Curso Sistemas de Información Geográfica Aplicados al Manejo de RRNN Profesor: MSc. Sergio...

CursoSistemas de Información Geográfica

Aplicados al Manejo de RRNN

Profesor:

MSc. Sergio Velá[email protected]

Tel/Ext: 2335 ó 2652 (secretaria)

Oficina: Edif. Principal, Ala Norte, 2o nivel, Area de Cuencas

Capítulo 5

Análisis Espacial de Datos

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.

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.


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.


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.


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.


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


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.

Medición

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

Medición

Calculo de la longitud de linea

La representación de polilínea de una curva suavizada tiende a ser más corta

La longitud de una vía como se viaja en la superficie de la tierra puede ser más larga que su proyección horizontal

Longitud y Distancia

Medición

Mide la forma de zonas en términos de su proximidad auna forma circular perfecta

CirculoPara cada zona en X

mide el área de la zona ( C )mide el perímetro de la zona ( P )

Cualquier otra forma

Forma de un Area

Medición

Medidas en datos raster Localización

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

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....?


Selección espacial interactiva

Elemento Gráfico


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


Selección espacial por condición de atributos


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.


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)


Seleccionar los objetos que estan contenidos en los objetos selectores Seleccionar el

tema del cual se desean seleccionar los rasgos (Códigos Zip).


Escoger la relacion contenido en y el tema selector (ciudad)


Seleccionar los objetos que estan a una distancia dada de los objetos selectores

Seleccionar el tema del cual se desean seleccionar los rasgos (Hoteles).


Escoger el tema selector (ruta) y la relacion de distancia (1km)

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”.

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.

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.

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)

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

Clasificación

Igual Area

Igual Intervalo

Cuantil

Clasificación

Clasificación de mapas raster

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.

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.

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.


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.


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.


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.


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)


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.


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.


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.


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.


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).

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).


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).


5 5 2 2

5 5 5 2

6 2 2 2

6 6 6 6

4 4 8 8

4 4 4 8

1 1 1 8

1 1 8 8

15 15 12 12

15 15 15 12

16 12 12 12

16 16 16 16

9 9 10 10

9 9 9 10

7 3 3 10

7 7 14 14

11 11 -60 -60

11 11 11 -60

71 33 33 -60

71 71 -14 -14

C1 = A + 10

C2 = A + B

C3 = ((A – B)/(A + B)) * 100)

A

B

C1

C2

C3


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).

A y BA

B A xo B

(A y B) o C

A o B

A y no B

A y (B o C)C


Tabla cruzada (Cross Table)

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


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.


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


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.


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.


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


Zonas de Viajedefinidas pordistancia Euclidiana Efecto de una

barrera absolutaen las zonas de viaje

Efecto de unabarrera relativa (fricción)en las zonas de viaje

Barrera absoluta


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”.


Trazar un área buffer de 20 km alrededor de las tiendas...


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.


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.


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.


Recodificación

Resumiendo propiedades de las regiones Correlación espacial


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).

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

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.

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.

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.

Análisis de Superficies

Modelos de Elevación de Terreno (MET) Se construyen a partir de interpolación

Inverso ponderado a la distancia Spline Krigging


Pendiente Se puede expresar en grados o en

porcentaje


Aspecto Refiere al ángulo hacia el cual está

apuntando la pendiente


Sombreado (Hillshading) Tiene dos parámetros: azimut y el

ángulo de elevación del sol.


Dirección, Acumulación de Flujo, Red de drenaje y trazado de cuencas

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.

Análisis 3D

Visualización de datos 3D

Análisis 3D


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