tema de la línea central de la carretera (proporcionando así una coordenada) y obtener información que refleje el número de casa estimado. Este número de casa se interpola de un rango asignado a ese segmento de carretera. Si el usuario hace clic en el punto medio de un segmento que comienza con la dirección 1 y termina con 100, el valor devuelto estará en algún lugar cercano a 50. Tenga en cuenta que la codificación geográfica inversa no devuelve direcciones reales, solo estimaciones de lo que debería estar allí según el valor predeterminado. distancia.

Análisis de decisiones multicriterio

Junto con el SIG, los métodos de análisis de decisiones multicriterio ayudan a los tomadores de decisiones a analizar un conjunto de soluciones espaciales alternativas, como el hábitat ecológico más probable para la restauración, frente a múltiples criterios, como la cubierta vegetal o las carreteras. MCDA utiliza reglas de decisión para agregar los criterios, lo que permite clasificar o priorizar las soluciones alternativas. GIS MCDA puede reducir los costos y el tiempo involucrado en la identificación de posibles sitios de restauración.

Salida de datos y cartografía

La cartografía es el diseño y producción de mapas o representaciones visuales de datos espaciales. La gran mayoría de la cartografía moderna se realiza con la ayuda de computadoras, generalmente utilizando SIG, pero la producción de cartografía de calidad también se logra importando capas en un programa de diseño para refinarlo. La mayor parte del software GIS le da al usuario un control sustancial sobre la apariencia de los datos.

El trabajo cartográfico tiene dos funciones principales:

Primero, produce gráficos en la pantalla o en papel que transmiten los resultados del análisis a las personas que toman decisiones sobre los recursos. Se pueden generar mapas murales y otros gráficos, lo que permite al espectador visualizar y, por lo tanto, comprender los resultados de análisis o simulaciones de eventos potenciales. Los servidores de mapas web facilitan la distribución de mapas generados a través de navegadores web utilizando diversas implementaciones de interfaces de programación de aplicaciones basadas en web ( AJAX , Java , Flash , etc.).

En segundo lugar, se puede generar otra información de la base de datos para su posterior análisis o uso. Un ejemplo sería una lista de todas las direcciones dentro de una milla (1.6 km) de un derrame tóxico.

Técnicas de visualización gráfica

Un mapa topográfico tradicional renderizado en 3D

Los mapas tradicionales son abstracciones del mundo real, una muestra de elementos importantes representados en una hoja de papel con símbolos para representar objetos físicos. Las personas que usan mapas deben interpretar estos símbolos. Los mapas topográficos muestran la forma de la superficie terrestre con curvas de nivel o con relieve sombreado .

Hoy en día, las técnicas de visualización gráfica, como el sombreado basado en la altitud en un SIG, pueden hacer visibles las relaciones entre los elementos del mapa, aumentando la capacidad para extraer y analizar información. Por ejemplo, se combinaron dos tipos de datos en un SIG para producir una vista en perspectiva de una parte del condado de San Mateo , California .

  • El modelo de elevación digital , que consiste en elevaciones de la superficie registradas en una cuadrícula horizontal de 30 metros, muestra las elevaciones altas en blanco y las bajas en negro.
  • La imagen adjunta del Landsat Thematic Mapper muestra una imagen infrarroja de color falso mirando hacia abajo en la misma área en píxeles de 30 metros, o elementos de imagen, para los mismos puntos de coordenadas, píxel por píxel, que la información de elevación.

Se usó un SIG para registrar y combinar las dos imágenes para representar la vista en perspectiva tridimensional mirando hacia la falla de San Andrés , usando los píxeles de la imagen Thematic Mapper, pero sombreados usando la elevación de los accidentes geográficos . La pantalla GIS depende del punto de vista del observador y la hora del día de la pantalla, para representar correctamente las sombras creadas por los rayos del sol en esa latitud, longitud y hora del día.

Un arqueocromo es una nueva forma de mostrar datos espaciales. Es una temática en un mapa 3D que se aplica a un edificio específico o una parte de un edificio. Es adecuado para la visualización visual de datos de pérdida de calor.

ETL espacial

Las herramientas de ETL espacial proporcionan la funcionalidad de procesamiento de datos del  software tradicional de extracción, transformación y carga (ETL), pero con un enfoque principal en la capacidad de administrar datos espaciales. Proporcionan a los usuarios de SIG la capacidad de traducir datos entre diferentes estándares y formatos propietarios, mientras transforman geométricamente los datos en ruta. Estas herramientas pueden venir en forma de complementos para software de propósito más amplio existente, como hojas de cálculo .

Minería de datos GIS

SIG o minería de datos espaciales es la aplicación de métodos de minería de datos a datos espaciales. La minería de datos, que es la búsqueda parcialmente automatizada de patrones ocultos en grandes bases de datos, ofrece grandes beneficios potenciales para la toma de decisiones aplicada basada en SIG. Las aplicaciones típicas incluyen monitoreo ambiental. Una característica de tales aplicaciones es que la correlación espacial entre las mediciones de datos requiere el uso de algoritmos especializados para un análisis de datos más eficiente.

Aplicaciones

Desde su origen en la década de 1960, el SIG se ha utilizado en una gama cada vez mayor de aplicaciones, lo que corrobora la importancia generalizada de la ubicación y se ha visto favorecido por la continua reducción de las barreras para la adopción de tecnología geoespacial. Los quizás cientos de usos diferentes de SIG se pueden clasificar de varias maneras:

  • Objetivo : el propósito de una aplicación puede clasificarse en términos generales como investigación científica o gestión de recursos . El propósito de la investigación , definido de la manera más amplia posible, es descubrir nuevos conocimientos; esto puede ser realizado por alguien que se considere científico, pero también puede hacerlo cualquiera que esté tratando de aprender por qué el mundo parece funcionar de la manera en que lo hace. Un estudio tan práctico como descifrar por qué ha fallado la ubicación de una empresa sería una investigación en este sentido. La gestión (a veces denominada aplicaciones operativas), también definida de la manera más amplia posible, es la aplicación del conocimiento para tomar decisiones prácticas sobre cómo emplear los recursos sobre los que uno tiene control para lograr sus metas. Estos recursos pueden ser tiempo, capital, trabajo, equipo, tierra, depósitos minerales, vida silvestre, etc.
    • Nivel de decisión : las aplicaciones de gestión se han clasificado además como estratégicas , tácticas , operativas , una clasificación común en la gestión empresarial . Las tareas estratégicas son decisiones visionarias a largo plazo sobre los objetivos que se deben tener, como si una empresa debe expandirse o no. Las tareas tácticas son decisiones a mediano plazo sobre cómo lograr objetivos estratégicos, como un bosque nacional que crea un plan de manejo de pastoreo. Las decisiones operativas tienen que ver con las tareas del día a día, como que una persona encuentre la ruta más corta a una pizzería.
  • Tema : los dominios en los que se aplica el SIG caen principalmente en los que se ocupan del mundo humano (por ejemplo, economía , política , transporte , educación , arquitectura del paisaje , arqueología , planificación urbana , bienes raíces , salud pública , mapeo del crimen , defensa nacional ), y los que se ocupan del mundo natural (por ejemplo, geología , biología , oceanografía , clima ). Dicho esto, una de las poderosas capacidades de SIG y la perspectiva espacial de la geografía es su capacidad integradora para comparar temas dispares, y muchas aplicaciones están relacionadas con múltiples dominios. Entre los ejemplos de dominios de aplicación humano-naturales integrados se incluyen la mitigación de peligros naturales , la gestión de la vida silvestre , el desarrollo sostenible , los recursos naturales y la respuesta al cambio climático .
  • Institución : SIG se ha implementado en una variedad de diferentes tipos de instituciones: gobierno (en todos los niveles, desde municipal hasta internacional), empresas (de todos los tipos y tamaños), organizaciones sin fines de lucro (incluso iglesias), así como para usos personales . Este último se ha vuelto cada vez más prominente con el auge de los teléfonos inteligentes habilitados para la ubicación.
  • Vida útil : las implementaciones de GIS pueden centrarse en un proyecto o una empresa . Un proyecto GIS se enfoca en lograr una sola tarea: se recopilan datos, se realizan análisis y los resultados se producen por separado de cualquier otro proyecto que la persona pueda realizar, y la implementación es esencialmente transitoria. Un SIG empresarial está destinado a ser una institución permanente, incluida una base de datos que está cuidadosamente diseñada para ser útil para una variedad de proyectos durante muchos años, y que probablemente sea utilizada por muchas personas en una empresa, con algunas empleadas a tiempo completo solo para mantener eso.
  • Integración : Tradicionalmente, la mayoría de las aplicaciones GIS eran independientes , utilizando software GIS especializado, hardware especializado, datos especializados y profesionales especializados. Aunque estos siguen siendo comunes hasta el día de hoy, las aplicaciones integradas han aumentado considerablemente, ya que la tecnología geoespacial se fusionó en aplicaciones empresariales más amplias, compartiendo infraestructura de TI, bases de datos y software, a menudo utilizando plataformas de integración empresarial como SAP .

La implementación de un SIG a menudo está impulsada por requisitos jurisdiccionales (como una ciudad), de propósito o de aplicación. Generalmente, una implementación de SIG puede diseñarse a medida para una organización. Por lo tanto, una implementación de SIG desarrollada para una aplicación, jurisdicción, empresa o propósito puede no ser necesariamente interoperable o compatible con un SIG que ha sido desarrollado para alguna otra aplicación, jurisdicción, empresa o propósito.

El SIG también se está diversificando hacia los servicios basados en la ubicación , lo que permite que los dispositivos móviles con GPS muestren su ubicación en relación con objetos fijos (restaurante más cercano, gasolinera, boca de incendios) u objetos móviles (amigos, niños, coche de policía), o para retransmitir su posición a un servidor central para su visualización u otro procesamiento.

Estándares del Consorcio Geoespacial Abierto

El Consorcio Geoespacial Abierto (OGC) es un consorcio industrial internacional de 384 empresas, agencias gubernamentales, universidades e individuos que participan en un proceso de consenso para desarrollar especificaciones de geoprocesamiento disponibles públicamente. Las interfaces abiertas y los protocolos definidos por las especificaciones de OpenGIS admiten soluciones interoperables que "geo-habilitan" la Web, los servicios inalámbricos y basados ​​en la ubicación, y la tecnología principal, y permiten a los desarrolladores de tecnología hacer que la información y los servicios espaciales complejos sean accesibles y útiles con todo tipo de aplicaciones. . Los protocolos de Open Geospatial Consortium incluyen el servicio de mapas web y el servicio de características web .

Los productos GIS son divididos por la OGC en dos categorías, en función de cuán completa y exactamente el software sigue las especificaciones de la OGC.

Los estándares OGC ayudan a las herramientas GIS a comunicarse.

Los productos compatibles son productos de software que cumplen con las especificaciones OpenGIS de OGC. Cuando un producto ha sido probado y certificado como conforme a través del Programa de Pruebas OGC, el producto se registra automáticamente como "conforme" en este sitio.

Los productos de implementación son productos de software que implementan especificaciones de OpenGIS pero que aún no han pasado una prueba de cumplimiento. Las pruebas de cumplimiento no están disponibles para todas las especificaciones. Los desarrolladores pueden registrar sus productos como un borrador de implementación o especificaciones aprobadas, aunque OGC se reserva el derecho de revisar y verificar cada entrada.

Mapeo web

En los últimos años ha habido una proliferación de software de mapeo de fácil acceso y de uso gratuito, como las aplicaciones web patentadas Google Maps y Bing Maps , así como la alternativa gratuita y de código abierto OpenStreetMap . Estos servicios brindan al público acceso a grandes cantidades de datos geográficos, que muchos usuarios perciben como confiables y utilizables como la información profesional.

Algunos de ellos, como Google Maps y OpenLayers , exponen una interfaz de programación de aplicaciones (API) que permite a los usuarios crear aplicaciones personalizadas. Estos conjuntos de herramientas suelen ofrecer mapas de calles, imágenes aéreas / satelitales, codificación geográfica, búsquedas y funciones de enrutamiento. El mapeo web también ha descubierto el potencial del crowdsourcing de geodatos en proyectos como OpenStreetMap , que es un proyecto colaborativo para crear un mapa editable gratuito del mundo. Se ha demostrado que estos proyectos de mashup brindan un alto nivel de valor y beneficio a los usuarios finales fuera de lo posible a través de la información geográfica tradicional.

Añadiendo la dimensión del tiempo

El estado de la superficie, la atmósfera y el subsuelo de la Tierra se puede examinar introduciendo datos satelitales en un SIG. La tecnología GIS brinda a los investigadores la capacidad de examinar las variaciones en los procesos terrestres durante días, meses y años. Como ejemplo, los cambios en el vigor de la vegetación durante una temporada de crecimiento pueden animarse para determinar cuándo la sequía fue más extensa en una región en particular. El gráfico resultante representa una medida aproximada de la salud de las plantas. Trabajar con dos variables a lo largo del tiempo permitiría a los investigadores detectar diferencias regionales en el desfase entre una disminución de las precipitaciones y su efecto sobre la vegetación.

La tecnología SIG y la disponibilidad de datos digitales a escala regional y mundial permiten tales análisis. La salida del sensor de satélite que se utiliza para generar un gráfico de vegetación se produce, por ejemplo, mediante el radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR). Este sistema de sensores detecta la cantidad de energía reflejada desde la superficie de la Tierra a través de varias bandas del espectro para áreas de superficie de aproximadamente 1 kilómetro cuadrado. El sensor de satélite produce imágenes de un lugar particular de la Tierra dos veces al día. AVHRR y, más recientemente, el espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) son solo dos de los muchos sistemas de sensores utilizados para el análisis de la superficie de la Tierra.

Además de la integración del tiempo en los estudios ambientales, el SIG también se está explorando por su capacidad para rastrear y modelar el progreso de los seres humanos a lo largo de sus rutinas diarias. Un ejemplo concreto de progreso en esta área es la reciente publicación de datos demográficos específicos del tiempo por parte del Censo de EE . UU . En este conjunto de datos, las poblaciones de las ciudades se muestran durante el día y la noche, destacando el patrón de concentración y dispersión generado por los patrones de desplazamiento de América del Norte. La manipulación y generación de datos necesarios para producir estos datos no habría sido posible sin GIS.

El uso de modelos para proyectar los datos retenidos por un SIG hacia adelante en el tiempo ha permitido a los planificadores probar las decisiones de políticas utilizando sistemas de soporte de decisiones espaciales .

Semántica

Herramientas y tecnologías emergentes de la World Wide Web Consortium 's Web Semántica han demostrado ser útiles para la integración de datos problemas en los sistemas de información. En consecuencia, estas tecnologías se han propuesto como un medio para facilitar la interoperabilidad y la reutilización de datos entre aplicaciones GIS. y también para habilitar nuevos mecanismos de análisis.

Las ontologías son un componente clave de este enfoque semántico, ya que permiten una especificación formal y legible por máquina de los conceptos y relaciones en un dominio dado. Esto, a su vez, permite que un SIG se centre en el significado previsto de los datos en lugar de en su sintaxis o estructura. Por ejemplo, el razonamiento de que un tipo de cobertura terrestre clasificado como árboles caducifolios de hoja aguja en un conjunto de datos es una especialización o subconjunto del tipo de bosque de cobertura terrestre en otro conjunto de datos clasificado de forma más aproximada puede ayudar a un SIG a fusionar automáticamente los dos conjuntos de datos bajo la clasificación de cobertura terrestre más general. Ontologías tentativas se han desarrollado en áreas relacionadas con las aplicaciones de SIG, por ejemplo, la ontología hidrología desarrollado por el Ordnance Survey en el Reino Unido y el dulce ontologías desarrollada por la NASA 's Jet Propulsion Laboratory . Además, el W3C Geo Incubator Group está proponiendo ontologías más simples y estándares de metadatos semánticos para representar datos geoespaciales en la web. GeoSPARQL es un estándar desarrollado por Ordnance Survey, United States Geological Survey , Natural Resources Canada , la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization de Australia y otros para respaldar la creación y el razonamiento de ontologías utilizando literales OGC bien entendidos (GML, WKT), relaciones topológicas (Simple Características, RCC8, DE-9IM), RDF y los protocolos de consulta de la base de datos SPARQL .

Los resultados de investigaciones recientes en esta área se pueden ver en la Conferencia Internacional sobre Semántica Geoespacial y el taller Terra Cognita - Direcciones a la Web Semántica Geoespacial en la Conferencia Internacional de Web Semántica.

Implicaciones de los SIG en la sociedad

Con la popularización de los SIG en la toma de decisiones, los académicos han comenzado a analizar las implicaciones sociales y políticas de los SIG. Los SIG también pueden utilizarse indebidamente para distorsionar la realidad en beneficio político e individual. Se ha argumentado que la producción, distribución, utilización y representación de información geográfica está relacionada en gran medida con el contexto social y tiene el potencial de aumentar la confianza de los ciudadanos en el gobierno. Otros temas relacionados incluyen discusiones sobre derechos de autor , privacidad y censura . Un enfoque social más optimista para la adopción de SIG es utilizarlo como una herramienta para la participación pública.

En educación

A finales del siglo XX, los SIG empezaron a ser reconocidos como herramientas que podían utilizarse en el aula. Los beneficios de los SIG en la educación parecen estar enfocados en el desarrollo del pensamiento espacial , pero no hay suficiente bibliografía o datos estadísticos para mostrar el alcance concreto del uso de los SIG en la educación en todo el mundo, aunque la expansión ha sido más rápida en aquellos países donde el plan de estudios los menciona.

Los SIG parecen proporcionar muchas ventajas en la enseñanza de la geografía porque permiten análisis basados ​​en datos geográficos reales y también ayudan a plantear muchas preguntas de investigación de profesores y estudiantes en las aulas, además de contribuir a mejorar el aprendizaje mediante el desarrollo del pensamiento espacial y geográfico y, en muchos casos, motivación de los estudiantes.

En el gobierno local

GIS ha demostrado ser una tecnología duradera, empresarial y para toda la organización que continúa cambiando la forma en que opera el gobierno local. Las agencias gubernamentales han adoptado la tecnología GIS como método para gestionar mejor las siguientes áreas de la organización gubernamental:

  • Los departamentos de Desarrollo Económico utilizan herramientas de mapeo GIS interactivas, agregadas con otros datos (demografía, fuerza laboral, negocios, industria, talento) junto con una base de datos de edificios y sitios comerciales disponibles para atraer inversiones y respaldar negocios existentes. Las empresas que toman decisiones sobre la ubicación pueden utilizar las herramientas para elegir las comunidades y los sitios que mejor se adapten a sus criterios de éxito. GIS Planning es el proveedor líder de la industria de herramientas web de datos GIS para el desarrollo económico y la atracción de inversiones. Un servicio del Financial Times , el software ZoomProspector Enterprise y los componentes de inteligencia de GIS Planning se utilizan en todo el mundo. Esto incluye 30 organizaciones de desarrollo económico de todo el estado de EE. UU., La mayoría de las 100 principales áreas metropolitanas de América del Norte y una serie de agencias de atracción de inversiones en Europa y América Latina.
  • Operaciones de seguridad pública tales como centros de operaciones de emergencia, prevención de incendios, tecnología móvil y despacho de la policía y el alguacil, y mapeo de riesgos climáticos.
  • Departamentos de Parques y Recreación y sus funciones en inventario de activos, conservación de tierras, administración de tierras y administración de cementerios.
  • Obras públicas y servicios públicos, seguimiento de drenaje de agua y aguas pluviales, activos eléctricos, proyectos de ingeniería y activos y tendencias de transporte público.
  • Gestión de redes de fibra para activos de redes interdepartamentales
  • Datos analíticos y demográficos de la escuela, gestión de activos y planificación de mejora / expansión
  • Administración pública para datos electorales, registros de propiedad y zonificación / gestión.

La iniciativa de Datos Abiertos está presionando al gobierno local para que aproveche tecnología como la tecnología GIS, ya que abarca los requisitos para ajustarse al modelo de transparencia de Datos Abiertos / Gobierno Abierto. Con Open Data, las organizaciones gubernamentales locales pueden implementar aplicaciones de participación ciudadana y portales en línea, lo que permite a los ciudadanos ver información sobre la tierra, informar sobre baches y problemas de señalización, ver y clasificar parques por activos, ver tasas de delincuencia en tiempo real y reparaciones de servicios públicos, y mucho más. El impulso de los datos abiertos dentro de las organizaciones gubernamentales está impulsando el crecimiento del gasto en tecnología GIS del gobierno local y la gestión de bases de datos.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos