SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

115 Pages·2013·2.24 MB·Spanish

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2012. “Año del Bicentenario de el Ilustrador Nacional”

CUADERNILLO DE APUNTES DE

“SISTEMAS DE INFORMACIÓN
GEOGRÁFICA”

Clave AMC - 1022

Por Ing. Héctor Fernando Barbosa Amaya

La Paz, México, septiembre de 2012
1
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 4
UNIDAD 1 FUDAMENTOS DE SIG .................................................................................................... 5
1.1 HISTORIA DE LOS SIG ...................................................................................................................... 5
1.1.1 Evolución de los SIG. ............................................................................................................ 5
1.1.1.1 El capítulo Mexicano ......................................................................................................................6
1.1.2 Componentes de un SIG ................................................................................................... 11
1. 2. TIPOS DE DATOS GEOGRÁFICOS ................................................................................................... 11
1.2.1 Raster .................................................................................................................................... 11
1.2.2 Vector ..................................................................................................................................... 14
1.2.3 Matrices ................................................................................................................................. 14
1.3 REPRESENTACIÓN DE LOS DATOS CON MODELOS RASTER Y VECTORIAL ..................................... 14
1.3.1 Mapas. ................................................................................................................................. 14
1.3.2 Diseño de datos .................................................................................................................. 15
1.4 CONVERSIÓN DE DATOS RASTER VECTORIAL ................................................................................ 15
1.4.1 Captura de datos .................................................................................................................. 15
1.4.2 Coversión de datos Raster – Vectorial ............................................................................. 15
UNIDAD 2.PROYECCIONES CARTESIANAS .................................................................................. 16
2.1 PROYECCIONES .............................................................................................................................. 16
2.1.1 Sistemas de coordenadas .................................................................................................. 38
2.1.1.1 Sistemas rectangulares ................................................................................................................ 43
2.1.2 Reproyecciones................................................................................................................... 47
2.1.3 Análisis espacial .................................................................................................................. 47
2.2 REDES ............................................................................................................................................ 47
2.2.1 Descripciones de lineas y distancias ................................................................................ 47
2.2.2 Análisis de proximidad y distancias................................................................................... 47
2.3 SUPERPOSICIÓN DE MAPAS ........................................................................................................... 47
2.3.1 Polígonos .............................................................................................................................. 47
2.3.2 Generación de áreas de influencia .................................................................................... 47
2.4 CARTOGRAFÍA AUTOMATIZADA ...................................................................................................... 48
La clasificación del mapa .............................................................................................................. 51
2.4.1 Fuentes cartográficas .......................................................................................................... 65
2.4.2 Fotografía aérea .................................................................................................................. 66
2.4.2.1 Fotogramétria ................................................................................................................................ 66
2.4.3 Imágenes satelitales .......................................................................................................... 76
3. TECNOLOGÍA GPS ......................................................................................................................... 78
3.1 GEOESTADÍSTICA ........................................................................................................................... 81
3.2 GEOCODIFICACIÓN ....................................................................................................................... 103
3.3 APLICACIONES Y TÉCNICAS DE USO. ........................................................................................... 104
3.4 DETERMINACIÓN Y POSICIÓN CON GPS. ..................................................................................... 104
UNIDAD 4 MANEJO DE SOFTWARE PARA SIG ......................................................................... 105
4.1 SOFWARE PARA SIG..................................................................................................................... 105
4.1.1 Sofware para IRIS.............................................................................................................. 105
4.1.2 Arc GIS ............................................................................................................................... 109
4.2 BASES DE DATOS GEOGRÁFICOS ................................................................................................. 109
4.2.1 Creación de datos ............................................................................................................. 109
4.2.2 Bases de datos geográficos ............................................................................................ 109
4.2.3 Gestión de análisis ........................................................................................................... 109
4.2.4 SIG móviles ...................................................................................................................... 110
4.2.5 SIG temporales ................................................................................................................ 110
5. ANÁLISIS DEL MODELO DIGITAL DEL TERRENO. ............................................................... 110
5.1 MEDIDA DE GEOMETRÍA GENERAL ............................................................................................... 110
5.2 ORIENTACIÓN DE LA TOPOGRAFÍA ............................................................................................... 110
5.3 ANÁLISIS DE TERRENO ................................................................................................................ 110
5.4 DELIMITACIÓN DE CUENCAS ......................................................................................................... 110
2
5.5 CÁLCULOS DE MAGNITUDES GEOMÉTRICAS EN UN MODELO DE TERRENO DIGITAL (MTD) ..... 110
REFERENCIAS HEMEROGRÁFICAS .............................................................................................. 112
GLOSARIO ............................................................................................................................................ 114

3
Introducción

Este cuadernillo pretende cubrir los aspectos más importantes de la
asignatura “Sistemas de Información Geográfica”, ajustándose al programa
vigente del TESOEM y se espera que al final del mismo los estudiantes y
docentes que hagan uso de él satisfagan todos los objetivos que se persiguen
como son: Estar familiarizados con los conceptos y mecanismos que se
manejan en la “Sistemas de Información Geográfica”; que queden
debidamente adiestrados en la obtención de de parámetros referentes a la
física del suelo; que desarrollen la habilidad necesaria para solucionar
problemas de potencial, de dispersión cuyas fronteras no sean conocidas; y por
último que estén motivados para tratar con problemas particulares
complicados.
La exposición de los temas se ha programado para cubrir las 38 horas –
sesiones, que cubrirán la teoría y solución algunos problemas de aplicación.
Se ha dividido el presente cuadernillo en: Cinco unidades, la primera unidad
presenta los antecedentes de los sistemas de información geográfica y los
diferentes tipos de estudios que pueden aplicarse con esta herramienta en la
Ingeniería Ambiental.
En la segunda unidad se presentan las diferentes proyecciones, redes,
superposición de mapas y cartografía automatizada con aplicaciones para la
Ingeniería Ambiental. La tercera unidad permite al alumno conocer y aplicar la
tecnología de GPS, Geocodificación, aplicaciones, técnicas de uso. La cuarta
unidad le permite al estudiante conocer y aplicar el manejo de software para
SIG. La quinta unidad le permite al alumno hacer el análisis del modelo digital
de un terreno con la finalidad de contar con una mejor representación del
terreno y poder realizar análisis 3D. La presente obra ofrece una visión
didáctica y actualizada de los conceptos básicos de la cartografía. Su forma y
enfoque están, desde luego al nivel de licenciatura, pero también podrá ser de
utilidad como un documento de consulta para estudiantes que cursen las
asignaturas de:
Desarrollo Sustentable, Impacto Ambiental, Administración y Gestión
Ambiental I y II, Remediación de Suelos, entre otras.
4
UNIDAD 1 Fudamentos de SIG

Objetivo: Al finalizar esta unidad el estudiante debe de aprender los conceptos
básicos de la historia de los SIG y sus fundamentos, así como los tipos de
datos geográficos, raster, vector y matrices, así como su representación
1. Fundamentos de SIG
1.1 Historia de los SIG
1.1.1 Evolución de los SIG.
Tres son las disciplinas que sentaron las bases para que se originaran los
Sistemas de Información Geográfica (SIG), como se conocen en la
actualidad: La geodesia, que se encarga de la forma de y las dimensiones
terrestres; la cartografía, que se ocupa de la representación de la Tierra y sus
transformaciones a un plano; y la geografía, que estudia la distribución espacial
de las actividades humanas y su relación con el mundo físico.
Entre los 35 y 30,000 años atrás, a finales de de la últimas glaciación el
hombre de Cro- Magnon dibuja escenas de de su vida cotidiana - relatos de
sus cacerías las paredes de las cuevas como Chauvet, La Greze, Pair Non
Pair, entre otra tantas. Estas representaciones icónicas no sólo eran un
lenguaje de comunicación y expresión artística como el hombre moderno lo ve,
aparte de representar probablemente el deseo de influir mágicamente en el
éxito de la cacería; sin saberlo contiene elementos básicos de la estructura
moderna de un SIG. Detrás de las figuras de animales como mamuts y gacelas
perseguidos por figuras de seres humanos cazándolos, hay líneas que
describen rutas migratorias, así como rasgos del paisaje que los rodeaba,
siendo éstos puntos de referencia espacial como cuerpos de agua, montañas y
valles. En una simple comparación con nuestros modelos geográficos actuales,
estas pinturas rupestres son una representación gráfica de atributos, siendo
estas dos propiedades esenciales para cualquier tipo de análisis.
Los primeros mapas “transportables” conocidos quizás fueron hechos
en pergaminos para mostrar las minas de oro de Coptes durante el periodo de
Rámses II en Egipto ( 1292 – 1225 a. C.), o probablemente fueron primero las
tablillas de arcillas con escritura cuneiforme de los babilonios que describían al
mundo como ellos lo conocían. (Bernhardsen, 2002)

5
1.1.1.1 El capítulo Mexicano
Toda civilización antigua cuenta con observaciones astronómicas con las
cuales erigieron sus respectivos imperios, utilizando las estrellas y las sombras
generadas por el Sol y la Luna para orientar sus construcciones y crear sus
calendarios, algunas de estas civilizaciones fueron grandes navegantes y la
observación del firmamento proporcionaba los medios para hacer sus
mediciones y orientarse a la mitad de la nada, si se continúa retrocediendo en
el tiempo hasta la prehistoria, se encontraran pinturas rupestres que se creen
representa estrellas del año 16,500 a. C., a manera de cartas celestes.
Siguiendo ests premisas, se puede decir que la Percepción Remota siempre ha
existido y ha estado presente en la creación de mapas.
Revisando la historia se encontrará que estos análisis geográficos ya se
practicaban mucho antes de que sus principíos fueran enunciados,
encontrando trabajos en diferentes áreas como el militar, la medicina y la
conservación, entre otras. Como ejemplo de esto se puede citar el trabajo de
Johon Snow en 1854, año en que el centro de la ciudad de Londres sufre de
una epidemia de cólera por una fuente de agua contaminada en el área de
Soho. El doctor Snow encuentra el foco de infección mapeando el número de
muertes casa por casa, calle por calle, sacando la distancia de éstas al pozo de
agua en cuestión, el cual se encontró en el centro de un “mapa de
distribución”(Longley et al., 2001; Kent y Hall,1998); este tipo de análisis es
conocido hoy en día como point pattern analysis y es un modelo
ampliamente utilizado en epidemiología (Fotheringham et al.,2000). Otro
ejemplo es el cartógrafo francés Louis- Alexandre Berthier quien muestra el
movimiento de la tropas francesas y americanas en 1781 en la batalla de
Yorktown en la revolución americana (Kent y Hall, 1998). En una secuencia de
mapas temáticos por fechas y en diferentes escalas muestra un inventario de
tropas y el desplazamiento de éstas a través de los campos de batalla, lo que
permite ver no sólo el avance y ubicación de las tropas aliadas franco - .
americanas sino conocer la situación de las tropas británicas que terminaron
rindiéndose el 19 de octubre, habiéndose creado un hito con la sobreposición
de diferentes capas temáticas sobre una cartografía base relacionada
espacialmente.
6
En el México precolombino se tiene que la ciudad de Tenochtitlán se
caracterizó por el equilibrio que guardaba con la naturaleza que la rodeaba y
que fueron los aztecas quienes, incluso elaboraron obras que, además de
funcionales, en algunos casos mejoraba el ecosistema, como es el caso del
gran albarredón que Moctezuma I mandó construir para separar el agua dulce
del Lago de México al Oeste, de las aguas salobres del Lago de Texcoco al
Este, básandose en mapas o amatohtls que tenían la función de mostrar la
ubicación de los objetos. Otros reyes aztecas se esforzaron por lograr que el
daño al medio fuera mínimo, como Netzahualcóyotl, fundador de pequeños
parque zoológicos, jardines bótanicos y gran defensor de la naturaleza, quien
incluso con crueles castigos obligaba a sus súbditos a respetar árboles y
animales, evitando su explotación excesiva (Martinez, 1972), incluso llevaba
inventarios en amatohtlis o cartas que cumplian la función de cuantificar y
administrar su explotación.
Estos ejemplos tienen algo en común, el análisis del espacio geográfico
mediante el uso de mapas. Desde el comienzo de los tiempos, la principal
función de los mapas, sin importar su origen o los materiales que le dieron vida,
han sido ubicar al ser humano en su contexto espiritual, así como en un
contexto físico y geográfico donde todo mapa comienza como una superficie en
blanco y trazo a trazo es dibujada la distribución de los rasgos características
reales o imaginarias de la Tierra. De hecho, las marcas o signos que dan forma
a una distribución espacial son el mapa per se, y su representación los agrupa
en pictóricos y no pictóricos. Los mapas con símbolos pictóricos son también
llamados gráficos o ilustrativos y se caracterízan por transmitir, mediante
signos, ideas completas que requieren de poca o ninguna explicación ya que el
contexto espacial en el que están enmarcados los hacen comprensibles, y los
mapas mediante signos nopictóricos siempre necesitan una explicación ya sea
oral o escrita donde el significado de cuadrados, rectángulos, círculos, líneas
punteadas, puntos, etc., pueden volverse incomprensibles, ya que cada autor le
puede dar su propio significado a cada forma y no necesariamente es la misma
interpretación de otros autores.
La cartografía es una forma de pensar en cosas abstractas de manera
gráfica y práctica. Cuando Hernán Cortés es cuestionado de cómo es el terreno
en la Nueva España, simplemente arrugó una hoja de papel y la puso sobre la
7
mesa diciendo “estos son los nuevos territorios” (TMCG,1993), siendo esta una
forma de hacer un ”mapa” que en su momento cumplió con la función de dar a
entender que el terreno mexicano no era algo sencillo.
México – Tenochtitlán cobra realidad en el siglo XVI para los europeos a
través de las descripciones que hacen sus cronistas como Bernal Díaz del
Castillo y su conquistador Hernán Cortés. El siglo XVI no solo se caracterizó
por el descubrimiento de nuevas tierras, ya que el renacimiento ocupó un lugar
importante en la historia, y la mezcla de estos dos hechos dieron como
resultado una cartografía única para el nuevo mundo donde se puede apreciar
la técnica europea en el trazo de las formas con descripciones en letras itálicas
junto a los glifos que eran los elementos pictográficos con los que
representaban los nombres o toponimías de los indigenas del nuevo mundo
(Mendoza et al., 2000).
El México precolombino tuvo su propia cartografía y de acuerdo con los
relatos de los conquistadores, era muy basta y comprensible, pero de los
códices prehispánicos existen en la actualidad muy pocos debido a a que
desde la conquista fueron destruidos en forma generalizada; primero con la
toma de los edificios en donde se guardaban o amoxcallis y después en “autos
de fe” que organizaba la iglesia para aniquilar lo que consideraba como “obras
del demonio” (Galarza, 1977).
Durante la colonia la destrucción se volvió sistemática, por una parte
debido a denuncias de los propios indígenas convertidos al catolisismo y por
otra a petición de las autoridades religiosas y civiles, pero no sin antes quedar
indicios de esta cartografía en diferentes documentos como el Códice Aubin,
donde encontramos la representación de Aztlán en medio de la laguna, donde
los antiguos textos sitúan el origen de los mexicas, así como la fundación de
Tenochtitlán valiéndose de elementos pictográficos y textos náhuatl, hecho que
también aparece en el Códice Mendicino. El Códice Mexicanus que ilustra el
momento en el que los mexicas abandonan Aztlan guiados por Huitzilopochtli,
el Códice Azcatitlán que muestra el peregrinar de los mexicas y las batallas
que sostienen con los tepanecas en el lago, el Códice Xolotl con
representaciones que muestran el uso que se le daba a la tierra, Códice
Cholula , el mapa de Upsala El mapa Sigüenza, los cuatro Mapas de
8
Cuahtinchan, el lienzo de de Coixtlahuaca, lienzo de Cuauhquechollan, por
citar algunos (Mendoza et al., 2000; Valle, 1997).
Esta “cartografía” no contaba con ningín tipo de escala que permitiera
cuantificar distancias o áreas , y tampoco una proyección que mostrará su
ubicación en el espacio, pero cumplía con su función de situar y administrar.
Estaba ordenada en dos grandes temas:
 Representacion de áreas específicas
 Rutas
Los relatos de los españoles no eran solamente palabras soberbias
destinadas a contar sus propias hazañas, también mostraban una admiración y
asombro por lo que sus ojos veían, así como las representaciones del territorio
y sus rasgos en una cartografía muy icipiente pero capaz de mostrarles la
grandeza de los nuevos territorios.
Estas representaciones se hacían con signos glífos que imitaban la
realidad los rodeaba:
 Los ríos eran dos líneas paralelas que se diferenciaban en corrientes
principales y arroyos con la presencia o ausencia de una hojas de
palma al interior, respectivamente, encontrando en algunas ocasiones
figuras de peces – si la pesca era abundante en esa área.
 Los cuerpos de agua eran meras siluetas en color azul que
representaba un área que nada tenía que ver con la realidad, en
ocasiones con líneas verdes a su alrededor algún tipo de vegetación.
 Los manantiales eran áreas amarillas con azul en su interior,
usualmente relacionadoscon los cerros y momtañas que creían eran
grandes contenedores de agua y que se representaban como cántaros.
 Las localidades eran representadas por cuadros que simbolozaban las
ciudadelas y podían contener gráficos en su interior como la
representación de una piramide a la que se llamaba teocalli o templo,
símbolo que durante la conquista se cambio por una cruz.
 Los cerros solían adoptar el color verde cuando se encontraban
cubiertos de vegetación o amarrillo si el suelo era desnudo
(intemperizado)
 Si se trataba de un vólcan, se le dibujaban llamas si estaba activo, y si
contaba con arenales se le ponían puntos negros al interior.
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 La representación de los caminos u otli se hacían con dos líneas
paralelas dibujando huellas de pies descalsos en la parte central en la
parte central indicando la dirección, y se cree que cada huella
representaba una cierta distancia, poniendo plantas de diferentes
formas a los lados de éste para representar donde había magueyes o
arboledas.
Esta cartografía la realizaban los dibujantes de la época llamados
tlacuilos (León – Portilla, 2003)
La incorporación de los recursos de la computación a la cartografía ha
modificado el ritmo y los usos de la cartografía con la irrupción de los Sistemas
de Información Geográfica (SIG); sin embargo los aspectos conceptuales del
Proceso Cartografíco son vigentes en todos sus apartados, sobre todo en el
diseño de mapas.
Los Sistemas de Información Geográfica son una herramienta de
almacenamiento de información susceptible de ser actualizada, que se puede
expresar en mapas diversos de acuerdos a las necesidades del usuario, lo cual
ofrece una enorme ventaja sobre los métodos tradicionales de cartografía.
Los SIG, son definidos como un conjunto poderoso de herramientas para
colectar, almacenar, extraer a discreción y desplegar datos espaciales del
mundo real para un conjunto particular de propósitos.Burroug (1986) los define
como un sistema para almacenar, verificar, integrar, manipular, analizar y
desplegar datos espacialmente referenciados en la Tierra. Se considera
normalmente que involucra una base de datos en una computadora y el
programa de aplicaciones adecuado. Resumiendo es un sistema de informático
de administración y de procesamiento de información localizada.
Los SIG abarcan un amplio rango de campos de aplicación: Servicios de
planificación de los gobiernos y municipios; servicios de defensa y seguridad;
administradores del espacio rural y de recursos naturales; agencias del medio
ambiente; instituciones de investigación y docencia. Conforme a sus usos y a
los datos espaciales que utilizan se pueden clasificar en:

 Sistemas de ingeniería
 Sistemas catastrales
 Sistemas de administración de redes
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