Generalidades sig

1. SISTEMAS DE
INFORMACIÓN
GEOGRÁFICA
Docente: Carlos Mauricio Meza Naranjo
Ing. Ambiental y de saneamiento
2013

2. Generalidades de los SIG
La necesidad de almacenar,
manipular, analizar y actualizar
espacial y temporalmente la
información geográfica generó la
necesidad de crear Sistemas de
Información Geográfica capaces de
cumplir con los diferentes
requerimientos, de manera que el
usuario pueda pasar de una
cartografía análoga (en papel) a una
cartografía automatizada que
responda a diversas inquietudes
espacio–temporales.

3. Historia y evolución de los SIG
Orígenes
Pinturas rupestres Civilización Egipcia

4. Evolución de los SIG
• Escenario 1. La evolución de los SIG como disciplina o
herramienta.
• Escenario 2. La evolución de la tecnología.
• Escenario 3. La evolución de los datos.
• Escenario 4. La evolución de las técnicas y
formulaciones.

5. Escenario 1. La evolución de los SIG
como disciplina o herramienta.
Al inicio de la década de los sesenta los primeros SIG son
desarrollados como resultado de unos factores que convergen. Estos
factores son principalmente dos: la necesidad creciente de información
geográfica y de una gestión y uso óptimo de la misma, y la aparición
de los primeros computadores. Estos mismos factores son los que
desde entonces han seguido impulsando el avance de los SIG
Los SIG eran en principio una combinación de elementos de
cartografía cuantitativa enlazados con los sistemas informáticos de la
época.
En sus inicios los SIG están íntimamente ligados a la gestión forestal o
la planificación urbanística.

6. Escenario 1. La evolución de los SIG
como disciplina o herramienta
En 1959, cuando Waldo Tobler define los principios de un sistema
denominado MIMO (map in-map out) con la finalidad de aplicar los
ordenadores al campo de la cartografía. En él, establece los principios
básicos para la creación de datos geográficos, su codificación, análisis
y representación dentro de un sistema informatizado.
El primer SIG como lo conocemos actualmente, es el Canadian
Geographical Information System (CGIS), iniciado en 1964 y activo
desde 1967. Se dedica al inventario y planificación de ocupación del
suelo en grandes zonas. (Departamento de Agricultura de Canadá,
Roger Tomlinson, IBM).
Roger Tomlinson es conocido popularmente desde entonces como
“el padre de los SIG”.

7. Escenario 1. La evolución de los SIG
como disciplina o herramienta
En 1969, Jack Dangermond, integrante del Harvard Laboratory, funda
junto a su esposa la empresa Environmental Systems Research
Institute (ESRI). Así, a finales de septiembre de 1970, se desarrolló en
Ottawa, Canadá, el Primer Simposio Internacional de Sistemas de
Información Geográfica y los SIG comienzan a formar parte de los
currículos universitarios. Surgen nuevas empresas en el mercado y en
1985 aparece el primer SIG libre, Geographic Resources Analysis
Support System (GRASS).

8. Escenario 2. La evolución de la
tecnología.
Tres son los bloques principales del desarrollo informático con una
influencia más marcada en el campo de los Sistemas de Información
Geográfica:
• Salidas gráficas: Monitores e Impresoras, éstas han evolucionado y
van incorporando mejoras tanto en la representación en pantalla
como en la generación de cartografía impresa.
• Almacenamiento y acceso de datos: Así se da una evolución
paralela, es decir, a medida que aumentan las capacidades.
• Entrada de datos: Los modernos equipos, la aparición de escáneres
de gran precisión y técnicas de digitalización automáticas, entre
otros, el ámbito de la entrada de datos para su uso en un SIG ha
cambiado completamente.

9. Escenario 3. Evolución de los datos
Los datos son el elemento principal del trabajo en un SIG; sin ellos, sería
inútil su creación.
Los primeros datos geográficos con los que se trabajaba provenían de la
digitalización de cartografía impresa y las primeras bases de datos
geográficos contenían mapas escaneados y elementos digitalizados con
apoyo en dicha información.
Por otra parte, van apareciendo nuevas fuentes de datos. Por ejemplo, los
primeros satélites de observación terrestre, como el TIROS I, lanzado al
espacio en 1960 con fines meteorológicos.
Las tecnologías de posicionamiento y localización son otra fuente de
datos de primer orden. En 1981, el sistema GPS pasa a ser
plenamente operativo y en el 2000 se amplía la precisión de éste para
uso civil.

10. Escenario 3. Evolución de los datos

11. Escenario 4. Evolución de las técnicas
y formulaciones
Ian McHarg, en su libro Design with nature (1969), define los
elementos básicos de la superposición y combinación de mapas, los
cuales se aplican en la visualización de las distintas capas de datos
geográficos en un SIG.
Otro ejemplo de la evolución de las técnicas y formulaciones es la
geoestadística, una rama de la estadística que aparece de la mano del
francés Georges Matheron a principios de los años sesenta. Las
formulaciones geoestadísticas, hoy parte característica de los SIG.
Otro hecho importante es la aparición de los primeros programas de
diseño asistido por computador (CAD), pensados en principio para el
diseño industrial. Actualmente, los SIG incorporan capacidades
similares a los sistemas CAD, que permiten tanto la digitalización de
cartografía como la creación de nuevos elementos geográficos.

12. Esquema temporal de la evolución de los
SIG

13. Etapas cronológicas en el desarrollo
de los SIG
• Etapa 1. Pionera o frontera de la investigación
• Etapa 2. Experimentación y práctica
• Etapa 3. Crecimiento comercial
• Etapa 4. Dominio de los usuarios

14. Etapa 1. Pionera o frontera de la
investigación
Comprendida entre 1950 y 1975, se originó en Estados Unidos y en el
Reino Unido. Durante el periodo comprendido entre la década del
cincuenta y principios de los años sesenta, se presta gran interés al
análisis espacial por parte de los geógrafos y se producen avances
notables en el desarrollo de modelos matemáticos más teóricos que
prácticos.
El primer Sistema de Información Geográfica formalmente desarrollado
aparece en Canadá, auspiciado por el Departamento Federal de
Energía y Recursos, fue desarrollado a principios de los años sesenta
por Roger Tomlinson y se denominó Canadian Geographical
Information Systems (CGIS).

15. Etapa 1. Pionera o frontera de la
investigación
De igual manera, en la misma época (mediados de los años sesenta)
el Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis de
la Universidad de Harvard comienza en 1965 a trabajar en el estudio
de los modelos de datos geográficos a utilizar en los SIG con el
objetivo inicial de utilizar los computadores para generar gráficos con
aplicación en la planificación territorial desarrollando el software
SYMAP.
La escuela de Harvard desarrolló los sistemas Raster como GRID e
IMGRID, en los que se describía el mundo real mediante mosaicos de
celdas regulares o irregulares, que posteriormente sirvieron de base
para implementar funciones de análisis basados en la superposición de
capas.

16. Etapa 2. Experimentación y práctica
Reconocidas las ventajas de los CAD, se comienza a dar paso de los
mapas análogos o en papel a los digitales, y es así como nacen los
mapas asistidos por computador CAM.
La necesidad de manejar grandes volúmenes de información en
formato digital obliga al Bureau of Census y el United States Geological
Survey en Estados Unidos a desarrollar una estructura de Dual
Independent Map Encoding (DIME), uno de los primeros modelos de
datos que incluía explícitamente la topología de la información
espacial.

17. Etapa 3. Crecimiento comercial
A partir de los años ochenta, el desarrollo del los SIG ha tenido un
crecimiento exponencial y definitivo que ha sido posible gracias al
desarrollo de los computadores y los sistemas de programación.
En 1981, se lanza al mercado de manera oficial ArcInfo como el primer
sistema de software comercial de SIG importante. Diseñado para
microcomputadores, basado en vector y en el modelo de datos
relacional de bases de datos, fijó un nuevo estándar para la industria. A
partir de allí se comienzan a desarrollar programas como IDRISI,
ERDAS, los cuales formalizan la potencialidad del software Raster.

18. Etapa 4. Dominio de los usuarios
La tecnología de Internet permitirá difundir e integrar el conocimiento
geográfico alrededor del mundo. Los SIG ayudarán a la planificación,
el diseño y la construcción de ciudades, obras civiles, organización y
protección del ambiente en que vivimos.
El medio en el cual se desarrollaron las herramientas tecnológicas
correspondió a las ciencias de teledetección, análisis de imágenes,
reconocimiento de patrones y procesamiento digital de imágenes PDI
con un trabajo multidisciplinario, llegando a ser posible la utilización de
los SIG.
En la actualidad y en el futuro inmediato, los SIG desempeñarán un
papel muy importante en la implementación de temas como:

19. Etapa 4. Dominio de los usuarios
• AGRICULTURA DE PRECISION
• SERVICIOS WEB DE INFORMACION GEOGRAFICA
• NAVEGACION EN TRES DIMENSIONES
• SISTEMAS DE INFORMACION INTEGRADA SII
• INFRAESTRUCTURA DE DATOS ESPACIALES IDE
• SIG MOVIL

20. Conceptos básicos de los SIG
Dato: Es una colección de hechos
considerados de forma aislada. Ejemplo:
en la división político–administrativa de
Colombia se cuenta con 32
departamentos y 1.099 municipios.
Geografía: Es la ciencia que se ocupa
de analizar las relaciones del hombre
con su medio natural, identifica y
caracteriza secciones del espacio
(territorios, regiones, ciudades, paisajes
y localidades).
Esto le permitirá ofrecer métodos y
técnicas de análisis específicos para dar
respuesta a los problemas del
ordenamiento territorial.
Información: Es el conjunto de datos
arreglados y ordenados en forma útil.

21. Conceptos básicos de los SIG
Información geográfica o geoinformación: Es información con un
componente geométrico (espacial) que describe la localización de los
objetos en el espacio y las relaciones espaciales entre ellos, un
componente temático que recoge sus características descriptivas
(atributos) y un componente temporal (tiempo).

22. Conceptos básicos de los SIG
Sistema: Es una reunión o conjunto de elementos relacionados que
interactúan entre sí para lograr un fin determinado.
Sistema de Información (SI): Es una disposición de personas,
actividades, datos, redes y tecnologías integradas entre sí con el
propósito de apoyar y mejorar las operaciones cotidianas de una
empresa, así como satisfacer las necesidades de información para la
resolución de problemas y la toma de decisiones por parte de los
directivos.

23. Algunas definiciones de SIG

24. ¿Qué es un SIG? Los SIG son ante todo herramientas de
ayuda en la resolución de problemas.
De forma general, están compuestos
por un conjunto de metodologías,
procedimientos y programas
informáticos especialmente diseñados
para manejar información geográfica y
datos temáticos asociados.
El concepto de herramienta hace
referencia a que el SIG no es el fin, sino
el medio, ya que es una herramienta
utilizada para preparar y presentar
hechos que ocurren sobre la superficie
terrestre, así que no debemos
especializarnos en saber manejar un
programa informático, sino en saber
cómo aplicar su potencialidad para
nuestro beneficio.

25. ¿Qué es un SIG?
Aunque la literatura presenta diversas definiciones de un SIG, la
definición más usada es la propuesta por Dueker y Kjeme (1989, pp.
94-103): “un SIG es un sistema integrado por equipos, programas,
métodos, personas y aspectos institucionales para recolectar,
almacenar, analizar datos geográficos y generar información de apoyo
a la toma de decisiones”.
En general, los Sistemas de Información Geográfica son el conjunto
organizado de personas, programas y equipos electrónicos que
permiten, de una manera eficiente, capturar datos geográficos,
almacenarlos, analizarlos y desplegarlos como conocimiento útil para
la toma de decisiones y el seguimiento de situaciones o eventos.

26. Propiedades básicas de los SIG
• Son sistemas diseñados para la visualización de información geográfica
expresada en forma de mapas.
• El eje central de su funcionamiento (análisis, consultas, recuperación de
información, entre otros) se encuentra en la posición del elemento
geográfico, representado por elementos gráficos (puntos, líneas y polígonos)
y su información temática asociada.
• Dispone de un gran número de funciones de análisis y consulta para explotar
la información geográfica enfocada hacia la resolución de un problema o
necesidad, pudiendo realizar análisis simultáneos sobre diversos estratos de
información.
• Son el resultado de múltiples disciplinas de las que se han extraído
capacidades para el manejo de información geográfica.
• Almacenan las relaciones espaciales entre los diferentes elementos, lo que
permite hacer preguntas al sistema de acuerdo con la capacidad del SIG y la
necesidad del usuario.

27. Qué preguntas responde un SIG

28. Cartografía y SIG
“La cartografía se define como el arte de hacer mapas o como la técnica de
confeccionar y representar sobre un plano todos los componentes del espacio
terrestre, incluyendo las actividades y desarrollos del hombre”.
“Técnica de representar en forma convencional parte o toda la superficie
terrestre sobre un plano, utilizando para este fin un sistema de proyección y
una relación de proporcionalidad (escala) entre el terreno y el mapa”.
Otras aplicaciones de los SIG
• Planificación urbana y regional.
• Ingeniería de transporte.
• Explotación de recursos.
• Análisis de nuevos mercados.
• Aplicaciones de seguridad pública.
• Aplicaciones de salud pública.
• Turismo.
• Prevención de riesgos naturales.
• Sistemas de Información del suelo.

29. Ciclo de vida y componentes de los SIG
La implementación de un SIG que responda a
cualquier necesidad de una organización requiere
de un proceso que debe llevarse a cabo de manera
lógica y organizada; para determinar estos
procesos veremos las fases que comprende el
ciclo de vida de un SIG y sus componentes,
determinando la viabilidad técnica y económica del
SIG para nuestro proyecto de trabajo o estudio.

30. Fases del ciclo de vida de los SIG
El objetivo de esta fase consiste en elaborar, junto con el equipo humano
de la organización en la que se va a implementar el sistema, los objetivos
generales, específicos y los esquemas generales de la manera más clara
y precisa.
• En esta fase se debe responder a preguntas como:
• ¿Cuáles son los objetivos que deberá cumplir en SIG?
• ¿Cuáles son las necesidades de la organización que deben resolverse?
• ¿Quiénes son los usuarios del sistema y sus necesidades?
• ¿Cuál es la información y los datos que usan y generan en la
organización para desarrollar sus funciones?
• ¿Qué sistemas se encuentran en funcionamiento en la organización?
• ¿Cuáles son los productos esperados del sistema?
• ¿Cuáles es el alcance del sistema?

31. Análisis
Este es el primer paso en el sistema clásico. Su propósito es “el
estudio del sistema actual de la empresa y de la información y
definición de las necesidades y prioridades de los usuarios para la
construcción de un nuevo sistema de información” Incluye:
• Análisis de la viabilidad del proyecto.
• Análisis de los sistemas existentes.
• Definición de necesidades de usuarios
y establecimiento de prioridades.

32. Diseño
• Evalúa las alternativas detalladas de solución de tipo
informático. Las fases del diseño son:
• Elección de una solución de diseño entre las soluciones
candidatas. Éstas se evalúan con los siguientes criterios:
viabilidad técnica, operativa, económica, tiempo.
• Evaluación del hardware y software requeridos.
• Diseño e integración del nuevo sistema.

33. Implantación
Es la construcción del nuevo sistema y el paso de dicho
sistema a “producción”. Se le conoce también como
desarrollo, pero se confunde con el ciclo de vida completo
del sistema de información. Incluye las fases de:
• Probar las redes y las bases de datos.
• Construcción y prueba de las aplicaciones.
• Instalación y prueba del nuevo sistema.
• Entrega del sistema para puesta en funcionamiento.

34. Pruebas
Mediante esta fase se conoce en realidad los resultados
del sistema. Los criterios de evaluación son la precisión, la
calidad y los productos esperados.
Las pruebas son un proceso cíclico que debe dar como
resultado el cumplimiento de los objetivos propuestos.

35. Mantenimiento
Es el soporte “continuado de un sistema después de que
se ha puesto en funcionamiento. Incluye el mantenimiento
de aplicaciones y mejoras al sistema”. Esta fase incluye
actividades como:
• Corrección de errores.
• Recuperación de datos por fallas del sistema.
• Adaptación del sistema a nuevas necesidades.

36. Componentes de los SIG
En el contexto general, un
SIG puede dividirse en los
siguientes componentes:
procedimientos, recurso
humano, datos, hardware y
software y procedimientos,
los cuales interactúan bajo
una administración central
y de relaciones bien
definidas de acuerdo con
los objetivos propuestos.

37. Componentes de los SIG
• Organización
Está compuesta por todas las operaciones técnicas,
políticas y financieras en las que funciona un SIG. Muchas
organizaciones alrededor del mundo se han embarcado en
el desarrollo de SIG. Estas organizaciones incluyen
gobiernos locales, regionales, oficinas estatales,
compañías petroleras, firmas de mercadeo, compañías de
transporte, entre muchas otras.
¿Qué buscan estas organizaciones? Que la
implementación de un SIG les permita mayor eficiencia y
efectividad.

38. Componentes de los SIG
• Personas
Las personas son las responsables de la
conceptualización, el diseño, la aplicación y el uso de los
SIG (IGAC, 1998); son el componente que hace realmente
el trabajo de los SIG; incluyen encargados de los SIG,
administradores de la base de datos, especialistas del uso,
analistas de sistemas, y programadores. Este componente
es responsable del mantenimiento de la base de datos
geográfica y del suministro de la ayuda técnica (James
Madison University, 2004).

39. Componentes de los SIG
• Tecnología
Los software SIG corren en un amplio rango de tipos de computadores,
desde equipos centralizados hasta configuraciones individuales o de
red. Una organización requiere de hardware suficientemente específico
para cumplir con las necesidades de aplicación. Los componentes son
la CPU y los dispositivos; estos últimos se pueden dividir en:
• Dispositivos de almacenamiento masivo: discos magnéticos, cintas
magnéticas, disco óptico CD-ROM, DVD.
• Dispositivos de entrada: teclados, monitores, apuntadores
electrónicos y ópticos (mouse), tabletas digitalizadoras, escáneres o
barredores, lectores magnéticos y láser, puertos e Internet.
• Dispositivos de salida: monitores, plóter, cintas magnéticas, disco
óptico CD-ROM, DVD, memory stick y módem.

40. Componentes de los SIG
• Datos
Son un conjunto de señales o signos con un significado particular.
«Son una colección de hechos considerados de forma aislada»
(Whitten, Benthley y Barlow, 1996). Los datos son la materia prima que
permite a los SIG realizar análisis espaciales, simulando el
comportamiento de los fenómenos del mundo real y pueden ser:
• Numéricos.
• Alfanuméricos: letras y números,
tablas.
• Gráficos: mapas, fotografías, etc.
• Geográficos: están orientados
espacialmente.

41. Componentes de los SIG
• Información
Es el conjunto de datos arreglados y ordenados en forma útil.
“Es un dato que ha sido manipulado, con lo que resulta de
utilidad para alguien. Lo que para una persona es información
para otra persona puede ser un dato” (Whitten, Benthley y
Barlow, 1996).
Un SIG opera con datos geoespaciales. Un dato geoespacial
hace referencia a un espacio geográfico cuya ubicación se
conoce (bajo sistema de coordenadas). Los SIG almacenan la
localización del dato, su relación espacial con otros datos
(topología) y una descripción mediante sus atributos propios.

42. Componentes de los SIG
• Procedimiento
Los procedimientos se refieren a la manera en que los datos serán
recuperados, ingresados al sistema, almacenados, manejados,
transformados, analizados y finalmente presentados (salida final), esto
según las características del software y el equipamiento disponibles, los
circuitos administrativos de cada organización y las reglas del arte propias
de cada disciplina (James Madison University, 2004).
Para llevar a cabo un procedimiento deben realizarse varias actividades,
las cuales definen la función de un sistema de información. Los
procedimientos tienen las siguientes características:
• La definición de las actividades debe ser clara y precisa.
• Una vez aplicado el procedimiento el resultado debe ser el mismo.
• Para su aplicación el entrenamiento debe ser mínimo.
• Deben ser de conocimiento general.
• Es importante seguir las instrucciones al pie de la letra.

43. Componentes de los SIG
• Procedimiento
Los procedimientos incluyen actividades como captura de
datos (datos alfanuméricos, digitalización), estructuración,
edición, actualización de información, cambios del sistema
de coordenadas, cambios de proyección, conversión de
información de y a otros sistemas diferentes (dxf, dgn,
raster, etc.), entre otros.

44. Datos geográficos
Los datos son proposiciones referentes a experiencias efectuadas. Éstas
se almacenan para ser utilizadas como evidencias de un fenómeno u
objeto una vez interpretado; los datos que la ciencia utiliza son los que se
refieren a hechos comprobados.
Los datos geográficos son entidades espacio–temporales que cuantifican
la distribución, el estado y los vínculos de los distintos fenómenos u
objetos naturales y sociales. Un dato se caracteriza por tener:
• Posición absoluta: sobre un sistema de coordenadas (x, y, z).
• Posición relativa: frente a otros elementos del paisaje (topología,
incluido, adyacente, cruzado, entre otros).
• Figura geométrica que lo representa (punto, línea, polígono).
• Atributos que lo describen (características del elemento o fenómeno).

45. Componentes de los datos
geográficos
• Componente espacial
Hace referencia a la localización geográfica, las propiedades
espaciales de los objetos y las relaciones espaciales que existen
entre ellos:
Las relaciones espaciales se pueden diferenciar en: relaciones
topológicas (de tipo cualitativo) y relaciones geométricas
(calculadas a partir de las coordenadas de los objetos).

46. Componentes de los datos
geográficos
• Componente espacial
“La topología expresa las relaciones entre los objetos de forma
cualitativa: si dos polígonos son colindantes (contigüidad), si uno
está contenido en el otro (inclusión), si dos líneas están
conectadas (conectividad)”.
Las relaciones topológicas más importantes son:
• Adyacencia (entre polígonos).
• Contigüidad (entre línea y polígono).
• Pertenencia (arcos a polígonos).
• Conectividad (entre arcos, en redes).
• Inclusión (punto en polígono, línea en polígono, polígono en
polígono).

47. Componente temática
Son las características que se conocen como atributos de los objetos con
los que representamos el mundo puede registrar un determinado valor
para sus atributos (variables), los cuales pueden presentar cierta
regularidad espacio y en el tiempo y, además, pueden ser de distinto tipo y
escala de medida (Gutiérrez y Gould, 1994).
Los atributos se expresan como variables, que pueden ser:
• Continuas: es decir, que admiten cualquier valor en un rango.
• Discretas: son aquellas que sólo admiten valores en números enteros.
• Fundamentales: se obtienen directamente del proceso de medición. Por
ejemplo, población.
• Derivadas: se obtienen al relacionar dos o más variables fundamentales.
Por ejemplo, densidad de la población.

48. Componente temporal
La consideración de la dimensión temporal en un SIG
supone la necesidad de almacenar y tratar grandes
volúmenes de datos, ya que cada estrato, capa o nivel de
información se debe almacenar tantas veces como
momentos temporales se consideren para el análisis del
área de estudio (Gutiérrez y Gould, 1994).

49. Componente temporal

50. Componente temporal

51. Modelos y estructuras de datos
• Modelos de datos
La base de datos espacial de un SIG no es más que un
modelo del mundo real, una representación digital con
base en objetos discretos. Una base de datos espacial es
una colección de datos referenciados en el espacio que
actúa como un modelo de la realidad (NCGIA, 1990).
Las reglas según las cuales se modeliza el mundo real por
medio de objetos discretos constituyen el modelo de datos.

52. Modelo de datos vector
Son aquellos Sistemas de Información Geográfica que utilizan vectores
definidos por pares de coordenadas relativas a algún sistema
cartográfico para la descripción de los objetos geográficos.
Es importante aclarar que “modelo de
datos” hace referencia a la
conceptualización del espacio y
“estructura de datos” se refiere a la
implementación de esa
conceptualización.
El modelo de datos define la manera en
que se van a representar las
características espaciales en un SIG.
Así, los tipos de modelos son: modelo
vector y modelo raster.

53. Modelo de datos vector
• Geometría de los objetos
El modelo de datos vector usa el sistema de coordenadas
X,Y y emplea representaciones geométricas de punto,
línea y polígono de acuerdo con el número de dimensiones
y sus propiedades, así:

54. Modelo de datos vector

55. Modelo de datos vector

56. Modelo de datos vector

57. Modelo de datos raster
A diferencia del modelo de datos vector, en el que la
unidad de almacenamiento es el punto, en el modelo de
datos raster el área de estudio es subdividida en
cuadrículas regulares (celdas) para representar la parte
más pequeña de la superficie de la Tierra.

58. Modelo Vector vs Raster

59. Bibliografía
• Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC
• Sistemas de Información Geográfico, Víctor Olaya