UNIVERSIDAD MARIANO GALVEZ DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE GRADUACION
TITULO:
“ANALISIS DE LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS
Y SUS APLICACIONES EN INGENIERIA CIVIL”
MILTON OSWALD NUÑEZ ALVAREZ
CARNE: 010-93-22064
I N D I C E
PAG.
CAPITULO I 4
1. Planteamiento del Problema 4
1.1 Definición del Problema 4
1.2 Marco Teórico 5
1.2.1 Antecedentes de los Sistemas de Información
Geográficos 5 1.3 Formulación de Hipótesis 8 CAPITULO II 9 2. Objetivos 9 2.1 Objetivos Generales 9 2.2 Objetivos Específicos 9 CAPITULO III 10 3. Justificación 10 CAPITULO IV 12 4. Marco Conceptual 12
4.1 Definición de los Sistemas de Información Geográficos 12
4.2 Componentes de un SIG 16
4.3 Funcionamiento de los SIG 18
4.4 Construcción de Bases de Datos Geográficas 22 4.5 Topologías, Modelos de Datos y Tipos de SIG 23 4.6 Tipos de Organización Vectorial 32 4.7 Análisis de Tecnologías relacionadas con los SIG 35 4.8 Aplicaciones Generales de los Sistemas de
Información Geográficos 37
CAPITULO V 42
5. Análisis de los Sistemas de información Geográficos y la Forma que se aplican en la Ingeniería Civil 42
5.1 Diseño de Carreteras 42
5.2 Hidrología 44
5.3 Redes de Telecomunicación 45
5.4 Construcción de Aeropuertos 45
5.5 Redes Ferroviarias 48
5.6 Red de Transporte de Energía Eléctrica 50
5.7 Minería 51
5.8 Planimetría y Cartografía Digital en tres dimensiones 53
5.9 Infraestructura 55
5.10 Ordenamiento Territorial 55
CAPITULO VI 57 6. Conclusiones 57 CAPITULO VII. 62 7. Recomendaciones 62 CAPITULO VIII 63 8. Glosario de Términos 63 CAPITULO IX. 67 9. Bibliografía y Referencias 67 CAPITULO X. 69 10. Anexo. Gráficas 69 3
CAPITULO I.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1 DEFINICION DEL PROBLEMA
En el desarrollo de todo proyecto, es necesario llevar a cabo la planificación, regulación, administración y control. Estas tareas pueden volverse complejas, ya que en el proceso de administración del proyecto, se tienen que identificar las variables que intervienen en cada proceso, para analizar las relaciones que existen entre ellas.
Para obtener una administración eficiente, es necesario simular comportamientos posibles de las variables; con el objetivo de lograr un desarrollo óptimo de cualquier proyecto. Asimismo, para disponer de los datos necesarios para abordar el problema, es necesario definir un marco conceptual y metodológico que permita procesar estos datos en información utilizable, y además, contar con las herramientas que permitan manejar y actualizar esta información.
Para anticiparnos a los fenómenos del entorno, se hace necesario realizar una modelación, esto con el objeto de predecir de mejor manera; para ello hay que contar con tecnología digital que modele situaciones para garantizar una adecuada toma de decisiones.
La tecnología de Sistemas de Información Geográfica, -SIG- constituye en este sentido una de las herramientas adecuadas para el análisis y manejo de la información, ya que al usar el modelo de base de datos georelacional, se
asocia un conjunto de información gráfica en forma de planos o mapas a bases de datos.
Una de las características principales de los SIG es que el manejo de la información gráfica (planos o mapas) y alfanumérica (bases de datos); se realiza de forma integrada, pudiendo abordar de este modo aspectos de alta complejidad relacional en el tema planteado.
Con base a lo anteriormente expuesto, vemos que existen ciertas características de los Sistemas de Información Geográficos, que los hace oportunos en la solución de problemas de otras ciencias y que podrían ser de mucha utilidad en el análisis y solución de problemas en ciencias de la Ingeniería Civil.
Por lo cual, podemos realizar el planteamiento del problema de la forma siguiente:
¿Pueden aplicarse los Sistemas de Información Geográficos a la planificación y solución de problemas en la Ingeniería Civil ?
1.2 MARCO TEORICO.
1.2.1 ANTECEDENTES DE LOS SISTEMAS DE INFORMACION
GEOGRAFICOS -SIG-.
Los primeros sistemas de información geográficos estuvieron orientados hacia la automatización del trabajo cartográfico, aplicando la tecnología del computador hacia el desarrollo de la automatización. Para actualizar y operar
integralmente la información y sus componentes, fue necesario crear una estructura que permitiera manejar simultáneamente la información gráfica, espacial y alfanumérica.
La tecnología del Dibujo Asistido por computadora, -CAD- se aplicó para la manipulación de mapas, y para la optimización del manejo gerencial de información cartográfica, desarrollando la tecnología am/fm, mapeo automatizado utilizando facilidades de manejo.
El desarrollo paralelo de las disciplinas que incluyen la captura, el análisis y la presentación de datos en un contexto de áreas afines como catastro, cartografía, topografía, geografía, planeación urbana y rural, servicios públicos, entre otros, ha permitido trabajar en conjunto distintas ciencias.
El principal desafío técnico lo constituye el relacionar los datos alfanuméricos con los datos gráficos. Históricamente, se sabe que en un principio se elaboraban modelos con programas informáticos simples que perdían su capacidad automática y relacional cuando había que modificar la mínima información de algún plano o mapa; debido a la falta de un ente que articulara una base de datos y los datos gráficos. La tecnología SIG permite solucionar problemas técnicos y su uso ha derivado en una modificación estructural para el planteamiento a estas soluciones.
En la década de 1960 surgieron tendencias en la forma de utilizar los mapas para la optimización de los recursos y planificación. En 1962, en Canadá, se diseñó el primer sistema "formal" de información geográfica, basado en el hecho que las diferentes coberturas sobre la superficie de la tierra no son
independientes entre sí, sino que guardan algún tipo de relación. Por ello se hizo necesario evaluar la información de una forma integrada superponiendo copias transparentes de mapas de coberturas sobre mesas iluminadas y encontrar puntos de coincidencia en los distintos mapas.
El sistema reticular fue desarrollado aplicando la informática al procedimiento de trazar mapas sobre una cuadrícula de papel ordinario, y superponer los valores de esa cuadrícula, utilizando la sobreimpresión de los caracteres de la impresora por renglones para producir tonalidades de grises.
Sin embargo, estos métodos no se encontraban desarrollados lo suficiente y no eran aceptados por profesionales que manejaban, producían o usaban información cartográfica.
A finales de los años 1970, el uso de computadoras para el manejo de información cartográfica, avanzó paralelamente en una serie de ciencias afines, entre ellas la topografía, la fotogrametría y la percepción remota.
El desarrollo de sistemas de información y la consecuente experiencia en su manejo, permitió articular los distintos tipos de elaboración automatizada de información espacial, reuniéndolos en verdaderos sistemas de información geográfica -SIG- para fines generales.
La expansión del uso de los SIG, se ha facilitado por la comercialización simultánea de un gran número de herramientas de dibujo y diseño asistido por computadora. En los años 1990, los Sistemas de Información Geográfica -SIG-
se habían convertido en un modelo más operativo, a medida que la tecnología y los programas, se perfeccionaban y gozaban de una mejor aceptación.
En la actualidad (2010) se están instalando estos sistemas en las instituciones públicas, los laboratorios de investigación, las universidades, y la industria. En el caso de Guatemala, instituciones públicas como Instituto Geográfico Nacional -IGN-, Coordinadora para la Reducción de Desastres -CONRED-, Comisión Nacional de Areas Protegidas -CONAP-, Secretaría General de Planificación -SEGEPLAN-, entre otros, cuentan con sus sistemas de información geográficos, para la planificación, el desarrollo y ejecución de proyectos.
1.3 FORMULACION DE HIPOTESIS.
“Los Sistemas de Información Geográficos contribuyen en el planteamiento y solución de problemas de Ingeniería Civil.”
CAPITULO II.
2.1 OBJETIVOS GENERALES.
1. Determinar cuáles son los campos de la Ingeniería Civil, en los que tienen aplicaciones los Sistemas de Información Geográficos.
2. Identificar las ventajas al aplicar Sistemas de Información Geográficos, en los procesos metodológicos de cada ciencia ligada a la Ingeniería Civil.
3. Establecer las formas de aplicación y el aprovechamiento de las principales características de los SIG, en la planificación y ejecución de proyectos en Ingeniería Civil.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.
1. Establecer que las diversas aplicaciones de los Sistemas de Información Geográficos están directamente relacionadas con el desarrollo tecnológico tanto del software como del hardware.
2. Comprender que los Sistemas de Información Geográficos –SIG-, no son programas informáticos, sino más bien un conjunto de elementos humanos y tecnológicos que utilizan a estos programas para la realización de sus fines.
3. Desarrollar las aplicaciones generales de los Sistemas de Información Geográficos –SIG-.
CAPITULO III.
3. JUSTIFICACION.
Dado que los Sistemas de Información Geográficos han cobrado auge inicialmente en otros muchos países, y recientemente en Guatemala, constituyéndose en una herramienta en la toma de decisiones y en la planificación de proyectos en general, se hace imprescindible su aplicación en muchos campos, siendo uno de ellos la Ingeniería Civil.
En Guatemala, existe muy poca literatura del tema, y el enfoque que se le da en la mayoría de los casos es sobre su aplicación en temas como el mercadeo, y administración, dado que se pueden planificar rutas óptimas para distribución, minimizar costos, buscar zonas de expansión comercial geográficamente hablando, y en la cartografía digital, por lo que se hace necesario realizar un análisis de la tecnología SIG para su aplicación a las ciencias de la Ingeniería Civil. En dichas ciencias, pueden mejorarse sus procesos de planificación, gestión y control, a través de la aplicación de estos Sistemas de Información.
Se hace necesario, hacer un análisis de las partes que componen un Sistema de Información Geográfico, sus elementos principales, la forma en que se relacionan sus partes, como se integra para analizar la información, enumerar las ventajas y aplicaciones en general que tienen estos Sistemas y principalmente qué aplicaciones pueden darse en Ingeniería Civil.
Actualmente con el uso de la tecnología y los programas de cómputo para facilitar los procesos, es importante que se conozcan los Sistemas de Información Geográficos, y los múltiples usos que se les puede dar, pues constituyen en Guatemala, una herramienta poco explorada, pero que puede facilitar enormemente el trabajo del Ingeniero Civil; es por ello que también es importante describir las formas en las que los SIG, pueden facilitar los procesos de planificación de proyectos, en temas como Construcción de Carreteras, Aeropuertos, Hidrología, minería y redes de telecomunicaciones.
CAPITULO IV.
4. MARCO CONCEPTUAL.
4.1 DEFINICION DE LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS (SIG)
En general, un SIG se define como un conjunto de métodos, herramientas y datos que están diseñados para actuar coordinada y lógicamente para capturar, almacenar, analizar, transformar y presentar toda la información geográfica y de sus atributos con el fin de satisfacer múltiples propósitos.
Sin embargo, existen otras definiciones que se presentan a continuación.
“Base de datos computarizada que contiene información espacial” Cebrian y Mark.1
“Un SIG es un potente equipo instrumental para la recolección, el almacenamiento, recuperación, transformación, y la representación de datos espaciales relativos al mundo real.” Peter Burrough. 2
1
CEBRIAN y MARK, D. (1986): "Modelos topográficos digitales" en Métodos cuantitativos en Geografía: enseñanza, investigación y planeamiento Madrid, A.G.E.
2
PETER BURROUGH, (1998) “Principles of Geographic Information Systems”, Editorial Oxford. New York.
“Sistema para capturar, almacenar, validar, integrar, manipular, analizar y representar datos referenciados sobre la tierra.” DOE, Department of Environment, Gran Bretaña.3
“Sistema compuesto por hardware, software y procedimientos para capturar, manejar, manipular, analizar, modelizar y representar datos georeferenciados, con el objetivo de resolver problemas de gestión y planificación” . NCGIA, National Center for Geographic Information and Analysis, EEUU.4
“Un SIG es un Sistema complejo de mapas, bases de datos, información básica y temática, y una novedosa infraestructura tecnológica que permite consultar y manipular la información permitiendo realizar análisis prácticos de acuerdo a los requerimientos de cada situación”. Alvaro de J. Carmona, John Jairo Monsalve R.5
Algunas definiciones de SIG hacen hincapié en su componente de base de datos, otras en sus funciones y otras enfatizan el hecho de ser una herramienta de apoyo en la toma de decisiones, pero todas coinciden en referirse a un SIG como un sistema integrado para trabajar con información espacial. Es también una herramienta esencial para el análisis y toma de decisiones para el desarrollo nacional, que incluye el establecimiento o mejora de la infraestructura de un municipio, departamento o ciudad.
3
DEPARTMENT OF ENVIRONMENT (DOE) (1987). Departamento de Ambiente. “Handling Geographic Information”. London, Inglaterra.
4
NCGIA, National Center for Geographic Information and Analysis, (1990) Columbia, EEUU.
5
CARMONA, Alvaro; Jhon MONSALVE R, Jairo. “Sistemas de Información Geográfica”. (2004). Bolivia.
Los SIG son una nueva tecnología que permite gestionar y analizar la información espacial, que surgió como resultado de la necesidad de disponer rápidamente de información para resolver problemas y contestar a preguntas de modo inmediato, y por esta razón se encuentra directamente relacionado con la Ingeniería, como ciencia para resolver problemas.
Un Sistema de Información Geográfica es algo sencillo si se percibe como un programa de cómputo, un software con funciones específicas, en este sentido un SIG es como una hoja de cálculo o un procesador de textos, solo que para el caso de los SIG se tienen programas como Arcinfo, Geomedia o Geographics, que resuelve problemas espaciales o territoriales al relacionar la cartografía con bases de datos.
Programas como Autocad, Microstation se encargan de manejar archivos CAD, que permiten asociar bases de datos a los elementos del dibujo. Pero la diferencia fundamental estriba que con un SIG es posible realizar análisis de la cartografía para generar nueva cartografía en función de los resultados obtenidos, además de hacer consultas más completas al poder combinar criterios alfanuméricos y espaciales.
Otras definiciones más académicas hacen del SIG, incluyen en su formulación no solo al software sino también el hardware, equipo técnico y filosofía de trabajo integrándolo todo de una forma global. Una de las más citadas es la del National Center for Geographic Information and Analysis, N.C.G.I.A, citado arriba.
La definición del diccionario de la Association for Geographic Information (AGI) y el Departamento de Geografía de la Universidad de Edimburgo lo explica como: "un sistema de cómputo para obtener, almacenar, integrar, manipular, analizar y representar datos relativos a la superficie terrestre".6
De estas definiciones se puede extraer que la importancia de los SIG radica en que las soluciones para muchos problemas frecuentemente requieren acceso a varios tipos de información que sólo pueden ser relacionadas por geografía o distribución espacial. Sólo la tecnología SIG permite almacenar y manipular información usando geografía para analizar patrones, relaciones y tendencias en la información, todo tendiente a contribuir a tomar mejores decisiones.
Los CAD se basan en la computación gráfica, que se concentra en la representación y el manejo de información visual (líneas y puntos).
Los SIG necesitan un buen nivel de computación gráfica, pero esto no es suficiente para ejecutar las tareas propias de un SIG. Su base de datos posee una estructura muy particular y su manejo requiere un mayor volumen de almacenamiento.
Las mayores diferencias radican en el volumen y la diversidad de información y la naturaleza especializada de los métodos de análisis presentes en un SIG.
El dato geográfico es uno de los principales componentes de un sistema de Información geográfico, para la construcción de un SIG se necesita como
6
www.agi.org.uk
elementos primordiales: Cartografía digital, posicionamiento global, imágenes satelitales y/o fotografías aéreas.
4.2 COMPONENTES DE UN SIG • Hardware • Software • Información • Personal • Métodos 4.2.1 HARDWARE
Los SIG corren en un amplio rango de tipos de computadoras desde equipos centralizados hasta configuraciones individuales o de red, una organización requiere de hardware suficientemente específico para cumplir con las necesidades de aplicación.
4.2.2 SOFTWARE
Los programas SIG proveen las herramientas y funcionalidades necesarias para almacenar, analizar y mostrar información geográfica, los componentes principales del software SIG son:
• Sistema de manejo de base de datos.
• Una interfase gráfica de usuarios (IGU) para el fácil acceso a las herramientas.
• Herramientas para captura y manejo de información geográfica. 16
• Herramientas para soporte de consultas, análisis y visualización de datos geográficos.
Actualmente la mayoría de los proveedores de software SIG distribuyen productos fáciles de usar y pueden reconocer información geográfica estructurada en muchos formatos distintos.
4.2.3 INFORMACION.
Para que un SIG pueda resolver los problemas y contestar de manera adecuada, se requiere de adecuados datos de soporte, es por eso que el componente más importante para un SIG es la información.
La obtención de datos correctos generalmente absorbe entre un 60 y 80% del presupuesto de implementación del SIG, y la recolección de los datos es un proceso largo que frecuentemente demora el desarrollo de productos que son de utilidad. Los datos geográficos y alfanuméricos pueden obtenerse por recursos propios u obtenerse a través de proveedores de datos. Mantener, organizar y manejar los datos debe ser política la organización.
4.2.4 PERSONAL.
Las tecnologías SIG son de valor limitado si no se cuenta con los especialistas en manejar el sistema y desarrollar planes de implementación del mismo. Sin el personal experto en su desarrollo, la información se desactualiza y se maneja erróneamente, el hardware y el software no se manipula en todo su potencial.
4.2.5 METODOS.
Para que un SIG tenga una implementación exitosa debe basarse en un buen diseño y reglas de actividad definidas, que son los modelos y prácticas operativas exclusivas en cada organización.
4.3 FUNCIONAMIENTO DE LOS SIG
Los Sistemas de Información Geográficos, tienen una serie de funciones diseñadas para la gestión de información geográfica: Captura, registro y almacenamiento de datos: asimismo el paso de información analógica, en papel, a formato digital de una computadora; a través de la digitalización, vectorización, importación y otras. Básicamente un SIG da respuesta y contribuye en la toma de decisiones en los siguientes aspectos: Localización ¿Qué hay en...? Condición ¿Dónde sucede que...? Tendencias ¿Qué ha cambiado...? Rutas ¿Cuál es el camino óptimo…? Pautas ¿Qué pautas existen...? Modelos ¿Qué ocurriría si...?
Estas cuestiones son de interés primordial en actividades relacionadas con la planificación. Para instituciones de investigación, los SIG contribuyen en el estudio de la distribución y monitoreo de recursos, tanto naturales como humanos, tecnológicos, de infraestructura y sociales así como en la evaluación del impacto de las actividades humanas sobre el medio ambiente respectivo. De esta forma se contribuye; por ejemplo, en la planeación de actividades destinadas a la preservación de los recursos naturales.
Toda la generación de nueva información que puede proveer un SIG depende significativamente de la información que posee la base de datos disponible. La
calidad de esta base de datos y sus contenidos determinan la cantidad y calidad de los resultados obtenidos del SIG.
La construcción e implementación de un SIG en cualquier empresa, es una tarea siempre progresiva, compleja, laboriosa y continua. Los análisis y estudios anteriores a la implantación de un SIG son similares a los que se deben realizar para establecer cualquier otro sistema de información; sin embargo, en los SIG hay que considerar las características especiales de los datos utilizados y sus correspondientes procesos de actualización.
Es indiscutible que los datos son el principal activo de cualquier sistema de información. Por ello el éxito y la eficacia de un SIG se miden por el tipo, la calidad y vigencia de los datos con los que opera.
La información geográfica contiene una referencia territorial explícita como latitud y longitud o una referencia implícita como el domicilio. Las referencias implícitas pueden ser derivadas de referencias explícitas mediante geocodificación.
Estas funciones nos deben permitir adecuar los datos a una estructura, su objetivo es la obtención de un conjunto de datos temáticos estructurados en capas de forma tal que representen un aspecto de la realidad y que en un análisis interactivo del sistema me permita extraer conclusiones.
4.3.1 FUNCIONES GENERALES.
Algunas de las funciones generales que un SIG permite, son:
• Realizar un gran número de manipulaciones, sobresaliendo las superposiciones de mapas, transformaciones de escala, la representación gráfica y la gestión de bases de datos.
• Consultar rápidamente las bases de datos, tanto espaciales como alfanuméricas, almacenadas en el sistema.
• Realizar pruebas analíticas rápidas y repetir modelos conceptuales en despliegue espacial.
• Comparar eficazmente los datos espaciales a través del tiempo (análisis temporal).
• Efectuar algunos análisis, de forma rápida que hechos manualmente resultarían largos y molestos.
• Integrar en el futuro, otro tipo de información complementaria que se considere relevante y que esté relacionada con la base de datos nativa u original.
• Estructuración de datos y manipulación: creación de bases de datos, de nueva cartografía.
• Proceso, análisis y gestión de datos: topología, consultas gráficas, alfanuméricas, combinadas, superposición de planos e información.
• Creación de salidas: impresión de informes, graficación de planos y publicación en diversos formatos electrónicos.
4.3.2 FUNCIONES ESPECIFICAS:
4.3.2.1 Funciones de captura y organización de datos.
• 1) funciones de digitalización. 20
• 2) funciones de filtrado de líneas.
• 3) funciones de transformación de coordenadas.
• 4) funciones de localización de errores.
• 5) funciones de georeferenciación.
• 6) funciones de creación de topologías.
• 7) funciones de creación de mapas.
• 8) funciones de tratamiento de imágenes.
• 9) funciones de corte y unión de redes de polígonos y arcos.
4.3.2.2 Funciones de Gestión de tablas alfanuméricas
• 1) funciones de localización de uno o varios datos mediante técnicas SQL.
• 2) funciones de creación y modificación de la estructura de una tabla.
• 3) funciones de relación entre tablas de unión lateral.
• 4) funciones de indexado de tablas.
• 5) funciones de añadir registros procedentes de otra tabla.
• 6) funciones de exportación e importación a ASCII.
• 7) funciones de actualización de columnas. 4.3.2.3 Funciones de análisis espacial
• 1) funciones de análisis de área de influencia.
• 2) funciones de intersección de polígonos.
• 3) funciones de creación de mapas temáticos.
• 4) funciones de localización y selección de entidades (inclusión, proximidad)
• 5) funciones de agrupamiento y clasificación.
4.4 CONSTRUCCION DE BASES DE DATOS GEOGRAFICAS.
La construcción de una base de datos geográfica implica un proceso de abstracción para pasar de la complejidad del mundo real a una representación simplificada que pueda ser procesada por el lenguaje de las computadoras actuales. Este proceso de abstracción tiene diversos niveles y normalmente comienza con la concepción de la estructura de la base de datos, generalmente en capas; en esta fase, y dependiendo de la utilidad que se vaya a dar a la información a compilar, se seleccionan las capas temáticas a incluir. Ver Gráfica 1.
La estructuración de la información espacial procedente del mundo real en capas conlleva ciertas fases. La primera, implica trabajar con las formas más básicas de dibujo, de tal forma que toda la complejidad de la realidad ha de ser reducida a puntos, líneas o polígonos.
La segunda, establecer la topología, o método matemático-lógico usado para definir las relaciones espaciales entre los objetos geográficos. Esta puede
llegar a ser muy compleja, ya que son muchos los elementos que interactúan sobre cada aspecto de la realidad.
4.5 TOPOLOGIAS, MODELOS DE DATOS Y TIPOS DE SIG.
4.5.1 TOPOLOGÍA:
Es el procedimiento por el cual se logra obtener un conjunto de entidades relacionadas entre sí a través de las relaciones de proximidad y de enlace, formando redes de entidades continuas. El objetivo de la topología es permitir recorrer el territorio representado en el SIG desde una entidad a otra con múltiples propósitos.
Estas relaciones entre entidades gráficas pueden ser: - La contigüidad
- La conectividad - La inclusión - La proximidad
4.5.1.1 Contigüidad: Esta estructura topológica permite investigar cuáles son las entidades que hay en su derredor. Ver Gráfica 2.
4.5.1.2 Conectividad: Permite la conexión entre las distintas entidades a través de los nodos, para poder efectuar un análisis de redes. Ver Gráfica 3.
4.5.1.3 Proximidad: Se puede saber los objetos existentes en un radio genérico. Ver Gráfica 4.
La topología de un SIG reduce sus funciones a cuestiones mucho más sencillas, como por ejemplo conocer el polígono (o polígonos) a que pertenece una determinada línea, o bien saber qué agrupación de líneas forman una determinada carretera. Ver Gráfico 5.
Existen diversas formas de modelar estas relaciones entre los objetos geográficos o topología. Dependiendo de la forma en que ello se lleve a cabo se tiene uno u otro tipo de Sistema de Información Geográfica dentro de una estructura de dos grupos principales: SIG Raster y SIG vectoriales. No existe un modelo de datos que sea superior a otro, sino que cada uno tiene una utilidad específica y se complementan.
Los datos surgen de la necesidad de analizar la realidad en forma dinámica, apoyándose para ello en los modelos.
4.5.2 MODELOS DE DATOS.
“Un modelo es una representación simplificada de la realidad en la que aparecen algunas de sus propiedades”.7
Un modelo también puede definirse como un objeto, concepto o conjunto de relaciones que se utiliza para representar y estudiar de forma simple y comprensible una porción de la realidad. En otras palabras: la existencia de
7
JOLY, F. (1988): La Cartografía. Oikos-tau, Barcelona, España.
una relación simétrica entre modelo y realidad permite que un resultado P’ relativo al modelo pueda traducirse en otro P relativo al objeto real y, de esta forma, que las respuestas derivadas del modelo sean aplicables a la realidad sin perder sentido.
4.5.2.1 Modelo Instrumental.
Los modelos instrumentales serán todas aquellas representaciones que, teniendo un soporte real, tal como un mapa, una ecuación, un histograma, etc.; nos permiten generar modelos conceptuales; es decir, ideas concebidas o adquiridas por la mente que permiten organizar percepciones y conocimientos. Es difícil concebir mentalmente la magnitud territorial de nuestro país; sin embargo, si pensamos en Guatemala como un mapa con diferentes tramas de colores de acuerdo a sus municipios, densidad de población, tipo de vegetación, renta de cada habitante, etc.; es sencillo valorizar un aspecto u otro del territorio.
4.5.2.2 Modelo conceptual.
El diseño de un modelo conceptual presupone la existencia de una teoría sobre el funcionamiento del sistema que se modela, la cual servirá para predecir el comportamiento del sistema y optar, a la vista de los recursos disponibles, por una u otra simplificación de la realidad.
Es la conceptualización de la realidad por medio de la definición de objetos de la superficie de la tierra (entidades) con sus relaciones espaciales y
características (atributos) que se representan en un esquema describiendo esos fenómenos del mundo real.
Para obtener el modelo conceptual se deben seguir los pasos siguientes:
- Análisis de la información y los datos que se usan y producen en la empresa que desarrolla el SIG.
- Determinación de las entidades y los atributos con las relaciones que aquellas guardan, de acuerdo con el flujo de información en los diferentes procesos que se llevan a cabo en la empresa.
4.5.2.3 Modelo lógico.
Se puede definir como el diseño detallado de las bases de datos que contendrán la información alfanumérica y los niveles de información gráfica que se capturarán, con los atributos que describen cada entidad, identificadores, conectores, tipo de dato (numérico o carácter) y su longitud; además, se define la geometría (punto, línea o área) de cada una de ellas.
Es en esta etapa que se elaboran las estructuras en que se almacenarán todos los datos, tomando como base el modelo conceptual desarrollado anteriormente.
4.5.2.4 Modelo físico.
Es la implementación de los anteriores modelos en el programa o software seleccionado y los equipos específicos en que se vaya a trabajar y por esto se realiza de acuerdo con sus propias especificaciones.
El modelo físico determina en que forma se debe almacenar los datos, cumpliendo con las restricciones y aprovechando las ventajas del sistema específico a utilizar.
4.5.3 CONSTRUCCION DE UN MODELO.
En la construcción de un modelo, se pueden seguir básicamente dos caminos:
4.5.3.1 Enfoque analítico:
Consiste en el estudio del comportamiento de los elementos individuales constituyentes del sistema, deduciendo de ello un comportamiento generalizable de todo el sistema.
4.5.3.2 Enfoque sistémico:
Consiste en observar la realidad en un estudio global, y de ello deducir, por ejemplo, los comportamientos individuales.
Ambos procedimientos, más que opuestos, son complementarios y dependiendo de las características del sistema de estudio, se debe optar por uno u otro.
4.5.4 ANALOGIA DE LOS SIG COMO MODELOS INSTRUMENTALES.
Los SIG deben ser diseñados como modelos de la realidad que se pretende gestionar. Por lo tanto, deben evitarse aquellos planteamientos en los que el SIG se conciba como sistema de gestión cartográfica y sistema de emisión de gráficos y esquemas, ya que para tal propósito hay herramientas más específicas y baratas, tales como los sistemas de cartografía automática o sistemas multimedia, que nos permitirán obtener estos productos con más calidad y a menor costo.
Existen diversos software para desarrollar un Sistema de Información Geográfico, atendiendo a sus objetivos, sus cualidades y su alcance, estas características se deben tomar en cuenta para que los proyectos desarrollados sean los más adecuados. Estas características definirán si se trata de sistemas abiertos, interfaces sencillos, fácil manejo, potencia de trabajo, conexiones a internet, consultas simples a bases de datos externas, velocidad, compatibilidad con otros sistemas software, etc. y conociendo estos detalles podemos relacionar en que campo queremos aplicar el sistema de información geográfica.
4.5.5 TIPOS DE SIG
4.5.5.1 SIG Raster
Los Sistemas de Información tipo Raster se basan en las relaciones de vecindad entre los objetos geográficos. Su forma de proceder es dividir la zona
en una retícula o malla regular de pequeñas celdas conocidas como pixeles y atribuir un valor numérico a cada celda como representación de su valor temático. Como la malla es regular, el tamaño del pixel es constante y se conoce la posición en coordenadas del centro de una de las celdas, por lo que todos los pixeles están georeferenciados.
Para tener una descripción precisa de los objetos geográficos contenidos en la base de datos el tamaño del pixel debe ser reducido en función de la escala, lo que dotará a la malla de una resolución alta; sin embargo, debe tomarse en cuenta que a mayor número de filas y columnas en la malla, se amplía el proceso de captura de la información y se necesita un mayor espacio para procesarla y almacenarla en la computadora.
El modelo de datos raster es útil cuando tenemos que describir objetos geográficos con límites difusos, como por ejemplo puede ser la dispersión de una nube de contaminantes, o los niveles de contaminación de un acuífero subterráneo, donde los contornos no son absolutamente nítidos; en esos casos, el modelo raster es más apropiado que el vectorial. Ver Gráfica 6.
En el modelo de datos raster, el valor de cada uno de los pixeles, se registra individualmente, lo que supone una gran abundancia de información que es, en muchos casos, reiterativa, porque el mismo valor numérico aparece en muchos pixeles.
Entre los inconvenientes de la técnica raster, se encuentra la representación en cuadrículas es poco adecuada para representar entidades lineales, tales como carreteras, líneas de teléfono, ríos, etc.
Los gráficos raster almacenan y representan un dibujo o una imagen con una matriz de puntos que recubre toda la imagen o el dibujo.
Cada celda de la matriz o cada punto está determinado por una cantidad de bits, lo que va a significar la cantidad de tonalidades de grises que podrá representar esta matriz. El modelo raster funciona a través de una retícula que permite asociar datos a una imagen, es decir, se pueden relacionar paquetes de información a los pixeles de una imagen digitalizada.
4.5.5.2 SIG VECTORIAL
Es aquel SIG que para la descripción de los objetos geográficos utiliza vectores o líneas, definidos por pares de coordenadas relativas a algún sistema cartográfico.
Con un par de coordenadas se define un punto, con dos puntos se genera una línea, y con una agrupación de líneas se forman polígonos. A estos objetos de dibujo ya se les puede asociar las diversas capas de información que se relacionan con el modelo espacial generado a través de puntos y líneas.
Esta técnica de construcción de SIG, consiste en almacenar los conjuntos de vectores que definen los trazos de un dibujo. En el soporte informático sólo se almacenan las coordenadas de origen y destino de los vectores.
En los Sistemas de Información Geográficos vectoriales se utilizan tres entidades que son: El Punto, el Arco y el polígono.
Las ventajas de la técnica vectorial es que permite medir distancia, superficie y volúmenes de forma más precisa que con los sistemas raster. Además permite
representar entidades lineales y puntuales, permite una gestión individualizada de las entidades geográficas, es decir permite punteros precisos a la base de datos, al identificar a cada entidad individualmente, frente a los sistemas raster, que identifican la clase, por ejemplo a través de un atributo de color. En el modelo vector, la información sobre puntos, líneas y polígonos se almacena como una colección de coordenadas x,y. La ubicación de una característica puntual, pueden describirse con un sólo punto x,y. Las características lineales, pueden almacenarse como un conjunto de puntos de coordenadas x,y. Las características poligonales, pueden almacenarse como un circuito cerrado de coordenadas.
Una de las ventajas de la técnica vectorial es que necesita menos espacio de almacenamiento que la técnica raster.
La topología se conforma de manera completa en un fichero que está constituido por:
- Una lista de vértices con nombres y coordenadas.
- Los objetos lineales se codifican indicando en que vértice comienza y en cual termina cada uno de ellos.
- Los segmentos rectos que delimitan polígonos se codifican indicando su nombre, el vértice en el que se inicia, el vértice en el que termina (de esta forma se conoce el sentido del segmento) y el polígono que tiene a la izquierda y a la derecha.
4.6 TIPOS DE ORGANIZACIÓN VECTORIAL.
La estructura de datos arco/nodo, consiste en una “cadena” o “arco” formado por una sucesión de segmentos rectos, los cuales tienen la misma topología. Un segundo elemento fundamental es el “nodo”: cada uno de los vértices en que se cruzan tres o más arcos o que es el punto terminal de la línea o arco. De esta forma, esta estructura se compone de los siguientes elementos: - Los arcos que rodean al polígono.
- Cada arco se registra indicando el nodo de salida y el nodo de llegada.
- Se registran los polígonos de la izquierda de la derecha al de referencia.
- Finalmente, se recogen las coordenadas de los puntos, tanto nodos como vértices normales.
Uno de los inconvenientes de la estructura vectorial es que la captura de datos requiere mucho más medios y tiempo que las imágenes raster, lo que le supone una gran dificultad de actualización de los datos vectoriales.
Otro inconveniente de la técnica vectorial es la comparación entre diferentes mapas temáticos requiere mucho más tiempo de proceso, y es poco flexible para la realización de análisis y simulaciones en tiempo real.
La representación vectorial no permite representar en forma satisfactoria entidades complejas, tales como fotografías, paisajes, árboles, fachadas, etc. Ver Gráfica 7.
4.6.1 INTEGRACION DE LA INFORMACION.
La disponibilidad de datos geográficos del territorio a estudiar, es el condicionante principal para establecer cualquier proyecto que involucre un SIG. Hace 10 años, el condicionante principal lo constituía la disponibilidad de computadoras potentes que permitieran realizar los procesos de cálculo involucrados en el análisis de datos territoriales.
Pero además de ser un factor limitante, la información geográfica es a su vez el elemento diferenciador de un Sistema de Información Geográfica frente a otro tipo de Sistemas de Información; así, los SIG tienen 2 características principales: los elementos espaciales y los conjuntos de los datos. Mientras otros Sistemas de Información contienen sólo datos alfanuméricos (nombres, direcciones, números de cuenta, etc.), las bases de datos de un SIG integran además la delimitación espacial de cada uno de los objetos geográficos.
Por ejemplo, un lago que tiene su correspondiente forma geométrica plasmada en un plano, tiene también otros datos asociados como niveles de contaminación, flora, fauna, pesca, niveles de captación en relación a la temporada del año.
Otro ejemplo podría ser el contar con un suelo definido en los planos de clasificación de un plan maestro de desarrollo. Este suelo urbanizable tiene una serie de atributos, tales como su uso, su sistema de gestión, su edificabilidad, sus características mecánicas, etc. Pero además, tiene una delimitación espacial concreta correspondiente con su propia geometría definida en el plano.
Por tanto, el SIG tiene que trabajar a la vez con ambas partes de información: su topografía perfectamente definida en plano y sus atributos temáticos asociados. Es decir, tiene que trabajar con cartografía y con bases de datos a la vez, uniendo ambas partes y constituyendo con todo ello una sola base de datos geográfica.
De esta manera, se define a la topología como esta capacidad de asociación de bases de datos temáticas junto con la descripción espacial precisa de objetos geográficos y las relaciones entre ellos y es precisamente la topología lo que diferencia a un SIG de otros sistemas informáticos de gestión de información. Ver Gráfica 8.
El SIG da la posibilidad de crear asociaciones entre sus entidades gráficas. Se diferencia de la realizada en un CAD ya que en el SIG no solo se establecen a través de códigos comunes, sino también a través de su posición espacial. El SIG lo hace a través de la topología.
La integración de la información puede llevarse a cabo a través del Sistema de Gestión de la Base de Datos –SGBD-, que es un componente del SIG, que permite crear y acceder a los datos geográficos almacenado, actualizando los datos ante posibles cambios y eliminando datos irrelevantes. Ofrece seguridad de los datos, de modo que solo el administrador del SIG pueda acceder a su estructura física.
Se especializan en el almacenamiento y manejo de todo tipo de información, incluyendo datos geográficos. Están diseñados para almacenar y retirar datos,
aunque no tienen las herramientas comunes de análisis y de visualización de los SIG.
En esencia, el SIG es un sistema de gestión de base de datos, específicamente diseñado para el tratamiento simultáneo de datos espaciales e información descriptiva relacionada,que nos brinda un lenguaje para análisis de datos que permite al usuario describir los mecanismos o métodos utilizados por aquel. También debe contar con procedimientos adecuados para comprobar la coherencia de los datos y mantener su integridad.
Además, el SIG presenta muchas posibilidades, similares a las de la automatización de la cartografía, debe permitir el tratamiento de datos descriptivos no gráficos, como la información estadística, conjuntamente con los datos espaciales a los que están relacionados. Para que un sistema pueda considerarse un verdadero SIG, debe tener la capacidad de relacionar esos dos tipos de datos.
Si bien el SIG difiere de otros instrumentos, como el sistema de gestión de base de datos alfanumérico, la representación gráfica computarizada y la cartografía automatizada, cada uno de estos otros sistemas constituye en realidad un componente del SIG, cuya labor es integrar a todos esos otros sistemas en una sola operación.
4.7 ANALISIS DE TECNOLOGIAS RELACIONADAS CON LOS SIG.
Existen características afines entre los sistemas de Información Geográfica y otros sistemas de información, aunque su capacidad de manipular y analizar
datos geográficos hace superiores a los SIG. Estos se relacionan con otros sistemas de información tales como :
• Mapeo de escritorio
• Herramientas CAD
• Sensores remotos
• Sistemas Manejadores de Bases de Datos 4.7.1 MAPEO DE ESCRITORIO.
Estos sistemas fueron la base del inicio de la tecnología de los SIG actuales. Organizan la información utilizando capas para interactuar con el usuario, el fin es la creación de los mapas y estos a su vez funcionan como base de datos, su desventaja es que tienen capacidades limitadas de manejo de datos, de análisis y de personalización.
4.7.2 HERRAMIENTAS CAD.
Sirven para crear diseños, y planos de construcción para obras de infraestructura, estos sistemas no requieren de componentes relacionales ni herramientas de análisis. El dibujo asistido por computadora CAD, actualmente se ha ampliado como soporte para mapas, pero está limitado para analizar y soportar bases de datos geográficas de mayor tamaño.
4.7.3 SENSORES REMOTOS.
Un sensor remoto se basa en la técnica de adquisición y procesamiento digital posterior de los datos de la superficie terrestre desde elementos que capturan
la información a distancia instalados en plataformas espaciales, en virtud de la interacción electromagnética existente entre el planeta tierra y el sensor.
4.7.4 SISTEMAS MANEJADORES DE BASES DE DATOS (SMBD)
Muchos SIG se apoyan en los SMBD, para almacenar, manejar y retirar todo tipo de información, incluyendo datos geográficos. Sin embargo, no tienen las herramientas comunes de análisis y de visualización de los sistemas de información geográficos.
4.8 APLICACIONES GENERALES DE LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS.
Las aplicaciones de los SIG están directamente relacionadas con los avances tecnológicos de cada ciencia.
Los primeros usos de los Sistemas de Información Geográfica están dirigidos al ámbito espacial de cada fenómeno de la naturaleza, y se crean con la visión de servir como archivos de datos espaciales, como los mapas clásicos, pero esta aplicación se ha ido enriqueciendo y se empezó a aplicar en otros campos como son: estudios sociales, redes, el medio ambiente, el geomarketing, la geoingeniería y la teledetección.
La característica principal de un SIG es la interdependencia de unos temas con otros, por ejemplo, un estudio sobre una red de carreteras tiene una aplicación de medio ambiente, de red, o de ordenamiento territorial.
Se pueden hacer muchos y diversos estudios sobre un trazado de carretera haciendo uso del SIG. En teoría, las diversas aplicaciones que podemos realizar sobre una misma información dependerá del enfoque, no de la información. Aunque no todos los SIG tienen la misma capacidad de análisis, se usará uno u otro atendiendo a las necesidades del proyecto.
Indudablemente los SIG tienen otras muchas aplicaciones que están surgiendo y que van tomando forma, a medida que se desarrollan las ciencias.
4.8.1 APLICACIÓN EN LA INVESTIGACIÓN SOCIAL. Este tipo de investigación es el componente de estrategia empresarial que más radicalmente ha cambiado. Durante los últimos años los estudios de Marketing y de las ciencias sociales han estado estrechamente ligados al incremento de la accesibilidad y el volumen de la información
disponible. Existen problemas que constituyen un reto para los
investigadores sociales, como son : el filtrado, la gestión y el análisis de la información. Esta investigación puede tener diversos campos:
Localización de población con unos perfiles específicos y relación de ésta con el entorno.
4.8.2 APLICACIÓN DE LOS SIG A LA ARQUEOLOGÍA. Localización de puntos arqueológicos de interés y simulación de desarrollo. Estudios comparativos de las poblaciones a partir del clima, fauna, y flora.
4.8.3 APLICACIÓN EN LA MEDICINA: Localización de epidemias, evolución de las mismas en el territorio, desarrollo de las mismas a lo largo del año,
factores de riesgo y su localización.
4.8.4 APLICACIÓN EN LA OCEANOGRAFÍA: Localización de accidentes geográficos, puntos de riesgo, corrientes marítimas, localización de iceberg a la deriva, relieve marino, localización de mantos de petróleo etc. Realizar estudios comparativos, de riesgos naturales y de conocimiento del mar.
4.8.5 APLICACIÓN EN LA CLIMATOLOGÍA: Evolución de frentes, anticiclones, simulaciones y evolución para predicciones atendiendo a la altura, velocidad del viento, y presión.
4.8.6 APLICACIÓN EN LA ADMINISTRACIÓN. Los SIG proveen a la administración de la información necesaria para el trabajo, la empresa privada también ha encontrado las múltiples aplicaciones que ofrecen los SIG relacionados al mercado. El estudio de las características demográficas, sociales y económicas de la población en un área determinada ofrece a dichas empresas y sus departamentos de marketing y desarrollo información valiosa para su toma de decisiones.
La georeferenciación de los datos de estas áreas nos permite responder a preguntas como: ¿Dónde se encuentra localizada la competencia y cuáles son sus áreas de influencia? ¿Dónde se encuentran nuestros clientes y dentro de ellos su distribución a nivel adquisitivo y por edades? ¿Dónde hay vacíos de negocio, zonas desatendidas y clientes potenciales? Estas y otras muchas preguntas se plantean en los departamentos de marketing y desarrollo de las
empresas, y los SIG, permiten a través de la visualización, consulta, modificación y análisis temáticos obtener unas respuestas satisfactorias para la toma de decisiones.
Algunas de las áreas de actuación son en el sector del transporte, distribución, telecomunicaciones, bancario, sanitario, comunicación, información, hotelería y estudios de mercado.
4.8.7 APLICACIÓN A ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL.
Impactos de la minería a cielo abierto. Son una fuente de deterioro ambiental de primer orden. Tratamiento del suelo, y de la vegetación. Estudio de los impactos ambientales generados por las carreteras. En la actualidad ha crecido el interés general por las cuestiones relativas al medio ambiente, y ha constituido tema de debate en las más importantes reuniones de expertos a nivel mundial.
Los SIG encuentran en este ámbito unas aplicaciones directas, como por ejemplo la planificación y gestión de recursos naturales.
Para una planificación y gestión integrada del medio ambiente necesitamos agrupar el medio ambiente natural conformado por flora, fauna, y paisaje; con el urbano constituido por residuos, saneamientos y contaminaciones.
Las aplicaciones en el campo ambiental, son numerosas:
1. Cálculo de rendimiento de una planificación de árboles. 2. Diseño de áreas de protección de los ríos.
3. La evaluación del impacto ambiental del trazado de una carretera. 4. Gestión del suministro de agua.
5. Tratamiento de aguas residuales.
6. Capacidad de la tierra para usos forestales. 7. Mapas del suelo del mundo.
8. Planificación de la agricultura en zonas deprimidas.
9. Aplicados a la valoración económica de los ecosistemas forestales de un territorio.
4.8.8 APLICACIÓN EN LA DEMOGRAFÍA. Los SIG pueden aplicarse utilizando las características demográficas, y la distribución espacial, para la toma de decisiones. Las aplicaciones pueden ser: el análisis para la implantación de negocios, servicios públicos, zonificación electoral, etc. El origen de los datos regularmente corresponde a los censos poblacionales, y generalmente manejan escalas pequeñas.
CAPITULO V.
5. ANALISIS DE LOS SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICOS Y LA FORMA QUE SE APLICAN EN LA INGENIERIA CIVIL.
Las aplicaciones en Ingeniería Civil empiezan por la combinación de planos cartográficos y bases de datos. Otras aplicaciones en Ingeniería Civil pueden ser: Diseño de Carreteras, Hidrología, Redes de Comunicación, Construcción de aeropuertos, Presas, Embalses, Planificación de líneas de comunicación, Ordenamiento territorial, Cartografía y estudios en 3 dimensiones, Estudios geológicos y geofísicos, y explotación de minas, entre otros.
La ingeniería civil trabaja muy estrechamente con los software de los Sistemas de Información Geográficos, SIG. Los objetivos principales que se enfocan son la optimización de la instalación, mantenimiento y reparación de las infraestructuras. La geoingeniería, como una ciencia nueva, es la ingeniería basada en elementos georeferenciados, es decir que su representación en un plano, está ligada a un plano de referencia y coordenadas geográficas.
Existen diversos campos de aplicación de los Sistemas de Información Geográficos - SIG - , dentro de la Ingeniería Civil :
5.1 DISEÑO DE CARRETERAS.
La aplicación de los SIG en el Diseño de carreteras, está directamente relacionado con la Selección de la ruta, que incluye el proceso preliminar de recolección y selección de datos, el estudio de mapas topográficos, el
reconocimiento y las localizaciones de poligonales de estudio; su importancia radica en virtud que la Selección de la ruta es una de las fases más trascendentales en el estudio de una carretera.
La localización y el diseño de una carretera está influenciado por la topografía, las características geológicas del suelo, el drenaje, la necesidad de preservar la integración física o ambiental de la zona, y el factor de tierras atravesadas. La topografía es a su vez, uno de los factores principales de la localización de una carretera, ya que afecta a los alineamientos, pendientes, visibilidad y secciones transversales.
En Ingeniería Civil, una de las recomendaciones para reconocimientos preliminares de carreteras, conocidas como Reglas de Wellington, establece que no se debe hacer el reconocimiento de una línea, sino de toda un área, observando lo más ancho posible a ambos lados de la línea, es por esto que los SIG se acoplan perfectamente, porque nos brindan la oportunidad de chequear en la fotografía aérea simultáneamente con el resto de mapas necesarios para el trazado de la ruta, proporcionando mayor amplitud en la toma de decisiones. Asimismo los SIG poseen una función denominada buffer o area de influencia, y para el caso de una línea, podemos asignarle una franja de influencia de 5 o 10 metros, en la que podemos estudiar simultáneamente las parcelas que serán afectadas por el derecho de vía.
Existen software SIG específicamente orientados para el diseño de carreteras, entre los cuales podemos mencionar: INROADS y GISEL, que combinan fotos aéreas, planos topográficos, la hidrología, la geología del lugar en forma de mapas geológicos, y las posibles rutas de estudio.
Un SIG para este tipo de diseño, es muy útil porque toda la información está georeferenciada, y en cualquier trazo que hagamos en nuestro mapa, está relacionado por medio de las coordenadas, con el resto de mapas, incluso con las fotografías aéreas del lugar.
5.2 HIDROLOGIA
Los Sistemas de Información Geográficos aplicados a esta ciencia, están diseñados para la Gestión del Ciclo Integral del agua, que incluyen el abastecimiento y el saneamiento. Para ello debemos establecer el caudal de diseño de un acueducto, es decir determinar el consumo de agua, el cual está influenciado por la temperatura, la calidad del agua, las características socio-económicas , la presión en la red de distribución de agua potable, la administración del sistema de consumo, y los medidores. Estos factores pueden presentarse como capas temáticas, conformando los datos que necesitamos para el funcionamiento del SIG. En España, existe el SIGRID, que es un Sistema Integrado de Gestión de la Red e Instalaciones de Distribución. Su objetivo principal es la de realizar los trabajos de gestión y mantenimiento de la red e instalaciones del área de distribución. Está basado en la tecnología AM/FM/GIS y permite integrar información gráfica y alfanumérica de una manera homogénea.
Una aplicación más es la elección de la fuente de abastecimiento de agua, pues esta puede ser superficial, subterránea o de agua llovida, y debe cumplir con los requisitos mínimos de cantidad, calidad y localización. Es aquí, donde los SIG juegan un papel importante, porque estos pueden conjugar la
localización de las fuentes de agua como pares de coordenadas para que su captación y conducción, resulte técnica y económicamente factibles. Una de las aplicaciones SIG es la simulación hidrológica en cuencas. La Confederación Hidrográfica del Tajo, en España realiza estudios sobre los Recursos Hidráulicos Naturales de la Cuenca del Tajo, atendiendo a la estimación de los volúmenes de precipitación caídos sobre la cuenca, la caracterización física de cada sub-cuenca, y la obtención de los recursos naturales.
Otro ejemplo de aplicación de los SIG, a las redes de distribución de agua, lo constituye el G-RED, que es un sistema de gestión gráfica de redes de agua, que nace en 1994 con la idea de un desarrollo SIG específico para las redes de agua, orientado al dibujo y la localización de la red de agua potable, inventario de elementos de la red, gestión de cortes del servicio y fugas de la red, etc.
5.3 REDES DE TELECOMUNICACION.
Los SIG aplicados a las redes de Telecomunicación, son un poco más complejos, pues estos SIG, incorporan algoritmos específicos que añaden inteligencia a la geometría de la red. Los símbolos de cables aportan información sobre cargas eléctricas, conexiones, capacidades y ubicación. El software es utilizado para verificar la fiabilidad del diseño, simular proyectos de expansión propuestos y calcular el cable necesario para instalaciones específicas.
Algo que facilita enormemente la obtención de información a través de un SIG, es la gran cantidad de datos georreferenciados, y la disposición de información
adicional referente al área de estudio tal como datos geomorfológicos, climatológicos, y sociales. La generación de nueva información se contrastará adecuadamente con la simulación de impactos tanto sociales, ambientales, y económicos, bajo una base cartográfica que hace que los SIG y los productos software especialmente orientados a la ingeniería civil como Microstation J, SIGRED, linRail, Field.works, InSewer, InWater, etc hacen herramientas esenciales en las obras de ingeniería civil.
5.4 CONSTRUCCION DE AEROPUERTOS.
La construcción de aeropuertos encuentra en los SIG, una manera menos compleja para desarrollar su planificación y ejecución. Por definición, un aeropuerto es un área definida de tierra o agua destinada total o parcialmente a la llegada, salida y movimiento en superficie de aeronaves. Los aeropuertos cuentan con pistas de aterrizaje pavimentadas de uno o varios kilómetros de extensión. En esta área a construir, tiene que darse una nivelación, un movimiento de tierras, un estudio de suelos, compactación, y pavimentación. Al igual que con el diseño de carreteras, los SIG pueden agrupar e integrar información de mapas geológicos, mapas de curvas de nivel, y tipos de suelo. Asimismo, los SIG conectan cada área y cada línea, con registros de su respectiva base de datos, y pueden asignársele datos, valores y características propias de cada área, así como fotografías y videos.
Desde el punto de vista de las operaciones aeroportuarias, se pueden distinguir dos partes, el componente aéreo y componente terrestre. La diferencia está en las distintas funciones que en cada componente se realizan. En el
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"componente aéreo" las operaciones se aplican sobre las aeronaves y todo se planifica alrededor de lo que estas necesitan, en el "componente terrestre" los servicios giran alrededor de los pasajeros y sus necesidades.
En el componente terrestre, los edificios terminales tienen como función la conexión entre los modos de transporte terrestre (vehículos, autobuses, tren, metro) y el modo de transporte aéreo.
Los Sistemas de Información Geográficos tienen conectores entre sus elementos, además funciones de análisis de área de influencia, lo cual es importante para el estudio del cono de aproximación de los aviones al aeropuerto.
Además las funciones de intersección de polígonos, funciones de localización y selección de entidades como inclusión y proximidad propias de un SIG, pueden utilizarse para el establecimiento y la ubicación de las operaciones aeroportuarias en tierra, tales como el volumen de pasajeros y el tipo de tráfico que a su vez condicionan el tamaño y localización de los vestíbulos de salidas y llegadas, control de pasaportes, salas de embarque, zonas de espera y
control de aduanas.
Los SIG aplicados a la construcción de aeropuertos, permiten el diseño seguro del área de maniobras (pistas y calles de rodaje) y la plataforma. También pueden aplicarse a proyectos de nuevas pistas, conservación y mejora de las pistas existentes, explanaciones, y mejoramiento de rutas.
Un diseño apropiado permite el rodaje de las aeronaves en las pistas y el despegue y aterrizaje de las aeronaves. La cartografía en 3 dimensiones,
permitirá la ubicación óptima del centro de control de área, en el cual se desempeñan los llamados controladores de tránsito aéreo, encargados de dirigir y controlar todo el movimiento de aeronaves en el aeropuerto y en la zona área bajo su jurisdicción.
5.5 REDES FERROVIARIAS.
Una de las muchas aplicaciones de los Sistemas de Información Geográfica es en el diseño de Redes ferroviarias. Una vía férrea es el lugar por donde se transportan los trenes, está constituida por varios elementos como rieles; que están asegurados sobre traviesas, estas se colocan dentro de una capa de balasto, que forman el sitio. Se considera que la vía férrea es el elemento principal de la infraestructura ferroviaria, para su elaboración es muy importante hacer movimientos de tierra y obras de ingeniería como alcantarillas, drenajes, y puentes, entre otras.
En Guatemala las redes ferroviarias están prácticamente en desuso, pero en el futuro podría considerarse una buena opción para transportar tanto personas como mercadería, si se toman en cuenta los avances en la tecnología de trenes, y los nuevos modelos, constituyendo una forma rápida de transporte, aún no explotada, a diferencia de los países europeos, que utilizan el tren como una alternativa viable, entre distintas regiones de un país, o entre países vecinos. Un SIG puede utilizarse exitosamente en estudios de elección y definición de trazados SIG como herramientas de caracterización del territorio, existen aplicaciones reales como Ferrocarriles Belgas Belgium Rail que adoptaron el Sistema Auto Cad Map versión 2.0 para la planificación, diseño y
mantenimiento de las líneas y equipamientos ferroviarios existentes y nuevos proyectos, incluidos los enlaces con las líneas de alta velocidad europeas.
Para el diseño de una red ferroviaria, el SIG puede ser útil, porque nos ayuda a la toma de decisiones, si se toma en cuenta que se tiene que seleccionar una ruta óptima de un conjunto viable de rutas, descartando aquellas en las que la pendiente no es favorable, o circunstancias como que el tipo de suelo no es el adecuado, o que el mapa topográfico nos indique que se tiene que hacer un túnel, para establecer el paso del tren, haciendo el proyecto de construcción algo más versátil.
Los costos de acarreo y sobre-acarreo de materiales, pueden calcularse de una manera más fácil, estableciendo en un mapa digital, producto del SIG; la localización de los bancos de material para el balasto o piedra partida que se utilizará para la construcción de la vía, para la mejor distribución de las presiones al terreno y desagüe de las aguas pluviales.
Se necesita también un sistema de electrificación, y el diseño de los circuitos de vía, estos son instalaciones eléctricas, en las cuales las vías férreas son las conductoras, ya que estas se obstruyen por contacto con las ruedas metálicas del tren o material rodante, para esto podemos utilizar las funciones de organización de datos denominadas corte y unión de redes de polígonos y arcos, propias de un SIG.
El proceso de análisis y gestión de datos que incluye la topología, las consultas gráficas, alfanuméricas, combinadas, y la superposición de planos e
información como funciones de un SIG, pueden ser aprovechadas para el diseño de estaciones ferroviarias, y controladores de rutas.
5.6 RED DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELECTRICA.
La Ingeniería Civil está directamente involucrada en el Diseño y Construcción de un Sistema de suministro eléctrico conocido como Red de transporte de energía eléctrica. La construcción de esta red es para transportar energía eléctrica generada en las centrales eléctricas hasta los puntos de consumo, que puede ser una casa o una población entera.
La línea de transporte de energía eléctrica es el medio físico por el cual se transmite la energía eléctrica a grandes distancias. Esta línea se compone de conductores y de torres de alta tensión. La ubicación óptima de estas torres y del cableado puede lograrse con ayuda de un SIG, ya que este tiene un sistema de búsqueda de elementos en la base de datos relacionados con la base gráfica constituida por mapas. Al tener identificados los predios o áreas físicas que no pueden ser cruzados por cables, obtenemos por exclusión, un conjunto de áreas aprovechables para instalación de torres y tendido de cables, toda vez que se tengan identificados los puntos de generación y puntos de aprovechamiento de la electricidad.
El SIG es capaz incluso de calcular distancias entre postes del tendido eléctrico que son identificados como una topología de puntos o pares de coordenadas; de modo que se puede saber cuál será la alternativa más económica, por utilizar menos cable, y menos postes.
Existen características inherentes a cada tipo de torre, por ejemplo debemos saber cuáles deben ser más resistentes para soportar tracciones mayores como las usadas para dar un giro con un ángulo determinado, o las usadas para cruzar carreteras, salvar obstáculos, o elevar la línea para subir un cerro; en cuyos casos a cada torre identificada como un punto en nuestro sistema SIG, podemos asignarle atributos que muestren cuales torres son las más fuertes, en términos de su diseño estructural, así como su capacidad en voltios, tipo de alambre, tipo de aislador.
La ventaja de agrupar las torres en una sola capa de puntos, y estos conectados a una base de datos, es que podemos hacer búsquedas de que torres tienen determinada capacidad o característica específica y que las muestre como un mapa nuevo, con la selección realizada.
Existen redes como SIGRED, que es un sistema integrado de gestión de redes de distribución. Sus objetivos y aplicaciones básicas son: Mejorar la gestión de la red eléctrica (conocimiento, localización), Mejorar el servicio al ciudadano (calidad, y tiempos de respuesta) y Reducción de costes.
5.7 MINERIA.
El diseño de un SIG aplicado a la minería, facilita el manejo de un gran
volumen de información generada en varios años de explotación de un banco minero.
Definiremos mina como el conjunto de operaciones necesarias para explotar un yacimiento y el establecimiento de las plantas necesarias para el tratamiento del mineral extraído.
En este contexto, vemos que los SIG pueden utilizarse para la planificación de las operaciones de explotación, y con una mayor aplicación en minas subterráneas, las cuales desarrollan sus actividades por debajo de la superficie a través de labores subterráneas. En este tipo de explotación se deben de realizar túneles, cavernas, pozos y chimeneas.
El SIG proporciona funciones para la realización de análisis de:
5.7.1 Elementos puntuales como sondeos o puntos topográficos;
5.7.2 Elementos lineales como perfiles,y tendido de electricidad,
5.7.3 Superficies tales como áreas de explotación.
5.7.4 Volúmenes, que representan a capas geológicas, facilitando
herramientas de modelación de las capas o formaciones geológicas.
Un SIG permite la planificación de restauración, el control de escombreras y seguimiento continuado de la explotación.
Debido a la naturaleza de los SIG, de agrupar la información por capas, y a su vez relacionar cada espacio a un conjunto consistente de campos en una base de datos; es posible relacionar simultáneamente la información topográfica, geológica, e hidrológica, con el objeto de trazar las rutas de acarreo de
materiales y minerales extraídos. La información hidrológica es básica para no contaminar los mantos acuíferos y la preservación del recurso agua.
La ubicación en mapas digitales, de los pozos y sondeos preparativos para la explotación, son importantes para definir el tipo de maquinaria a usar según los espesores de los diferentes tipos de suelo, lo cual facilitará los procesos de carga y transporte, posteriores a la fase de arranque o tumbe, que es la operación básica para separar la roca del macizo rocoso donde se encuentra.
5.8 PLANIMETRIA Y CARTOGRAFIA DIGITAL EN TRES DIMENSIONES.
La planimetría se ocupa de la representación bidimensional del terreno, brindando la oportunidad de proyectar cualquier trabajo realizado en el terreno, sobre un papel o en pantalla. Su objetivo es plasmar características y que el usuario tenga fácil acceso a la información de un predio. Las aplicaciones SIG van encaminadas a saber qué cantidad de terrenos están desocupados a lo largo de una avenida, o la cantidad de postes para servicio de cable o teléfono, que se necesitan para determinado proyecto. La elección del tipo de planimetría depende del tipo de información que el usuario vaya a necesitar para su proyecto.
La planimetría permite al usuario visualizar de forma clara y con gran exactitud la información que se encuentra dentro de su proyecto. Ver Gráfica 9
