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MODELOS DE DATOS ESPACIALES Tema 12 (II). ¿Qué es un MODELO? Una representación simplificada de la realidad en la que aparecen algunas de sus propiedades.

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1 MODELOS DE DATOS ESPACIALES Tema 12 (II)

2 ¿Qué es un MODELO? Una representación simplificada de la realidad en la que aparecen algunas de sus propiedades. Una representación simplificada de la realidad en la que aparecen algunas de sus propiedades. Un modelo es un objeto, concepto o conjunto de relaciones que se utiliza para representar y estudiar de forma simple y comprensible una porción de la realidad empírica" Un modelo es un objeto, concepto o conjunto de relaciones que se utiliza para representar y estudiar de forma simple y comprensible una porción de la realidad empírica"

3 Propiedades Emergentes OBJETO REAL X CUESTION C CUESTION C RESPUESTA R RESPUESTA R MODELO M Analogía

4 Tipos de modelos Modelos Analógicos: Modelos Analógicos: son modelos físicos, como los ya mencionados de una maqueta como modelo icónico, o un mapa convencional como modelo análogo.son modelos físicos, como los ya mencionados de una maqueta como modelo icónico, o un mapa convencional como modelo análogo. Modelos Digitales: Modelos Digitales: modelos simbólicos y que para construirlos es necesario un proceso de codificación de la información, que permite una representación virtual manejable por medios informáticos.modelos simbólicos y que para construirlos es necesario un proceso de codificación de la información, que permite una representación virtual manejable por medios informáticos.

5 Modelo de Datos Un modelo de datos es un conjunto de conceptos que sirven para describir una estructura Para ello hay que codificar la información de una forma lógica y coherente

6 Modelo de Datos Espaciales

7 Modelo Vectorial Los objetos son representados por puntos y líneas que definen sus límites. Los objetos son representados por puntos y líneas que definen sus límites. La posición de cada objeto es definida por un sistema de referencia. La posición de cada objeto es definida por un sistema de referencia. Cada posición en el mapa se corresponde con un único par de coordenadas. Cada posición en el mapa se corresponde con un único par de coordenadas.

8 Modelo Raster Todo el espacio es dividido regularmente en celdas o teselas (rectangulares o no).[Pixel] Todo el espacio es dividido regularmente en celdas o teselas (rectangulares o no).[Pixel] La posición de los objetos está definida por la (fila, columna) que ocupan las celdas que los definen. La posición de los objetos está definida por la (fila, columna) que ocupan las celdas que los definen. El área que representa cada celda define la resolución de la información. [Resolución Espacial] El área que representa cada celda define la resolución de la información. [Resolución Espacial]

9 Estructura Raster y Vectorial

10 Los Objetos espaciales se codifican de modo explícito con sus fronteras Los Objetos espaciales se codifican de modo explícito con sus fronteras Estructura y representación de Tipo Vectorial

11 Estructura y representación de Tipo Raster El espacio está totalmente ocupado por una cuadrícula regular que lo divide en celdas. El espacio está totalmente ocupado por una cuadrícula regular que lo divide en celdas.

12 Tipos de Estructuras Vectoriales (I) Estructuras simples. Estructuras simples. Ficheros ASCII (American Standard Code for Interchange Information).Ficheros ASCII (American Standard Code for Interchange Information). Estructuras de tipo Espagueti o lista de coordenadas.Estructuras de tipo Espagueti o lista de coordenadas. Estructuras Topológicas Estructuras Topológicas Estructuras topológicas parcialesEstructuras topológicas parciales Cadena-nodo o Diccionario de Vértices. Cadena-nodo o Diccionario de Vértices. Pseudotopologías Pseudotopologías Estructuras con topología completaEstructuras con topología completa Organización Arco-nodo. Organización Arco-nodo. Estructuras Vectoriales

13 Tipos de Estructuras Vectoriales (II) Elementos de tipo área: se representan por bordes cerrados. Ej: polígonos industriales, límites municipales,... Elementos de tipo área: se representan por bordes cerrados. Ej: polígonos industriales, límites municipales,... Elementos lineales: se representan por una línea. Ej: ríos, barrancos,... Elementos lineales: se representan por una línea. Ej: ríos, barrancos,... Elementos puntuales: se representan por puntos. Ej: pozos, puntos de control, vértices geodésicos,... Elementos puntuales: se representan por puntos. Ej: pozos, puntos de control, vértices geodésicos,... Estructuras Vectoriales

14 Fichero ASCII (DXF) 0SECTION 2HEADER 9$ACADVER 1AC $ACADMAINTVE R $DWGCODEPAG E 3ANSI_1252 9$INSBASE $EXTMIN $EXTMAX $LIMMIN $LIMMAX $ORTHOMODE $REGENMODE 1 9$FILLMODE 1 9$QTEXTMODE 0 9 Estructuras Vectoriales

15 Estructura Espagueti (I) ¿Cómo almacena la información? ¿Cómo almacena la información? Puntos: par de coordenadasPuntos: par de coordenadas Líneas: como una sucesión de pares de coordenadas.Líneas: como una sucesión de pares de coordenadas. Polígonos: cadena de pares de coordenadas con repetición del primer par de coordenadas que indica que es un elemento cerrado.Polígonos: cadena de pares de coordenadas con repetición del primer par de coordenadas que indica que es un elemento cerrado. Estructuras Vectoriales

16 Estructura Espagueti (II) ¿Qué problemas tiene está estructura? ¿Qué problemas tiene está estructura? Almacena por duplicado los límites entre dos polígonos adyacentes.Almacena por duplicado los límites entre dos polígonos adyacentes. Se almacena sin ninguna estructura espacial aparente:Se almacena sin ninguna estructura espacial aparente: No presenta relaciones espaciales. No presenta relaciones espaciales. Es ineficiente para análisis espaciales Es ineficiente para análisis espaciales ¿Ventajas? ¿Ventajas? Es muy eficiente para trazar o plotear.Es muy eficiente para trazar o plotear. Estructuras Vectoriales

17 Estructura Espagueti (III) Tenemos: Tenemos: 4 Superficies4 Superficies 1 Línea1 Línea 1 Punto1 Punto 16 Vértices16 Vértices 17 Tramos17 Tramos Estructuras Vectoriales

18 Estructura Espagueti (IV) Estructuras Vectoriales

19 Estructura Espagueti (V) Estructuras Vectoriales

20 Estructura Topológicas (I) Términos y conceptos asociados: Términos y conceptos asociados: Nodos: corresponden a elementos puntuales, extremos de líneas e intersección de arcos.Nodos: corresponden a elementos puntuales, extremos de líneas e intersección de arcos. Arcos: sucesión de puntos que describe la ubicación y forma de un elemento lineal (empiezan y terminan en nodos).Arcos: sucesión de puntos que describe la ubicación y forma de un elemento lineal (empiezan y terminan en nodos). Vértices: elementos intermedios de los arcos.Vértices: elementos intermedios de los arcos. Polígonos: zonas encerradas por uno o varios arcos.Polígonos: zonas encerradas por uno o varios arcos. Estructuras Vectoriales

21 Estructura Topológicas (II) SE TIENEN: 9 Nodos (Verde)9 Nodos (Verde) 10 Arcos (Azul)10 Arcos (Azul) 7 Vértices (Naranja)7 Vértices (Naranja) 4 Polígonos (Blanco)4 Polígonos (Blanco) Estructuras Vectoriales

22 Estructuras Topológicas (III) Una estructura topol ó gica consiste en la representaci ó n de los detalles de las conexiones entre los diferentes objetos espaciales. Una estructura topol ó gica consiste en la representaci ó n de los detalles de las conexiones entre los diferentes objetos espaciales. Facilita una definici ó n precisa de los objetos y sus relaciones con otros objetos, permitiendo obtener de manera inmediata cualquier relaci ó n de adyacencia, conectividad, proximidad, etc. Facilita una definici ó n precisa de los objetos y sus relaciones con otros objetos, permitiendo obtener de manera inmediata cualquier relaci ó n de adyacencia, conectividad, proximidad, etc. Estructuras Vectoriales

23 Estructuras Topológicas (IV) Permite responder a preguntas del tipo: Permite responder a preguntas del tipo: ¿ Cu á les son las fincas que est á n contenidas en cada municipio?¿ Cu á les son las fincas que est á n contenidas en cada municipio? ¿ Cu á les son los centros comerciales que quedan a menos de 1 km de una v í a principal?¿ Cu á les son los centros comerciales que quedan a menos de 1 km de una v í a principal? Para crear topolog í a se han de cumplir unos requisitos de limpieza topol ó gica de la informaci ó n gr á fica: Para crear topolog í a se han de cumplir unos requisitos de limpieza topol ó gica de la informaci ó n gr á fica: Las l í neas deben tener sus conectar con exactitud (evitar overshoots y undershoots).Las l í neas deben tener sus conectar con exactitud (evitar overshoots y undershoots). Los bordes de pol í gonos adyacentes deben coincidir.Los bordes de pol í gonos adyacentes deben coincidir. Existencia de nodos en las intersecciones.Existencia de nodos en las intersecciones. Estructuras Vectoriales

24 Limpieza Topológica Estructuras Vectoriales

25 Estructuras Topológicas (V) Las relaciones entre nodos, arcos y pol í gonos se denominan relaciones topol ó gicas, que pueden ser: puntuales, lineales (de red), superficiales (de pol í gono). Las relaciones entre nodos, arcos y pol í gonos se denominan relaciones topol ó gicas, que pueden ser: puntuales, lineales (de red), superficiales (de pol í gono). Tipo de objeto RELACIÓN Tipo de objeto Nodo dentro contiene Polígono Nodo es extremo de termina en Arco delimita es delimitado Polígono Estructuras Vectoriales

26 Estructuras Topológicas (VI) Reglas en las relaciones topológicas: Relaciones espacialesPropiedades espaciales Cada arco tiene un nodo inicial y un nodo final Establece una dirección y una longitud de arco Los arcos están conectados entre sí por medio de nodos Establece conectividad Los arcos tienen regiones a un lado y a otro Establece adyacencia o vecindad Los polígonos están delimitados por una serie de arcos Establece área y perímetro de polígonos Un polígono puede tener islas interiores o tener un polígono exterior Establece área y perímetro de polígonos Estructuras Vectoriales

27 Estructuras Topológicas (VII) Tipos de Relaciones Topológicas entre elementos Gráficos. Tipos de Relaciones Topológicas entre elementos Gráficos. Estructuras Vectoriales

28 Ejemplo de Topología en red Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

29 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N3 N5 N6 N2 N3 N1 N1 N2 N5 N6 EEEAABBEEEAABB ABAABBCABAABBC Topología de arcos ArcoNodo inicialNodo finalPol. izqPol. der Ejemplo de Topología de Polígonos Coordenadas de arcos ArcoX, Y inicialX, Y mediaX, Y final a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 40, 60 70, 50 10, 25 40, 60 10, 25 30, 20 55, 27 70, 60 70, 10; 10, 10 10, 60 30, 50 20, 27; 30, 30; 50, , 15; 40, 15; 45, 27 70, 50 10, 25 40, 60 30, 40 70, 50 30, 20 55, 27 ABCDEABCDE a1, a5, a3 a2, a5, 0, a6, 0, a7 a7 a6 Área exterior Topología de Polígonos PolígonoArcos N1 N2 N3 N4 N5 N6 a1, a3, a4 a1, a2, a5 a2, a3, a5 a4 a6 a7 Topología de nodos NodoArcos Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

30 Juego Lineal Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales 1

31 Topología lineal Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

32 Oca Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales 1

33 De Oca a Oca Pozo y Calavera Puentes Juego de la Oca Estructura topológica Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

34 TOPOLOGÍA-TABLA DE CONEXIONES. Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

35 CAMINOS POSIBLES DE 1 A 6 Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

36 CAMINO MÍNIMO Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

37 GENERACIÓN: se obtienen los registros que definen las relaciones o conexiones existentes entre los elementos gráficos básicos, así como sus normas generales de funcionamiento CARGA DE DATOS ASOCIADOS: se incorporan los registros que controlan el sistema de funcionamiento de las estructuras topológicas. Si la topología no ha definido previamente los sentidos de las calles, los datos asociados (tiempos) carecen de significado. PROCESO DE CREACIÓN DE LA TOPOLOGÍA (Ejemplo: red viaria) DEFINICIÓN GEOMÉTRICA: consiste en una serie de registros que describen digitalmente los puntos, líneas y zonas a partir de los cuales se generará la topología. Una vez creada la topología, la definición geométrica pasa a un nivel secundario. Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

38 T1T2 T9 T6 T10 T5 T3 T7 T4 T8 NODO TRAMO NODO 1 T1 2 1 T5 7 2 T2 3 2 T3 8 4 T6 8 4 T4 3 4 T8 5 8 T7 6 6 T9 7 6 T10 5 CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE LA TOPOLOGÍA. Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

39 DEFINICIÓN DE SENTIDOS Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

40 NODO TRAMO NODO 1 T1 2 1 T5 7 2 T2 3 2 T3 8 4 T6 8 4 T4 3 4 T8 5 8 T7 6 6 T9 7 6 T10 5 T1 T2 T9 T6 T10 T5 T3 T7 T4 T8 2 T1 1 8 T3 2 6 T7 8 7 T9 6 T11 T12 T13 T T T T T14 4 CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE LA TOPOLOGÍA. Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

41 DEFINICIÓN DE TIEMPOS Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales 18 11

42 NODO TRAMO NODO 1 T5 7 2 T2 3 4 T6 8 4 T4 3 4 T8 5 6 T T1 1 8 T3 2 6 T7 8 7 T9 6 5 T T T T14 4 TIEMPO CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE ATRIBUTOS. Estructuras TopológicasEstructuras Vectoriales

43 Estructura Cadena-Nodo (I) (Diccionario de Vértices) Las Coordenadas de los vértices sólo se almacenan una vez. Las Coordenadas de los vértices sólo se almacenan una vez. No existen objetos superficiales, tan sólo puede haber objetos puntuales, textuales y lineales, todos ellos codificados y con nombres asignados. No existen objetos superficiales, tan sólo puede haber objetos puntuales, textuales y lineales, todos ellos codificados y con nombres asignados. Estructuras Vectoriales

44 Estructura Cadena-Nodo (II) Estructuras Vectoriales

45 Pseudotopología de Arcos Los Arcos se asocian a los punteros de la base de datos mediante códigos comunes. Estructuras Vectoriales

46 Pseudotopología de Polígonos Los Arcos se asocian a polígonos mediante códigos comunes. Los Arcos entre dos polígonos se repiten. Estructuras Vectoriales

47 Estructura Arco-Nodo (I) (Topología Completa) Es la estructura más característica de los SIG vectoriales. Es la estructura más característica de los SIG vectoriales. En ella se especifican: En ella se especifican: Las líneas que están conectadas.Las líneas que están conectadas. Los segmentos que delimitan un polígono.Los segmentos que delimitan un polígono. Los polígonos que son contiguos.Los polígonos que son contiguos. Estructuras Vectoriales

48 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N3 N5 N6 N2 N3 N1 N1 N2 N5 N6 EEEAABBEEEAABB ABAABBCABAABBC Topología de arcos ArcoNodo inicialNodo finalPol. izqPol. der Coordenadas de arcos ArcoX, Y inicialX, Y mediaX, Y final a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 40, 60 70, 50 10, 25 40, 60 10, 25 30, 20 55, 27 70, 60 70, 10; 10, 10 10, 60 30, 50 20, 27; 30, 30; 50, , 15; 40, 15; 45, 27 70, 50 10, 25 40, 60 30, 40 70, 50 30, 20 55, 27 ABCDEABCDE a1, a5, a3 a2, a5, 0, a6, 0, a7 a7 a6 Área exterior Topología de Polígonos PolígonoArcos N1 N2 N3 N4 N5 N6 a1, a3, a4 a1, a2, a5 a2, a3, a5 a4 a6 a7 Topología de nodos NodoArcos Estructura Arco-Nodo (II) Estructuras Vectoriales

49 Tipos de Estructuras Raster (I) Enumeración Recursiva. Enumeración Recursiva. Codificación Run-Length (RLE) Codificación Run-Length (RLE) Arboles Cuaternarios (quadtrees) Arboles Cuaternarios (quadtrees) … Estructuras Raster

50 Enumeración Recursiva (I) Es el menos eficiente de los formatos raster. Es el menos eficiente de los formatos raster. Estructuras Raster

51 Enumeración Recursiva (II) Estructuras Raster Se necesitan 16 por 16 caracteres, es decir 256 caracteres para almacenar la información

52 Códigos Run-Length (RLE) Para condensar la información, las filas que tienen el mismo valor se registran de izquierda a derecha y se almacenan como tramos. Cada tramo se determina mediante la celda inicial y la final (con un valor común). Para condensar la información, las filas que tienen el mismo valor se registran de izquierda a derecha y se almacenan como tramos. Cada tramo se determina mediante la celda inicial y la final (con un valor común). Formato muy bueno cuando es muy homogenea la imagen, y tiene pocas categorías. Formato muy bueno cuando es muy homogenea la imagen, y tiene pocas categorías. Estructuras Raster

53 Árboles Cuaternarios (I) (Quadtrees) Este método consiste en una división recursiva del espacio en cuadrantes y subcuadrantes, hasta llegar a la división mínima que es el pixel. Este método consiste en una división recursiva del espacio en cuadrantes y subcuadrantes, hasta llegar a la división mínima que es el pixel. El ejemplo representa una estructura en árbol de grado 4, porque cada nodo tiene 4 ramas, que son los cuadrantes NW, NE, SW y SE, El ejemplo representa una estructura en árbol de grado 4, porque cada nodo tiene 4 ramas, que son los cuadrantes NW, NE, SW y SE, Estructuras Raster

54 Quadtree (II) Estructuras Raster

55 Quadtree (III) Estructuras Raster

56 Quadtree (IV) Estructuras Raster

57 Quadtrees (Árboles cuaternarios) (V) Estructuras Raster

58 Estructuras de datos Vectoriales Tridimensionales Redes Irregulares de Triángulos: TIN (Triangulated Irregular Network) TIN (Triangulated Irregular Network)

59 Estructuras de datos Raster Tridimensionales Para modelar elementos tridimensionales, se puede extender una dimensi ó n la estructura raster. Es decir, la estructura 2-D de cuadrados se convierte en cubos 3-D. Estos cubos se denomina voxels (volume elements). Cada voxel se codifica con datos de atributos (por ej. tipo de roca).

60 Paso de estructuras Paso de Raster a Vectorial: Vectorización o Digitalización Paso de Raster a Vectorial: Vectorización o Digitalización Paso de Vectorial a Raster: Rasterización. Paso de Vectorial a Raster: Rasterización.

61 Comparación RASTER - VECTOR Ventajas Comparación RASTER - VECTOR Ventajas RASTER: RASTER: Estructura de datos simple.Estructura de datos simple. La superposición es fácil y eficiente.La superposición es fácil y eficiente. Es más adecuado para representar la variabilidad espacial.Es más adecuado para representar la variabilidad espacial. Eficiente manipulación de las imágenes digitales.Eficiente manipulación de las imágenes digitales. VECTOR VECTOR Estructura de datos compacta. Eficiente construcción de la topología. Eficiente implementación de la topología para análisis complejos. Mejor ajuste en la calidad gráfica.

62 Comparación RASTER - VECTOR Desventajas Comparación RASTER - VECTOR Desventajas RASTER: RASTER: Estructura de datos menos compacta.Estructura de datos menos compacta. La topología es difícil de representar.La topología es difícil de representar. Los gráficos y las salidas finales pueden ser menos atractivas.Los gráficos y las salidas finales pueden ser menos atractivas. La mayoría de los SIG se ven limitados en el número de columnas y filas, por lo que se limita el espacio a representar.La mayoría de los SIG se ven limitados en el número de columnas y filas, por lo que se limita el espacio a representar. VECTOR VECTOR La estructura de datos es muy compleja. La superposición de los datos de una zona es difícil de realizar. No son eficientes para la manipulación y análisis de imágenes digitales. La representación de la variabilidad espacial es ineficiente. Modelos II


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