Curso Sistemas de Información Geográfica Aplicados al Manejo de RRNN

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1 Curso Sistemas de Información Geográfica Aplicados al Manejo de RRNN
Profesor: MSc. Sergio Velásquez Tel/Ext: 2335 ó 2652 (secretaria) Oficina: Edif. Principal, Ala Norte, 2o nivel, Area de Cuencas

2 Capítulo 5 Análisis Espacial de Datos

3 Introducción El principal objetivo del análisis espacial de datos es transformar y combinar datos de diversas fuentes/disciplinas en información útil, para mejorar el entendimiento y satisfacer los requerimientos u objetivos de los tomadores de decisiones.

4 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Medición, consulta espacial y clasificación No hacen cambios fundamentales en los datos. Incluye la medición de distancias, perímetros áreas y volúmenes. Las consultas espaciales identifican rasgos geográficos selectivamente utilizando condiciones lógicas. La clasificación reasigna los valores de los rasgos en una capa de datos. Todas estas funciones se realizan sobre una capa de datos sencilla (vector o raster) a menudo utilizando los atributos asociados.

5 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Sobreposición Son el corazón de la actividad computacional de los SIG. Se combinan dos o más capas de datos para obtener una nueva capa de datos. Las capas deben cubrir al menos un área común a todas. Las capas de datos pueden ser combinadas utilizando operadores aritméticos, relacionales y condicionales.

6 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Vecindad o Contexto Evalúan las características del área que rodea un rasgo geográfico determinado. En estas funciones se incluyen los “buffers”, las funciones locales y focales, la interpolación y todas aquellas en los que los valores de un rasgo geográfico o pixel dependen de los valores de los rasgos que lo rodean.

7 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Red Evalúa cómo estan conectados los rasgos geográficos. Es útil en aplicaciones que se relacionan con redes de rasgos conectados. Ej: redes viales, cursos de agua en zonas costeras, canales de riego, líneas de conducción eléctrica, telefonía, etc.

8 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Análisis de Superficies Engloba aquellas funciones necesarias para representar superficies y procesos tridimensionales en dos dimensiones. Entre las funciones y procesos que involucra estan: MET (Modelo de Elevación de Terreno) Pendiente Aspecto Dirección de Flujo Acumulación de Flujo Red de Drenaje Cuenca

9 Clasificación de las funciones analíticas de los SIG
Análisis de datos 3D Se refiere al análisis de objetos sólidos y puede ser visto como una extensión de los SIG hacia objetos en el espacio tridimensional.

10 Medición Medidas en datos vectoriales
Localización (incluye centroides) Longitud Area Distancia entre dos rasgos Forma

11 Medición Longitud y Distancia Calculo de la longitud de linea
La longitud de una vía como se viaja en la superficie de la tierra puede ser más larga que su proyección horizontal La representación de polilínea de una curva suavizada tiende a ser más corta

12 Medición Forma de un Area
Mide la forma de zonas en términos de su proximidad a una forma circular perfecta Circulo Para cada zona en X mide el área de la zona ( C ) mide el perímetro de la zona ( P ) Cualquier otra forma

13 Medición Medidas en datos raster Localización Area Distancia
Determinada por el punto de anclaje que generalmente es la parte inferior izquierda del pixel Area Determinada por la resolución de las celdas Area = No. celdas x Area de la celda Distancia Determinada de centro a centro de celda, tomando en cuenta la resolución de la celda

14 Consultas de selección espacial
Selección espacial interactiva Se define la condición de la selección apuntando el cursor o dibujando objetos espaciales gráficos en la pantalla. Los objetos definidos interactivamente son llamados los objetos selectores (puntos, líneas o polígonos) El SIG selecciona los elementos en las capas indicadas que se traslapan (sobreponen, intersectan, contienen o están contenidos en) con los objetos selectores. (objetos seleccionados) Contesta la pregunta ¿Qué hay en....?

15 Consultas de selección espacial
Selección espacial interactiva Elemento Gráfico

16 Consultas de selección espacial
Selección espacial por condición de atributos Las condiciones se formulan en SQL (bases de datos relacionales) o en lenguaje específico del software. Puede constar de expresiónes sencillas o compuestas Area < 300 Area < 300 and Uso = Tienda/Bazar

17 Consultas de selección espacial
Selección espacial por condición de atributos

18 Consultas de selección espacial
Selección espacial usando relaciones topológicas Selecciona los rasgos de un mapa basado en las relaciones topológicas con otros elementos (en el mismo mapa o en diferente mapa) Siempre implica dos pasos: Seleccionar uno o mas rasgos como los objetos selectores Aplicar la relación espacial escogida para determinar los elementos seleccionados que tienen esa relación con los objetos selectores.

19 Consultas de selección espacial
Seleccionar los objetos que son intersectados por los objetos selectores Seleccionar el tema del cual se desean seleccionar los rasgos (Ciudades). Activar la caja de diálogo de Selección por tema. Escoger la relacion intersectar y el tema selector (ruta)

20 Consultas de selección espacial
Seleccionar los objetos que estan contenidos en los objetos selectores Seleccionar el tema del cual se desean seleccionar los rasgos (Códigos Zip). Activar la caja de diálogo de Selección por tema. Escoger la relacion contenido en y el tema selector (ciudad)

21 Consultas de selección espacial
Seleccionar los objetos que estan a una distancia dada de los objetos selectores Seleccionar el tema del cual se desean seleccionar los rasgos (Hoteles). Activar la caja de diálogo de Selección por tema. Escoger el tema selector (ruta) y la relacion de distancia (1km)

22 Clasificación Se utiliza para remover detalle de los datos de entrada, para revelar patrones de distribución espacial importantes. Se produce un mapa nuevo, en el cual a cada elemento en los datos de entrada (celdas raster, puntos, líneas o polígonos) se le asigna un valor característico de acuerdo a una tabla elaborada para el efecto. Puede darse el caso que los datos de entrada sean tambien producto de una clasificación por lo que la operación en este caso se denomina “reclasificación”.

23 Clasificación En la clasificación de vectores hay dos posibles resultados: Los rasgos de entrada son los mismos que los de salida, es decir se preservan los rasgos originales. Los elementos originales son “fusionados” con elementos adyacentes que tengan la misma categoría. Esto se conoce como fusión espacial, agregación o disolución.

24 Clasificación Esta clasificación muestra la distribución de la población total por distrito de la Republica de Costa Rica. Note las fronteras de cada una de los distritos. Esta clasificación muestra la misma distribución de la población total por distrito de la Republica de Costa Rica. Note que las fronteras de cada una de los distritos han sido removidas por el proceso de disolución.

25 Clasificación También las operaciones de clasificación se pueden dividir en: Clasificación controlada por el usuario: Indicamos cuáles atributos clasificar y definimos el método de clasificación. En cuanto al método de clasificación podemos decidir el número de clases y la correspondencia entre los atributos viejos y las nuevas clases. Generalmente se utiliza cuando los atributos son variables contínuas (elevación) o bien son discretas pero con altas variaciones (población total)

26 Clasificación Clasificación Automática
El usuario solamente especifica el número de clases y el tipo de clasificación que se desea realizar. Quiebres naturales Igual intervalo Cuantiles (Igual frecuencia) Desviación estándar

27 Clasificación Igual Intervalo Cuantil Igual Area

28 Clasificación Clasificación de mapas raster

29 Sobreposición (Overlay)
Técnicas que combinan dos capas de datos espaciales y producen una tercera. Para que los operadores funciones las capas tienen que estar en el mismo sistema de georeferenciación y abarcar un área de estudio común (no necesariamente el 100%). Los operadores de sobreposición espacial se pueden utilizar tanto en datos vectoriales como en datos raster.

30 Sobreposición (Overlay)
Operaciones de sobreposición vectorial La sobreposición vectorial demanda más cálculos que su equivalente en formato raster. No es necesario utilizar los operadores a todo el grupo de datos, es decir, se puede seleccionar los rasgos relevantes y luego utilizarlos como el argumento de la operación. Las operaciones básicas son: Intersección Unión Identidad Actualización Recortado Borrado Algunas de estas operaciones se encuentran disponibles en ArcView en la extensión de Geoproceso.

31 Sobreposición vectorial
Intersección (Intersection) En la operación de intersección solamente las áreas que son comunes entre las dos entradas se incluyen en la salida. El orden de entrada de los temas no importa. Los campos de las dos tablas se incluyen en la tabla de la salida.

32 Sobreposición vectorial
Unión Une todos los rasgos de los dos temas de entrada y la extensión del tema de salida es igual a la extensión de los dos temas de entrada. Se incluyen tambien todos los campos de ambas tablas, con la diferencia que algunos campos aparecerán vacíos: donde no hay coincidencia de ambos temas, pues solamente se incluye el campo del tema de entrada.

33 Sobreposición vectorial
Identidad (Identity) Mantiene todos los elementos del tema de entrada y toma lo elementos del tema identidad que se traslapan. La extensión del tema de salida depende de cuál tema se considera el de entrada y cuál el tema identidad. El orden de precedencia es importante: en los lugares donde hay traslape todos los atributos se unen; donde no hay traslape, solamente los atributos de entrada han sido retenidos.

34 Sobreposición vectorial
Identidad (Identity) En el ejemplo de una identidad realizado en el tema de bosques con el de suelos como tema identidad, el tema de salida tiene la misma extensión que el tema original de los bosques, pero se forman polígonos adicionales formados por el traslape de los polígonos de los suelos y los polígonos de los bosques.

35 Sobreposición vectorial
Actualización (Update) Reemplaza las partes del tema de entrada que se traslapan con los rasgos del tema a actualizar. Como con la Identidad, el orden de precedencia es importante: solamente los atributos del tema de entrada existen en el tema de salida. Donde no hay valores para campos particulares, los valores serán nulos (blanco para texto y 0 para campos numéricos)

36 Sobreposición vectorial
Actualización (Update) En este ejemplo los suelos se han actualizado con los datos de los bosques. El nuevo tema tiene nuevos polígonos de los bosque que han sido agregados y sobreescrito cualquier polígono existente.

37 Sobreposición vectorial
Recortar (Clip) Corta partes del tema de entrada con la figura externa del tema de corte. Solamente los atributos del tema de entrada son retenidos. El orden de precedencia también tiene importancia en este proceso.

38 Sobreposición vectorial
Recortar (Clip) En este ejemplo se cortan los caminos del área del bosque Pack con los límites administrativos. Solamente los atributos de los caminos originales se retienen.

39 Sobreposición vectorial
Borrar (Erase) Remueve las partes del tema de entrada basado en las propiedades espaciales del tema de borrado. Los atributos del tema de entradas son pasados al tema de salida, y ninguno de los del tema de borrado se transfieren a la misma. El orden de precedencia tiene importancia en esta operación.

40 Sobreposición vectorial
Borrar (Erase) En este ejemplo, los bosques son borrados utilizando los suelos como borrador. Cualquier área en el tema bosques que se sobrepone con los suelos son borrados. La tabla de salida tiene la misma estructura que el tema de entrada (bosques).

41 Sobreposición raster Operaciones de sobreposición raster
La mayor parte de las operaciones de sobreposición en formato raster son en base a celda por celda (operadores locales) y por lo tanto son más eficientes en cuanto al uso de recursos de computación. Los SIG tienen implementando un lenguaje para hacer este tipo de operaciones llamadas “cálculo raster”, algebra de mapas o mapemáticas (map calculator en ArcView).

42 Sobreposición raster Operadores aritméticos
Soporta operaciones básicas (suma, resta, multiplicación, división) y trascendentales (potenciación, trigonométricas, etc.) Se debe tener especial cuidado con los valores que contiene cada capa para evitar errores (ej: división entre cero).

43 Sobreposición raster 15 12 16 C1 A C1 = A + 10 5 2 6 9 10 7 3 14 C2 B
C2 = A + B 4 8 1 11 -60 71 33 -14 C3 C3 = ((A – B)/(A + B)) * 100)

44 Sobreposición raster Operadores lógicos y de comparación
Se pueden usar los comparadores menor que (<), menor o igual que (<=), mayor que (>), mayor o igual que (>=), igual que (=) y no igual a (<>). Se pueden utilizar los operadores lógicos como Y (AND), O (OR), NO (NOT), XO exclusivo (XOR).

45 A o B A A y B A y no B A xo B B (A y B) o C A y (B o C) C

46 Sobreposición raster Tabla cruzada (Cross Table)

47 Funciones de Vecindad o Contexto
Permiten caracterizar una localidad (operaciones focales), un grupo de localidades (operaciones zonales) o un área completa (operaciones globales) basada en los valores de las celdas vecinas

48 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Requieren tres parámetros básicos: Localización del (los) objetivo(s) o blanco(s) Especificación de la forma del vecindario alrededor de cada blanco. Una función ha ser ejecutada en los elementos del vecindario.

49 Funciones de Vecindad o Contexto
Pregunta: ¿Cuál es el número de residencias en un radio de 5 km. de la estación de bomberos? Objetivo: Estación de bomberos. Vecindario: Area de 5 km. alrededor de la estación. Función: Contar el número de residencias. Estación Bomberos

50 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Búsqueda espacial Calcula un valor de atributo por cada celda objetivo como una función de los valores de sus vecinos en un grid dado. Objetivo: celdas objetivo en un grid focal Funciones: suma, media, desviación estándar, mayoría, etc. Vecindario: circular, cuadrado, anillo.

51 Funciones de Vecindad o Contexto

52 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Contigüidad o Agrupamiento Identifica de manera única grupos individuales de celdas contiguas en un grid existente. El grid de salida tiene cada polígono (o grupo de celdas) con un número único de 1 a n, donde n es el número total de polígonos encontrados en el grid.

53 Funciones de Vecindad o Contexto

54 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Proximidad (raster) Calcula un valor de atributo para cada celda de acuerdo a la longitud de de la vía más corta entre la celda y la localización del objetivo o área. La distancia puede ser medida en distancia Euclidiana o como un “costo” (distancia ponderada). La vía de menor costo es la ruta entre los dos objetivos donde el costo es mínimo. En muchos casos, el costo es diferente a la distancia Euclidiana

55 Funciones de Vecindad o Contexto
Zonas de Viaje definidas por distancia Euclidiana Efecto de una barrera absoluta en las zonas de viaje barrera relativa (fricción) Barrera absoluta

56 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Proximidad (vector) En formato vectorial la proximidad se conceptualiza como la generación de zonas buffer y la generación de polígonos de Thiessen. Cada zona buffer se convierte en un rasgo poligonal en una capa totalmente separada. En ArcView existe una extensión para la creación de zonas buffer llamada “Buffer wizard”.

57 Funciones de Vecindad o Contexto
Trazar un área buffer de 20 km alrededor de las tiendas...

58 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones focales Proximidad (vector) Los polígonos de Thiessen son útiles cuando se tiene un grupo de puntos espacialmente distribuidos y se desea conocer para cada localidad del área en estudio cuál es el punto más cercano. Tiene también aplicación en el cálculo de los pesos relativos de las estaciones meteorológicas.

59 Funciones de Vecindad o Contexto

60 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones zonales Operan en las propiedades de una región (zona) a la cual la celda pertenece. Estas propiedades pueden ser: Longitud, área o forma Número de localidades que tienen un cierto valor de atributo en un grid que ocurre dentro del área definida por una región u otro grid.

61 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones zonales Entre las características de las operaciones zonales están: No cambian los límites de las regiones. Cambian los valores de atributos de cada región (o zona) de acuerdo a sus estadísticas o a la especificación del usuario. Util para entender la distribución de objetos, medición cuantitativa de formas, propiedades estadísticas de objetos y asociación espacial.

62 Funciones de Vecindad o Contexto
Recodificación Resumiendo propiedades de las regiones Correlación espacial

63 Funciones de Vecindad o Contexto
Operaciones zonales Un ejemplo lo constituye si se quiere contabilizar cuántos tipos de bosque hay dentro de cada zona de un mapa hipsométrico (pisos altitudinales).

64 Funciones de Vecindad o Contexto

65 Análisis de Redes Una red es un grupo de líneas conectadas que representan un fenómeno, típicamente relacionado con el transporte. El análisis de redes puede hacerse tanto en formato raster como en formato vectorial, pero el vectorial es el mas común. Las redes pueden ser: Redes direccionales Redes no direccionales

66 Análisis de Redes La mayor parte de las redes son planares (bidimensionales), sin embargo hay otras que pueden ser no planares. redes hidrográficas (planares) Redes tráfico (no planares) ej: pasos a desnivel. No todos los softwares pueden manejar redes no planares.

67 Análisis de Redes Los análisis clásicos en análisis de redes son:
Determinación de rutas óptimas: Genera rutas de costo mínimo entre un par de localidades utilizando datos geométricos y atributos.

68 Análisis de Redes Los análisis clásicos en análisis de redes son:
Asignación de redes: Adjudica lineas y/o nodos de la red de manera mutuamente exclusiva a un número de localidades objetivo (tratamiento médico, educación, abastecimiento de agua) Análisis de trazo: Determina cuál parte de la red se encuentra abajo o arriba de una localidad objetivo.

69 Análisis de Superficies
Modelos de Elevación de Terreno (MET) Se construyen a partir de interpolación Inverso ponderado a la distancia Spline Krigging

70 Análisis de Superficies
Pendiente Se puede expresar en grados o en porcentaje

71 Análisis de Superficies
Aspecto Refiere al ángulo hacia el cual está apuntando la pendiente

72 Análisis de Superficies
Sombreado (Hillshading) Tiene dos parámetros: azimut y el ángulo de elevación del sol.

73 Análisis de Superficies
Dirección, Acumulación de Flujo, Red de drenaje y trazado de cuencas

74 Análisis 3D Esta enfocado más a técnicas de visualización.
El análisis espacial está limitado al cálculo de volúmenes y sobreposición espacial Los verdaderos sistemas 3D pueden asignar tres coordenadas a cualquier localidad en el área de estudio. Los sistemas 2½D permiten asignar a elementos en 2D un valor extra de elevación.

75 Análisis 3D Visualización de datos 3D

76 Análisis 3D Análisis de Superficies