Keywords: GIS-Basics GIS-Utility GIS-Functions GIS-History Data-types Related-Sciences Shapefile GDB
Los Sistemas de Información Geográficos (SIG o GIS), son un conjunto de equipos, herramientas computacionales y personal capacitado para el manejo de datos geográficos. Hoy en día se han convertido en herramientas indispensables para el análisis y soporte de toma de decisiones en la solución de problemas complejos, debido a que el manejo de la información se realiza de forma espacial y dinámica, permitiendo representar de forma esquemática muy próxima a la realidad el ambiente natural y el entorno construido. Igualmente, los SIG permiten interactuar eficientemente con otro tipo de información no geográfica y su incorporación para diferentes aplicaciones.
La gran diferencia que existe entre un aplicativo SIG y otros paquetes de software gráfico radica en que el aplicativo SIG es esencialmente una base de datos espacial, lo que otorga una cualidad incomparable en el desarrollo de análisis enfocados a resolver problemas reales que afectan el espacio geográfico estudiado.
- Entender cómo los SIG se utilizan como herramienta para la toma de decisiones a partir de datos espaciales.
- Estudiar las diferentes aplicaciones de los SIG en entornos corporativos y gubernamentales.
- Entender sus ventajas y desafíos.
- Aprender acerca de los tipos de datos y formatos comúnmente utilizados por los SIG.
- 🎓Actividad: Conceptos básicos de topografía, fotogrametría y fotointerpretación.
- 📓Lectura: ¿Qué son los SIG?
1. Historia de los SIG como ciencia1
En las últimas décadas, los SIG han pasado de ser un concepto a convertirse en una ciencia. La espectacular evolución de los SIG de una herramienta rudimentaria a una plataforma moderna y potente para comprender y planear nuestro mundo está marcada por varios hitos clave.
El campo de los sistemas de información geográfica (GIS) se inició en los años sesenta, cuando surgieron los ordenadores y los primeros conceptos de geografía cuantitativa y computacional. Los primeros trabajos de SIG incluían investigaciones importantes de la comunidad académica. Más tarde, el National Center for Geographic Information and Analysis de los Estados Unidos de América, dirigido por Michael Goodchild, formalizó la investigación sobre temas clave relacionados con la ciencia de información geográfica, como el análisis y la visualización espaciales. Este trabajo impulsó una revolución cuantitativa en el mundo de la ciencia geográfica y sentó las bases para los SIG.
Línea de tiempo
| Año | Evento |
|---|---|
| 1960 | Inicio de los SIG en investigación científica |
| 1963 | Primer SIG implementando el Sistema Canadiense de Información Geográfica utilizado para inventario forestal |
| 1965 | Laboratorio SIG Universidad de Harvard y creación del software SYMAP |
| 1969 | Fundación de Environmental Systems Research Institute, Inc. - Esri |
| 1982 | SIG se Vuelve comercial y Esri crea ARC/INFO |
| Hoy | Utilizados en la vida diaria y como herramienta tecnológica se utilizan en múltiples campos de la ingeniería y arquitectura. |
2. Ciencias y tecnologías relacionadas2
| Ciencia | Alcance |
|---|---|
| Geodesía | Estudia la forma de la Tierra. |
| Geofísica | Estudio del planeta desde el punto de vista de la física. Se analizan y modelan los fenómenos geológicos, con el fin de lograr una descripción matemática y geométrica de los mismos. Incluye disciplinas como la geodinámica o la sismología. |
| Geología | Estudia la dinámica interna y externa de la tierra, lo referente a las rocas y su estructura, los yacimientos minerales, la evolución del planeta, fenómenos como la tectónica de placas, las orogenias, terremotos, vulcanismo, avalanchas, inundaciones, etc. |
| Geografía | Estudia la relación e interacción de la superficie terrestre con el hombre. |
| Geoquímica | Estudia la abundancia absoluta y relativa, distribución y migración de los elementos que conforman la Tierra. |
| Paleontología | Estudia e interpreta el pasado de la vida sobre la Tierra a través de los fósiles. Describe la evolución de la vida en nuestro planeta. Los datos paleontológicos proporcionan información cronoestratigráfica, paleogeográfica, paleoclimatológica, eventos catastróficos del pasado, etc. |
| Ciencias del suelo | Estudia el suelo como recurso natural en la superficie de la Tierra incluyendo su formación (pedogénesis), su clasificación y cartografía, sus características, su composición química, su biología, su fertilidad y todo lo relacionado con el uso y a la gestión del suelo. |
| Ciencia | Alcance |
|---|---|
| Climatología | Se ocupa del estudio de los fenómenos meteorológicos y sus variaciones a lo largo del tiempo cronológico. |
| Hidrología | Estudia el agua, su ocurrencia, distribución, circulación, y propiedades físicas, químicas y mecánicas en los océanos, atmósfera y superficie terrestre. Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el equilibrio de las masas glaciares. |
| Meteorología | Estudia el estado del tiempo, el medio atmosférico, los fenómenos meteorológicos y las leyes que los rigen con apoyo de disciplinas auxiliares como la física de la atmósfera y la química de la atmósfera. |
| Oceanografía u oceanología | Estudia los mares, océanos y todo lo que se relaciona con ellos, es decir, la estructura, composición y dinámica de dichos cuerpos de agua, incluyendo desde los procesos físicos, como las corrientes y las mareas, hasta los geológicos, como la sedimentación o la expansión del fondo oceánico, o los biológicos |
| Biogeografía | Estudia la distribución de los seres vivos sobre la Tierra. |
| Ciencia | Alcance |
|---|---|
| Teledetección | La teledetección, o detección remota, es la adquisición de información a pequeña o gran escala de un objeto o fenómeno, ya sea usando instrumentos de grabación o instrumentos de escaneo en tiempo real inalámbricos o que no están en contacto directo con el objeto (como por ejemplo aviones, drones, satélites, astronave, boyas o barcos). En la práctica, la teledetección consiste en recoger información a través de diferentes dispositivos de un objeto concreto o un área. |
| Sistemas de posicionamiento global - GNSS | Un sistema global de navegación por satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS) es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire. Estos permiten determinar las coordenadas geográficas y la altitud de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, y otras actividades afines. |
| Sistemas de información geográfica - GIS | Un sistema de información geográfica (SIG), también habitualmente citado como GIS por las siglas de su nombre en inglés Geographical Information System, es un conjunto de herramientas que integra y relaciona diversos componentes que permiten la organización, almacenamiento, manipulación, análisis y modelización de grandes cantidades de datos procedentes del mundo real que están vinculados a una referencia espacial, facilitando la incorporación de aspectos sociales-culturales, económicos y ambientales que conducen a la toma de decisiones de una manera más eficaz. |
Un SIG (GIS, en su acrónimo inglés Geographic Information System) es un sistema especializado en la captura, manejo y análisis de información geográfica geoespacial. Para su óptima implementación y operación, se requiere de la integración de los siguientes 4 elementos:
Diagrama por rcfdtools
Modelo general de datos geográficos basado en un inventario de datos por capas
Tomado de: https://flr2019.weebly.com
| Geografía | Información geográfica |
|---|---|
| Elementos que componen el ambiente natural: topografía, hidrografía, geología, suelos. Elementos que componen el ambiente construido: ciudades, edificaciones, vías, equipamientos. | Abstracción o representación de la realidad geográfica (paisaje). Reflejan la geografía de un instante particular en el tiempo. |
💡 Imagine por un instante que la semana anterior realizó un estudio hidráulico a partir del levantamiento topo-batimétrico de un tramo de río que contiene un meandro con la representación de esta información en un SIG. Una semana después, una lluvia extrema ocasionó una avenida torrencial y una avalancha que desplazo y corto el meandro en la zona levantada. Como observa, la geografía ha cambiado y el SIG creado ya no representa la condición actual del tramo de río en estudio. Para actualizar el sistema de información deberá realizar nuevamente el levantamiento y crear una nueva versión del estudio.
4. Ventajas y desafíos de los SIG 3
La operación de los sistemas de información geográfica afrontan desafíos importantes que deben ser considerados antes de su implementación.
| Ventaja / Desafío | Elemento | Alcance |
|---|---|---|
| Ventaja | Análisis espacial | Los SIG permiten realizar análisis espaciales avanzados, lo que facilita la identificación de patrones, relaciones y tendencias geográficas. Esto ayuda en la toma de decisiones basadas en la ubicación y proporciona información valiosa para la planificación y el diseño de políticas. |
| Integración de datos | Los SIG permiten integrar datos geo-espaciales con otros tipos de datos, como datos demográficos, económicos o ambientales. Esto proporciona una visión holística y enriquecida de los fenómenos, lo que facilita el análisis multidimensional y la comprensión de las interrelaciones entre diferentes variables. | |
| Visualización efectiva | Los SIG ofrecen herramientas de visualización que permiten representar de manera clara y comprensible los datos geoespaciales en forma de mapas, gráficos y otras formas visuales. Esto facilita la comunicación de la información y mejora la comprensión de los resultados por parte de los usuarios. | |
| Toma de decisiones basada en la ubicación | Los SIG ayudan a tomar decisiones informadas al proporcionar información geoespacial precisa y actualizada. Esto es especialmente útil en áreas como la planificación urbana, la gestión de recursos naturales, la gestión de emergencias y el transporte, donde la ubicación desempeña un papel crucial. | |
| Optimización de recursos | Los SIG permiten optimizar la asignación y el uso de recursos al proporcionar información sobre la ubicación y la distribución de los mismos. Esto ayuda a reducir costos, mejorar la eficiencia y maximizar el rendimiento en diferentes sectores, como logística, servicios públicos y gestión de infraestructuras. | |
| Desafío | Calidad de los datos | La calidad de los datos geo-espaciales puede ser un desafío, ya que depende de la precisión, actualización y consistencia de la información recopilada. Es fundamental contar con procesos adecuados de recolección, validación y mantenimiento de los datos para garantizar su calidad. |
| Infraestructura tecnológica | Los SIG requieren una infraestructura tecnológica robusta para almacenar, procesar y analizar grandes volúmenes de datos geoespaciales. Esto implica inversiones en hardware, software y capacidad de almacenamiento, así como una adecuada gestión de la infraestructura para garantizar un rendimiento óptimo. | |
| Capacitación y conocimiento | El uso efectivo de los SIG requiere de personal capacitado y con conocimientos especializados en el manejo de herramientas y técnicas geoespaciales. La capacitación continua y la actualización de conocimientos son fundamentales para aprovechar al máximo las capacidades de los SIG. | |
| Privacidad y seguridad | Los datos geo-espaciales pueden contener información sensible, como ubicaciones de personas o empresas. La privacidad y la seguridad de estos datos son importantes y deben abordarse mediante políticas adecuadas de protección de datos y medidas de seguridad informática. | |
| Interoperabilidad y estándares | La interoperabilidad entre diferentes sistemas y la adopción de estándares son desafíos en los SIG. La capacidad de compartir y utilizar datos geoespaciales entre diferentes plataformas y aplicaciones es crucial para una gestión eficiente y una toma de decisiones efectiva. |
Los SIG son ampliamente utilizados en el desarrollo de:
- Gestión territorial (POT, PBOT, EOT)
- Investigación científica
- Gestión de recursos naturales
- Formación Catastral de inmuebles
- Mercadeo y logística
- Censos y Estratificación
- Estudios Ambientales
- Inventario de redes sanitarias y pluviales
- Cartografía y topología para modelación de redes
Elaborado por rcfdtools
Elaborado por rcfdtools
6. Calidad de los datos4
¿Qué conocemos como calidad?
Calidad es el “grado en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos”, entendiéndose por requisito “necesidad o expectativa establecida, generalmente implícita u obligatoria” (norma ISO 9000).
Todo dato espacial contiene algún tipo de error, en mayor o menor medida. Conocer las razones por las cuales aparecen estos errores es importante para poder evaluar correctamente la validez del trabajo que realizamos con los datos y los resultados que obtenemos a partir de ellos.
Es importante no solo contar con datos de calidad en los que estos errores sean mínimos, sino conocer el tipo de error que existe en nuestros datos y la magnitud de estos.
Estándares desarrollados para la evaluación de la calidad en la información geográfica
Tomado de: https://www.ideca.gov.co
- Digitalización directa (desde foto aérea, plano escaneado e imagen satelital)
- Desde archivos digitales (Tablas, CAD y archivos vectoriales)
- Teledetección (LIDAR, IKONOS o satélite comercial de teledetección)
- Visualización de datos geográficos (Visores y herramientas de edición)
- Impresión cartográfica
- Impresión digital
- Uso compartido (Local y web)
- Listados, informes, tablas de datos, indicadores, resúmenes
- Transformación matemática de coordenadas: proyección, datum
- Transformación geométrica: rotación, reducción, escalado…
- Asignación de atributos
- Definición de topología y ajuste
- Importación y exportación
A partir de la información existente producir nueva información.
| Función | Alcance | Ejemplo |
|---|---|---|
| Selección geográfica y por atributos | Búsquedas simples o complejas de forma geográfica o a través de las tablas de atributos. | Seleccionar todas las tuberías de la red troncal de alcantarillado en la subcuenca 1 cuyo material sea concreto. |
| Proximidad | Determinar qué elementos están cerca a otros basados en una determinada distancia. | Localizar todas las edificaciones que se encuentran a menos de 100 metros del eje de un río o canal. |
| Ruta óptima | Selección de rutas con la menor distancia o interferencias posibles. Pueden presentarse en medios tales como carreteras, drenajes, tuberías, etc. | Trazar una nueva vía, usando como variables la elevación, inclinación, y la dirección de la inclinación del terreno. |
| Sobreimposición | Uniones espaciales, intersecciones, transparencias, extracción, etc. | Definir secciones transversales en canales y encontrar el punto de intersección con el eje para definir los tramos de modelación de la red pluvial. |
Preguntas que pueden ser respondidas por un SIG
Elaborado por rcfdtools
Geo-procesos para responder estas preguntas:
| Ilustración | Función | Alcance |
|---|---|---|
 |
Zona de influencia | Crea polígonos de zona de influencia alrededor de entidades de entrada a una distancia especificada. |
 |
Zona de influencia de múltiples anillos | Crea varias zonas de influencia a distancias especificadas alrededor de las entidades de entrada. Estas zonas de influencia pueden fusionarse y disolverse utilizando los valores de distancia de zona de influencia para crear zonas de influencia no superpuestas. |
 |
Recortar | Extrae entidades de entrada que se superponen a las entidades del clip. Utilice esta herramienta para recortar una parte de un dataset utilizando una o más de las entidades de otro dataset como molde. Resulta particularmente útil para crear un nuevo dataset, también conocido como área de estudio o área de interés (AOI), que contenga un subconjunto geográfico de las entidades de otro dataset mayor. |
 |
Intersecar | Calcula una intersección geométrica de las entidades de entrada. Las entidades o partes de entidades que se superponen con todas las capas o clases de entidad se escriben en la clase de entidad de salida. |
 |
Unión | Calcula una unión geométrica de las entidades de entrada. Todas las entidades y sus atributos se escribirán en la clase de entidad de salida. |
 |
Fusionar | Combina varios datasets de entrada en un único dataset de salida nuevo. Esta herramienta puede combinar tablas o clases de entidad de punto, de línea o de polígono. |
 |
Disolver | Agrega o disuelve entidades basadas en atributos especificados. |
 |
Cercano | Calcula la distancia y la información de proximidad adicional entre entidades de entrada y la entidad más cercana en otras clases de entidad o capa. |
 |
Crear polígonos de Thiessen | Crea polígonos de Thiessen a partir de entidades de puntos. Cada polígono de Thiessen contiene solo una entidad de entrada de un único punto. Cualquier ubicación dentro de un polígono de Thiessen está más cerca de su punto asociado que de cualquier otra entidad de entrada de puntos. |
 |
Interpolación (IDW, Spline, Krigging, Vecino natural, Trend) | La interpolación predice valores para las celdas de un ráster a partir de una cantidad limitada de puntos de datos de muestra. Puede utilizarse para prever valores desconocidos de cualquier dato de un punto geográfico, tales como: elevación, precipitaciones, concentraciones químicas y niveles de ruido. |
| Contornos | Crea una clase de entidad de curvas de nivel a partir de una superficie de ráster. | |
 |
Estadísticas zonales como grilla o como tabla | Resume el valor de un ráster dentro de las zonas de otro dataset o como una tabla con estadísticos característicos. |
La codificación de datos geográficos empleados en un SIG proviene de dos tipos de representaciones principales:
| Representación | Descripción |
|---|---|
| Vectorial |  Utiliza elementos o entidades de tipo punto, línea o polígono para la representación geográfica. Este tipo de datos se denomina discreto debido a que cada uno de ellos es independiente del otro. Por ejemplo, un punto puede representar un pozo de inspección de alcantarillado, una línea un tramo de tubería o conducto, y un polígono el área de una subcuenca. |
| Ráster |  Se basa en una unidad fundamental llamada celda o píxel, los cuales definen toda una capa de información. Este tipo de datos se denomina continuo debido a que los valores son agrupados en celdas. Un ejemplo son las imágenes satelitales a partir de las cuales se pueden interpretar el valor de elevación y precipitación, temperatura, acidez en suelos, etc.. |
Elaborado por rcfdtools
Los datos asociados a un elemento geográfico contenidos en los registros de atributos pueden ser:
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| ↕ Geométricos |
Tipo de elemento vectorial: Punto, Punto 3D, Línea, Línea 3D, Polígono, Polígono 3D. Pueden ser de parte sencilla o multiparte. |
| # Numéricos |
Tipo Binario o boolean (1 ó 0), tipo fecha o date (Ej: 2010/06/01), enteros o integer (Ej: 100) y reales simple o double (Ej: 100 – 23.49). Son identificables fácilmente en la tabla de atributos debido a que el valor almacenado en el campo se alinea a la derecha. OID o ObjectID es un campo de sistema que se indexa de 0 a n en archivos de formas shapefile y de 1 a n en GDB o bases de datos geográficas de ArcGIS. |
| Ω Texto (string) |
Cadenas de caracteres usados para descripciones nominales o de cualidades de un elemento dentro de un registro. |
| ☼ Objetos |
Archivos adjuntos, imágenes, hipervínculos, etc. |
En representaciones catastrales, un predio que es dividido por una vía y que tiene una única matrícula inmobiliaria y un único código catastral, puede ser almacenado como una entidad multiparte, con lo que solo obtendrá un registro en la tabla de atributos.
| Formato | Alcance |
|---|---|
| SHP Shapefile |
Archivo de formas nativo desarrollado por Esri que es utilizado por herramientas comerciales y de dominio público. Es el formato estándar para intercambio de información geográfica entre las diferentes plataformas. Cada cobertura o capa de geográfica requiere de un sistema de proyección de coordenadas, no posee reglas topológicas directas y el formato de base de datos para almacenar atributos es dBase .dbf. Un archivo de formas shapefile se compone de 4 archivos: * .dbf: Base o tabla de datos de atributos> * .prj: Atributos de proyección geográfica> * .shp: Archivo de vectores> * .shx: Archivo de índices> |
| GDB Geodatabase |
Base de datos geográfica ó GDB que integra para cada conjunto de datos o Dataset, un único sistema de proyección de coordenadas contiene reglas topológicas definidas, dominios y permite almacenar grandes volúmenes de información de forma eficiente (tablas, vectores, grillas) y ágil que pueden ser editados simultáneamente por varios usuarios. Existen Geodatabases personales (.mdb, PostgreSQL, postgis) y corporativas (gdb, oracle) |
Beneficios al usar una Geodatabase
Elaborado por rcfdtools
La información geográfica puede ser consultada, transferida, transformada, superpuesta, procesada y mostradas utilizando numerosas aplicaciones de software. Dentro de la industria empresas comerciales como ESRI, Intergraph de Hexagon, Mapinfo, Autodesk o Smallworld ofrecen un completo conjunto de aplicaciones. Los gobiernos suelen optar por modificaciones de programas SIG para una determinada tarea, productos de código abierto como QGIS o software especializado que responda a una necesidad bien definida. A menudo se distinguen en grandes tipos de software informáticos, tales como:
| Tipo | Características |
|---|---|
| SIG de escritorio | Son aquellos que se utilizan para crear, editar, administrar, analizar y visualizar los datos geográficos. Se clasifican en visor, editor y SIG de análisis. |
| Sistemas de gestión de bases de datos espaciales o geográficas (SGBD espacial) | Se emplean para almacenar la información geográfica, pero a menudo también proporcionan la funcionalidad de análisis y manipulación de los datos. Ejemplo: Geodatabases. |
| Servidores cartográficos | Se utilizan para distribuir mapas a través de Internet. |
| Servidores SIG | Proporcionan básicamente la misma funcionalidad que los SIG de escritorio, pero permiten acceder a estas utilidades de geo-procesamiento a través de una red informática. |
| Clientes web SIG | Permiten la visualización de datos y acceder a funcionalidades de análisis y consulta de servidores SIG a través de Internet o intranet. Generalmente se distingue entre cliente ligero y pesado. Los clientes ligeros (por ejemplo, un navegador web para visualizar mapas de Google) sólo proporcionan una funcionalidad de visualización y consulta, mientras que los clientes pesados (por ejemplo, Google Earth o un SIG de escritorio) a menudo proporcionan herramientas adicionales para la edición de datos, análisis y visualización. |
| SIG móviles | Se usan para la recogida de datos en campo a través de dispositivos móviles (PDA, Smartphone, Tablet PC, etc.). Con la adopción generalizada por parte de estos de dispositivos de localización GPS integrados, el software SIG permite utilizarlos para la captura y manejo de datos en campo. En el pasado la recogida de datos en campo destinados a Sistemas de Información Geográfica se realizaba mediante la señalización de la información geográfica en un mapa de papel y, a continuación, se volcaba esa información a formato digital una vez de vuelta frente al ordenador. Hoy en día a través de la utilización de dispositivos móviles los datos geográficos pueden ser capturados directamente mediante levantamientos de información en trabajo de campo. |
| Librerías y extensiones espaciales | Proporcionan características adicionales que no forman parte fundamental del programa ya que pueden no ser requeridas por un usuario medio de este tipo de software. |
En la siguiente tabla se listan las actividades que deben ser desarrolladas y documentadas por cada grupo de proyecto en un único archivo de Adobe Acrobat .pdf. El documento debe incluir portada (indicando el caso de estudio, número de avance, nombre del módulo, fecha de presentación, nombres completos de los integrantes), numeración de páginas, tabla de contenido, lista de tablas, lista de ilustraciones, introducción, objetivo general, capítulos por cada ítem solicitado, conclusiones y referencias bibliográficas.
| Actividad | Alcance |
|---|---|
| Avance P1 | Esta actividad no requiere del desarrollo de elementos en el avance P1 del proyecto final, los contenidos son evaluados en el quiz de conocimiento y habilidad. |
| Avance P1 | En una tabla y al final del informe de avance de esta entrega, indique el detalle de las sub-actividades realizadas por cada integrante de su grupo. Para actividades que no requieren del desarrollo de elementos de avance, indicar si realizo la lectura de la guía de clase y las lecturas indicadas al inicio en los requerimientos. Utilice las siguientes columnas: Nombre del integrante, Actividades realizadas, Tiempo dedicado en horas. |
- https://www.esri.com/es-es/what-is-gis/overview
- https://volaya.github.io/libro-sig/chapters/Calidad_datos.html
| Versión | Descripción | Autor | Horas |
|---|---|---|---|
| 2024.06.24 | Versión actualizada a partir de los contenidos del curso TSIG | rcfdtools | 8 |
R.SIGE es de uso libre para fines académicos, conoce nuestra licencia, cláusulas, condiciones de uso y como referenciar los contenidos publicados en este repositorio, dando clic aquí.
¡Encontraste útil este repositorio!, apoya su difusión marcando este repositorio con una ⭐ o síguenos dando clic en el botón Follow de rcfdtools en GitHub.
| 🏠 Inicio | 🔰 Ayuda / Colabora | Siguiente |
|---|