Sistemas de información geográfica

Alfonso Suárez Torrente

Andrea Suárez Villar

Mónica Vázquez Goyarzu

Alberto Vicente López

Índice.

1. Definición de SIG......................................................................................................... 3 1.1. Definiciones. ......................................................................................................... 3

1.1.1. Definiciones globales. ................................................................................... 3 1.1.2. Definiciones funcionales............................................................................... 4 1.1.3. Definiciones tecnológicas. ............................................................................ 5

1.2. Funcionalidades. ................................................................................................... 6 1.3. Aplicaciones.......................................................................................................... 7

2. Historia de los SIG. ...................................................................................................... 9 2.1. SIG en España..................................................................................................... 11

3. Tipos de SIG............................................................................................................... 13 3.1. SIG ráster vs. vectorial........................................................................................ 13

3.1.1. SIG ráster. ................................................................................................... 14 3.1.2. SIG vectorial. .............................................................................................. 14 3.1.3. Ventajas e inconvenientes. .......................................................................... 15

3.2. SIG orientado a capas vs. orientado a objetos. ................................................... 16 3.3. Modelo digital de terreno.................................................................................... 16

4. Sistemas de posicionamiento global: GPS y Galileo.................................................. 18 4.1. GPS. .................................................................................................................... 18

4.1.1. GPS para SIG. ............................................................................................. 19 4.2. Galileo................................................................................................................. 19 4.3. GPS vs. Galileo................................................................................................... 21

5. Cartografía: proyecciones y vértices geodésicos........................................................ 22 5.1. Conceptos de geodesia........................................................................................ 23 5.2. Coordenadas geográficas. ................................................................................... 24 5.3. Direcciones. ........................................................................................................ 25 5.4. Proyecciones. ...................................................................................................... 26

5.4.1. Proyección Universal Transversa de Mercator (UTM)............................... 27 5.5. La representación de los elementos de la superficie terrestre............................. 30

5.5.1. Fenómenos en el espacio, variables, entidades y eventos........................... 30 5.5.2. Escala y representación de entidades. ......................................................... 31 5.5.3. Elementos de representación cartográfica................................................... 32

5.6. Concepto de espacio. .......................................................................................... 33 5.7. Generalización en cartografía convencional....................................................... 34

5.7.1. Generalización temática. ............................................................................. 35 5.7.2. Generalización y escala............................................................................... 35 5.7.3. Generalización y SIG. ................................................................................. 36

5.8. Vértices geodésicos............................................................................................. 37 6. Estándares para SIG en la Web: OGC........................................................................ 38

6.1. OpenGIS. ............................................................................................................ 38 7. APIs públicas para SIG en la Web. ............................................................................ 41

7.1.1. ka-Map. ....................................................................................................... 41 7.1.2. Google Maps API........................................................................................ 41 7.1.3. OpenLayers. ................................................................................................ 41 7.1.4. GIS Viewer Toolkit – Tilcon. ..................................................................... 41 7.1.5. GeoAPI........................................................................................................ 42 7.1.6. GeoTools. .................................................................................................... 42 7.1.7. GeoServer.................................................................................................... 42

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8. Elección justificada de una API.................................................................................. 43 9. Desarrollo de un sistema SIG para la Web................................................................. 44

9.1. Descripción de la funcionalidad de la aplicación ............................................... 44 9.2. Diseño de la arquitectura y descripción de las tecnologías utilizadas ................ 44 9.3. Enlace a un servidor con la aplicación funcionando........................................... 45 9.4. Código fuente del servidor.................................................................................. 45

10. Integración de datos y mapas en la Web. ................................................................. 46 10.1. Desde una web poder llegar a un mapa que permita visualizar información geográfica................................................................................................................... 46

10.1.1. Enlace a Google Maps. ............................................................................. 46 10.2. Utilización de microformatos. .......................................................................... 46

10.2.1. Metadatos HTML...................................................................................... 47 10.3. Desde un mapa, como Google Earth, poder llegar hasta una web si se está visualizando la zona relacionada. .............................................................................. 48

10.3.1. KML.......................................................................................................... 48 11. Referencias. .............................................................................................................. 49

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1. Definición de SIG.

El término Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS) integra diversas áreas, por lo que no existe una definición consensuada sobre el mismo; si bien una de las más aceptadas es la proporcionada por el National Centre of Geographic Information and Analysis (NCGIA):

Un SIG es un sistema de hardware, software y procedimientos elaborados para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas complejos de planificación y gestión. (NCGIA, 1990)

Esta definición proporciona una idea general de lo que es un SIG, aunque existen muchas otras que acentúan su componente de base de datos, su funcionalidad o bien el hecho de ser una herramienta de apoyo a la toma de decisiones, entre otros aspectos. No obstante, todas coinciden en referirse a los SIG como sistemas integrados para trabajar con información espacial.

1.1. Definiciones.

1.1.1. Definiciones globales.

En las definiciones globales predomina la idea global y abstracta de la técnica. Atienden a los objetivos generales de los SIG, sin especificar qué funciones realizan o los métodos concretos que utilizan. Son definiciones donde importa menos el cómo y con qué, e interesa más el qué.

Los SIG, más que una tecnología, son un instrumento nuevo de percepción y comprensión del territorio. (DE ABREU, 1996)

Un SIG es un intento más o menos logrado según los casos de constituir una visión esquemática de una realidad compleja. (BOSQUE, 1994)

Un Sistema de Información Geográfica puede ser concebido como una especialización de un sistema de bases de datos, caracterizado por su capacidad de manejar datos geográficos, que están georreferenciados y los cuales pueden ser visualizados como mapas. (BRACKEN AND WEBSTER, 1992)

Una base de datos especializada que contiene objetos geométricos. (CEBRIÁN, 1994)

Un Sistema de Información Geográfica es un sistema computacional orientado a capturar, almacenar, administrar, integrar, manipular, analizar y presentar datos relacionados a elementos dispuestos sobre el superficie de la Tierra y su posición en ella; típicamente, se utiliza para el manejo de mapas, representados

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dentro del sistema como una o más capas diferentes, cada una de las cuales contiene información geográfica (posición de cada elemento en la Tierra), topológica (relaciones existentes entre los elementos de la capa) y temática (tema que busca representar, contenido) sobre algún aspecto particular. (Inbio, http://www.inbio.ac.cr/ecomapas/glosario10.htm)

Un SIG abarca tecnología de la información, gestión de la información, asuntos legales y de negocios, y conceptos específicos de materias de un gran abanico de disciplinas, pero es implícito en la idea de SIG que es una tecnología usada para tomar decisiones en la solución de problemas que tenga al menos una parte de componente espacial. (MAGUIRE, GOODCJILD y RHIND, 1991)

Vemos a un Sistema de Información Geográfica esencialmente como una herramienta para la investigación urbana y regional, análisis de políticas, simulación de actuaciones y planificación. Un SIG consiste en una base de datos que contiene datos referenciados espacialmente y, que como un LIS (Land Information System), tiene una serie de procedimientos y técnicas para la recogida, actualización y análisis de los datos. (SCHOLTEN Y VAN DER VLUNGT, 1990)

1.1.2. Definiciones funcionales.

Las definiciones funcionales atienden a las tareas que pueden realizar los Sistemas de Información Geográfica. En principio estos sistemas deben servir para un objetivo básico que es la comprensión y uso de datos espaciales. La coincidencia en las funciones de los SIG es plena en casi todas las definiciones dadas por los distintos autores, siendo las más repetidas las siguientes: introducción, almacenaje, recuperación, análisis, modelado y representación.

Software utilizado para automatizar, analizar y representar datos gráficos georreferenciados y organizados según un modelo topológico. (AESIGT, 1993)

Sistema computarizado que provee los siguientes cuatro conjuntos de operaciones para tratar datos georreferenciados: 1) entrada de datos; 2) uso de los datos (almacenamiento y recuperación); 3) manipulación y análisis; 4) salida. (ARONOFF, 1991)

Es un sistema de ordenadores para obtener, almacenar, integrar, manipular, analizar y representar datos relativos a la superficie terrestre. (Association for Geographic Information, http://www.geo.ed.ac.uk/agidict/)

Un conjunto de herramientas para reunir, introducir, almacenar, recuperar, transformar y cartografiar datos espaciales sobre el mundo real para un conjunto particular de objetivos. (BURROUGH y MCDONNELL, 1997)

Sistema para capturar, almacenar, validar, integrar, manipular, analizar y representar datos referenciados sobre la tierra. (DOE, 1987)

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Es un conjunto de hardware, software y datos geográficos para capturar, manipular, analizar y mostrar información geográficamente referenciada. (ESRI, http://www.gis.com/whatisgis/index.html)

Un sistema de base de datos computarizados para captura, almacenaje, recuperación, análisis y visualización de datos espaciales. (HUXHOLD, 1991)

Un Sistema de Información Geográfica es una colección de tecnología de la información, datos y procedimiento de captación de información, almacenamiento, manipulación, análisis y presentación en mapas y estadísticas sobre características que puedan ser representadas en mapas. (HUXHOLD AND LEVISOHN, 1995)

Actualmente, puede ser considerado como SIG, los sistemas de software que incluyen cuatro funciones (entrada, almacenaje, manipulación, y análisis y representación); y debe realizar eficientemente las cuatro tareas. (MARBLE, 1990)

Conjunto integrado de medios y métodos informáticos, capaz de recoger, verificar, intercambiar, almacenar, gestionar, actualizar, manipular, recuperar, transformar, analizar y mostrar datos espacialmente referenciados a la Tierra. (RODRÍGUEZ PASCUAL, 1993)

Es un sistema de ordenadores capaz de montar, almacenar, manipular y mostrar información geográficamente referenciada, es decir, datos identificados según sus localizaciones. (United States Geological Survey, http://www.usgs.gov)

1.1.3. Definiciones tecnológicas.

Las definiciones tecnológicas reflejan un interés especial por la técnica empleada, es decir, destacan el uso de la informática como medio para el fin último: la comprensión de datos espaciales.

Es un sistema informático capaz de mantener y usar datos con localizaciones exactas en la superficie terrestre. (Alcornocales, http://www.alcornocales.org/sig/que.html)

Tecnología informática para gestionar y analizar la información espacial. (BOSQUE, 1992)

SIG como denominación de bases de datos computadorizada que contiene información espacial. (CEBRIÁN, 1988)

Es un software que maneja cartografía con bases de datos asociadas, con la misión principal de resolver problemas espaciales o territoriales. (Nosolosig, http://www.nosolosig.com/index.php?option=com_content&task=view&id=141&Itemid=67)

Modelo informatizado del mundo real, descrito en un sistema de referencia ligado a la tierra, establecido para satisfacer unas necesidades de información

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específicas respondiendo a un conjunto de preguntas concretas. (RODRÍGUEZ PASCUAL, 1993)

Sistema digital para el análisis y manipulación de todo tipo de datos geográficos a fin de aportar información útil para las decisiones territoriales. (TOMLINSON, 1984)

Un SIG no es simplemente un sistema informático para hacer mapas, aunque pueda crearlos a diferentes escalas, en diferentes proyecciones y con distintos colores. Un SIG es una herramienta de análisis. La mayor ventaja de un SIG es que permite identificar las relaciones espaciales entre características de varios mapas. Un SIG no almacena un mapa en sentido convencional, ni almacena una imagen concreta o vista de una área geográfica. En vez de ello, un SIG almacena los datos a partir de los cuales se puede crear la escala deseada, dibujada para satisfacer un producto. En suma un SIG no contiene mapas o gráficos, sino una base de datos. El concepto de las bases de datos es central para un SIG, y es la principal diferencia entre un SIG y un simple sistema de gráficos o sistema informático de cartografía, que solo puede producir buenos gráficos. (UNDERSTANDING GIS, 1995)

1.2. Funcionalidades.

Un SIG almacena información sobre el mundo como una colección de niveles temáticos que pueden relacionarse geográficamente para analizar patrones, relaciones y tendencias. Los datos almacenados se disponen en una serie de mapas de la misma porción de terreno donde la localización de un punto tiene las mismas coordenadas en todos los mapas incluidos en el sistema; lo que permite superponer varias capas con el objetivo de dar una perspectiva diferente de la información para ayudar en la toma de decisiones al resolver complejos problemas de planificación y gestión.

Figura 1: Superposición de capas (fuente:

http://www.geogra.uah.es/gisweb/1modulosespanyol/IntroduccionSIG/GISModule/GISTheory.doc)

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De sus definiciones funcionales pueden desprenderse cuáles son las principales tareas de los SIG: obtener una gran cantidad de información de distinto tipo, tratarla para convertirla en conjuntos de datos compatibles, combinarlos y exponer los resultados sobre un mapa. Algunas de las operaciones estándar de los SIG son:

1. Integración de mapas trazados a escalas diferentes o con proyecciones o leyendas distintas.

2. Cambios de escala, proyecciones, leyenda, inscripciones, etc. en los mapas.

3. Superposición de distintos tipos de mapas de una determinada zona para formar un nuevo mapa en el que se incluyen los datos descriptivos de cada uno de los mapas.

4. Creación de zonas intermedias o próximas en torno a las líneas o polígonos de un mapa para buscar zonas de ciertas condiciones temáticas.

5. Formulación de preguntas de carácter espacial e informativo a través de bases de datos.

1.3. Aplicaciones.

Gracias a su versatilidad, los Sistemas de Información Geográfica tienen un campo de aplicación muy amplio, pudiendo utilizarse en la mayoría de las actividades con una componente espacial. La utilidad final de los SIG radica en su capacidad para construir modelos del mundo real a partir de las bases de datos digitales y utilizarlos para simular el efecto de un proceso específico en el tiempo en un determinado escenario. La construcción de modelos constituye un instrumento muy eficaz para analizar las tendencias y determinar los factores que influyen en ellas, o para exponer las posibles consecuencias de las decisiones o proyectos de planificación que repercuten en la utilización y ordenación de los recursos.

Algunas de las aplicaciones de los Sistemas de Información Geográfica son:

- Cartografía de localizaciones: creación de mapas por medio de cartografía automatizada, captura de datos y herramientas de análisis.

- Mapas cuantitativos: localización de lugares que reúnen ciertos criterios demográficos y toma decisiones o estudio de las relaciones existentes entre diferentes lugares.

- Mapas de densidades: medición del número de entidades en una unidad de área uniforme de forma que se pueda ver claramente la distribución.

- Cálculo de distancias: estudio de lo que está pasando en un radio determinado alrededor de una entidad.

- Cartografía y detección del cambio: cartografiado del cambio en una zona para predecir condiciones futuras, tomar decisiones o evaluar los resultados de una acción o una política concreta.

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A nivel continental, por ejemplo, los mapas de terreno pueden combinarse con mapas hidrológicos y datos climatológicos para producir mapas donde figure la idoneidad de la tierra para distintos tipos o intensidades de usos, o para cultivos específicos. Pueden añadirse datos demográficos y administrativos para obtener proyecciones sobre futuras hipótesis de oferta y demanda por región o país.

A nivel nacional y local, las posibles aplicaciones de los SIG son casi infinitas. Por ejemplo, para determinar los mejores lugares potenciales para producir ciertos cultivos comerciales, el planificador agrícola puede utilizar bases de datos geográficos en los que se combine información sobre suelos, topografía y precipitaciones para determinar el tamaño y el potencial de las zonas biológicamente adecuadas. Para hacer más completa la información también puede superponer otras bases de datos con información sobre propiedad de la tierra, infraestructura de transportes, disponibilidad de mano de obra y distancia del mercado. Además, el planificador puede cambiar continuamente las características de los distintos datos descriptivos a través del tiempo para determinar las posibles repercusiones de las circunstancias cambiables, como son los efectos de la sequía, el aumento o descenso de los precios nacionales o mundiales, o la construcción de nuevas carreteras.

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2. Historia de los SIG.

Posiblemente, el primer uso del método geográfico data de 1854 cuando John Snow, un físico británico, representó un brote de cólera en Londres utilizando puntos para localizar los casos individuales. Este estudio de la distribución del cólera le condujo al origen de la enfermedad, una bomba de agua contaminada que se localizaba en el centro del brote.

Durante los años 1960 y 1970 surgieron nuevas tendencias en la forma de utilizar los mapas para la evaluación de recursos y la planificación del uso de la tierra. Dándose cuenta de que los diferentes aspectos de la superficie de la Tierra no eran independientes entre sí, se empezó a reconocer la necesidad de evaluarlos de una forma integrada y multidisciplinaria. Una manera de hacerlo era simplemente superponer copias transparentes de mapas de recursos sobre mesas iluminadas y buscar los puntos de coincidencia en los distintos mapas de los diferentes datos descriptivos.

Posteriormente, esta técnica se adaptó a la emergente tecnología de la informática con el procedimiento de trazar mapas sencillos sobre una cuadrícula de papel ordinario, superponiendo los valores de esa cuadrícula y utilizando la sobreimpresión de los caracteres de la impresora por renglones para producir tonalidades de grises adecuadas a la representación de valores estadísticos, en lo que se conocía como sistema de cuadrícula (trama). Sin embargo, estos primeros métodos no estaban lo suficientemente perfeccionados como para ser aceptados por los cartógrafos.

En 1962, fue desarrollado en Canadá el primer sistema de información geográfica como tal. El Canadian Geographic Information System (CGIS), dirigido por Roger Tomlinson, fue desarrollado en Ottawa (Ontario) por el Departamento Federal de Desarrollo Rural y Forestal. El CGIS se desarrolló con el objetivo de almacenar, analizar y manipular información para el Canada Land Inventory (CLI), una iniciativa para determinar la capacidad del uso del suelo en zonas rurales con información sobre tierras, agricultura, recreación, flora y fauna, zonas forestales, etc. Una de las aportaciones más importantes de CGIS fue su capacidad de superponer distintas capas de información para permitir el análisis espacial de datos geográficamente convergentes. CGIS siguió en funcionamiento hasta la década de los 90 y nunca estuvo disponible en forma comercial.

En Harvard (Estados Unidos) en el año 1964 Howard T. Fisher fundó el Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis (LCGSA). En él se desarrollaron importantes conceptos teóricos del manejo de datos espaciales y en 1970 había distribuido ya sistemas y código de software seminal, tal como SYMAP, CALFORM, SYMVU, GRID, POLYVRT y ODYSSEY, que sirvieron de inspiración para posteriores desarrollos comerciales.

Otras iniciativas desarrolladas en Estados Unidos en la misma época, como Land Use and Resource Information System (LUNR), Minnesota Land Management Information System (MLMIS) y Polygon Information Overlay System (PIOS), contribuyeron a despertar un mayor interés en el tratamiento de los datos geográficos. A pesar de las primeras tentativas canadienses, fue en Estados Unidos donde los SIG tuvieron el campo de experimentación adecuado, tanto entre las instituciones públicas

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como en las privadas, y por ello fue en este país donde se desarrollaron las aplicaciones de mayor envergadura e importancia.

En los años setenta se celebró la primera conferencia sobre SIG organizada por la International Geographical Union (IGU) reuniendo a 40 participantes. Durante la misma década, en Estados Unidos destacaron cuatro organismos: uno del ámbito universitario, Harvard University, dos instituciones públicas, United States Census Bureau (USCB) y United States Geological Survey (USGS), y una empresa privada, Environmental Systems Research Institute (ESRI). Todos ellos participaron de una u otra forma en la consolidación de los Sistemas de Información Geográfica en este período en Estados Unidos.

El Environmental Systems Research Institute (ESRI) había sido fundado en 1969 por Jack y Laura Dangermond como un grupo de consultoría privada especializado en proyectos de análisis del uso del suelo. En los 80s ESRI dedicó sus recursos a desarrollar un conjunto de herramientas centrales que pudieran aplicarse en un entorno computacional para crear sistemas de información geográfica. En 1982 ESRI lanzó su primer software SIG comercial llamado ARC/INFO. Actualmente ESRI sigue siendo una empresa líder en el mercado estableciendo estándares en la industria de los SIG.

En el mismo año la empresa INTERGRAPH, entonces M & S Computing, fue fundada por ingenieros de IBM que habían trabajado en el cohete Saturno dentro del programa Apolo. M & S Consulting trabajó con la NASA y el ejército de Estados Unidos en el desarrollo de sistemas que aplicaban computación digital a la orientación de misiles en tiempo real.

En Europa, fue en el Reino Unido donde aparecieron algunas de las iniciativas más interesantes. Tal circunstancia ocurrió de forma casi paralela en el tiempo a los desarrollos en Estados Unidos, siendo los organismos más destacados Ordenance Survey (OS) y Experimental Cartographic Unit (ECU). Sobre todo, el objetivo buscado se orientaba a la sustitución de los métodos tradicionales cartográficos, destacando el ejemplo del OS (del Instituto Cartográfico Británico). Sin embargo, en Gran Bretaña no se consiguieron ejemplos en el sector privado tan representativos como ESRI.

En 1972 en la India el gobierno estableció el Space Comisión and Department of Space (DOS). La Indian Space Research Organization que dependía del DOS ejecutó un programa espacial estableciéndose en diversos lugares en India. El objetivo principal del programa espacial consistía en desarrollar satélites, lanzar vehículos y sondear cohetes y sistemas en Tierra asociados.

A finales del decenio de 1970 la tecnología del uso de ordenadores progresó rápidamente en cartografía y se perfeccionaron cientos de sistemas informáticos para distintas aplicaciones cartográficas. Al mismo tiempo, se estaba avanzando en una serie de sectores conexos, entre ellos la edafología, la topografía, la fotogrametría y la telepercepción. En un principio, este rápido ritmo de desarrollo provocó una gran duplicación de esfuerzos en las distintas disciplinas conexas, pero a medida que se multiplicaban los sistemas y se adquiría experiencia, surgió la posibilidad de articular los distintos tipos de elaboración automatizada de datos espaciales, reuniéndolos en verdaderos sistemas de información geográfica para fines generales.

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A principios del decenio de 1980, los SIG se habían convertido en sistemas plenamente operativos, a medida que la tecnología de los ordenadores se perfeccionaba, se hacía menos costosa y gozaba de una mayor aceptación. Durante la década de los 80 se produjo el despegue definitivo y mayor apogeo de la nueva tecnología, al tomar el relevo las empresas privadas a las instituciones públicas. Mientras que en las décadas anteriores el software estaba orientado principalmente a cubrir las necesidades de las instituciones que los desarrollaban, en esta época creció el interés de distintas industrias respecto a los SIG y aparecieron muchos productos en el mercado internacional generalizando la tecnología.

En 1988 se produjo otro hito reseñable en la historia de los SIG en Estados Unidos con la creación del Centro Nacional para la Investigación Geográfica y Análisis (NCGIA) por la Fundación Nacional de Ciencias. Su finalidad era “desarrollar investigación básica sobre el análisis geográfico utilizando los Sistemas de Información Geográfica”. A partir de ese momento la institución asumió el protagonismo en las investigaciones de la nueva disciplina.

En las décadas siguientes con la generalización de los ordenadores personales y la apertura de Internet, los SIG se hicieron comunes a nivel de usuario doméstico y se permitió la distribución de información cartográfica a nivel mundial. Actualmente se están instalando rápidamente estos sistemas en los organismos públicos, los laboratorios de investigación, las instituciones académicas, la industria privada y las instalaciones militares y públicas.

La Unión Europea también participa del interés por desarrollar los Sistemas de Información Geográfica. En un informe de la Comisión Europea se afirma que los SIG aportan a la industria europea más de 150 millones de euros y cerca de dos millones de empleos. En el mismo documento se añade que las Naciones Unidas han estimado que los países desarrollados gastan aproximadamente el 0.1% de su PNB en información geográfica. Todo ello provocó la creación de European Umbrella Organization for Geographic Information (EUROGI) en 1993, que, entre otras iniciativas, ha desarrollado GI 2000 que es un plan para el desarrollo de la infraestructura de información geográfica en la Unión Europea. Entre los proyectos que ha puesto en marcha destacan: Enviducation, Ergis, Euripides, Explorer, Magis, Omega, Titan y Vital.

2.1. SIG en España.

A pesar de existir algunos antecedentes de interés, se puede afirmar que el desarrollo de los SIG en España tiene lugar a partir de finales de los años ochenta y a lo largo de los noventa. Ha sido en los últimos años cuando realmente han comenzado a introducirse de forma generalizada en las instituciones públicas y las empresas privadas.

Hay que destacar el papel de liderazgo de los organismos gubernamentales en sus diferentes niveles, pues son quienes han tomado la iniciativa que posteriormente han continuado otras instituciones públicas y privadas. Así, son pilares básicos en el desarrollo de los Sistemas de Información Geográfica en España los siguientes organismos:

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- Instituto Geográfico Nacional: es el órgano responsable de la producción cartográfica en España y, por ello, uno de los que mayores esfuerzos ha realizado para introducir y homogeneizar el uso de la cartografía digitalizada en el país. Su precedente, el Instituto Geográfico y Catastral, tuvo algunas iniciativas sin demasiado éxito. En la actualidad se ha creado el Centro Nacional de Información Geográfica (CNIG), cuya competencia es la distribución de la información geográfica. Uno de los proyectos punteros es la realización del mapa de base nacional a escala 1:25.0004 en formato digital compatible con la mayoría del software comercializado en el mercado.

- Centro de Gestión Catastral y Cooperación Tributaria: a finales de los ochenta comenzó la actualización del catastro usando un SIG. El proyecto se encuentra en una fase relativamente avanzada. La facilidad en la divulgación de una cartografía a gran escala podría ser útil para homogeneizar los trabajos realizados por todas las instituciones públicas. Tal iniciativa unida a la anterior deben servir para divulgar y dinamizar un sector tan importante.

- Asociación Española de Sistemas de Información Geográfica (AESIG): fue creada en 1989 figurando como objetivo en sus estatutos “promover, apoyar y potenciar el uso, desarrollo y análisis de los Sistemas de Información Geográfica y Territorial y sus aplicaciones para un amplio espectro de usuarios”. Su participación ha sido importante sobre todo a través de los congresos organizados y las publicaciones auspiciadas por dicha asociación. Ambas prácticas han ayudado a reunir y dar a conocer los diferentes enfoques y líneas de investigación que usan los SIG como herramienta.

- Son numerosos los organismos públicos, tanto a escala nacional, regional o local, que han integrado los SIG en su metodología de trabajo. El crecimiento de su uso ha contribuido a la proliferación de empresas de servicios que se han visto en la necesidad de seguir el mismo camino. El predominio de uno u otro software comercial en estos organismos ha favorecido el auge o mayor entrada en el mercado de determinados programas.

El producto vectorial ARC/INFO es sin duda el que más rápidamente se ha introducido en el mercado español gracias a su utilización en algunos organismos públicos claves. Destaca también el software ráster Idrisi de la Universidad de Clark (Estados Unidos) que, si bien tiene un uso menos extendido, posee una cierta presencia en España.

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3. Tipos de SIG.

Una etapa esencial en la construcción de un Sistema de Información Geográfica es la elección del modelo de datos: hay que convertir los datos espaciales que aporta la realidad en digitales comprensibles por el software elegido. En este proceso se crean una serie de reglas que permiten la translación de la realidad espacial compleja a una representación sintética digital y que son básicamente lo que se podría denominar el modelo de datos.

Partiendo de esta premisa se puede afirmar que existen dos grandes fórmulas para estructurar la información real en un sistema informático: el modelo vectorial y el modelo ráster. A su vez, ambos pueden cubrir otros tipos de modelos que tienen más relación con la forma de concebir el espacio que con el modelo lógico utilizado: el modelo orientado a capas y el modelo orientado a objetos. Los anteriores son modelos bidimensionales, la incorporación de una tercera dimensión es posible a partir de los Modelos Digitales de Terreno (MDT) que pueden ser implementados tanto desde modelos ráster como vectoriales.

3.1. SIG ráster vs. vectorial.

A modo de resumen, los sistemas ráster y vectoriales se diferencian en que los vectoriales utilizan líneas para delimitar los objetos geográficos, mientras que los ráster utilizan una retícula regular para documentar los elementos geográficos que tienen lugar en el espacio.

Figura 2: Modelo vectorial vs. ráster (fuente: www.sge.org/cartografia/sig2.pdf)

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3.1.1. SIG ráster.

Los sistemas de información ráster basan su funcionalidad en una concepción implícita de las relaciones de vecindad entre los objetos geográficos. Su forma de proceder es dividir la zona de afección de la base de datos en una retícula o malla regular de pequeñas celdas a las que se denomina píxeles (o vóxeles si el modelo es en 3D) y atribuir un valor numérico a cada celda como representación de su valor temático. Dado que la malla es regular (el tamaño del píxel es constante) y que se conoce la posición en coordenadas del centro de una de las celdas, se puede decir que todos los píxeles están georreferenciados.

Para tener una descripción precisa de los objetos geográficos contenidos en la base de datos el tamaño del píxel ha de ser reducido (en función de la escala), lo que dota a la malla de una resolución alta. Sin embargo, a mayor número de filas y columnas en la malla (más resolución), se requiere mayor esfuerzo en el proceso de captura de la información y mayor costo computacional a la hora de procesar la misma.

El modelo de datos ráster es especialmente útil cuando se debe describir objetos geográficos con límites difusos, como puede ser la dispersión de una nube de contaminantes o los niveles de contaminación de un acuífero subterráneo, donde los contornos no son absolutamente nítidos. También está indicado para ciertas operaciones espaciales como las superposiciones de mapas o el cálculo de superficies.

3.1.2. SIG vectorial.

Un SIG vectorial se define por la representación vectorial de sus datos geográficos. De acuerdo a las peculiaridades de este modelo de datos, los objetos geográficos se representan explícitamente y, junto a sus características espaciales, se asocian sus valores temáticos.

Las unidades básicas de información geográfica en los datos vectoriales son puntos, líneas (arcos) y polígonos. Cada una de éstas se compone de uno o más pares de coordenadas, por ejemplo, una línea es una colección de puntos interconectados, y un polígono es un conjunto de líneas interconectadas.

- Coordenada: par de números que expresa la distancia horizontal a lo largo de ejes ortogonales, o trío de números que mide distancias horizontales y verticales, o n-números a lo largo de n-ejes que expresan una localización concreta en el espacio n-dimensional. Las coordenadas generalmente representan localizaciones de la superficie terrestre relativas a otras localizaciones.

- Punto: abstracción de un objeto de cero dimensiones representado por un par de coordenadas. Normalmente un punto representa una entidad geográfica demasiado pequeña para ser representada como una línea o como una superficie.

- Línea: conjunto de pares de coordenadas ordenados que representan la forma de entidades geográficas demasiado finas para ser visualizadas como superficies a la escala dada o entidades lineales sin área.

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- Polígono: entidad utilizada para representar superficies. Un polígono se define por las líneas que forman su contorno y por un punto interno que lo identifica, y tiene atributos que describen al elemento geográfico que representa.

3.1.3. Ventajas e inconvenientes.

La polémica ráster versus vectorial parece definitivamente superada pues en los últimos años la mayor parte de los SIG comerciales han ido integrando en sus programas los módulos adecuados para poder utilizar las mejores cualidades de cada uno de los modelos. No obstante, a continuación se comparan una serie de funciones y capacidades de ambos:

- Estructura de datos: la estructura ráster es más simple y por tanto más sencilla de comprender, mientras que la vectorial es más compacta y permite unas capacidades de análisis mayores.

- Introducción de datos: el modelo ráster admite mejor la información procedente de las imágenes satélites o la información adquirida a través de un barredor digital. Por otro lado la información de pantalla o la recogida a partir de mesas digitalizadoras se adapta mejor al modelo vectorial. La introducción directa alfanumérica es mucho más pesada en el modelo ráster.

- Almacenamiento: a pesar de las mejoras alcanzadas en el modelo ráster, sus necesidades de espacio de almacenamiento son mayores que para el vectorial. Debido a ello la operatividad y versatilidad de los programas vectoriales es bastante mayor.

- Gestión de datos: en el modelo vectorial las características de las entidades pueden ser consultadas como objetos individuales o en conjunto. En el ráster sólo se pueden consultar las características de cada celdilla y no las entidades en su conjunto.

- Representación topológica: en el ráster, a veces, algunas relaciones topológicas son difíciles de representar mientras que el vectorial genera una codificación eficiente de la topología.

- Integración de imágenes satélites: el formato en bit de las imágenes satélites hace más eficiente al ráster a la hora de integrar estas imágenes como información geográfica y facilita el análisis posterior.

- Análisis de redes: el modelo vectorial es más eficaz a la hora de asumir algunas de las relaciones topológicas y por ello su estructura es la más adecuada para trabajar en el análisis de redes.

- Análisis poligonal: la regularidad de la celdilla del modelo ráster favorece el análisis poligonal. Por ejemplo la superposición de mapas es una tarea que cumplen con mayor rigor los programas cuyo modelo es el ráster.

- Análisis estadístico: la estructura ráster facilita en alguna medida el análisis estadístico y gráfico, sobre todo el poligonal.

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- Salida cartográfica: parece consensuado que las capacidades de salida cartográfica son mayores en los programas vectoriales que en los ráster. Los mapas generados por formatos vectoriales se asemejan en gran medida a los realizados manualmente.

3.2. SIG orientado a capas vs. orientado a objetos.

Los sistemas de información geográfica orientados a objetos suponen un cambio en la concepción de la estructura de las bases de datos geográficas. Los modelos de datos vectoriales y ráster organizan la información en capas mientras que los modelos orientados a objetos organizan la información a partir del objeto geográfico y sus relaciones con otros objetos. Los objetos geográficos están sometidos a una serie de procesos y se agrupan en clases entre las cuales se da la herencia.

Los sistemas de información geográfica orientados a objetos se caracterizan también porque la información del sistema es dinámica, en contraposición a la información estática de los orientados a capas. Este modelo, por lo tanto, es aconsejable cuando los objetos a modelar son de naturaleza cambiante en el tiempo y en el espacio. Un ejemplo de este modelo de datos podría ser una zona forestal compuesta por árboles, cada uno de los cuales está sometido al proceso de crecimiento heredado por la zona forestal dando como resultado que la altura de la misma sea cambiante con el tiempo. Los atributos temáticos de cada objeto geográfico son el resultado de aplicar unas determinadas funciones que varían según las relaciones del objeto de referencia con su entorno.

Figura 3: SIG orientado a objetos (fuente: http://www.gabrielortiz.com)

El modelo de datos orientado a objetos tiene como principal ventaja frente a los demás la capacidad de modelar datos dinámicos. A partir de parámetros establecidos en el comportamiento de los objetos es posible simular su evolución lo que resulta muy útil en trabajos de simulación. Pero se encuentra con dificultades de implementación en los actuales Sistemas de Gestión de Bases de Datos (SGBD).

3.3. Modelo digital de terreno.

Los Modelos Digitales de Terrenos (MDT) pueden ser tanto ráster como vectoriales. Se trata de una técnica que posibilita la representación de una variable continua, frecuentemente la altura, en un grafismo tridimensional. Una tipología

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especial de MDT es el Modelo Digital De Elevaciones (MDE) cuya variable mide la altitud.

Tanto los MDE como los MDT son muy útiles para las ciencias ambientales pues permiten plantear y resolver problemas utilizando esta nueva perspectiva; no sólo por su capacidad de visualización en 3D, sino también, y sobre todo, por sus potencialidades en la prospección.

Debido a su configuración estructural, los modelos ráster tienen mayor facilidad y capacidad para construir los modelos digitales de terreno y de elevación, si bien las nuevas versiones de los software vectoriales más utilizados han adaptado y mejorado sus estructuras a las necesidades de los MDT.

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4. Sistemas de posicionamiento global: GPS y Galileo.

4.1. GPS.

Un GPS (Global Positioning System) es un sistema de localización basado en una constelación de 24 satélites que gira alrededor de la Tierra. Fue desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos para utilizarlo en misiones militares. Sin embargo, con el paso de los años, su uso ya no se limita exclusivamente al mundo militar, sino que también se utiliza como herramienta para otro tipo de aplicaciones.

Figura 4: Satélite GPS (fuente: http://interactive.linuxjournal.com/articles/lj/0125/7467/7467f1.png)

Los satélites se mueven en órbitas muy elevadas para evitar problemas relacionados con otros sistemas terrestres, y proporcionan posicionamiento para cualquier lugar del mundo 24 horas al día. Sin aplicar ningún tipo de corrección, las señales generadas por los satélites pueden producir errores entre 50 y 100 metros, sin embargo, aplicando un sistema de corrección, los errores se reducen hasta 5 metros o menos.

Hoy en día, los GPS son cada vez más pequeños y económicos, y el número de aplicaciones para ellos también va creciendo: asistentes para conductores de vehículos, guías para la distribución de fertilizantes de los granjeros, asistentes para excursionistas, etc.

Por otro lado, son muchos los que afirman que una de las mayores aplicaciones de los GPS es la de los Sistemas de Información Geográfica (SIG). Un SIG es, a grandes rasgos, una base de datos que describe la Tierra (o una parte específica de la misma). El GPS dice el “dónde” de un punto y el SIG el “qué”. Por tanto, la combinación GPS/SIG, proporciona un camino óptimo para localizar, organizar y analizar los recursos.

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4.1.1. GPS para SIG.

Como ya se ha comentado anteriormente, un SIG indica qué es un determinado punto de la superficie terrestre. Este “qué” es el objeto u objetos que se pintan en el mapa, y se conocen con el nombre de “características”. El poder del GPS radica, precisamente, en localizar estas características que son las que dan utilidad a los SIG. Sin estas características, una coordenada no sería más que un simple valor carente de significado.

Las características pueden ser de tres tipos: puntos, líneas y áreas. Un punto es una coordenada de GPS que se corresponde con un objeto específico. Una línea es un conjunto de coordenadas que identifican al mismo objeto y que están unidas entre sí formando una línea. Un área es igual a una línea, con la salvedad de que los dos extremos deben están unidos entre sí formando una superficie cerrada.

La capacidad para describir una característica en términos de base de datos de varias capas es fundamental para que un SIG tenga éxito. Por ejemplo, es posible pintar en un mapa la localización de cada casa de una ciudad añadiéndole, simplemente, sus correspondientes coordenadas. Sin embargo, incorporar otra información como: color, tamaño, ocupantes, etc. aumentará la capacidad del SIG al permitir ordenaciones en función de estas categorías. Éstas se denominan “atributos”.

Lógicamente, cada pregunta que se haga al SIG por estos atributos deberá tener una respuesta. A ésta se le denomina “valor”. Por ejemplo, un posible valor a una pregunta sobre el atributo color, sería, azul.

La unión de los valores de todas las casas de la ciudad, daría lugar a la base de datos necesaria para cualquier SIG.

4.2. Galileo.

En 1998, la agencia espacial ESA, junto a la Unión Europea, con el objetivo de evitar la dependencia de otros sistemas como GPS o GLONASS (Global Navigation Satellite System), decidió estudiar la viabilidad de un sistema de navegación global por satélite GNSS (Global Navigation Satellite System). Después de muchas discusiones entre los estados que tomarían parte en el desarrollo del sistema, Galileo, que así se llamó al proyecto, fue aprobado en 1999. Se esperaba que el coste del sistema ascendiera, aproximadamente, a 6 billones de euros y que el tiempo para llevarlo a cabo fuera de 12 años. A día de hoy, se espera que, para el año 2010, el segmento espacial de Galileo esté formado por 30 satélites (27 activos y 3 pasivos) en una órbita situada a 23.222 Km. de altura.

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Figura 5: Logotipo de Galileo (fuente: http://www.esa.int/images/LogoGalileo-Esa,1.jpg)

La arquitectura de Galileo se basa en los siguientes principios:

- Independencia de otros sistemas de navegación por satélite.

- Interoperabilidad con GPS y GLONASS.

- Implementación de un servicio de integridad capaz de informar al usuario cuando algo falle.

- Servicios globales para todo el mundo, incluyendo servicios de búsqueda y salvamento.

- Integración con otros sistemas como European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS) o Wide Area Augmentation System / Local Area Augmentation System (WAAS/LASS), para aprovechar la señal enviada por Galileo en los despegues y aterrizajes de aviones.

Figura 6: Satélites de Galileo (fuente: http://www.tecnomaps.com/wp-content/galileo_cool1.jpg)

Los servicios ofrecidos por Galileo serán los siguientes:

- Servicio Abierto (Open Service, OP): será el resultado de una combinación de señales abiertas para el usuario, y proporcionará un servicio básico de localización similar al de otros sistemas GNSS. Tendrá aplicaciones en: telefonía móvil, PDAs, vehículos, etc.

- Servicio de Seguridad de Vida (Safety of Life Service, SOL): mejorará aspectos del servicio anterior, informando al usuario cuando no pueda ofrecer total exactitud en sus datos. Tendrá aplicaciones en aviación y marina.

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- Servicio Comercial (Commercial Service, CS): proporcionará dos señales adicionales que permitirán al usuario aumentar el rendimiento del procesamiento de los datos, así como la exactitud de los mismos. Su uso estará limitado al mundo profesional y habrá que pagar una determinada cantidad de dinero para contratarlo.

- Servicio Público Regulado (Public Regulated Service, PRS): proporcionará un servicio de localización para aquellos usuarios que necesiten una alta continuidad del mismo, utilizando para ello dos señales adicionales. Su uso estará limitado a personal autorizado: policía, servicios de emergencia o redes de telecomunicaciones.

- Servicio de Búsqueda y Rescate (Search and Rescue Service, SAR): difundirá globalmente las señales de socorro recibidas desde faros, colaborando con ello con el sistema internacional de búsqueda y rescate (COSPAS-SARSAT).

4.3. GPS vs. Galileo.

Cuando Estados Unidos descubrió que un nuevo sistema de navegación por satélite europeo, Galileo, había sido aprobado, intentó que el proyecto fuera cancelado, ya que lo percibía como una amenaza para su GPS. Para ello, el secretario de defensa estadounidense, Paul Wolfowitz, envió una carta a los europeos explicándoles que el nuevo sistema podía afectar a la calidad de la señal de GPS, y les pidió que, si aún así, finalmente decidían seguir adelante con el mismo, lo hicieran de tal forma que aseguraran que el nuevo sistema no afectara a GPS.

Con el paso de los años y según se fueron conociendo más detalles del proyecto, Estados Unidos se dio cuenta de que Galileo iba a ser un éxito y que marcaría el final de una era, sin ninguna consecuencia para su sistema.

Según las especificaciones de Galileo, el sistema garantizará, en condiciones normales, precisiones con un error de 1 metro y, bajo determinadas circunstancias, de sólo 10 cm. La precisión de GPS ha ido mejorando con el paso del tiempo y se espera que para el año 2018, con GPS III, el error pueda reducirse a menos de 1 metro. Ante esta situación, la batalla por la precisión entre ambos sistemas está servida.

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5. Cartografía: proyecciones y vértices geodésicos.

Los Sistemas de Información Geográfica pueden definirse como sistemas que permiten almacenar datos espaciales para su consulta, manipulación y representación. Esta representación de datos espaciales es el campo de estudio de la cartografía.

A lo largo de la historia, el hombre ha sentido la necesidad de representar la superficie terrestre y los objetos situados sobre ella. El objetivo de los primeros mapas era servir de apoyo a la navegación, indicaban por tanto los rumbos (direcciones) que era necesario seguir para ir de un puerto a otro: eran los portulanos. La exactitud en la representación de las tierras emergidas se consideraba accesoria, siendo lo fundamental la exactitud en rumbos y distancias entre puertos. Las cartas náuticas actuales mantienen un esquema similar aunque la generalización de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) ha revolucionado los sistemas de navegación.

Figura 7: Portulano (fuente: www.cartesia.org)

En los inicios del período colonial ya no bastaba con poder llegar a puerto sino que había que medir distancias y superficies sobre los nuevos territorios para conseguir un mejor dominio de estos. Por otro lado se hizo necesario representar los diversos elementos, recursos y factores ambientales de la superficie terrestre para conseguir una mejor visión de la distribución de los fenómenos naturales y asentamientos humanos sobre la superficie terrestre.

Ya en el siglo XVII, cartógrafos como Mercator demostraron que un sistema de proyección geométrico, junto con un sistema de localización basado en coordenadas cartesianas, es decir basadas en un par de ejes ortonormales (X e Y), formando una cuadrícula, mejoraba la fiabilidad de distancias, áreas o ángulos medidos sobre los mapas.

Al finalizar el siglo XVIII, los estados europeos habían alcanzado el grado de organización suficiente como para establecer sociedades geográficas cuyo cometido era representar sobre mapas la superficie terrestre, sus características y los elementos físicos y humanos situados sobre ellas.

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5.1. Conceptos de geodesia.

La representación sobre un plano de un objeto como la Tierra reviste diversas dificultades:

Si se proyecta un objeto esférico sobre un plano es inevitable que se produzcan distorsiones.

La Tierra no es siquiera un objeto esférico sino que su forma se aproxima a un elipsoide o esferoide ligeramente achatado en los polos.

Esta aproximación tampoco es válida cuando se desciende al detalle ya que la Tierra incluye numerosas irregularidades, se habla por tanto de geoide para hacer referencia a la Tierra como objeto geométrico irregular.

Figura 8: Esfera terrestre (fuente: www.cartesia.org)

Figura 9: Proyección de la esfera terrestre (fuente: www.cartesia.org)

La geodesia es la ciencia que estudia la forma y tamaño de la Tierra y las posiciones sobre la misma. La geodesia define el geoide como una superficie en la que todos sus puntos experimentan la misma atracción gravitatoria siendo ésta equivalente a la experimentada al nivel del mar. Debido a las diferentes densidades de los materiales que componen la corteza y el manto terrestre y a alteraciones debidas a los movimientos isostáticos, esta superficie no es regular sino que contiene ondulaciones que alteran los cálculos de localizaciones y distancias.

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Debido a esta irregularidad de la superficie terrestre, para describir la forma de la Tierra suelen utilizarse modelos de la misma denominados esferoides o elipsoides de referencia.

Se han propuesto diversos elipsoides de referencia, generalmente se conocen con el nombre de su creador. La razón de tener diferentes esferoides es que ninguno de ellos puede adaptarse completamente a todas las irregularidades del geoide, aunque cada uno de ellos se adapta razonablemente bien a una zona concreta de la superficie terrestre. Por tanto en cada país se utilizará el más conveniente en función de la zona del planeta en que se encuentre ya que el objetivo fundamental de un elipsoide es asignar a cada punto de la superficie del país donde se utiliza, un par de coordenadas geográficas, también llamadas coordenadas angulares.

Figura 10: Diferencia entre esferoide y geoide (fuente: www.cartesia.org)

5.2. Coordenadas geográficas.

El sistema de coordenadas natural de un esferoide es el de coordenadas angulares (latitud y longitud) que suele denominarse de coordenadas geográficas. Para definir latitud y longitud, se debe identificar el eje de rotación terrestre. El plano perpendicular al eje de rotación que corta la Tierra atravesándola por su centro define el Ecuador en su intersección con el esferoide. El resto de las líneas de intersección con la superficie terrestre de los infinitos planos perpendiculares al eje de rotación definen los diferentes paralelos o líneas de latitud constante. Finalmente, los meridianos pueden definirse como las líneas de intersección con la superficie terrestre de los infinitos planos que contienen al eje de rotación. Paralelos y meridianos se cruzan siempre en ángulo recto.

La longitud es la distancia angular entre el meridiano de un lugar y el de Greenwich, se expresa en grados, minutos y segundos de arco y se mide de 0 a 180º hacia el Este o hacia el Oeste desde el meridiano de Greeenwich. La latitud es la distancia angular entre el paralelo de un lugar y el Ecuador, se expresa en las mismas unidades que la longitud y se mide de 0 a 90º hacia el Norte o el Sur. En ocasiones la latitud y longitud se expresan en grados y décimas de grado en lugar de en grados, minutos y segundos.

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La localización de un punto P sobre la superficie terrestre puede definirse de este modo mediante estos dos parámetros.

Figura 11: Sistema de coordenadas geográficas (fuente: www.cartesia.org)

5.3. Direcciones.

Existen dos formas básicas de definir la dirección entre dos puntos sobre un elipsoide:

- Azimuth: es el ángulo formado por la línea que une el punto de partida y el Norte y la línea que une el punto de partida con el de llegada. Se expresa en ángulos medidos en el sentido de las agujas del reloj desde la dirección Norte. Varía entre 0 y 360.

- Rumbo: es el ángulo agudo que forman las direcciones Norte o Sur desde el punto de partida y la línea que une ambos puntos. Varía entre 0 y 90, se precede por una letra, N o S, en función de cual sea la dirección de referencia y se termina con otra que hace referencia a la dirección (E o W) a la que se dirige el ángulo.

Figura 12: Medición de azimuths y rumbos sobre un mapa (fuente: www.cartesia.org)

Un concepto básico en cartografía y geodesia es el de Norte, sin embargo existen hasta cuatro nortes diferentes: norte astronómico (definido por la estrella polar), norte magnético, norte geodésico y norte de la malla. Los dos primeros varían con el tiempo, especialmente el segundo que puede llegar a variar entorno a 25 Km/año. Los dos segundos son artificiales, el norte geodésico depende del elipsoide utilizado y el segundo de la proyección que se utilice para pasar de coordenadas geográficas a coordenadas cartesianas a la hora de confeccionar el mapa.

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5.4. Proyecciones.

El proceso de transformar las coordenadas geográficas del esferoide en coordenadas planas para representar una parte de la superficie del elipsoide en dos dimensiones se conoce como proyección y es el campo de estudio tradicional de la ciencia cartográfica. La aparición de los SIG y la posibilidad de combinar información de diferentes mapas con diferentes proyecciones ha incrementado la relevancia de la cartografía más allá de la mera confección de mapas.

Figura 13: Proyección cartográfica (fuente: www.cartesia.org)

El problema fundamental a la hora de abordar una proyección es que no existe modo alguno de representar en un plano toda la superficie del elipsoide sin deformarla, el objetivo va a ser minimizar, en la medida de lo posible, estas deformaciones. Puesto que el efecto de la esfericidad de la superficie terrestre es proporcional al tamaño del área representada (y en consecuencia a la escala), estos problemas sólo se plantean al cartografiar zonas amplias. Cuando se trata de cartografiar zonas pequeñas, por ejemplo una ciudad, la distorsión es despreciable por lo que se suelen utilizar coordenadas planas, relativas a un origen de coordenadas arbitrario y medidas sobre el terreno. A estas representaciones se les llama planos en lugar de mapas.

Cuando la distorsión debida a la esfericidad de la superficie terrestre se considera relevante se hace necesario buscar una ecuación que a cada par de coordenadas geográficas le asigne un par de coordenadas planas de manera que los diferentes elementos y objetos de la superficie terrestre puedan ser representados sobre un plano. La unidad en que se expresa la longitud en estas nuevas coordenadas es generalmente el metro, permitiendo, de cara a la incorporación de la cartografía UTM a un SIG, el cálculo sencillo de variables de longitud, área o volumen de los elementos cartografiados expresados en unidades del Sistema Internacional.

Para obtener estas ecuaciones se proyecta la porción de la superficie terrestre que va a cartografiarse sobre una figura geométrica (un cilindro, un cono o un plano) que si puede transformarse en plano sin distorsiones. El foco de la proyección puede ubicarse en diferentes puntos dando lugar a diferentes tipos de proyecciones. De este modo se pueden clasificar las proyecciones en función del objeto geométrico utilizado para proyectar; se habla entonces de proyecciones cilíndricas, cónicas y azimutales o planas.

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En el caso de proyecciones cilíndricas o cónicas, la figura envuelve al elipsoide y, tras desenvolverla, el resultado es un plano en el que una parte de la Tierra se representa mediante un sistema de coordenadas cartesiano.

En el caso de las proyecciones planas, el plano es tangente al elipsoide en un punto y no necesita por tanto ser desenvuelto.

Figura 14: Tipos de proyecciones (fuente: www.cartesia.org)

Una proyección implica siempre una distorsión en la superficie representada, el objetivo de la cartografía es minimizar estas distorsiones utilizando la técnica de proyección más adecuada a cada caso. Las propiedades del elipsoide que pueden mantenerse son:

- Conformidad: si un mapa mantiene los ángulos que dos líneas forman en la superficie terrestre, se dice que la proyección es conforme. El requerimiento para que haya conformidad es que en el mapa los meridianos y los paralelos se corten en ángulo recto y que la escala sea la misma en todas las direcciones alrededor de un punto, sea el punto que sea. Una proyección conforme mantiene además las formas de polígonos pequeños. Se trata de una propiedad fundamental en navegación.

- Equivalencia: es la condición por la cual una superficie en el plano de proyección tiene la misma superficie que en la esfera. La equivalencia no es posible sin deformar considerablemente los ángulos originales, por lo tanto, ninguna proyección puede ser equivalente y conforme a la vez. Resulta conveniente por ejemplo en planos catastrales.

- Equidistancia: una proyección mantiene las distancias reales entre dos puntos situados sobre la superficie del Globo (representada por el arco de círculo máximo que las une).

5.4.1. Proyección Universal Transversa de Mercator (UTM).

La proyección UTM es una de las más conocidas y utilizadas, entre otros lugares en España. Se trata de una proyección cilíndrica transversa (la generatriz del cilindro no es paralela al eje de rotación sino perpendicular). La Tierra se divide en 60 husos, con una anchura de 6 grados de longitud, empezando desde el meridiano de Greenwich. Se

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define un huso como las posiciones geográficas que ocupan todos los puntos comprendidos entre dos meridianos. A pesar de que se ha utilizado en casi toda la cartografía española, introduce un grave problema debido a que la Península Ibérica queda situada sobre tres husos, el 29, el 30 y el 31, estos últimos situados uno a cada lado del meridiano de Greenwich.

Figura 15: Cilindro generador de la proyección UTM (fuente: www.cartesia.org)

Figura 16: Zonas UTM (fuente: www.cartesia.org)

La representación cartográfica en cada huso se genera a partir de un cilindro diferente siendo cada uno de ellos secante al elipsoide. De esta manera en cada huso aparecen dos líneas verticales en las que no hay distorsiones, entre estas dos líneas las distorsiones disminuyen la escala (distancias y áreas se representan menores de lo que son) hacia fuera de las líneas las distorsiones aumentan la escala (distancias y áreas se representan mayores de lo que son). Estas distorsiones tienden a incrementarse conforme se aumenta en latitud por lo que la proyección UTM no debe usarse en latitudes altas y suele reemplazarse por proyecciones azimutales polares en las que el plano es tangente al elipsoide en el polo correspondiente.

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Figura 17: Deformaciones en un huso UTM debido a que el cilindro es secante al esferoide (fuente:

www.cartesia.org)

En cada uno de los husos el meridiano central tiene siempre un valor X= 500000 metros disminuyendo hacia el Oeste (hasta 0) y aumentando hacia el Este (hasta 1000 Km). En el Ecuador Y=0 metros, incrementándose el valor hacia el Norte y hacia el Sur. Los valores de la coordenada X en los bordes del huso dependen de la latitud.

Figura 18: Coordenadas UTM y coordenadas geográficas en un huso UTM (fuente: www.cartesia.org)

El hecho anterior implica dos complicaciones:

- Dos puntos diferentes de la superficie terrestre pueden tener las mismas coordenadas si se sitúan en husos diferentes. Por tanto a la hora de señalar con precisión la localización de un punto, no basta con el par de coordenadas, es necesario dar también el huso.

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- Una región situada a caballo entre dos husos deberá optar por uno u otro con lo que se incrementan las deformaciones. De hecho, la cartografía española se genera asumiendo que toda la Península se sitúa en el huso 30 por lo que las deformaciones hacia los extremos Este y Oeste son mayores alcanzándose un 4% de distorsión lineal. Las coordenadas UTM suelen expresarse en metros o kilómetros, siendo preferible hacerlo en metros en aplicaciones SIG para evitar la aparición de decimales. En los mapas del IGN a escala 1:50000 y 1:25000 y del Servicio Geográfico del Ejército a escala 1:50000, los valores de las coordenadas X e Y UTM suelen expresarse en kilómetros. Como resultado de emplear un sistema de coordenadas plano, puede representarse sobre el mapa una malla que represente las líneas con igual coordenada X o igual coordenada Y. La malla se representa, en los mapas antes mencionados, con una separación de 1 kilómetro.

Figura 19: Distorsiones en coordenadas UTM en la Península Ibérica (fuente: www.cartesia.org)

5.5. La representación de los elementos de la superficie terrestre.

El siguiente problema que debe resolverse en cartografía es cómo representar, sobre este plano, la variedad de fenómenos que tienen lugar sobre la superficie terrestre.

5.5.1. Fenómenos en el espacio, variables, entidades y eventos.

De modo general pueden distinguirse tres tipos de fenómenos:

- Variables espaciales: son aquellas que adoptan un valor diferente en diferentes puntos del espacio y muestran siempre un cierto gado de autocorrelación espacial. Estas variables pueden ser:

Binomiales: sólo tienen dos valores, suelen indicar presencia/ausencia o pertenencia/no pertenencia. Por ejemplo, la variable pertenencia a la región de Murcia.

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Cualitativas o nominales: indican una cualidad no mensurable. Por ejemplo, la litología, usos del suelo, etc.

Semicuantitativas u ordinales: se trata de variables cualitativas pero que pueden ordenarse atendiendo a algún criterio. Por ejemplo, el tipo de carretera a la que pertenezca un tramo de la red, tipos de roca ordenados por su erosionabilidad, clases de pendiente. Suelen representarse mediante números naturales a los que se asocia una etiqueta de texto descriptiva.

Cuantitativas: son variables mensurables que pueden adoptar cualquier valor (variables continuas como altitud, temperatura, precipitación, pH del suelo, etc.) o sólo determinados valores (variables discretas como el número de días de lluvia o el número de habitantes de un municipio). Las variables cuantitativas suelen representarse mediante números reales (continuas) o enteros (discretas). Una variable continua puede convertirse en discreta por su forma de medirse y registrarse, por ejemplo si la precipitación se mide en décimas de milímetro, sólo podrá adoptar valores enteros ya que los aparatos de medición no suelen permitir mayor precisión. Las variables cuantitativas suelen presentar autocorrelación espacial, es decir cuanto más cercanos sean dos puntos sus valores van aser más parecidos.

- Entidades: pueden ser:

Puntuales: por ejemplo pozos, cotas, puntos de observación, etc.

Líneas: como carreteras, redes fluviales, etc.

Polígonos: por ejemplo entidades administrativas, ciudades, cuencas hidrográficas, etc.

- Eventos: se trata de fenómenos que aparecen en intervalos concretos de tiempo sobre un área finita del espacio (incendios, inundaciones, etc.). Por su carácter no permanente, no suelen representarse en cartografía, salvo en mapas creados con aplicaciones muy específicas como el estudio de la distribución y extensión espacial de estos fenómenos o el riesgo asociado a ellos.

5.5.2. Escala y representación de entidades.

El primer problema que se plantea cuando se pretende representar los diferentes fenómenos que aparecen sobre la superficie terrestre es la reducción del espacio de trabajo que supone un mapa. Se trata de representar algo que abarca una superficie relativamente amplia sobre una hoja de papel. La relación matemática entre las dimensiones del espacio representado y las dimensiones de su representación sobre el mapa es la escala del mismo que se calcula como el índice entre una distancia sobre el mapa y su equivalente en la realidad. Por ejemplo una escala de 1/50000 implica que cada centímetro en el mapa corresponde a 50,000cm = 0,5km en la realidad. Puesto que la escala es una división, cuanto mayor sea el denominador menor es la escala y viceversa.

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Salvo en mapas de muy alta escala (1:1000 y superior), que generalmente son planos y no mapas, resulta imposible la representación exacta de entidades. En realidad las entidades puntuales o lineales son muchas veces polígonos (un pozo es un círculo y una carretera tiene anchura) pero generalmente pueden y deben representarse como puntos o líneas debido a la escala del mapa. Por ejemplo un camino de tres metros de ancho debería tener, en un mapa a escala 1:50000, una anchura de 0.06 milímetros lo que resulta imposible de representar. Por tanto el proceso de representación en un mapa implica una generalización, es decir la pérdida de detalles no significativos, e incluso la simbolización o iconificación de entidades como figuras geométricas, para conseguir transmitir la información sobre el espacio sin saturar al usuario del mapa.

La escala impone por tanto un tamaño mínimo que debe tener un objeto para ser representado, este tamaño mínimo es de alrededor de 0.15mm sobre el mapa. Por tanto para determinar el tamaño mínimo del objeto en unidades del terreno basta con aplicar una regla de tres, por ejemplo en un mapa a escala 1:50000:

1mm ---- 50000mm

0.15mm ---- X

X=50000 x 0.15 = 7500mm = 7.5m

Además en muchos casos, la representación de determinadas entidades en el mapa como puntos o como polígonos va a depender más de la escala del mapa que de la propia naturaleza de la entidad representada. Por ejemplo un pozo es un polígono pero casi siempre se representará como un punto, lo mismo ocurre con una ciudad si la escala es pequeña.

5.5.3. Elementos de representación cartográfica.

A cada entidad espacial se puede asociar diversas variables (binomiales, cualitativas, ordinales o cuantitativas). Por ejemplo, a una carretera se puede asociar su anchura, categoría o flujo de vehículos; a un municipio población, renta, etc.; a un pozo la cantidad de agua extraída al año, el nivel del agua o su composición. Normalmente al representar una entidad se representará también alguna de las variables asociadas a ella.

El conjunto de ciencias involucradas en la producción de mapas (geodesia, cartografía, geografía, geología, ecología, etc.) han desarrollado un amplio conjunto de técnicas para cartografiar los hechos de la superficie terrestre:

- Isolíneas: son líneas que unen puntos con igual valor, sirven por tanto para cartografiar variables cuantitativas. Un buen ejemplo son las curvas de nivel del mapa topográfico o las isobaras de los mapas del tiempo.

- Coropletas: áreas con valor comprendido entre dos umbrales y pintadas con un color homogéneo. Permiten representar variables cuantitativas de un modo más simplificado.

- Símbolos: para indicar la presencia de entidades de un modo puntual. Pueden representarse utilizando diferentes símbolos o colores para representar una variable

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cualitativa (por ejemplo el partido gobernante), o diferentes tamaños para representar variables cuantitativas (por ejemplo el número de habitantes).

- Líneas: simbolizan entidades, naturales o artificiales, de forma lineal (carreteras, ríos). Pueden utilizarse diferentes anchuras de línea, diferentes colores o diferentes tipos de línea para representar propiedades como la anchura de los ríos o categorías de vías de comunicación.

- Polígonos: representan objetos poligonales que, por su tamaño, pueden ser representados como tales (siempre dependiendo de la escala del mapa) o porciones homogéneas del terreno en relación a una variable cualitativa (p. ej. tipo de roca). Pueden utilizarse diferentes colores o tramas para representar variables cualitativas o cuantitativas, por ejemplo en un mapa de municipios se puede representar la población municipal mediante sombreados.

En cartografía, suele distinguirse entre mapas topográficos, considerados de propósito general, y mapas temáticos (geológicos, vegetación, etc.) que reflejan un sólo aspecto de la realidad. Los mapas, especialmente los topográficos, tratan de reflejar el máximo número de elementos potencialmente interesantes para el usuario, evitando llegar a confundirle por exceso de información. Una de las estrategias empleadas para ello es eliminar parte de la información (por ejemplo una curva de nivel que cruza una población) confiando en que la capacidad de nuestro cerebro para reconstruir objetos a partir de información parcial. Esta estrategia se denomina generalización. De este modo un mapa deja en ocasiones de ser un modelo de la superficie terrestre para ser una representación visual que incluye información variada y no totalmente estructurada.

Figura 20: Mapa topográfico escala 1:25000 (fuente: www.cartesia.org)

5.6. Concepto de espacio.

La cartografía constituye un medio de representación tanto de los objetos situados en el espacio geográfico como del mismo espacio, por tanto merece la pena prestar algo de atención a la propia naturaleza de este. El espacio ha sido el objeto de estudio, aunque desde puntos de vista diferentes, de disciplinas muy dispares: la filosofía desde un punto de vista puramente conceptual; las matemáticas utilizando un

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lenguaje formal para describirlo; la física desde un punto de vista teórico; mientras que la geografía finalmente lo ha hecho de manera más empírica.

Las disquisiciones filosóficas y físicas acerca del espacio pueden resumirse en la controversia entre la concepción de un espacio como “contenedor neutro” de los fenómenos dispuestos en él (Descartes, Newton) o como algo sin existencia propia que surge del ensamblaje de estos mismos fenómenos (concepción de Leibnitz o Einstein). Por otro lado está el debate acerca de si tanto el espacio como el tiempo son entidades reales o, como sostienen Kant y los neokantianos, constructores de la mente humana para organizar la información procedente de los sentidos.

Desde un punto de vista matemático, se han definido diversos tipos de espacio. En primer lugar puede distinguirse entre espacios métricos y no métricos. Los primeros son aquellos en los que puede establecerse una medida de distancia a partir de la que pueden deducirse diversas propiedades métricas (área, perímetro, forma, etc.), pudiendo utilizarse diversas definiciones de distancia.

Existen también los espacios no métricos que pueden resultar de interés trabajando con SIG, por ejemplo el tiempo necesario para recorrer el espacio entre dos puntos o los espacios topológicos con el que se estudian las propiedades de los objetos que son invariantes a transformaciones topológicas del espacio consistentes es estiramientos o acortamientos similares a los que hace un panadero con la masa de pan (las propiedades métricas si serían modificadas por estas transformaciones). Estas propiedades topológicas son: estar dentro-fuera, a la derecha o a la izquierda, en contacto. Estas propiedades resultan de gran interés en el trabajo con sistemas de información geográfica.

Finalmente, el espacio geográfico, es decir, el que procede de una aproximación empírica al mundo real, es un espacio euclídeo de tres dimensiones, aunque su representación suele ser una proyección bidimensional.

5.7. Generalización en cartografía convencional.

Por generalización cartográfica se entiende la selección y representación simplificada de los elementos de la superficie terrestre con un nivel de detalle apropiado a la escala y el propósito del mapa. El objetivo fundamental es maximizar la información que contiene el mapa y su utilidad limitando su complejidad para garantizar su legibilidad. Cuatro son los propósitos fundamentales de la generalización:

- Disminuir el coste del muestreo necesario para confeccionar el mapa.

- Aumentar la robustez del mapa frente a errores de muestreo.

- Servir a diversos propósitos, ya que un mapa en el que se representara con mucho detalle un sólo aspecto de la realidad quedaría invalidado para otros propósitos.

- Mejorar la visualización de los datos evitando que queden todos apelmazados.

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Normalmente la generalización conlleva la pérdida de detalles, pero en algunos casos implica la introducción artificial de detalles. En el caso de un río que, debido al cambio de escala, quedara como una línea recta sería preferible introducir un meandro artificial para darle más apariencia de río.

5.7.1. Generalización temática.

A partir de una base cartográfica común, dependiendo de los objetivos del mapa se incorporará un tipo de información u otra. Por ejemplo para un mapa geológico sí que resulta interesante disponer de la topografía en forma de curvas de nivel, sin embargo, los usos de suelo no aportan información relevante dado el objetivo del mapa. En un mapa topográfico por el contrario se considera más útil disponer de una representación simplificada de los usos del suelo que una representación de la litología. En ambos casos, esta información se representará de tal forma que no impida una correcta percepción del resto de la información.

Otra forma de generalización es la que se produce cuando distintos objetos, procedentes de capas de información diferentes, se superponen unos con otros en el mapa final. En este caso unas capas tendrán prioridad sobre otras que quedarán ocultas. Por ejemplo las curvas de nivel suelen aparecer como fondo en un gran número de mapas pero, salvo que se trata de un mapa preparado para aplicaciones topográficas, se considera información secundaria, por tanto quedarán ocultas bajo ciudades, carreteras, embalses, etc. (un ejemplo puede verse en los mapas geológicos).

En los últimos años, se han empezado a utilizar en la confección de mapas técnicas reprográficas que permiten representar una gran cantidad de información espacial. El usuario, cambiando su ángulo de visión sobre el mapa podrá ver un tipo de información u otra.

5.7.2. Generalización y escala.

El grado de generalización suele depender de la escala del mapa. A grandes rasgos pueden establecerse los siguientes umbrales:

- A escala 1:10000 y superior la generalización es muy escasa o inexistente.

- A escala 1:20000 empieza a aparecer generalización. Las calles y carreteras aparecen ensanchadas, los edificios se agrupan, simplifican y desplazan y las parcelas de cultivo se agrupan en grandes polígonos de uso de suelo.

- Entre 1:20000 y 1:200000, los bordes de los polígonos y los objetos lineales se simplifican, las carreteras se simbolizan, desciende considerablemente el número de objetos representados pero aumenta la densidad de objetos en el mapa.

- A partir de 1:500000 el mapa es una representación completamente simbolizada inútil para su integración en un Sistema de Información Geográfica.

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5.7.3. Generalización y SIG.

Cuando se trabaja con cartografía digital es importante separar lo que son los datos espaciales, que deben ser lo más exactos posibles, de su presentación gráfica sometida a generalización (especialmente cuando el objetivo de esta es producir un mapa en papel).

El carácter subjetivo e incluso a veces artístico que muchas veces tiene la generalización cartográfica dificulta enormemente la introducción de funciones de generalización en un SIG o en cualquier otro programa que maneje cartografía digital. Estas deberían compaginarse con las herramientas de producción cartográfica.

En ocasiones la solución que se ha dado a este problema es sustituir los datos originales por datos generalizados con lo que, siendo válidos para su representación en papel, quedan prácticamente inutilizados para su incorporación en un entorno SIG.

Figura 21: Ejemplos de las diferentes técnicas de generalización en cartografía (fuente: www.cartesia.org)

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5.8. Vértices geodésicos.

Un vértice geodésico es una señal informativa permanente que se puede encontrar en el campo e indica la altura exacta de ese punto sobre el nivel del mar. Forman parte de una red de triángulos de carácter planetario cuyas coordenadas se han calculado con la mayor precisión posible. Todo el globo está comunicado a través de vértices geodésicos, que además se basan en el mismo sistema de coordenadas.

El vértice geodésico, por lo general está representado por un cilindro de 120cm de altura, montado sobre un pedestal de hormigón, y pintado de color blanco. En vez de cilindros, también los hay representados por señales prismáticas. La señal sirve para colocar sobre el cilindro instrumental topográfico para hacer mediciones. Desde cada señal además, se divisan otros vértices geodésicos, razón por la que están siempre colocados en los lugares más altos, despejados y con amplias visiones paisajísticas.

Los vértices geodésicos se catalogan en categorías de 1º, 2º y 3er orden. La red de 1er orden tiene sus vértices separados unos 40km. La de 2º orden, los tiene separados unos 20km. La de 3er orden entre 4 y 5km. La red de 1er orden es la de mayor precisión.

Con el objetivo de proteger y realizar el debido mantenimiento de los vértices geodésicos, existe la “Ley de señales geodésicas y geofísicas” en vigor desde los años 70. Dicha ley encarga la custodia de las señales a los alcaldes y los ayuntamientos, no sólo en lo referente a su cuidado, sino también a la prevención de actividades que pudiesen entorpecer su uso, o la edificación en los alrededores que pudieran crear pantallas para el trabajo de topógrafos, cartógrafos y geólogos.

Recientemente, el Instituto Geográfico Nacional ha puesto en marcha la Red Geodésica Nacional por Técnicas Espaciales (REGENTE), con la que se pretende establecer en toda España una red de altísima precisión. Esta nueva red es una malla de puntos que a su vez ya eran vértices geodésicos de primer orden, y que se han elegido de manera que en cada hoja del Mapa Topográfico Nacional a escala 1:50000 haya un solo REGENTE, es decir, uno por cada 500 kilómetros cuadrados. La aplicación de esta red será prestar ayuda eficaz a los usuarios de las técnicas de mediciones por sistemas GPS.

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6. Estándares para SIG en la Web: OGC.

El Open Geospatial Consortium (OGC) es un consorcio, creado en 1994 que actualmente cuenta con 346 miembros, cuyo objetivo es que todos se beneficien de los SIG a través de redes, aplicaciones y plataformas, y para ello, trabajan en proporcionar especificaciones de interfaces abiertas para su uso global.

Figura 22: Logotipo de OGC (fuente: http://www.opengeospatial.org/themes/ogc/logo.png)

Entre sus especificaciones más destacadas, se encuentran las siguientes: OpenGIS, WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), WCS (Web Coverage Service), WPS (Web Processing Service), CAT (Web Catalog Service), SFS (Simple Features – SQL) y GML (Geography Markup Language).

OGC mantiene una buena relación con ISO/TC 211, que es un comité del estándar internacional ISO (International Organization for Standardization) especializado en SIG. Gracias a esta buena relación, algunas de las especificaciones citadas anteriormente, como OpenGIS, WMS o SFS, ya forman parte de ISO, e incluso, se espera que próximamente también lo sea GML. Además de ISO, OGC también trabaja con otros estándares internacionales, entre los que se encuentra W3C (World Wide Web Consortium).

Aunque su nombre actual es Open Geospatial Consortium, inicialmente se denominaba Open GIS Consortium.

6.1. OpenGIS.

OpenGIS es un estándar internacional orientado a SIG, surgido con el objetivo de unificar criterios en cuanto al desarrollo de estos sistemas, evitando con ello la pérdida de integridad de los datos, y manteniendo un consistente sistema de seguridad de la información que se maneja; todo ello, sin perder competitividad en los productos desarrollados.

Hoy en día existe una gran variedad de software OpenGIS, de libre distribución y código abierto, que permite procesar información geoespacial. Dentro de este grupo, destaca la combinación Mapserver y PostgreeSQL con PostGIS, recomendada por varios expertos en Open Source Geospatial.

OpenGIS está avalado por grandes empresas de software que disponen de gran cantidad de productos en el mercado, como por ejemplo: Esri y MapInfo Corporation u otras empresas como Oracle y Sun.

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A grandes rasgos, se basa en un esquema de SQL que soporta el almacenamiento, recuperación, consulta y actualización de una colección geoespacial de características simples que, a su vez, son definidas por la especificación abstracta. Utiliza modelos de objetos geométricos asociados a un sistema espacial, y este sistema describe las coordenadas del espacio en las que está definido cada objeto.

A continuación, se puede observar la jerarquía de geometrías definida por este estándar:

Figura 23: Modelo de objetos geométricos de OpenGIS (fuente:

http://www.rosenblueth.mx/InterFAR/Vol1Num4/extdoc/Abraham%20S%E1nchez_files/image002.jpg)

Geometry es una clase abstracta y las primeras subclases instanciables estarían restringidas a objetos con un máximo de dos dimensiones. La implementación de OpenGIS bajo SQL92 no define funciones de SQL para acceder, mantener o indexar este tipo de geometrías. Por tanto, para soportar el modelo simple de datos de OpenGIS, se requiere un esquema de base de datos como el siguiente (SQL 2002):

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Figura 24: Esquema de base de datos de OpenGIS (fuente:

http://www.rosenblueth.mx/InterFAR/Vol1Num4/extdoc/Abraham%20S%E1nchez_files/image004.jpg)

- Feature Table/View es una tabla con una o más claves foráneas referenciando a las tablas de geometrías.

- Geometry_Columns posee una fila por cada geometría de la base de datos.

- Spatial_Reference_Systems contiene la información relativa a las coordenadas de las geometrías, por ejemplo su longitud y latitud.

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7. APIs públicas para SIG en la Web.

A continuación se muestran tres APIs que, utilizando Javascript, permiten añadir mapas a una página web.

7.1.1. ka-Map.

Ka-Map es un proyecto de código abierto que busca proveer una API en Javascript para desarrollar interfaces web interactivas para aplicaciones SIG. Ka-Map ofrece entre otras cosas la posibilidad de que el usuario haga paneo sin tener que recargar la página web, opciones de navegación desde teclado y control de capas desde el cliente. Actualmente la documentación de ka-Map es muy escasa.

7.1.2. Google Maps API.

La API de Google Maps permite incluir en una página web un mapa de Google mediante Javascript. El API de Google Maps permite manipular los mapas y añadir contenido al mapa.

7.1.3. OpenLayers.

OpenLayers es una librería en JavaScript para mostrar mapas en un navegador web. OpenLayers implementa los estándares OGC para acceso a la información geográfica como los protocolos WMS y WFS. OpenLayers está codificado en JavaScript orientado a objetos. OpenLayers pretende separar las herramientas para visualizar los mapas de los datos del mapa. OpenLayers es un software gratuito.

Existen otras APIs como GIS Viewer Toolkit que es recomendable para desarrollo de aplicaciones SIG para dispositivos móviles y GeoApi que es un proyecto que pretende facilitar el desarrollo de aplicaciones SIG y facilitar la interoperabilidad siguiendo los estándares OGC.

7.1.4. GIS Viewer Toolkit – Tilcon.

GIS Viewer Toolkit es una API que permite la manipulación y despliegue de información geográfica. Soporta formatos de datos como: ADRG, CADRG, DTED, ESRI shapefile... Soporta despliegue en formato ráster y vectorial de manera simultánea. Es ideal para el desarrollo de aplicaciones SIG para dispositivos móviles.

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7.1.5. GeoAPI.

El proyecto GeoAPI tiene como objetivo proveer un conjunto de interfaces de acuerdo a las especificaciones de OpenGIS. El desarrollo de aplicaciones SIG implica un alto nivel de esfuerzo, este proyecto busca reducir el esfuerzo de codificación y aumentar la interoperabilidad de los sistemas mediante una API derivada de los estándares OGC/ISO.

Además de las APIs mencionadas anteriormente es importante mencionar la librería GeoTools desarrollada sobre GeoAPI y el servidor GeoServer desarrollado a su vez sobre GeoTools. Ambos cumplen con los estándares OGC.

7.1.6. GeoTools.

Geo Tools es una librería de Java de código abierto que provee métodos de acuerdo a los estándares OGC para manipular información geoespacial. GeoTools está desarrollado sobre GeoApi. GeoTools soporta diversos formatos de información como shapefiles, GML, WFS, PostGis, Oracle, ArcSDE, MySQL, GeoMedia, Tiger, VPF, MapInfo...

7.1.7. GeoServer.

GeoServer es un servidor de código abierto que de acuerdo a los estándares OGC da soporte a los protocolos WFS y WMS para publicar datos geoespaciales en formatos como: JPEG, PNG, SVG, KML/KMZ, GML, PDF, Shapefiles, etc. GeoServer está construido sobre GeoTools.

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8. Elección justificada de una API

La aplicación que se quiere desarrollar consiste en un sistema de información geográfica para una empresa de bienes raíces. La aplicación deberá permitir hacer búsquedas sobre una base de datos de propiedades y al mostrar el resultado deberá verse en el mapa la localización de las propiedades encontradas. Además de mostrar la localización de las propiedades se pretende mostrar otras capas como la capa de barrios de la ciudad, escuelas, hospitales, comercios, etc.

Se decidió utilizar GeoServer para poder publicar datos geoespaciales con los protocolos WFS y WMS. El GeoServer cumple con los estándares OGC. En la aplicación cliente se decidió utilizar el API de Google Maps debido a que después de realizar unas pruebas se comprobó que era posible añadir al mapa base una capa con el mapa devuelto por el protocolo WMS de GeoServer. GoogleMaps permite además geocodificar las direcciones de las propiedades para ubicarlas en el mapa, tiene una completa documentación de todas las posibilidades que ofrece y es fácil añadir controles a la aplicación para hacer acercamientos y cambiar de tipo de mapa.

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9. Desarrollo de un sistema SIG para la Web.

9.1. Descripción de la funcionalidad de la aplicación

La aplicación que se quiere desarrollar consiste en un sistema de información geográfica para una empresa de bienes raíces. La aplicación deberá permitir hacer búsquedas sobre una base de datos de propiedades y al mostrar el resultado deberá verse en el mapa la localización de las propiedades encontradas. Además de mostrar la localización de las propiedades se pretende mostrar otras capas como la capa de barrios de la ciudad, escuelas, hospitales, comercios, etc.

Se han encontrado ficheros gratuitos en formato shapefile para la ciudad de Bellingham en Washington, Estados Unidos en esta dirección: http://www.ci.bellingham.wa.us/gis/metadata/ por lo que se ha decidido desarrollar la aplicación con una base de datos de propiedades de esa ciudad. Se ha tomado el fichero de barrios de la ciudad, de escuelas, de lagos y bahías y de estaciones de bomberos a manera de ejemplo de lo que pudiera hacerse trabajando con distintas capas sobre el mapa.

9.2. Diseño de la arquitectura y descripción de las tecnologías utilizadas

El siguiente diagrama muestra la arquitectura de la aplicación y la forma en que se comunican el cliente y el servidor. El cliente es una página web. La aplicación obtiene la información de las propiedades de la base de datos, geolocaliza dichas propiedades mediante el API de Google y obtiene las capas del servicio web de mapas de GeoServer.

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Figura 25: Arquitectura de la aplicación

La aplicación utiliza las siguientes tecnologías:

- PHP y JavaScript.

- MySQL como manejador de base de datos para almacenar los datos de las propiedades.

- GeoServer para brindar el servicio web de mapas. Se utiliza el formato de ficheros shapefile para almacenar la información de dichos mapas.

- GoogleMaps para mostrar los mapas en la página web del cliente.

9.3. Enlace a un servidor con la aplicación funcionando.

http://156.35.98.139:8082/inmo/web

9.4. Código fuente del servidor.

http://156.35.98.139:8080/web/carpeta_docente/Sistemas_informacion_geografica/sig.jsp

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10. Integración de datos y mapas en la Web.

Debe disponerse de alguna referencia geográfica en las páginas personales del máster, por lo que se ha decidido “marcar” el edificio donde se encuentran los servidores, es decir, el edificio Valdés Salas. Se quiere conseguir una integración entre la web y los mapas para establecer relaciones geográficas.

10.1. Desde una web poder llegar a un mapa que permita visualizar información geográfica.

10.1.1. Enlace a Google Maps.

Se inserta el siguiente enlace en la web:

<a href=http://maps.google.es/maps?f=q&hl=es&geocode=&q=calle+de+valdes+salas,+oviedo&sll=43.355157,-5.85155&sspn=0.005344,0.010042&ie=UTF8&ll=43.354954,-5.851679&spn=0.010687,0.020084&t=k&z=16&om=1title="Enlace al sitio donde estudio el Máster"> Enlace a la facultad donde estudio el Máster y está mi servidor. </a>

Al pinchar sobre este enlace se abre una nueva página que localiza en un mapa de Google Maps la calle Valdés Salas.

10.2. Utilización de microformatos.

Un microformat o microformato es una forma simple de agregar significado semántico a un contenido legible por el humano y que para la máquina es sólo texto plano. Están ideados para ser usadas en páginas web que usen HTML o XHTML, de manera tal que la información pueda ser indexada, guardada, referenciada, reusada o combinada.

Más técnicamente, son elementos de lenguaje de marcado, usando (X)HTML usando nombres de clase específicos. En este sentido, son abiertos para que cualquiera haga uso de ellos.

Las especificaciones actuales de microformatos permiten la representación de eventos, información de contacto, relaciones sociales, direcciones, ubicaciones (coordenadas), etc.

En este caso, se introduce en la página el siguiente código:

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<span class='geo'> <span class='latitude'>43.354810</span> <span class='longitude'>-5.851805</span> </span>

Este código permite a las máquinas indexarlo, mostrarlo en un mapa o exportarlo a un sistema de posicionamiento global.

10.2.1. Metadatos HTML.

Si hay algo en lo que el W3C siempre insiste es en el significado del documento. Desde el punto de vista del W3C, Internet debe ser información estructurada, y el HTML debe ser la herramienta para lograr esa estructuración.

Una página web debe ser un conjunto de datos organizado con sentido. Las etiquetas HTML deben insertarse con este fin organizativo (dejando la presentación para otros lenguajes, como CSS). La sola lectura del código debería ofrecer información relevante sobre el documento. Se trata en definitiva de organizar Internet, escribiendo páginas que contengan información sobre sí mismas, de forma que pueda mecanizarse su clasificación y catalogación. El futuro de la metainformación pasa por la Web semántica y por XML, pero mientras tanto se puede avanzar por ese camino con los metadatos.

Los metadatos (información sobre la información) no se visualizan, pero están integrados en el documento ofreciendo información variada: desde el tipo de formato utilizado (HTML, XML...) hasta el autor, editor con el que se ha confeccionado, información para los buscadores, etc.

En este caso, se inserta el siguiente código para localizar con metadatos el edificio Valdés Salas:

<meta name="geo.placename" content="Calle de Valdés Salas, 33007 Oviedo, Spain"/> <meta name="geo.position" content="43.354810;-5.851805" /> <meta name="geo.region" content="ES-Principado de Asturias" /> <meta name="ICBM" content="43.354810, -5.851805" />

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10.3. Desde un mapa, como Google Earth, poder llegar hasta una web si se está visualizando la zona relacionada.

10.3.1. KML.

KML o Keyhole Markup Language es una gramática XML y un formato de archivo para la creación de modelos y el almacenamiento de funciones geográficas como puntos, líneas, imágenes, polígonos y modelos que se mostrarán en Google Earth y Google Maps. Se puede utilizar KML para compartir lugares e información con otros usuarios de Google Earth y Google Maps. De igual modo, se pueden encontrar archivos KML en el sitio de Google Earth Community que describen características y lugares interesantes.

Google Earth y Google Maps procesan los archivos KML de una manera similar a cómo los navegadores web procesan los archivos HTML y XML. Al igual que los archivos HTML, los KML cuentan con una estructura basada en etiquetas con nombres y atributos utilizados para poder visualizarlos. Por tanto, Google Earth y Google Maps actúan como navegadores de los archivos KML.

Se han creado archivos .kml de la siguiente forma:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <kml xmlns="http://earth.google.com/kml/2.2">

<Placemark> <name>

Calle de Valdés Salas, 33007 Oviedo, Spain </name>

<description> En esta dirección está mi servidor:

<![CDATA[ <br /> <a href="http://156.35.98.109:8080//PaginaPersonal">

Página Personal de Alfonso Suárez Torrente </a>

<br /> <hr />

]]> </description> <Point> <coordinates>-5.851805,43.354810,0</coordinates> </Point>

</Placemark> </kml>

Tras cargar este archivo en la aplicación Google Herat, se muestra un punto en el edificio Valdés Salas, al hacer clic sobre éste se obtiene un link a la página personal del máster.

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11. Referencias.

- http://code.google.com/apis/kml/documentation/kml_tags_beta1.html#kmlfields

- http://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system#History_of_development

- http://en.wikipedia.org/wiki/GeoTagging

- http://en.wikipedia.org/wiki/Open_Geospatial_Consortium

- http://es.wikipedia.org/wiki/Microformatos

- http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_posicionamiento_Galileo

- http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lis/macias_l_c/capitulo2.pdf

- http://openlayers.org/

- http://www.cartesia.org

- http://www.cere.gr/upload/APOPSEIS_20061110.pdf

- http://www.cibersociedad.net/congres2006/gts/comunicacio.php?id=1032&llengua=es

- http://www.cmtinc.com/gpsbook/index.htm#chap11

- http://www.fao.org/sd/spdirect/gis/EIgis000.htm

- http://www.gabrielortiz.com

- http://geoapi.sourceforge.net/stable/site/index.html

- http://www.geogra.uah.es/gisweb/1modulosespanyol/IntroduccionSIG/GISModule/GISTheory.doc

- http://geotools.codehaus.org/

- http://geoserver.org/

- http://www.google.es/apis/maps/

- http://ka-map.maptools.org/

- http://www.rosenblueth.mx/InterFAR/Vol1Num4/extdoc/Abraham%20S%E1nchez.htm

- http://www.tilcon.com/maps.html

- http://www.tugurium.com/gti/termino.asp?tr=Open%20GIS%20Consortium

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- http://www2.uca.es/dept/filosofia/TEMA%201.pdf

- http://www2.uca.es/dept/filosofia/TEMA%202.pdf

- http://www2.uca.es/dept/filosofia/TEMA%204.pdf

- http://www.webtaller.com/construccion/lenguajes/html/lecciones/metadatos-html.php

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