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PF4 SIG AnáIisis Espacial

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introducción al GIS y al análisis espacial

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PF4 SIG AnáIisis Espacial

  1. 1. la explotación de datos : el análisis espacial en los sistemas de información geográfica la explotación de datos : el análisis espacial en los sistemas de información geográfica Ingeniero de Montes Profesor de Planificación Física Dpto de Enxeñería dos Recursos Naturais e M. Ambiente Escola Universitaria de Enxeñería Técnica Forestal Universidade de Vigo Juan Picos Martín a infraestructura xeográfica na xestión forestal sostible
  2. 2. <ul><li>DIBUJO ASISTIDO POR ORDENADOR </li></ul><ul><ul><ul><li>manipulación gráfica </li></ul></ul></ul><ul><li>CARTOGRAFÍA AUTOMATIZADA </li></ul><ul><ul><ul><li>gráficos y bases de datos </li></ul></ul></ul><ul><li>SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA </li></ul><ul><ul><ul><li>gráficos y bases de datos y relaciones topológicas </li></ul></ul></ul>
  3. 3. ¿qué es topología? <ul><li>en el mapa del Metro de Madrid se representan las propiedades topológicas : conectividad, inclusión, adyacencia y orden </li></ul><ul><li>no es un mapa métrico : no se respetan las propiedades de distancias, ángulos o superficies </li></ul>
  4. 4. ¿qué es un SIG? <ul><li>Se conoce por un sistema de información geográfica a una aplicación informática consistente en un gestor de bases de datos (GBD) con herramientas especializadas en el manejo de información espacial </li></ul><ul><li>un SIG es una aplicación informática : conjunto de programas coherente y organizado que permite al ordenador realizar tareas específicas </li></ul><ul><li>un SIG puede gestionar información espacial : los datos tienen asociadas una referencia espacial en forma de coordenadas que permiten su localización sobre el terreno y que les permiten establecer relaciones topológicas entre si. </li></ul>
  5. 5. información manejada en un SIG Los datos gestionados por un SIG pueden ser de dos tipos: <ul><li>espaciales </li></ul><ul><li>entidades geográficas asociadas a una localización concreta y representadas mediante objetos geométricos: puntos, líneas, polígonos … </li></ul><ul><li>campos , que representan la distribución de una variable continua sobre el terreno </li></ul><ul><li>no espaciales : tablas que recogen información sobre atributos de los objetos geográficos o no (tesauros, por ejemplo) </li></ul><ul><li>los SIG deben manejar ambos tipos de datos de forma integrada </li></ul>
  6. 6. Formatos de Datos Los formatos de los datos espaciales gestionados por un SIG pueden ser de dos tipos: Formato Vectorial Formato Raster
  7. 7. <ul><li>Los datos Raster están basados en una retícula uniforme de celdas denominadas pixeles. Las celdas pueden ser identificadas individualemtne por su fila y columna. Cada celda es por definición una unidad homogénea atandiento a los atributos que se estén teniendo en cuenta. </li></ul>
  8. 8. <ul><li>Los datos Vectoriales están basados en la codificación de líneas, puntos y/o polígonos </li></ul>
  9. 9. Modelo Digital de Elevaciones de la Comarca de Valdeorras Formato Raster: Ejemplo
  10. 10. Modelo Digital de Elevaciones de la Comarca de Valdeorras Formato Raster: Ejemplo Cambio leyenda color
  11. 11. Modelo Digital de Elevaciones de la Comarca de Valdeorras Formato Raster: Ejemplo Interpolacion Curvas de Nivel
  12. 12. Montes Vecinales de la Comarca de Valdeorras Formato Vector: Ejemplo
  13. 13. Mapa vegetación Formato Raster
  14. 14. Mapa vegetación Formato Vectorial
  15. 15. formatos Raster <ul><li>El sistema de coordenadas relativas está implícitamente definido por la localización del pixel desde el punto de origen de la retícula. </li></ul>X Y
  16. 16. formatos Vector La unidad B11 es adyacente a la unidad B32
  17. 17. El arco núm. 7 tiene a su izquierda el polígono 4 y a su derecha el polígono 5
  18. 18. ¿Para que usar un GIS?
  19. 19. Identificar que es lo que se encuentra en una localización determinada. La localización se puede describir de varios modos, p.ej.,topónimo, código postal, o por referencias geográficas como latitud y longitud. Localización: ¿Que hay en...?
  20. 20. Es la inversa de la primera y requiere un análisis espacial. En lugar de identificar lo que se encuentra en un punto lo que se pretende es buscar un lugar que reúna ciertas condiciones. p ej un terreno sin especies protegidas, que tenga un área mayor de 2000 m2, que esté a menos de 100 m. de una carretera y en el que sus condiciones geotécnicas le permitan soportar edificios. Condición: ¿Donde se encuentra?
  21. 21. Esta pregunta involucra a las dos anteriores y a su respuesta establece que diferencias ocurren en n áreea determinada a lo largo del tiempo. P.ej. Como evolucionaron las masas forestales de una determinada zona. Como evolucionaron las áreas con riesgo de erosión Tendencia: ¿Que cambio desde...?
  22. 22. Esta pregunta es muy compleja pero abordable. Se plantea,por ejemplo, cuales es el patrón de distribución espacial de un determinado fenómeno y por que se produce así, o conocer cuantas situaciones anormales se producen en la distribución espacial conocida de una determinada variable y poder localizar sus causa o los lugares donde esas condiciones de pueden repetir. P.ej. Estudios de Autoecología Estudios de Enfermedades... Distribución: ¿Que patrones de distribución espacial existen?
  23. 23. Se plantea al intentar conocer que pasa en un sistema cuando concurren determinadas condiciones. Las respuestas requieren, además de la información geográfica, otras informaciones adicionales, como pueden ser determinadas leyes y modelos científicos. Modelización: ¿Que sucede si...?
  24. 24. <ul><li>modelo digital del terreno </li></ul><ul><ul><ul><li>estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>modelo : representación simplificada de la realidad </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>digital : codificado en cifras </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>terreno : representa la distribución espacial de variables geográficas </li></ul></ul></ul>temperatura superficial del mar ( ERS -1, ESA )
  25. 25. ANALISIS ESPACIAL EN SIG : Análisis de Distancia y Proximidad Operaciones de Superposición y Algebra de Mapas Modelado de Redes Geocodificación Análisis Estadístico Superficies y Vecindades
  26. 26. Permiten construir nuevas representaciones usando mediciones de distancias de una representación existente. Relaciones de distancia - análisis de proximidad
  27. 27. Medición de la Distancia (1) Mapa de Distancias en Raster Asigna a cada celda la distancia a la fuente más cercana. Para celdas en la misma línea o columna: Multiplicamos nº de celdas por resolución (ancho de pixel) Para celdas en distinta fila o columna: Se calcula mediante Teorema de Pitágoras
  28. 28. <ul><li>Mapa de Distancias en Vector </li></ul><ul><li>Cada punto (x 1 ,y 1 ) se le asigna la distancia al punto (x 2 ,y 2 ) como: </li></ul><ul><li>Además pueden calcularse distancias: </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>de punto a línea, </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>entre dos líneas paralelas, </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>entre punto y polígono </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>entre línea y polígono </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>entre polígonos </li></ul></ul></ul></ul></ul>Medición de la Distancia (2)
  29. 30. RADIO DE INFLUENCIA - “BUFFER” y “SETBACK” Operaciones de Proximidad (1) BUFFER BUFFER SETBACK
  30. 33. <ul><li>Una vez calculado el buffer podremos entre otras cosas: </li></ul><ul><li>interceptar buffer entre si </li></ul><ul><li>calcular area total dentro de los buffer </li></ul><ul><li>determinar concurrencia de un evento en los buffer </li></ul><ul><li>Notas: </li></ul><ul><li>Es posible calcular buffer de distancia variable </li></ul><ul><li>Ojo en raster con resolución </li></ul>
  31. 34. POLÍGONOS DE THIESSEN: Operaciones de Proximidad (2) <ul><li>Tienen una amplia aplicación en estudios sobre las áreas de influencia de p.ej. Parques de bomberos </li></ul><ul><li>Además suponen un método de calcular los valores de un punto distinto a aquello en los que se tomó una determinada muestra. (generalmente en datos de tipo cualitativo, no por ejemplo para variables continuas donde una interpolación sería mas correcta). </li></ul>
  32. 35. Polígonos Thiessen en Raster Se generan a partir de un conjunto de puntos (pixeles) previamente definidos. Cada celda es asignada a la fuente que le es más cercana (distancia euclidiana). Se generan tantas zonas como celdas fuente se hayan definido. A este proceso se le llama Teselación Voronoi y se caracteriza porque los límites entre los polígonos son equidistantes respecto a los puntos vecinos.
  33. 38. Polígonos Thiessen en Vector a Se genera una triangulación “ Delaunay ” a partir de un conjunto de puntos, donde la circunferencia circunscrita a cada triángulo no contiene ningún punto en su interior. B los centro de las circunferencias circunscritas a los triángulos “Delaunay” constituyen los vértices de los polígonos de Thiessen. Los segmentos que unen esos vértices trazados perpendicular- mente a los lados de los triángulos, constituyen los lados de estos polígonos.
  34. 46. Distancias No Euclidianas La distancia, aparte de la separación lineal que existe entre dos puntos (distancia Euclidiana), puede ser evaluada en términos del coste o esfuerzo que es necesario para ir de un punto a otro. Este tipo de distancia considera la fricción o resistencia al desplazamiento por el espacio, ( impedancia=fricción*desplazamiento) La función actúa en cada punto geográfico determinado, obteniendo un valor de coste de transporte (efecto de fricción) que es añadido a un total que se trae hasta ese punto. Además pueden existir áreas que no pueden ser cruzadas por constituir un barrera total al movimiento.
  35. 47. Distancias No Euclidianas (1) MAPA DE DISTANCIAS-COSTE: Esta operaciones se encarga de encontrar el coste acumulado desde cada celda a una fuente. El coste puede ser dinero, tiempo, esfuerzo o cualitativo (visibilidad) La función calcula la distancia en unidades de coste no en unidades geográficas
  36. 48. Distancias No Euclidianas (2) ANÁLISIS DE CAMINOS MÍNIMOS: Una vez hayamos obtenido el mapa de distancias-costes, podremos determinar la ruta menos costosa desde un destino cualquiera a la fuente.
  37. 52. Se basa en las operaciones de superposición manual de planos. Es la función más características de los SIG. La operación más común es la superposición de áreas poligonales que se emplea para combinar espacialmente información de distintos temas y realizar luego consultas sobre la distribución conjunta de ciertos atributos. Operaciones de Superposición
  38. 53. OPERADORES ARITMÉTICOS + Adición - Sustracción * Multiplicación / División sqrt Raíz Cuadrada Exp Exponencial Log Logaritmo natural Sin Seno Cos Coseno ...
  39. 54. OPERADORES LÓGICOS (Boole) And A and B (Intersección de A y B) Or A or B (Unión de A y B) not A not B (pertenece a A y no a B) x or A x or B (pertenece a A pero no a B) ...
  40. 55. OPERADORES CONDICIONALES = igualdad <> desigualdad < menor que > mayor que <= menor o igual que >= mayor o igual que
  41. 56. Operaciones de Superposición SUPERPOSICIÓN EN RASTER: Se lleva a cabo Celda a Celda necesario igual resolución y recomendable igual amplitud
  42. 57. Operaciones de Superposición <ul><li>SUPERPOSICIÓN EN VECTOR: </li></ul><ul><li>No es tan fácil como en formato raster </li></ul><ul><li>El formato de representación no garantiza un conjunto de elementos </li></ul><ul><li>comunes por lo que debe ser creado geométricamente mediante </li></ul><ul><li>intersecciones y recombinaciones de las tablas de atributos </li></ul>Punto líneas Polígonos Adicionar contenido total Adicionar contenido parcial Cortar entes de una capa con entes de otra Extraer parte de una capa con los entes de otra Extraer área común a dos capas “ join” de atributos de una capa
  43. 58. ALGEBRA DE MAPAS Se denomina así a la producción de capas de datos nuevas que son derivadas de datos ya existentes a través de la combinación y transformación + A * - f *
  44. 59. Ejemplo Algebra de Mapas
  45. 60. LOCALIZACIÓN: Sector del Río SENEGAL en Mauritania Posee un clima Caluroso y Seco, acentuado por el polvoriento viento del desierto llamado harmattan. En el Norte de Mauritania las precipitaciones son casi nulas pero en esta zona del Sur se registran lluvias que provocan inundaciones al desbordarse el río Senegal. En las zonas de inundación se practica la llamada “agricultura de recesión”que consiste en sembrar una vez que las aguas han vuelto a su cauce original. La especie más cultivada es el sorgo.
  46. 61. Se ha propuesto un proyecto consistente en la construcción de un dique a lo largo de la orilla norte del Río Senegal en el sector septentrional de esta curva del río. El propósito es permitir la inundación y mantener el agua el mayor tiempo posible, para incrementar el agua que retendrán el suelo y por tanto la productividad del sorgo. Según los registros el nivel usual de la crecida del agua en la zona es de 9 m. El suelo es muy importante para el desarrollo adecuado del sorgo. Debe tener una adecuada capacidad de retención de agua y suficiente fertilidad. En la zona solo lo cumplen los Arcillosos
  47. 64. HECTAREAS DISPONIBLES PARA ELCULTIVO DEL SORGO POR RECESIÓN TRAS CONSTRUCCIÓN DE DIQUE Superficie Adecuada para el Sorgo tras construcción de dique Sup. de Inundación Sup. de Suelo Adecuado ¿ H < 9 m ? ¿Suelo=Arcilla? Modelo Digital del Terreno Plano de Suelos Plano Topográfico Plano Geológico + Pendientes...
  48. 67. INUNDA = 1 SI H < 9 INUNDA = 0 SI H  9
  49. 71. IDOSUELO = 1 SI ARCILLAS (Clays) IDOSUELO = 0 RESTO DE CASOS
  50. 73. SUPERFICIE IDÓNEA PARA EL SORGO H < 9 m  Arcillas <ul><li>Inunda = 1 si H < 9 m </li></ul><ul><li>Idosuelo = 1 si Arcillas </li></ul>IDOSORGO = Inunda * Idosuelo <ul><li>Idosorgo = 1 si H < 9 m y si Arcillas </li></ul><ul><li>Idosorgo = 0 en resto de casos </li></ul>
  51. 83. USLE <ul><li>USLE es la abreviación de la ecuación universal de pérdidas del suelo: “Universal Soil Loss Equation”. </li></ul><ul><li>Es el método más frecuentemente utilizado para la estimación de la erosión. </li></ul><ul><li>La USLE es una ecuación empírica y es el resultado de más de 40 años de investigaciones y experiencias sobre los parámetros que en ella intervienen, que han contribuido a una mejor definición del modelo. </li></ul><ul><li>Originalmente se desarrollo con el propósito de aplicarla a la agricultura pero con el paso de los años su uso se extendió hacia otros usos del suelo o cuencas. </li></ul>
  52. 84. A= R K L S C P A  Determina la pérdida de suelo (Tm/ha/año) R  Índice de erosión pluvial K  Factor de erosionabilidad del suelo L  Factor de longitud de pendiente S  Factor de pendiente C  Factor de cultivo P  Factor de prácticas de cultivo
  53. 85. Dirección de flujo Elevación
  54. 86. DEM pendientes Longitud de pendiente SUELOS LLUVIA PRACTICAS DE SUELO USOS DE SUELO K C R P MAPA EROSION LS
  55. 87. <ul><li>Modelos Superficiales = atributos continuos </li></ul><ul><li>Se definen relaciones con los vecinos </li></ul><ul><li>El más común es el MDE (DEM) </li></ul><ul><li>Los valores de la superficie pueden ser </li></ul><ul><li>escalar </li></ul><ul><li>escalar + dirección </li></ul>Superficies
  56. 88. <ul><li>Entre puntos aislados no pueden existir conceptos de superfices </li></ul><ul><li>Es necesario primero acometer ciertas transformaciones </li></ul>Superficies <ul><li>Interpolaciones, Triangulaciones, etc... </li></ul>
  57. 89. INMEDIATA: el nuevo valor de una celda está en función de los valores de las celdas contiguas a ellas a través de un lado o vértice común EXTENDIDA: el nuevo valor de una celda depende de celdas que no tiene porque estar contiguas a ella Vecindades Aronoff 1989 Necesitamos : Objetivo, área de influencia y función a aplicar Cuadrada, rectangular, circular, dough nut, cuña
  58. 90. Relaciones de Vecindad
  59. 91. <ul><li>INTERPOLACIÓN A PARTIR DE PUNTOS DISPERSOS </li></ul>Superficies <ul><li>TRIANGULACIÓN </li></ul><ul><li>DISTANCIA INVERSA PONDERADA </li></ul><ul><li>SPLINE </li></ul><ul><li>KRIGING </li></ul><ul><li>TREND </li></ul>
  60. 92. <ul><li>INTERPOLACIÓN DE ISOLÍNEAS </li></ul><ul><li>INTERPOLACIÓN A PARTIR DE ISOLÍNEAS </li></ul><ul><li>INTERPOLACIÓN A PARTIR DE PIXELES </li></ul><ul><li>TRIANGULATED IRREGULAR NETWORK (TIN) </li></ul>Superficies
  61. 94. Ejemplo Pendientes y Orientaciones
  62. 98. 2- 6
  63. 99. 6
  64. 101. <ul><li>generación </li></ul><ul><li>algoritmos basados en el trazado de perfiles y análisis de ocultamiento </li></ul><ul><li>aplicaciones básicas </li></ul><ul><li>estimación del impacto visual </li></ul><ul><li>cobertura radiométrica </li></ul><ul><li>ubicación de torres de vigilancia </li></ul>Ejemplo Cuencas Visuales
  65. 110. 1 2 3 4 5 6 7
  66. 111. <ul><li>Se caracteriza le territorio en redes de líneas y nodos. Sobre estas redes dese definen rutas.Se utilizan para </li></ul><ul><li>establecer recorridos ´óptimos para entrega de mercancías </li></ul><ul><li>cambios en el tráfico </li></ul><ul><li>variaciones de tensión eléctrica </li></ul><ul><li>etc </li></ul>Funciones y modelos de red
  67. 112. Es el uso de los valores de los atributos para calcular la localización geográfica de un objeto de interés. Address-matching (ubicación por calle y distrito) Localización de parcelas catastrales etc... Geocodificación
  68. 113. Estadísticas locales Estadísticas Zonales etc... Análisis estadístico

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