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Timestamp: 2018-06-20 02:40:50+00:00

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Manualmoduloanalisisespacial by Rodolfo Rosales - Issuu
MANUAL CURSO ANÁLISIS ESPACIAL ARCVIEW 8.3
Contenido 1 Conceptos Básicos: ............................................................. 4 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Definición de SIG:.......................................................................................... 4 Qué es una extensión en ArcGis ................................................................... 4 Extensión Spatial Analyst .............................................................................. 4 Qué es Spatial Analyst?................................................................................. 5 Otras Extensiones de interés......................................................................... 5
2 Proceso de Toma de Decisiones ......................................... 7 2.1 Modelando el Mundo Real .............................................................................. 8
3 Modelo de Datos Vector y Ráster ........................................ 9 3.1 Incorporación y almacenamiento de datos: .................................................... 9 3.2 Elementos Geográficos................................................................................ 10 3.3 Representación de Vectores:....................................................................... 12
3.3.1 Puntos............................................................................................. 12 3.3.2 Líneas .............................................................................................. 12 3.3.3 Polígonos........................................................................................ 13
Ventajas Modelo Ráster ................................................................. 14 Ventajas Modelo Vector ................................................................. 14 Desventajas Modelo Ráster .......................................................... 14 Desventajas Modelo Vector........................................................... 15
4 El proceso de Interpolación:............................................... 17 4.1 Qué es Interpolación..................................................................................... 17 4.2 Fuentes de datos para la interpolación espacial........................................ 19 4.3 Patrones de adquisición de datos................................................................ 19 4.4 Clasificación de los métodos de interpolación ........................................... 20
4.4.1 Métodos de interpolación Globales ................................................ 20 4.4.1.1 Método Kriging ............................................................................................ 21 4.4.1.2 Interpolación por Método Kriging............................................................... 21
4.4.2 Métodos de interpolación locales ................................................... 23 4.4.2.1 Interpolación IDW....................................................................................... 24 4.4.2.2 Interpolación por Método Spline................................................................. 25 2
5 Datos Discretos y Continuos .............................................. 27 5.1 Datos discretos ............................................................................................. 27 5.2 Datos Continuos ........................................................................................... 27 5.3 ¿Discreto o continuo? ................................................................................... 28
6 Escalas de Medidas ........................................................... 28 6.1 6.2 6.3 6.4
Nominal........................................................................................................ 29 Ordinal ......................................................................................................... 29 Intervalo ....................................................................................................... 30 Razón .......................................................................................................... 30
7 Resolución y Escala........................................................... 30 7.1 Pérdida de resolución .................................................................................. 31
8 Álgebra de Mapas .............................................................. 32 8.1 Objetos ....................................................................................................... 34 8.2 Acciones ...................................................................................................... 34
Manual de ArcGis Módulo Spatial Analyst 1 Conceptos Básicos: 1.1 Definición de SIG: Un Sistema de Información Geográfica (SIG) es una colección organizada de hardware, software y datos geográficos diseñados para la eficiente captura, almacenamiento, integración, actualización, modificación, ANÁLISIS ESPACIAL, y despliegue de todo tipo de información geográficamente referenciada (ESRI, 1993).
1.2 Qué es una extensión en ArcGis Una extensión de ArcGis es una herramienta que se puede cargar cuando se necesite una funcionalidad adicional. Varias extensiones vienen incorporadas con ArcGis, como también existen “extensiones opcionales” que proporcionan un análisis más avanzado y otras capacidades funcionales.
1.4 Qué es Spatial Analyst? Análisis espacial es el procesamiento de datos espaciales generando nueva información acerca del mundo y que sirve para el apoyo a la toma de decisiones. Las decisiones finales suelen tratar de mejorar la calidad de vida del hombre por ejemplo a través de una gestión ambiental. La calidad de las decisiones tomadas depende de la calidad de los datos ingresados y el modelo del espacio usado en el análisis. La extensión Spatial Analyst de ArcGIS proporciona una amplia gama de características espaciales de gran alcance para el modelamiento y el análisis. Con esta herramienta usted puede: Crear, preguntar, mapear y analizar píxeles basado en datos del tipo Ráster. Realizar análisis integrado de ráster/vector. Álgebra de mapas Consultar información a través de capas de datos múltiples. Integrar completamente datos ráster con fuentes de datos tradicionales del tipo vector.
1.5 Otras Extensiones de interés 1.5.1 Geostatistical Analyst Su importancia radica en la creación de superficies continuas a partir de medidas esparcidas tomadas con puntos de muestreo. Ayuda a predecir con seguridad valores para superficies usando el método de interpolación espacial Kriging. Posee además herramientas para errores estadísticos, umbrales y modelamiento de probabilidad.
1.5.2 3D Analyst Permite la visualización y el análisis efectivo de datos de superficie. Usando esta extensión se puede ver una superficie desde varios puntos de vista, consultar superficies, determinar lo que es visible desde una ubicación seleccionada, crear imágenes en perspectiva. Posee la aplicación de ArcScene lo que da la interfaz para ver capas múltiples de datos tridimensionales, creando y analizando superficies, modelamientos tridimensionales tales como corte y relleno, líneas de vista y modelamiento topográfico.
1.6 Modelo de Datos El nuevo concepto de modelo de datos en ArcGIS es el "modelo de datos de objetos". Un Modelo de datos de objetos permite la creación de bases de datos orientadas a la información geográfica (Geodatabase). Una base de datos de este tipo permite combinar las propiedades de los objetos con su "comportamiento". Estas bases de datos inteligentes otorgan al usuario la habilidad de añadir definiciones y comportamiento a objetos, proporcionando todas las herramientas necesarias para crear y trabajar con datos geográficos. El modelo de geodatabase define un modelo genérico para información geográfica. Este modelo genérico puede ser usado para definir y trabajar con una amplia variedad de usuarios o modelos para aplicaciones específicas. Definiendo e implementando diferentes comportamientos sobre un modelo geográfico genérico, se proporciona una plataforma para la definición de diferentes modelos de datos de usuario.
1.7 Modelo de Datos Geográficos Un dato geográfico posee tres componentes fundamentales que describen espacialmente a cualquier entidad. Estas son por un lado la ubicación geométrica específica que este posee en algún sistema de referencia determinado, las características de la entidad y las relaciones espaciales que posee con su entorno. A esta última se les denominan relaciones Topológicas (Joaquín Bosque). Como ejemplo la plaza de armas se encuentra en el punto x,y (ubicación geométrica), su superficie es de x m2 está dentro de Santiago. Se encuentra al frente de la catedral, en su interior se encuentra un monumento a Pedro de Valdivia (relaciones topológicas). ArcGIS tiene un modelo de datos geográficos de muy alto nivel para representar información espacial tales como features (vectores), rasters y otro tipo de datos. ArcGIS es capaz de soportar una implementación del modelo de datos tanto para los sistemas de archivos como para los manejadores de bases de datos, DBMSs, por su sigla en inglés. Los modelos basados en archivos incluyen un conjunto de datos SIG tales como coberturas, shapefiles, grids, imágenes y redes de triángulos irregulares (TIN). El modelo de bases geográficas o geodatos administra los mismos tipos de información geográfica en un DBMS, proporcionando muchos de los beneficios de administración de datos ofrecidos por un DBMS.
1.8 Dato no espacial o Atributo El dato no espacial está referido a los antecedentes, descripción o atributos que tienen los elementos espaciales: • • • • •
Variables Valores Nombres Clases temáticas Otros descriptores
2 Proceso de Toma de Decisiones Procesamiento de datos espaciales generando nueva información acerca del mundo y que sirve para el apoyo a la toma de decisiones. Las decisiones finales suelen tratar de mejorar la calidad de vida del hombre por ejemplo a través de una gestión ambiental o un análisis de evaluación multicriterio. La calidad de las decisiones tomadas depende de la calidad de los datos ingresados y el modelo del espacio usado en el análisis.
El mundo real es tan complejo y continuo que es necesario abstraer sólo los aspectos relevantes en el proceso de análisis espacial Esto se logra usando una jerarquía de: • • •
Modelos de datos Estructuras de datos, y Formatos de archivos de datos
2.1.1 Modelo de Datos: Reglas para la representación de la organización lógica de datos en una base de datos y la relación entre ellos. El cómo se almacenan y relacionan los datos espaciales. Modelo de datos de objetos que permite combinar las propiedades de los objetos con su "comportamiento". Ejemplos: raster y vector
2.1.2 Estructura de Datos La implementación de un modelo de manera que sea tratable por un computador. Ejemplos: quadtree, espagueti
2.1.3 Formato de Datos Específico de cada software SIG y el sistema operativo. Ejemplo: El formato Shapefile, éste sólo admite un tipo de representación de datos dentro del mapa, esto es, puntos, líneas o polígonos.
3 Modelo de Datos Vector y Ráster 3.1 Incorporación y almacenamiento de datos: No existe una manera única de incorporación y almacenamiento de datos. Las formas variarán según el tipo de dato, los resultados deseados y el software disponible. Básicamente se emplean dos modos de representación de datos espaciales: vector y ráster.
3.2 Elementos Geográficos Los sistemas vectoriales son modelos en donde los objetos espaciales se representan de tal manera de definir sus fronteras, dichas fronteras definen el límite entre el entorno y el objeto en cuestión. Las líneas fronteras son representadas mediante las coordenadas cartesianas de los elementos como puntos vértices que delimitan los segmentos rectos que la forman, además la estructura vectorial permite la generación de las relaciones topológicas del entorno.
El formato vectorial con este tipo de organización, genera una gran cantidad de archivos que relacionan las coordenadas con los distintos elementos además de sus relaciones topológicas, como podemos apreciar en los siguientes ficheros: Tabla de Vértices Vértice 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tabla de Polígonos
X 0.5 2.0 3.0 3.5 3.5 0.5 5.0 0.5 2.5 3.5 6.5
Y 3.5 3.5 4.5 5.5 6 6 4.5 2.0 2.0 1.5 1.5
Vértices 1 (ORIGEN) 2 3 4 5 6 1 (COORDENADAS PRIMER VÉRTICE REPETIDAS) Etc.
Etc. Tabla de líneas Línea B
Vértices 8 (ORIGEN) 9 10 11 (FINAL) Etc.
Etc. Tabla de puntos Punto C Etc.
Descripción de los segmentos Segmento Polígono Derecha VI Universo
Polígono Izquierda A
Vértice Origen Vértice Final 4
3.3 Representación de Vectores: Como elementos geográficos primitivos, los cuales poseen o generan la información geográfica, se pueden distinguir:
3.3.1 Puntos Puntos: Localización (X, Y), sin dimensiones. Ej. Localización de una Central de Operaciones, un poste, un árbol, etc.
3.3.2 Líneas 12
3.3.3 Polígonos Áreas o Polígonos: Conjunto de puntos, donde el punto de inicio es igual al de término, formando así un objeto cerrado con un interior y un exterior, poseen perímetro y área. Ej. un rodal, un área urbana, etc. Al emplear el modo vector cada característica geográfica se representa por medio de puntos, líneas y/o polígonos (Ver figura 7). Los mismos están definidos por un par de coordenadas X e Y referenciadas en un sistema cartográfico determinado (por ejemplo lat/long) y los atributos de tales características geográficas están almacenados en una base de datos independiente.
3.4 Modelo Ráster La estructura ráster consiste en la representación de nuestro mundo real o la representación de este en una grilla compuesta de celdas (píxel). Esta serie de datos ráster, basado en celdas, está orientado para representar fenómenos tradicionalmente geográficos que varían continuamente en el espacio, como la elevación, inclinación o precipitación. Pero además pueden ser utilizadas para representar tipos de información menos tradicionales, tales como densidad de población, comportamiento del consumidor y otras características demográficas. Las celdas también son datos ideales de representación para el modelo espacial, el análisis de flujos y tendencias sobre los datos representados como superficies continuas como el modelado de vertientes o los cambios dinámicos de población sobre el tiempo. Esta estructura es simple y fácil de manejar, tiene gran capacidad de sobreposición u overlay. A la representación ráster se le denomina imagen. La estructura genera sólo un archivo que contiene las coordenadas en fila columna y el atributo del píxel. 13
Im a g e n R a s te r 1
3.5 Ventajas Y Desventajas de Ambos Modelos (Raster v/s Vector) 3.5.1 Ventajas Modelo Ráster • • • • •
Estructura de datos simple Overlay o superposiciones de diferentes coberturas se implementan de manera rápida y eficiente representa bien la alta variabilidad espacial su formato es utilizado en el análisis de imágenes digitales da la posibilidad de generar Modelos de Elevación del Terreno
3.5.2 Ventajas Modelo Vector • • • •
una estructura de datos más compacta codifica eficientemente la topología La salida en papel presenta muy buenos productos es más adecuado para gráficos parecidos a mapas convencionales lineales
3.5.3 Desventajas Modelo Ráster • • •
3.5.4 Desventajas Modelo Vector • • • •
su estructura es más compleja que un ráster overlay es más difícil de implementar la representación de alta variabilidad espacial es ineficiente no es un modelo adecuado para el análisis de imágenes digitales. no es un modelo adecuado para el análisis de imágenes digitales.
3.6 Algunos Ejemplos de Modelos Ráster que se Verán en Este Curso 3.6.1 Modelo Digital de Terreno (DEM) Uno de los elementos básicos de la representación digital de la superficie terrestre son los Modelos Digitales de Terreno. Se denomina así al conjunto de mapas que representan distintas características de la superficie terrestre que se derivan de un mapa de elevaciones (Modelo Digital de Elevaciones). Un MDT suele incluir:
DEM: Figura 9. Imagen Ráster de un Modelo Digital de Elevación
PENDIENTES: Figura 10. Imagen Ráster de Pendiente
4.1 Qué es Interpolación Interpolación es un procedimiento matemático utilizado para predecir el valor de un atributo en una locación precisa a partir de valores del atributo obtenidos de puntos vecinos ubicados al interior de la misma región. A la predicción del valor de un atributo en lugares fuera de la región cubierta por las observaciones se le llama extrapolación. Se utiliza interpolación para transformar un número finito de observaciones, obtenidas en base a ubicaciones geográficas precisas, a un espacio continuo de manera que el patrón espacial presentado por las observaciones puntuales pueda ser comparado con los patrones espaciales de otras variables bajo consideración. La interpolación es necesaria: a. cuando la superficie rasterizada (GRID) tiene una resolución que es diferente de la resolución pedida, b. cuando una superficie continua es representada por un modelo que es diferente al necesitado, o c. cuando los datos no cubren toda la región de interés de estudio
Las fuentes de datos más comunes para efectuar interpolaciones son: •
Fotos aéreas estereoscópicas
"Scanners" instalados tanto en satélites como en aviones y documentos rasterizados
Muestras puntuales de un atributo obtenidas directamente o indirectamente en el terreno usando diferentes tipos de patrones de adquisición de datos.
Mapas que han sido digitalizados
4.3 Patrones de adquisición de datos La ubicación del lugar donde los datos se obtienen puede ser un factor determinante en el análisis de los datos. Idealmente, debería efectuarse un patrón que ofrece una cobertura total e uniforme de la región. Sin embargo, hay que mencionar que patrones uniformes pueden inducir a falsos resultados si ellos coinciden en su período con algún fenómeno regular presente en el terreno. Por esta razón, patrones de adquisición de datos que no ofrecen casi ningún grado de uniformidad son comúnmente utilizados. La Figura 13 presenta los diferentes tipos de patrones que son comúnmente utilizados en el proceso de adquisición de datos.
Un método que predice, para una determinada localización, un valor del atributo que es idéntico al valor medido en esta posición se lo llama un método preciso ó exacto. Todo otro tipo de método se lo llama inexacto. La diferencia (absoluta o cuadrada) entre el valor observado y el valor estimado es en la gran mayoría de los casos usada como indicador de la calidad de la interpolación inexacta. Desde un punto de vista más general, los métodos de interpolación se los clasifica en dos grandes grupos: -
Métodos globales y Métodos locales determinísticos
4.4.1 Métodos de interpolación Globales Los métodos globales utilizan todo los datos disponibles para efectuar una estimación válida para toda la región de interés; en cambio los métodos locales determinísticos operan dentro de una pequeña zona alrededor de la ubicación donde se desea obtener un valor interpolado. Los métodos globales son utilizados más bien para examinar y eliminar posibles tendencias presentes en los datos tanto más que para efectuar una interpolación. Una vez que los efectos globales 20
han sido eliminados, los valores residuales de las variaciones globales son interpolados usando un método local. Como ejemplos de este grupo podemos citar la clasificación usando información externa, superficies que poseen una tendencia en sus coordenadas, modelos de regresión y métodos de análisis espectral. Otra aproximación al problema de interpolación viene dado por la teoría de los métodos geo-estadísticos. Esta metodología se basa en la correlación espacial de los datos geográficos. Es usada principalmente cuando la variación del atributo es tan irregular y la densidad de puntos es tan grande que los dos métodos mencionados anteriormente no se pueden aplicar. La geo-estadística proporciona estimaciones probabilísticas de la calidad de la interpolación. Permite también hacer predicciones por superficies o volúmenes más grandes. Pueden también incorporar en el cálculo datos livianos con el fin de mejorar la precisión de la interpolación. 4.4.1.1 Método Kriging El método geo-estadístico o kriging, describe la correlación tanto espacial como temporal que existe entre los valores de un atributo. Tradicionalmente se le ha utilizado en las llamadas geo-ciencias (geofísica, hidrogeología, etc.), sin embargo, sus principios se aplican cada vez más en una amplia variedad de campos científicos como pesqueras, silvicultura, ingeniería civil, procesamiento de imágenes, cartografía, meteorología, etc. En la estadística clásica, se manejan variables independientes, donde se asume cero continuidad (correlación) entre los datos. La Geo-estadística por su parte, asume lo contrario, señalando que los datos están correlacionados y que esta continuidad se puede medir para puntos, bloques o volúmenes. Por lo tanto, en esta disciplina, se utiliza el concepto de variable regional que describe fenómenos, atributos con una distribución geográfica y con una cierta continuidad espacial. Kriging es el método de cálculo de una variable regional en un punto, al interior de una superficie o dentro de un volumen usando un criterio de minimización de la estimación de la varianza. Para ello se resuelve un conjunto de ecuaciones utilizando la información presente en el variograma y las distancias relativas entre los datos y la posición del punto (o bloque/volumen) donde el valor interpolado es pedido. Estas ecuaciones contienen la covarianza entre el punto a ser estimado y los datos y las covarianzas entre los datos mismos. Kriging es un método de interpolación exacto en el sentido que su estimación en un punto de control coincide con el valor observado. 4.4.1.2 Interpolación por Método Kriging El interpolador de KRIGING, utiliza en la estimación las características de variabilidad y correlación espacial del fenómeno estudiado, por lo que su uso implica un análisis previo de la información, con el objeto de definir o extraer de esta información inicial un modelo que represente su continuidad espacial.
Este método de interpolación asume que la distancia o la dirección entre puntos de la muestra reflejan una correlación espacial que puede ser usada para explicar la variación en la superficie. Kriging encaja una función matemática a un número especificado de puntos, o todos los puntos dentro de un radio especificado, determinando el valor de salida para cada posición. Kriging es un proceso de multipaso; esto incluye el análisis exploratorio estadístico de los datos, variograma del modelamiento, la creación de la superficie, y (opcionalmente) la exploración de una superficie de discrepancia. Esta función es apropiada cuando se sabe que hay una distancia espacialmente correlacionada o la tendencia direccional en los datos. A menudo es usado en la ciencia de suelo y la geología. Existen varios métodos de Kriging incluyendo: Ordinary y Universal. Figura 14. Cuadro de Diálogo para Interpolación Método Kriging
4.4.2 Métodos de interpolación locales Los métodos de interpolación locales usan la información proveniente de los vecinos para calcular el valor del atributo. Esto significa: • • • •
definir una región alrededor de la ubicación donde el valor del atributo debe ser calculado, determinar cuantos vecinos se encuentran al interior de esta región, encontrar una función matemática que representa la variación de este conjunto de puntos y evaluar esta variación por puntos en una malla regular.
Estos métodos tienen en común el hecho que uniforman los datos pues utilizan un tipo de promedio al interior de la ventana que define la región de influencia de los vecinos alrededor de un punto. El método IDW combina la idea de vecindad con la idea de un cambio gradual de las superficies con una tendencia. Se supone que el valor del atributo Z en una posición donde el valor del atributo no es conocido es un promedio de los valores de sus vecinos pero donde los vecinos más cercanos tienen más peso, importancia que los más alejados. El Método Splines estima valores usando una función matemática que reduzca al mínimo la curvatura superficial total, dando por resultado una superficie lisa que pasa exactamente a través de los puntos de la entrada. 4.4.2.1 Interpolación IDW Figura 15. Cuadro de Diálogo para Interpolación Método IDW
Weight: Para Regularizado, el Weight define el peso de la tercera derivada de la superficie en la expresión de minimización de curvatura. Más alto el peso, más lisa la superficie. Los valores que participan en este parámetro deben ser iguales o mayores que cero. Los valores típicos que pueden ser usados son 0; 0.001; 0.01; 0.1, y 0.5. Para la Tensión, el Weight define el peso de tensión. A más alto el peso, la superficie pierde suavidad. Los valores ingresados tienen que ser iguales o mayores que cero. Los valores típicos son 0; 1; 5; y 10. Number of points El número de puntos identifica el número de puntos usados en el cálculo de cada célula o píxel interpolado. Más puntos de entrada especificados, mayor será la influencia de los puntos distantes y más suave será la superficie. Figura 18. Graficando los procesos de Interpolación. Para una muestra de 74 puntos, se interpoló con los tres métodos, el Fósforo (P) del suelo (cada punto cuenta con esta información, dentro de un campo de su base de dato
5 Datos Discretos y Continuos 5.1 Datos discretos También llamados datos categóricos o discontinuos, principalmente representan objetos tanto en atributos de vector como en sistemas de almacenaje de datos ráster. Un objeto discreto debe tener fronteras definibles. Es fácil definir con precisión donde el objeto comienza y donde este termina. Un lago es un objeto discreto dentro del paisaje circundante. Donde el borde del agua se encuentra al borde de la tierra, por lo que en definitiva puede ser establecida. Objetos discretos son por lo general sustantivos. En general son áreas o vecindades homogéneas, estos se almacenan como enteros Ejemplos Uso de la tierra, zonificaciones, pozos, caminos, ríos, lagos, etc.
5.2 Datos Continuos Una superficie continua representa fenómenos donde cada posición sobre la superficie es una medida del nivel de concentración o su relación de un punto fijo en el espacio o de una fuente de emisión. Datos continuos también son llamados datos no discretos, o superficiales. Un tipo de superficie continua es sacado de aquellas características que definen una superficie, donde cada posición es medida de un punto de registro fijo. Estos incluyen la elevación (el punto fijo comienza en el nivel del mar) y la exposición (el punto fijo debe ser la dirección: al norte, este, al sur, oeste o cualquier otra orientación angular intermedia). Otro tipo de superficie continua incluye fenómenos que varían más de acuerdo a como ellos se mueven a través de una superficie a una fuente. Ilustraciones de datos continuos que varían progresivamente son fluidos y movimientos de aire. Estas superficies son caracterizadas por el tipo o la manera en la cual el fenómeno se mueve. El primer tipo de movimiento es por difusión en donde los movimientos van de las áreas con alta concentración a aquellos con menos concentración hasta que las concentraciones igualan sus niveles hacia fuera. Las características superficiales de este tipo de movimiento incluyen la concentración de sal que se mueve por el agua, el calor de un fuego forestal, etc. En este tipo de superficie continua, tiene que haber una fuente. La concentración es siempre mayor cerca de la fuente y se disminuye como una función de distancia y el medio por el cual la sustancia se mueve. En la superficie de concentración de la fuente encima, la concentración del fenómeno en cualquier posición es una función de la capacidad del acontecimiento de moverse por el medio. Otro tipo de superficie de concentración es gobernado por las características inherentes del fenómeno móvil. Por ejemplo, el movimiento del ruido de una ráfaga de bomba es gobernado por las características inherentes de ruido y el medio por el cual esto se mueve. El modo de locomoción también puede limitar y directamente afectar la concentración superficial de un rasgo, como es el caso con la dispersión de semillas de una planta. El medio de locomoción, si
ello ser abejas, hombre, viento, o el agua, todos afectan la concentración superficial de dispersión de semilla para la planta. Otras superficies de movilización incluye la dispersión de poblaciones animales, los clientes potenciales de una tienda, como se masifique una enfermedad, etc. En general son Valores que cambian continuamente (respecto a su posición espacial). Se almacenan como valores de punto flotante. Ejemplos Elevación, contaminación por ruido, precipitación, pendiente, temperaturas, etc.
5.3 ¿Discreto o continuo? El factor de determinación para saber si un elemento cae sobre el espectro continuo o discreto es la facilidad en la definición de las fronteras del mismo elemento. Es importante entender el tipo de datos con el cual se modela, si ha de ser continuo o discreto, tomando decisiones basado en los valores resultantes. El sitio exacto para un edificio no debería estar únicamente basado en el mapa de suelos. El área cuadrada de un bosque no puede ser el factor primario determinando el hábitat de ciervo disponible. La validez y la exactitud de las fronteras de los datos de entrada deben ser entendidas.
6 Escalas de Medidas El tipo de sistema de medida usado puede tener un efecto dramático sobre la interpretación de los valores resultantes. Una distancia de 20 kilómetros es dos veces una de 10 kilómetros, algo que pesa 100 kilos es un tercio de algo que pesa 300 kilos. Pero el suelo con un pH de 3 no significa que sea la mitad de ácido como un suelo con un pH de 6; alguien que tiene 60 años es dos veces tan viejo como alguien que tiene 30, pero el más viejo de los dos individuos sólo puede ser dos veces tan viejo como el individuo más joven sólo una vez en una vida. También, si sus fechas de nacimiento son examinadas, y si el individuo más viejo fuera nacido en 1930 y el más joven nació en 1960, el valor 1930 no es el doble del valor 1960. Es por esto la importancia del tratamiento de los números y las escalas de medida para la exhibición de datos y el análisis de datos en un SIG. Es importante saber el tipo de sistema de medida usado en el ráster de modo que las operaciones apropiadas y funciones puedan ser puestas en práctica y los resultados serán fiables. Los símbolos del mapa se clasifican generalmente en dos tipos: cualitativo y cuantitativo. Los símbolos cualitativos tales como diversas clases de símbolos del punto son apropiados para exhibir datos nominales (descritos a continuación), mientras que
los símbolos cuantitativos tales como colores graduados o los símbolos graduados del punto son apropiados para los datos cuantitativos. El análisis SIG implica a menudo el cálculo, que se limita a los datos numéricos, es decir, intervalo o los datos del cuociente. Por ejemplo, la conversión de una medida del área de los metros cuadrados a hectáreas implica un cálculo con números. Pero para análisis de conveniencia, se asignan comúnmente cuentas a los datos nominales u ordinales y se utilizan estas en los futuros cálculos y análisis. Las cuentas en este caso representan datos interpretados. Por ejemplo, un estudio puede clasificar el potencial para la contaminación del agua subterránea como alta, media, y baja, pero incorpora la información como datos numéricos usando una nueva clasificación de la tabla. Esto queda como 1 para el punto bajo, 2 para el medio, y 3 para el alto (Sería incorrecto decir que el potencial medio es dos veces más alto que el potencial bajo porque los números en este caso son apenas códigos numéricos). Los valores de medida pueden ser divididos en cuatro tipos: Nominal, Ordinal, Intervalo y Razón.
6.1 Nominal Los valores asociados con este sistema de medida son usados para identificar un caso del otro. Ellos también pueden establecer el grupo, la clase, el miembro, o la categoría con la cual el objeto es asociado. Estos valores son calidades, no cantidades, sin la relación a un punto fijo o una escala linear. Para el caso de los tipos de suelo, o cualquier otro atributo se licencian como medidas nominales. Otros valores nominales son números de seguro social, ZONAS POSTALES, y números telefónicos. El Analista Espacial no distingue entre los tres tipos diferentes de medidas cuando se deben manipular los datos. La Escala Nominal se refiere a los datos que son clasificados sólo en categorías. Un tipo no es mejor o peor que cualquier otro.
6.2 Ordinal Los valores ordinales determinan la posición. Estas medidas muestran el lugar, como primero, segundo, y tercero, pero ellos no establecen la magnitud o las dimensiones relativas. Cuanto mejor, peor, bonito, más sano, o fuerte algo esto no puede ser demostrado por números ordinales.
6.3 Intervalo Las horas del día, años sobre un calendario, la escala de temperatura de Fahrenheit, y el potencial de hidrógeno son todos ellos ejemplos de medidas de intervalo. Estos son valores sobre una escala lineal calibrada, pero ellos no están relacionados con un punto verdadero en el tiempo o el espacio. Como no hay ningún punto verdadero, comparaciones relativas pueden ser hechas entre las medidas, pero la proporción y las determinaciones de proporción no son muy útiles.
6.4 Razón Los valores del sistema de medida de Razón son sacados en relación a un punto fijo ‘cero’ sobre una escala lineal. Operaciones matemáticas pueden ser usadas sobre estos valores con resultados fiables y significativos. Los ejemplos de medida de proporción son la edad, la distancia, el peso y el volumen.
7 Resolución y Escala La Resolución especifica la unidad de medida más pequeña que se adopta para registrar datos. Para representaciones geométricas lineales, la densidad de coordenadas debe ser suficiente para permitir curvas suaves a la escala de representación (1:50.000 1:250.000, 1: 1.000.000, etc.), mientras se respete la precisión y se evite una sobreabundancia de coordenadas. 30
El tamaño escogido para una celda o píxel de un Grid de un área de estudio depende de la resolución de datos requerida para el análisis más detallado. El píxel debe ser bastante pequeño para capturar el detalle requerido, pero bastante grande de modo que el almacenaje al computador y el análisis puedan ser realizados de manera eficiente (esto porque a mayor resolución mayor es el peso del archivo, al momento de guardarlo). Cuanto más homogénea un área que incluye variables críticas tales como topografía y la utilización del suelo, más grande el tamaño de píxel podría no llegar a afectar la exactitud de los resultados. Antes de la especificación del tamaño del píxel, los siguientes factores deberían ser considerados: • • • •
La resolución de los datos de entrada El tamaño de la base de datos de resultado y la capacidad de disco El tiempo de respuesta deseado El uso y el análisis que deben ser realizado
7.1 Pérdida de resolución La mayor desventaja en la representación del píxel en la trama de datos del mapa, es la pérdida de resolución que acompaña datos de reestructuración a fronteras de célula de la trama fija. La resolución aumenta como el tamaño de la disminución del píxel; sin embargo, el costo normalmente también aumenta tanto en el espacio de disco como en velocidades de procesamiento. Para un área dada, cambiando el tamaño del píxel a la mitad el tamaño corriente requiere tanto como cuatro veces el espacio de almacenaje, dependiendo del tipo de datos y las técnicas de almacenamiento usadas.
8 Álgebra de Mapas La fuerza principal del Analista Espacial es su gran capacidad analítica. El Analista Espacial, por la lengua de Álgebra de Mapa, proporciona instrumentos para realizar operaciones, declaraciones condicionales, y funciones locales, focales, zonales, globales, y de aplicación. El Álgebra de Mapas proporciona los componentes básicos que pueden ser usados particularmente o en la conjunción entre ellos para solucionar problemas. Combinando los bloques, una sintaxis y el álgebra Booleana como ciertas reglas a ser seguidas para que el Analista Espacial realice la tarea solicitada. La gramática de la lengua establece el significado de los componentes básicos según la posición de un bloque en una expresión. Si las coacciones de tipo o reglas de sintaxis son violadas, un mensaje de error será devuelto por el Analista Espacial, y ningún resultado será creado. Los componentes básicos para la lengua de Álgebra de Mapa son objetos, acciones, y calificadores sobre las acciones. Estas delineaciones son similares a sustantivos, verbos, y adverbios.
Figura 22. Anรกlisis con sobreposiciรณn (Overlay) de datos del tipo Rรกster
Figura 23. Muestra de la Calculadora para Datos del Tipo Rรกster.
8.1 Objetos Ellos son entradas para el cálculo o pueden ser posiciones de almacenaje para la salida. La trama datasets, layers, tablas, constantes, y números son todos los tipos de objetos en la lengua de Álgebra de Mapa. Cualquier palabra usada en una expresión que no sea un operador, una función, o una constante es considerada como el nombre propio de un dataset existente.
8.2 Acciones Las acciones que pueden ser realizadas sobre objetos de entrada son operadores y funciones. Operadores de Analista Espaciales realizan cálculos matemáticos dentro de y entre la trama datasets, layers, tablas y números y entre las combinaciones válidas de todos ellos. El juego de operadores está compuesto de aritmética, relaciones y operadores lógicos que apoyan tanto números enteros como valores de punto flotante y operadores combinatorios, que simultáneamente cubren la trama datasets o layer y mantienen los atributos de entrada. Funciones del Analista Espacial son los modelos cartográficos espaciales que analizan datos en base a la célula o píxel. Estas funciones son divididas en cinco categorías principales: Local, focal, zonal, global, y uso específico.
8.2.1 Funciones Locales Funciones locales calculan un dataset de salida donde el valor de salida en cada posición es una función del valor asociado con aquella posición sobre una o varias temas tipo GRID. Es decir el valor de la célula sola, independientemente de los valores de células vecinas, tiene una influencia directa sobre el valor de la salida. Una función por célula (local) puede ser aplicada a un ráster o múltiples ráster. Para solo un dataset, ejemplos de funciones por célula son las funciones trigonométricas (por ejemplo, seno) o las funciones exponenciales y logarítmicas (por ejemplo, el logaritmo exponencial). Los ejemplos de las funciones locales que trabajan sobre múltiples ráster son las funciones que devuelven el mínimo, el máximo, el mayor valor, o el valor mínimo para todos los valores del ráster de entrada en cada posición de célula.
8.2.2 Funciones Focales Funciones Focales o de vecindad. Las funciones producen un ráster de salida en el cual los valores de la salida en cada posición son una función del valor de entrada en una posición y los valores de las células en una vecindad especificada alrededor de aquella posición. Una configuración de vecindad determina que las células que rodean a la célula procesada deberían ser usadas en el cálculo de cada valor de salida. Las funciones de vecindad pueden retornar la media, la desviación estándar, la suma, o el rango de valores dentro de la vecindad inmediata o extendida. 34
8.2.3 Funciones Zonales Son aquellas donde se produce un tema GRID de salida o una tabla, donde los valores de salida son una función del valor de las celdas en un tema GRID de entrada y su asociación con otras celdas dentro de la misma zona cartográfica. Funciones zonales son similares a funciones focales exceptuando que la definición de la vecindad en una función zonal es la configuración de las zonas o los rasgos del dataset en las zonas de entrada, no una forma de vecindad especificada. Las zonas, sin embargo, no necesariamente tienen un orden o forma específica. Cada zona puede ser única. Las estadísticas zonales usando dos temas GRID de entrada: El primero define los valores a ser usados en el cálculo, el segundo identifica a cual zona cada celda (usada en el cálculo) pertenece. Operaciones que pueden ser completadas sobre estas células retornan la media, la suma, el mínimo, el máximo, o el rango de valores determinado para cada zona.
8.2.4 Funciones Globales Global, o por ráster, las funciones calculan un ráster de salida en el cual los valores de salida en cada posición de célula es potencialmente una función de todas las células del ráster. Hay dos grupos de funciones globales: Distancia euclidiana (Straight Line) y distancia ponderada (Cost Weighted). En la distancia euclidiana funciones globales asignan a cada célula del ráster de salida su distancia de la célula más cercana de la fuente (una fuente puede ser la posición para comenzar un nuevo camino). La dirección de la célula más cercana de la fuente también puede ser asignada como el valor de cada posición de célula en un ráster adicional de salida. Aplicando una función global a un ponderado (el costo) la superficie, usted puede determinar el costo de movimiento para el destino de una célula (la posición donde usted desea terminar el camino) a la célula más cercana de la fuente. En todos los cálculos globales, conocer la superficie entera es necesario para retornar la solución.
8.2.5 Las Funciones de Uso Específico o Aplicación Proporcionan los instrumentos que son aplicables a tareas específicas como la hidrología, la limpieza de datos, y la transformación geométrica. Las funciones locales, focales, zonales, y globales no son específicas a ningún uso. Hay alguna similitud en la clasificación de una función de aplicación y las funciones locales, focales, zonales, y globales (como el hecho que aun cuando la pendiente por lo general sea usada en el uso de analizar superficies, esto es también una función focal). Algunas funciones de aplicación son más generales en cierta medida, como el análisis superficial, mientras otras funciones de aplicación más por poco son definidas, como las funciones de análisis hidrológicas. La clasificación de las funciones de aplicación es una ayuda de agrupar y entender la amplia variedad de operadores de Analista Espaciales y funciones.
8.3 Calificadores Los calificadores son parámetros que controlan como y donde una acción debe ocurrir. Incluso aunque los operadores y funciones realicen acciones, el tipo y la manera de las acciones varían. Las acciones permiten o requieren que parámetros calificadores para identificar como, en que medida y con que valores las acciones deben ocurrir. Que dataset, ráster o layer debería ser usado en una función zonal, cuales células deberían ser incluidas en una vecindad focal son algunos ejemplos de parámetros necesarios para completar una acción del Analista Espacial.
9 Expresiones Lógicas Las preguntas de los datos en ArcGis siguen álgebra booleana y consisten en expresiones lógicas y los conectadores booleanos.
Una expresión lógica contiene operando(s) y operador(es) lógico. Por ejemplo, la 'clase = 2 'es una expresión lógica, en la cual las 'clases y '2 'son operandos y '= 'es un operador lógico. En este ejemplo, la clase es el nombre de un campo, 2 es el valor del campo usado en la pregunta, y la expresión lógica selecciona esos expedientes que tengan el valor de la clase de 2. Los operandos pueden ser un campo, un número, o una secuencia. Los operadores lógicos pueden ser iguales a (=), mayores que (>), menor que (<), mayor que o igual a (>=), menor que o igual a (<=), o no igual o distinto a (<>). 36
Una instrucción del lenguaje de interrogación puede incluir dos o más expresiones lógicas conectadas por uno o más conectadores boléanos. Los conectadores booleanos son AND, OR, XOR, y NOT. El conectador ‘AND’ conecta dos expresiones Ejemplo: (clase = 2) y (edad > 100). Los expedientes seleccionados de la declaración deben satisfacer (clase = 2) y (edad > 100). Si el conectador se cambia a ‘OR’ en el mismo ejemplo, después se seleccionan los expedientes que satisfacen uno o ambos expresiones. Si el conectador se cambia a XOR, entonces los expedientes que satisfacen una y solamente una de las expresiones se seleccionan. El conectador NOT niega una expresión, significando que una expresión verdadera está cambiada a falsa y viceversa. La declaración, NOT (clase = 2) y (la edad > 100), por ejemplo, selecciona esos expedientes que clase no sea igual a 2 y que edad sea mayor de 100. Los conectadores booleanos de NOT, AND, y OR son realmente palabras claves usadas en las operaciones del COMPLEMENTO, INTERSECCIÓN Y UNIÓN.
Manualmoduloanalisisespacial
manual de analisis espacia para sistemas de informacion geografica sig

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