Sistemas de Información Geográfica (GIS)

Es la forma de integrar datos geográficos en un ordenador (hardware + software) para su captura, almacenaje, manipulación, análisis… Es decir, es una forma de aprovechar la informática para el despliegue y uso de la geografía; por ejemplo, mediante estos sistemas se podrían calcular tiempos de respuesta en caso de desastre natural en una zona, analizar las tendencias de los habitantes de la población para utilizar el transporte público…

• Basemap: Mapa base sobre el cual se muestran los datos espaciales.
• Datos geoespaciales (o simplemente espaciales), que contienen coordenadas y se pueden posicionar correctamente en un basemap.
• Layers: Capas de un mapa que muestran los datos espaciales en la relación escala-detalle. Es decir, podríamos tener una layer de las comunidades autónomas, otra de los ríos y otra de las ciudades, a una escala mayor veríamos las comunidades y los ríos, a una menor podríamos ver los ríos y las ciudades y a una aún menor podríamos poner datos espaciales como por ejemplo la localización de las pizzerias en una layer de calles por población. Es la combinación de estas la que hacen rica una aplicación GIS.
• Datos raster: Imágenes que han sido tomadas de forma aerea o por satélite, se guardan en un formato de grid (por celdas). No contiene datos implicitos más que los de la posición de cada celda para luego mostrar las imágenes en su posición correcta dentro de la capa, y poder mostrar así los datos de un mapa de forma “vistosa” y real.
• Datos vectoriales: No fotográficos sino generados a partir de coordenadas; a partir de este tipo de datos es más sencillo realizar estudios. Los tipos vectoriales más significativos son el punto (puede representar aeropuertos, pizzerias…), la línea (unión de dos puntos, puede representar carreteras, ríos, itinerarios, caminos…) y los polígonos (unión de un número indeterminado de líneas, para representar poblaciones, fronteras, ciudades…). Es más caro de mantener que los datos raster.
• Features: Los elementos independientes que se muestran en el mapa, estos pueden contener atributos espaciales (puntos, línias…) y no espaciales.
• OGC (Open Geospatial Consortium): Conjunto de organizaciones que marcan los estándares GIS.

• WMS (Web Map Service), es un protocolo para pasar imágenes raster.
• WFS (Web Feature Service), como el WMS pero que además permite pasar geometrías (datos vectoriales + raster).
• WCS (Web Coverage Service)
• CSW (Web Catalogue Service)

• DEM: Digital Elevation Model, representación de la elevación del terreno.
• Geocoding: Proceso de encontrar la localización de una dirección (calle, número) en un mapa.
• Geoprocessing: Acciones para tratar los datos geográficos mediante herramientas específicas.
• Georeferencing: El proceso de describir correctamente una localización de elementos mediante las coordenadas.
• Georeferenciación lineal (LRS (Linear Reference System)): es una forma de referenciar a través de elementos lineales. Los elementos se localizan por un punto conocido como milepoint o un evento lineal segmento.
• Ortofoto, foto realizada desde el aire (desde avión o satelite) que mediante una corrección corresponde con el mapa.
• WKT (Well Known Text): Sintaxis en texto plano para describir los objetos espaciales.

• Shapefiles, formato creado por ESRI aunque ampliamente utilizado, está formado por tres ficheros diferentes (pero enlazados):
  • El .shp que contiene los datos geográficos en formato vectorial.
  • El .shx es el fichero índice, por cada registro en el .shp hay uno en este.
  • El .dbf contiene los datos enlazados y no geoespaciales en formato dBASE (legible por MS Excel).
  • Puede existir un cuarto, el .prj que indica la proyección del fichero y está escrito en WKT.
• GML (Geographic Markup Language), en formato XML, abierto y expuesto como ficheros de texto. Sobretodo se utiliza en servicios web.
• KML (Keyhole Markup Language) , parecido al GML ya que también está basado en XML, es el utilizado por Google Eart. Entrada en la wiki.

Un mapa de la tierra la proyecta a partir de un eje de coordenadas cartesianas donde la horizontal, x, es denominada latitud y la vertical, y, se denomina longitud; si dividimos la esfera en línias paralelas horizontales (latitud) tendremos una que la divide en dos denominada ecuador y las demás, los paralelos, se numeran del 0 al 90 positivamente las que van hacia el norte y del 0 al -90 las que van al sur. Los meridianos son las línias paralelas a la longitud, estos por la forma de la tierra acaban convergiendo en los polos norte y sur, los meridianos que van hacia el este son numerados del 0 al 180 y los que van al oeste del 0 al -180 siendo el 0 el meridiano de Greenwich.

Debido a que no existe una tercera dimensión al mostrar un mapa sobre un plano se acaba deformando dicho mapa (la unión de meridianos y paralelos forman cuadrados perfectos) se realiza una proyección sobre dicho plano de lo que se quiere mostrar intentando minimizar al máximo posible las distorsiones (de distancia, de dirección, de forma y de área) que puedan ocurrir. Existen varios tipos de proyecciones, aunque no por ello hay una mejor que otra sino que cada una minimiza una distorsión concreta, y cuando estes montando un mapa asegurate que todas las capas utilizan la misma proyección.

La proyección Mercator es la más utilizada (esencialmente es la que utiliza en las clases y muy parecida a la de Google Maps). Se basa en un plano cartesiano modificado brevemente, muestra la distribución del planeta pero no hace lo correcto con las distancias.

Otro de los problemas existentes es que la Tierra no es completamente esférica (sino con un poco de matemáticas podríamos calcular distancias). Podríamos decir que la forma que tiene el planeta Tierra es de geoide (debido a que por efectos de la gravitación y de la fuerza centrífuga producida al rotar sobre su eje se genera el aplanamiento polar y el ensanchamiento ecuatorial). Un DEM (Digital Elevation Model) es una representación digital del la superficie terrestre, también es conocido el DTM (Digital Terrain Model).

Un datum es un concepto que puede ser tangible (visible) o simplemente teórico y corresponde a la zona (forma geométrica) correspondiente al área de estudio. Por ejemplo el North American Datum de 1983 (NAD83) corresponde a una forma elipsoide GRS80.

Los sistemas de coordenadas (o coordinate reference system (CRS)) son la forma de posicionar los pares x,y. Existen varias formas de expresarlos:

• Como grados, minutos y segundos (DMS). En un circulo hay 360 grados, estos se dividen en 60 minutos y estos en 60 segundos. En la realidad la distancia entre grados es de 111km, la distancia entre minutos es de 1.85km y entre segundos de 31m. Así que para dar la localización concreta de a casa blanca podremos decir 38 grados, 53 minutos, 55 segundos norte y 77 grados, 2 minutos, 16 segundos oeste; o en DMS: (38 53’ 55”, -77 2’ 16”).
• Grados decimales (DD). Es una conversión del anterior a decimal, por ejemplo, en vez de decir que la posición es 1 grado 30 minutos diríamos que es 1.5 grados. Algo más agradable de “programar”. Por ejemplo, la posición de la casa blanca sería (38.898748, -77.037684). Al expresar una localización de esta forma siempre deberíamos utilizar 6 decimales.
• Metros.
• UTM (Universal Transverse Mercator). Es la proyección más popular, las coordenadas (x,y) se expresan en metros en vez de en grados dividiendo el planeta en un grid. La idea, para no caer en errores de distorsión, no se basa en una proyección simple sino en 120 proyecciones distintas. Se divide el mundo en celdas de de 6 grados de longitud de ancho, hay 60 zonas UTM northern y 60 southern (360 grados) siendo cada una una proyección independiente; debido a esta división los errores, en zonas pequeñas, son insignificantes. Para calcular la posición total se indica primero la celda y luego las coordenadas de latitud\longitud, es decir, la casa blanca estaría en las coordenadas UTM (18N, 323,294 E, 4,307,514 N).

El conjunto de datum, sistema de coordenadas y proyección que corresponden a datos espaciales se les denomina GEOGCS (Geographic Coordinate System) o GCS si no están proyectados.

La escala (el escalado) de un mapa se expresa en un ratio 1:1000, el cual significa que 1 unidad en el mapa equivale a 1000 de esa unidad en el suelo. Por ejemplo pongamos un mapa de 30cm por 30cm, en este se muestra un área de 30km por 30km, entonces la escala es de 30:3.000.000 o lo que es lo mismo 1:100.000 (dividiendo las dos partes del ratio por la parte de la izquierda), es decir 100.000cm es en realidad 1.000m o, lo que es lo mismo, 1km. Y si en el mapa mostrasemos el doble de espacio la escala sería 1:200.000 (un mapa de menos resolución).

O Web Map Service, permite a los clientes utilizar sus datos para crear mapas configurables, estos mapas podrán enlazar datos de distintos fuentes WMS para así crear un resultado más complejo.
Los servidores WMS interactuan con los clientes mediante el protocolo HTTP, definiendo las posibles peticiones que le pueden llegar a realizar y por cada una de ellas los parámetros que admiten. La especificación WMS indica que al menos han de permitir los dos siguientes tipos de peticiones:

1. GetCapabilities que retorna un XML con metadatos de la información del servidor WMS.
2. GetMap que retorna una imágen del mapa de acuerdo a los parámetros indicados por el usuario.

Existen otras opcionales:

1. GetFeatureInfo retorna información sobre una feature en una posición.
2. DescribeLayer que retorna la descripción de un XML de una o más capas de mapas.
3. GetLegendGraphic que retorna la imágen de la leyenda.

Tres herramientas pueden ser usadas para ello Proj, GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) y GEOS, en el paquete FWTools (Frank Warmerdam Tools) encontraremos GDAL y Proj. GEOS (Geometry Open Source) permite a las aplicaciones leer y escribir elementos (tales como puntos, línias o polígonos) en un formato WKT. GDAL proporciona unos comandos para reproyectar ficheros raster, pero además contiene un subproyecto (OGR) usado para reproyectar datos vectoriales.

En FWTools viene un comando denominado ogr2ogr, este proporciona una serie de utilidades sobre las capas con datos vectoriales. Haciendo ogr2ogr -h veremos las diferenctes opciones. Una de las utilidades es la de reproyectar una capa, por ejemplo:

ogr2ogr -t_srs EPSG:4269 co-hw.shp highways.shp

Este comando reproyectaría la capa highways.shp en la co-hw.sph (o alrevés ); el argumento -t_srs especifica (Target) Spatial Reference System (SRS), aunque si el fichero .prj está presente utilizaremos -s_srs (Source) SRS. EPSG:4269 corresponde a la proyecciónEuropean Petroleum Survey Group.

• GIS en 1000 palabras

• http://www.openstreetmap.org/, mapas opensource que se van completando a partir de una comunidad mundial.
• http://www.census.gov/geo/www/cob/index.html, mapas de EEUU.
• gData, servicio de datos vectoriales de todo el mundo.
• Terraserver, servidor de imágenes de USA.

• GPSBabel, software para convertir datos geoespaciales a formato leido por receptores GPS y viceversa.
• FWTools, donde encontrar la mayoría de las herramientas que se utilizan (ogr2ogr, GDAL…).
• OGR.

• ESRI, empresa de software privativo en la vanguardia del campo GIS. Un visor gratuito de datos georeferenciados es ArcExplorer.
• GRASS: Software OpenSource de análisis y gestión de datos geoespaciales, procesamiento de imágenes, producción de mapas/gráficos, modelado espacial y visualización GIS.
• Quantum GIS (o QGIS): Parecido a GRASS.
• OpenJump
• gvSIG
• OpenMap, visor en Java.
• Gaia, otro visor bastante sencillo pero efectivo.

• GDAL: Librería para la lectura\escritura de gráficos geoespaciales en C++.
• OpenEV, Grupo de herramientas para mostrar imágenes georeferenciadas (desarrollada en Python con GDAL y OpenGL).