Los Sistemas de Informacion Geografica y Sus Perspectivas en La Ingenieria Ambiental

7/22/2019 Los Sistemas de Informacion Geografica y Sus Perspectivas en La Ingenieria Ambiental

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LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA Y SUS PERSPECTIVAS EN LAINGENIERIA AMBIENTAL

Por: Fabio Vélez Macías1

Palabras claves: Sistemas de Información Geográfica, Geomática.RESUMEN

Los sistemas de información en general, se han convertido en herramientas muy efectivas de laingeniería y de las ciencias básicas. El desarrollo vertiginoso del mundo de la informática ha permitido la creación de numerosos programas con aplicación específica y en los cuales se vecontenido todo el conocimiento y el estado del arte en las diferentes áreas del saber. LosSISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA (SIG o GIS como sigla en inglés) son pruebade este progreso. Los SIG son un tipo especializado de bases de datos que se distinguen por su

capacidad de manejar información espacialmente referenciable y que permiten además su

representación gráfica. Se les llama herramientas, porque ayudan a la formación de elementos de juicio para la toma de decisiones luego de que se han aprovechado sus funciones de captura,almacenamiento, refinamiento, análisis y visualización de la información. Se ha dicho siempreque el formato gráfico bién sea en forma de planos o mapas es el producto final del trabajo delingeniero y de otros profesionales, además de que para el usuario, es la forma expedita deacercarse a la información que requiere y por la cual contrató y pagó (una imagen vale más quemil palabras). En el caso de los proyectos ambientales, la multi e interdisciplinariedad en eltrabajo se ven favorecidas al contar con un instrumento que bajo las manos de cada experto, permite la articulación del conocimiento y de la información. Esta ponencia tiene como objetivo,

ofrecer algunos conceptos que consigan en primer término, motivar a quienes desconocen estatecnología para que la estudien y la aprendan y en segundo lugar, para que los que ya han tenidocontacto con ella, dirijan su labor hacia la divulgación y su uso en el campo medioambiental. Seespera dar respuestas a inquietudes básicas como: ¨¿Qué son los SIG?, ¨¿Para qué sirven?, ¨¿Quéaplicación tiene en la Ingeniería Ambiental?, ¨Cómo se diseña una proyecto para SIG?.

1. BREVE RESEÑA HISTORIA

Desde tiempos antiguos el hombre ha tratado de representar el Universo por medio de modelos pictóricos y cuando intentó dibujar el territorio que conocía, creó el primer mapa. Su utilidaddesde entonces es enorme para nómadas y sedentarios, para navegantes, militares y gobernantes.

Los conflictos por las tierras cultivables en el período faraónico es un buen ejemplo del planteamiento de problemas que requieren de una solución por medio de relaciones espaciales.En el antiguo Egipto, las tierras fértiles del Nilo contaban con un aporte periódico y significativode nutrientes lo que las convertía en un bién sobre el cual se debían tener muy bien establecidoslos límites de los diferentes predios en los cuales se cultivaba. Estas demarcaciones eran

1 Profesor Escuela de Ambiental, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia



momentáneas, pues cuando pasaba la época de inundaciones no había forma de rehacerlas con precisión y era muy factible que los predios sufrieran modificaciones en su nueva determinación.Para establecer el orden en la sociedad, se acudió a los "analysis situ" o análisis del espacio queconsistían en la definición de las relaciones espaciales (de vecindad) entre las parcelascultivadas, las ciudades, las vías, el río Nilo, los propietarios, etc. Con el paso del tiempo

aumentaron los usos que se le daban al suelo, aumentaron las tierras conocidas y aumentó lademanda de información que requería de mapas específicos y temáticos. Los marineroslevantaron cartas de navegación y mapas de las costas que recorrían. Igual cosa hicieron losexploradores tierra adentro. Los militares utilizaban a artistas de la pintura para plasmar lasestrategias y sucesos de guerra en documentos gráficos semejantes a las fotografías horizontales,que sirvieron después a los historiadores para recrear los mapas catastrales de la época. Con lainvención y el desarrollo de la aeronavegación y de la fotografía, la producción de mapas tuvo ungran avance que hoy en día no se detiene y que permite que la cartografía tenga a su servicio latecnología de punta de varias disciplinas. Para tomar una decisión acertada en cualquier campo,

se debe contar con una adecuada y suficiente información, y con mayor razón sí se trata delmanejo del medio ambiente y de la gerencia de recursos. Esta información ha sido transferida a

formatos gráficos desde tiempos antiguos y han permitido por ejemplo, la navegación y laexploración por mares y tierras desconocidas. Pero poco a poco se fue pasando de la

representación gráfica de la información espacial a la interpretación, comunicación y toma dedecisiones. Se pasó del "¨¿dónde están y cuáles son los recursos?", al: " ...y entonces, ¨¿qué hacercon ellos?". Los avances obtenidos con los computadores, con los procesadores de imágenes, losmanejadores de bases de datos, los programas estadísticos y de dibujo, etc. posibilitaron que lainformática se pusiera al servicio de la cartografía con usos más amplios y dirigida a un públicocon diferentes niveles de exigencia en cuanto a la información y su complejidad. Los logros que

las fuerzas de seguridad de los países más desarrollados le han demandado a sus científicos sonahora usufructuados y compartidos por organizaciones civiles. Prueba de ello son los GPS(Global Position System) y las imágenes de satélite. El liderazgo en el empleo de computadoras para procesar datos cartográficos lo tomarón Canadá y los EEUU, siendo en éste último laHarvard School of Landscape Design a mediados de la década de los 70, quienes se basaron en eluso que se hacía (y aún hoy en día) de la superposición de mapas montados en acetatos con el finde examinar espacialmente la relación entre diferentes mapas temáticos. Inicialmente se tratósólo de procesos cartográficos y generación de mapas con obvias ventajas para la edición yactualización de la información. En los años 80, se conjugó la versatilidad lograda en el manejo

gráfico de los mapas con la capacidad de las bases de datos, de tal forma que se podía consultarla información vinculada a un lugar o hacer una busqueda de las que cumplían alguna condición(queries); o también, efectuar la superposición de mapas y hacer cálculos iterativos dedimensiones espaciales, permitiendo el ahorro de esfuerzo y tiempo y ganando en precisión. Lossiguientes avances se hicieron en el aspecto de la entrada de información utilizando imágenes desatélite, tabletas digitalizadoras y scanners. Además, se dió inicio a la teoría del "análisisespacial". Los Sistemas Manejadores de Bases de Datos (DBMS) fundados en los modelos



tabular o relacional se convirtieron en factores sinérgicos en el desarrollo de los SIG que hoyconocemos.

En la actualidad, el mejoramiento de los SIG se ha enfocado hacia las operaciones analíticas:estadística y modelación espacial. La primera describe la variación espacial de los datos

(correlación espacial, filtros estadísticos, incertidumbre en mapas y propagación de errores). Lamodelación espacial se basa en el análisis escalonado de varios mapas para obtener uno que désolución al problema planteado. Allí se aplican conceptos matemáticos y operaciones entremapas que permiten sumarlos, restarlos, multiplicarlos, dividirlos, etc. La aplicación de lamatemática fractal y las bases de datos orientadas a objetos, permitirán seguir avanzando en la

creación de mejores modelos tridimensionales del terreno. En general se hace la distinción parahablar de los SIG, Sistemas de Información Georreferenciados, cuando se trabaja con

información que está en escala pequeña (1:25,000 y menores), como en el caso de los estudiosambientales. Mientras que cuando se trata de trabajar a escalas grandes, se utiliza el término LIS(Land Information System), muy aplicados en estudios catastrales, territoriales y gestión de redes

de distribución de recursos. Poco a poco ha ido tomando fuerza el uso del término SistemasIntegrales que agrupa en uno solo la cantidad de información multi e interdisciplinaria que permite la solución de un problema.

2. LOS SIG

Son un conjunto de recursos que permiten procesar, almacenar, analizar y producir informaciónde tipo espacial (es decir, geométrica y geográficamente referenciada), y de información

alfanumérica como es el caso de los atributos y las variables. Si se utilizara una ecuación pararesumir los elementos que constituyen el sistema, sería un producto de los siguientes elementos:

SIG = SW * HW * DB * HR * P, en donde: SW: son los programas de computador (software).HW: son los equipos de computación y periféricos (hardware). DB: es la base de datos con todala información pertinente (data base). HR: es el recurso humano capacitado (human resource). P :son los procedimientos y procesos que se llevan a cabo (process) Los SIG están constituidos porun conjunto de componentes informáticos físicos y lógicos que van a permitir la obtención,gestión, manipulación, análisis, modelación, representación y salida de datos de cualquierterritorio.

Hay numerosas definiciones de lo que son los SIG y aquí se van a mencionar algunas de ellas para un mejor entendimiento del término y la construcción intuitiva de su potencial.

• Sistemas de información basados en computadores que permiten la captura, verificación,almacenamiento, recuperación, análisis, actualización, y salida de datosgeorreferenciados.

• Bases de datos computarizadas que contienen información espacial.

• Tecnología informática para gestionar y analizar información espacial.



• Conjunto de herramientas para reunir, introducir (en el ordenador), almacenar, recuperar,transformar y cartografiar datos espaciales sobre el mundo real, para un conjunto particular de objetivos.

• Sistema de información basado en la computación que permite capturar, verificar,

almacenar, recobrar, analizar, actualizar y reproducir datos que están espacialmentereferenciados a la tierra (georreferenciados).

Algunas de las funciones típicas que un SIG puede desempeñar son:

• digitalización de mapas

• Edición de mapas digitales

• Estructuración topológica

• Despliegue de mapas y búsquedas

• Proyección de mapas

• Análisis de redes de flujo

• Análisis de superposición de vectores

• Generación de corredores (buffer)

• Modelación basada en celdas

• Modelación superficial

• Composición de mapas e impresión dura de copias.

Debido a que los SIG manejan datos espaciales, es objeto de varios uso en diferentes actividadeshumanas tales como la agricultura, la planificación del uso del suelo, la conservación de la vidaanimal, la planificación urbana y regional, la gestión forestal, la gestión de recursos pesqueros, lageología, la arqueología, la hidrología, la gestión ambiental, los estudios de monitoreo de loscambios climáticos, etc.

3. OTROS SISTEMAS DE MANEJO DE DATOS ESPACIALES

Con un desarrollo similar al de los SIG, el manejo de las imagenes de satélite (por medio de losSistemas de Procesamiento de Imágenes de Satélite), sirve en la actualidad como un gran apoyo para muchas disciplinas, gracias a los avances de la tecnología y la ampliación del soporte yservicio.

La información que se obtiene es de gran contenido espacial y muy aplicado a fenómenosnaturales, aunque estos datos deben ser inferidos de las relaciones existentes entre los elementos



pictóricos de la imagen (pixels). Para poder usar las imágenes de satélite en un SIG, se debeagregar una unidad lectora de alguno de los formato en que se comercializan estas imágenes yademás, una mayor capacidad de almacenamiento de información ya que los archivos de lasimágenes son de gran tamaño. Los sistemas de procesamiento de imágenes, realizan tareas talescomo:

despliegue interactivo de imagen en pantalla, ampliación de imágenes, rectificación geométrica,filtración del espacio, composición de imágenes en mosaico, análisis de fourier, correccionesradiométricas, análisis multivariado, clasificación multi-espectral, modelación raster de SIG,geocodificación y análisis de radar, modificación de imágenes e impresión en copia de papel.

Todas estas aplicaciones se utilizan en labores que incluyen la geología, exploración de petróleo,arqueología, física, astronomía, biología, medicina nuclear, microscopía electrónica, trámites

legales, defensa, monitoreo de recursos naturales, evaluación ambiental, etc. Adicional a los SIGy a los IP, existen otros productos como los AM/FM (Automated Mapping/FacilitiesManagement) y los CAD (Computer Aided Design), que tienen alcances y aplicaciones más

limitadas. Los AM/FM son utilizados principalmente por empresas de servicios que requieren elmanejo sistematizados de las redes de energía, gas, acueducto, teléfono, alcantarillado, etc.además de edificios y obras civiles. Estos permiten el despliegue cartográfico del conjunto deentidades, establecen conectividad y vías de flujo entre los elementos del sistema y acceso a la base de datos, en tiempo real. Los CAD permiten modelar elementos espaciales de geometríamás simple que la de los fenómenos del mundo real modelados con los SIG. Para los primeros,se trata de líneas, ángulos, polígonos, etc.; para los segundos se trata de líneas de naturalezafractal tales como líneas costeras y contornos y en donde son muy importante las relacionesespaciales (topología). Fue un predecesor de los SIG y hoy en día sirve de apoyo en algunas de

las tareas que se requieren para su implementación. Su estructura permite comprender el principio de funcionamiento de los SIG, ya que el uso de capas (también llamadas coberturas olayers) usadas para vaciar información del mismo tipo y a las que se les asigna un nombre ocódigo y atributos tales como tipo de línea, color, tipo de fuente, anotaciones, etc., son aceptadasy generadas también por los SIG.

4. SOFTWARE DISPONIBLE

Existen en el mercado internacional, una gran cantidad de programas que permiten emplearsecomo SIG, IP y AM/FM. Entre ellos podemos mencionar el ILWIS, ARC-INFO, ERDAS,IDRISI, SYSTEM9, INFOCAM, MGE, GEOMEDIA, GENAMAP, ATLAS GIS,

GEOMAP,SPANS, PCI, ACCUGRAPH, CLARIS, KARTO, MAPCAD, etc. El ARC-INFO es producido por la firma ESRI (Environmental System Research Institute), del cual existe unaversión para Workstation que trabaja con Oracle como base de datos y lenguaje de programación

AML. La versión para PC trabaja con DBASE IV y lenguaje SML. Esta firma produce ademásvarios programas de soporte para el SIG y otros con aplicaciones específicas para los usuariostales como ARCVIEW y ERDAS. El ILWIS (Integrated Land and Water Information System) es producido por el ITC (International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences) de



Holanda. Es un programa muy versátil e incluye un módulo para el procesamiento de imágenesde satélite. INTERGRAPH es la casa matriz de productos muy conocidos comoMICROSTATION, MGE y GEOMEDIA, los cuales conforman la plataforma tecnológica en quese desarrollo el proyecto SIGMA de EEPPM, y la cartografía digital de Medellín.

5. REQUERIMIENTOS DE HARDWARE

En la actualidad se cuenta con una amplia gama de posibilidades en cuanto a dispositivos para laobtención, almacenamiento, análisis y producción de datos sobre la superficie terrestre, los

suelos, territorios en general, etc. Los elementos básicos de hardware son: Dispositivos deentrada de datos espaciales tales como mesas digitalizadoras, scanner, lectoras de cinta, cartuchoo CD e interfase que reciba información recopilada de GPS. La entrada a la base de datos se hacegeneralmente en forma convencional por medio del teclado. Unidad de Procesamiento CentralCPU.

Dispositivos de despliegue visual para interacción y análisis visual. Unidad de disco dealmacenamiento de datos. Dispositivos de salida tales como plotter e impresora.

6. APLICACIONES

Los SIG se desenvuelven en toda clase de aspectos relacionados con la planificación y gestiónregional, tanto urbana como rural, de grandes y pequeñas zonas geográficas. También se aplica ala gestión catastral, explotación de recursos naturales, prevención de desastres, etc. Un SIGresponde a las preguntas ¨¿Qué hay?, ¨¿Dónde?, ¨¿Qué ha cambiado desde?, ¨¿Qué tipo de patrones existen?, ¨¿Qué pasa sí...?. Otras aplicaciones que reporta la literatura se refieren a usostan diversos en áreas como la arqueología, reconstrucciones históricas, geología, estrategias de

mercadeo, administración de servicios públicos, seguridad e investigación policial y en fin,cualquiera otra que surja del ingenio. En el campo medio ambiental, como ya se mencionó, losSIG son una herramienta que permite diferentes niveles de uso: Contar con la posibilidad de

usarlo como un CAD y generar mapas con mayor facilidad con datos proveniente de distintasfuentes.

Ejecutar algunas funciones elementales de consulta que permiten pasar a la generación de mapastemáticos o el despliegue en pantalla de información de primera mano. Realizar procesamientode imágenes de satélite que faciliten extraer nueva información de estas fuentes. Ello exige unconocimiento teórico de las leyes físicas que involucra la imaginería y de la estadística sobre la

cual se realizan la mayoría de los análisis. Aplicar procesos y cálculos que permitan generarnueva información y sobre la cual se puedan tomar decisiones. En la Ingeniería Sanitaria, losSIG son eficientes en el manejo y gestión de redes de abastecimiento (acueducto, alcantarillado,recolección de desechos, gas) y en la planeación de nuevas estructuras que permitan mejorescubrimientos de usuarios, optimización de procesos administrativos, etc.



7. PLANEACION DE UN SIG

Como ya se mencionó en el segundo apartado, implementar un SIG requiere contar con los cincocomponentes necesarios y suficientes en el proyecto. La inversión económica es alta inicialmente pero los costos disminuyen en el tiempo por los servicios que ofrece la herramienta. Dentro del

valor inicial, el componente que más pesa es la obtención de la información; esto ha llevado a lasempresas de diferente índole a tratar la información como un bién capital que hay que obtener,operar y mantener. Que se deprecia y que se puede vender con un valor agregado. Existen variasnomenclaturas dentro de los diferentes sistemas pero que finalmente se aplican de igual forma. Acualquier elemento del paisaje se le denomina ENTIDAD. Todo elemento en el espacio tiene una

posición absoluta (convención de coordenadas en los tres ejes) y una posición relativa (conrespecto a otros elementos). Además posee una forma geométrica y unos atributos que

corresponden a información alfa-numérica. Pueden existir entidades que son jurídicas (por tanto,no espaciales), otras que son muy dinámicas en forma, posición, etc. como el territorio dedominio de una especie animal y las que son relativamente estáticas como los predios, clases de

suelos, usos del suelo, cuerpos de agua, etc. Los SIG manejan dos bases de datos: unaalfanumérica y otra gráfica. Es esta capacidad lo que los hace poderosos. Ambas bases debenalimentarse con información que debe ser homogénea (en su precisión), confiable y según el propósito, actual. La información alfanumérica se ingresa mediante el teclado o incorporandolade archivos digitales ya existentes y que pueden haberse creado con Bases de Datos. Ya semencionaron las maneras de ingresar la información gráfica. El sistema se encarga de crear latopología, cuyo principal resultado es el establecimiento de las relaciones de vecindad, proximidad (conectividad y adyacencia), entre entidades. Además permite hacer un control de lacalidad sobre la información ingresada, detectando duplicidad en los datos, errores de

digitalización, etc. La información gráfica digital puede estar en formato raster (información enmodo de pixeles, es decir, celdas con tonalidades) o vector (conjunto de puntos concoordenadas). Con la información gráfica dispuesta en layers (o capas o coberturas, como quierallamarse), según la clasificación que se haya hecho del tipo de información, es posible efectuaralgunas de las siguientes funciones: Preguntas acerca de las características de uno o varioselementos que se señalan en un mapa desplegado en pantalla. equerimientos de información

sobre las entidades que cumplan un atributo geográfico (posición, área, longitud, etc.) o unatributo alfanumérico determinado (propietario, uso, antigüedad, zona, cultivo, etc.). En estemismo sentido se puede preguntar por condiciones descriptivas (combinar una serie derequerimientos para generar el listado de elementos que los cumplen todos o algunos según el

parámetro lógico que se haya utilizado). También se pueden superponer los layers para deducirnueva información y hacer análisis espaciales que involucran el cálculo con las entidadesgráficas tales como: Indagar por el área de entidades vecinas o cercanas; deducción de nuevasentidades surgidas de la superposición de capas y análisis de redes de distribución de recursos.Estando la información en el SIG, puede ser editada (modificada, aumentada, cambiada,eliminada) no sólo en la información alfanumérica como tal sino en sus características gráficastales como color, escala, posición, etc. Una función avanzada de los SIG es el an lisis Digital del



Terreno mediante la creación de un DTM (Digital Terrain Model). Esto permite crear la imagenen tercera dimensión de un lugar, calcular pendientes, producir sombreados según la posición delsol, calcular perfiles y cuencas y determinar direcciones visuales desde un punto. Toda estainformación finalmente puede desplegarse en planos dibujados por un plotter, en mapastemáticos por impresora o despliegue en pantalla de los gráficos.

8. BIBLIOGRAFIA

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