1.
Componentes de la información geográfica
2.
Modelos de datos: raster y vectorial
3.
La estructura de datos raster
4.
Aspectos claves de los datos raster
5.
La Georreferenciación
6.
Escala y Resolución
7.
Organización de los datos raster
8.
La diversidad de tipos de datos raster
Joaquín Márquez Pérez ([email protected]), Esperanza Sánchez Rodríguez ([email protected]) y Víctor Rodríguez Galiano
Departamento de Geografía Física y AGR Universidad de
Sevilla
Unidad observación
Variable o atributo
temático
Dato convencional
Entidad sobre la que se
observa un fenómeno o se
efectúan mediciones
Cualquier hecho
observado que
adopte diferentes
modalidades en cada
observación
EDAD
TIPO
FORMA
Fuente: Ismael Vallejo
Componentes de la información geográfica
Concepto de dato geográfico
Cualquier dato que contenga una referencia implícita o explicita
a una localización.
Componentes de la información geográfica
Un dato geográfico georeferenciado esta ligado a unas coordenadas que lo
relacionan con una ubicación concreta.
Concepto de dato geográfico
x
y
Qué sé de esta entidad?
Donde está?
5
Qué más sé de esta entidad?
Casa
Qué es?
6Información geográfica:
Componente espacial
Componente temática
7Componentes de la información geográfica
Que más sé de esta entidad?
Cómo se relaciona
espacialmente
con otras entidades?
8
Componentes de la información geográfica
Información
geográfica:
Componente
espacial
Componente temática
Localización
absoluta
Localización
relativa
(Topología)
9Componentes de la información geográfica
• El modo de representar la información geográfica pretende: • Ser fiel a la realidad (localización y exactitud temática) • Optimizar el espacio • Maximizar la adecuación de acuerdo al análisis que se va a realizar Mundo realUsos del suelo Topografía Parcelas y límites Vías de comunicación Población Abstracción del m undo real
Un modelo es una representación simplificada de la realidad, una abstracción del mundo real que incorpora al modelo tan solo aquellas propiedades que son importantes, en función de un determinado objetivo.
Modelos de datos: raster y vectorial
Concepto de estructura vectorial
•
Representación
de
los
“objetos”
espaciales
codificando
explícitamente
sus
fronteras
•
Para
codificar
las
fronteras
de
los
objetos
espaciales,
se
almacenan
sus
coordenadas
Realidad (objeto) Fronteras (segmentos) Vectorización (coordenadas)
Modelos de datos: raster y vectorial
Concepto de estructura vectorial
•
Los
3
elementos
primarios
para
la
representación
vectorial
de
un
objeto
espacial
son:
•
Punto
•
Línea
•
Polígono
Mundo
real
Estructura
vectorial
Polígono Línea Punto Bosque Casa Río
Modelos de datos: raster y vectorial
Tipos de estructuras vectoriales
• Estructura vectorial
1. Lista de coordenadas (estructura espaghetti) 2. Diccionario de vértices
3. Estructuras DIME 4. Formato Arco‐Nodo
• Otras estructuras vectoriales 4. TIN
5. Vectorial de isolíneas
Tipos de estructuras vectoriales
IV. Formato
Arco
‐
Nodo
•
Es
la
estructura
más
característica
de
los
SIG
vectoriales
•
Arco:
Sucesión
de
segmentos
rectos
entre
dos
nodos
•
Nodo:
Cada
vértice
en
el
que
se
cruzan
3
o
más
arcos,
o
el
vértice
terminal
de
un
arco.
•
Utilizada
en
ArcGIS
•
En
esta
estructura
se
especifican
relaciones
topológicas:
•
Las
líneas
que
están
conectadas.
•
Los
segmentos
que
delimitan
un
polígono.
•
Los
polígonos
que
son
contiguos.
Tipos de estructuras vectoriales
IV. Formato
Arco
‐
Nodo
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N3 N5 N6 N2 N3 N1 N1 N2 N5 N6 E E E A A B B A B A A B B C Topología de arcos
Arco inicialNodo Nodo final Pol. izq Pol. der Coordenadas de arcos
Arco X, Y inicial X, Y media X, Y final a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 40, 60 70, 50 10, 25 40, 60 10, 25 30, 20 55, 27 70, 60 70, 10; 10, 10 10, 60 30, 50 20, 27; 30, 30; 50, 32 ---55, 15; 40, 15; 45, 27 70, 50 10, 25 40, 60 30, 40 70, 50 30, 20 55, 27 A B C
a1, a5, a3, -a4 a2, a5, -a6, -a7 a7 Topología de Polígonos Polígono Arcos N1 N2 N3 N4 N5 N6 a1, a3, a4 a1, a2, a5 a2, a3, a5 a4 a6 a7 Topología de nodos Nodo Arcos
Modelos de datos: raster y vectorial
Concepto de estructura ráster
•
Diferencias
con
la
estructura
vectorial:
Estructura
ráster:
Codifica
el
interior
del
objeto
Estructura
vectorial:
Codifica
las
fronteras
o
límites
del
objeto
Realidad
Ventajas y desventajas de los modelos Ráster y Vectorial
VENTAJASRASTER VECTORIAL
Estructura de datos muy simple Elevada precisión Facilidad para representar fenómenos
continuos (superficies)
Facilidad de integración con software CAD vectoriales Alta capacidad para superposición y
combinación de capas
Mapas de elevada calidad Capacidad de realización de análisis
estadísticos espaciales
Capacidad de realizar análisis de redes Capacidad de integrar datos de satélite Estructuras con topologías (arco-nodo) Capacidad de incorporación de imágenes Ficheros de bajo tamaño (datos
compactos)
DESVENTAJAS
RASTER VECTORIAL
Baja precisión (según el tamaño de pixel) Estructuras de datos complejas Dificultad de integración con CAD Dificultad para representar fenómenos
continuos (superficies) Mapas de menor calidad Menor capacidad para combinar capas Incapacidad para realizar análisis de
redes
Incapacidad de realizar análisis estadísticos espaciales Estructuras de datos sin topología Dificultad para integrar datos de satélite
Ficheros de gran tamaño Incapacidad para el tratamiento de imágenes
Modelos de datos: raster y vectorial
Ventajas estructuras ráster
•
Son
estructuras
muy
simples
MDE Foto Satélite Usos suelo
Modelos de datos: raster y vectorial
Desventajas de las estructuras vectoriales
•
Estructura
de
datos
compleja
(formato
DIME,
arco
‐
nodo)
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 N1 N2 N3 N4 N3 N5 N6 N2 N3 N1 N1 N2 N5 N6 E E E A A B B A B A A B B C Topología de arcos Arc
o inicialNodo Nodo final Pol. izq Pol. der Coordenadas de arcos
Arco X, Y inicial X, Y media X, Y final a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 40, 60 70, 50 10, 25 40, 60 10, 25 30, 20 55, 27 70, 60 70, 10; 10, 10 10, 60 30, 50 20, 27; 30, 30; 50, 32 ---55, 15; 40, 15; 45, 27 70, 50 10, 25 40, 60 30, 40 70, 50 30, 20 55, 27 A B C a1, a5, a3 a2, a5, 0, a6, 0, a7 Topología de Polígonos Polígono Arcos N1 N2 N3 N4 N5 N6 a1, a3, a4 a1, a2, a5 a2, a3, a5 a4 a6 a7 Topología de nodos Nod o Arcos
Modelos de datos: raster y vectorial
Ventajas de las estructuras ráster
•
La
superposición
y
combinado
de
mapas
es
simple
(algebra
de
mapas)
Superposición pixel a pixel Operaciones de algebra de mapas
Modelos de datos: raster y vectorial
Desventajas de las estructuras vectoriales
•
No
permite
análisis
espacial
y
filtrado
dentro
de
polígonos
Mismo
valor
para
todo
el
polígono
Polígono
simplifica
realidad
Estadísticos de vecindad
Ventajas de las estructuras ráster
•
Permite
diversos
algoritmos
y
métodos
para
el
análisis
espacial
Ventajas de las estructuras ráster
•
Permite
diversos
algoritmos
y
métodos
para
el
análisis
espacial
Aplicación de estadísticos zonales a mapa ráster
Modelos de datos: raster y vectorial
Ventajas de las estructuras ráster
•
Facilidad
para
representar
fenómenos
continuos
(superficies)
Ventajas de las estructuras ráster
•
Permite
integrar
imágenes
de
satélite
Modelos de datos: raster y vectorial
Desventajas de las estructuras ráster
•
Las
estructuras
ráster
ocupan
grandes
volúmenes
de
datos
180 Puntos 12 Puntos
Modelos de datos: raster y vectorial
Desventajas de las estructuras ráster
•
Se
puede
producir
perdida
de
resolución
debido
al
tamaño
de
pixel
Mapa
vectorial
Ráster 100m
Ráster 50m
Modelos de datos: raster y vectorial
Desventajas de las estructuras ráster
•
Mapas
ráster
de
baja
‐
media
resolución
son
menos
vistosos
que
vectoriales
Desventajas de las estructuras ráster
•
Incapacidad
para
realizar
análisis
de
redes
Las líneas están representadas como sucesiones de pixeles; no se puede
establecer conexiones, ni ver direcciones, etc.
1 2 3 4
Ventajas y desventajas de las estructuras vectoriales
Mapa
geológico
en
formato
vectorial
Mucha precisión en la representación
Buena
representación
de
los
objetos
geográficos
(Mapas
muy
precisos)
Ventajas y desventajas de las estructuras vectoriales
Fácil
descripción
de
la
topología
de
redes
y
árboles
Modelos de datos: raster y vectorial
Ventajas y desventajas de las estructuras vectoriales
La
combinación
de
datos
vectoriales
y
ráster
es
complicada
RASTERIZACIÓN
VECTORIZACIÓN
Concepto de estructura raster
•
Malla
regular
de
celdas
georreferenciadas
en
la
que
cada
celda
representa
un
valor
•
Los
objetos
geográficos
no
se
representan
por
sus
límites,
sino
por
su
contenido,
quedando
sus
límites
implícitamente
representados
•
Todo
el
espacio
es
dividido
regularmente
en
“celdas”.[Pixel]
•
La
posición
de
los
objetos
está
definida
por
la
fila
‐
columna
que
ocupan
las
celdas
que
los
definen.
•
El
área
que
representa
cada
celda
define
la
resolución
de
la
información.
[Resolución
Espacial]
Mundo
real
Estructura
ráster
La estructura de datos raster
•
Proceso
de
rasterización
:
Superposición
de
una
malla
regular
(p.e.
cuadrados)
a
los
objetos
que
queremos
codificar
en
formato
ráster
Realidad: Objetos espaciales
Superposición de malla
regular de celdas
Codificación del interior de
objetos mediante valores num.
Problema: Precisión en la definición de los objetos (o fronteras)
La estructura de datos raster
Serie de celdillas, ordenadas de izquierda a derecha y de arriba a abajo, que conforman una malla de filas y columnas. Cada celdilla contiene un valor numérico que representa el valor que toma la variable objeto de estudio (sea cuantitativa o cualitativa) en la superficie representada por la celdilla
La estructura de datos raster
La selección del tamaño del pixel es muy importante e influye en:
‐Nivel de detalle (escala de trabajo)
‐Volumen de datos
Las coordenadas vienen expresadas en filas y columnas y el origen de las mismas se encuentra en el ángulo superior izquierdo.
Se asignan valores a cada pixel, incluso si no
hay información temática asociada
(NODATA).
La estructura de datos raster
La TOPOLOGÍA está implícita en la regularidad de la rejilla, de manera que conocemos sin dificultad cuales son los vecinos de cualquier elemento
LosATRIBUTOS TEMÁTICOS:cada una de las variables temáticas se almacena como una capa independiente (una matriz numérica).
C (n. columnas) = 10 F (n. filas) = 9
f
(i,j)= f(7,3) = 32Todas las celdillas tienen igual forma y tamaño. Su forma suele ser cuadrada o rectangular, aunque también podría ser hexagonal o triangular
El tamaño al que corresponde una celdilla del raster en la realidad se llama
RESOLUCIÓN ESPACIAL. Como las celdillas suelen ser cuadradas, se indica mediante la longitud de uno de los lados del cuadrado.
Para aumentar la resolución espacial de un raster es necesario aumentar el número de celdillas, manteniendo uniforme su extensión
Este
aumento
de
la
resolución
implica
un
gran
aumento
del
volumen
de
información
almacenada.
10 x 10 celdillas de 10 * 10 m.
100 celdillas 20400 celdillas x 20 celdillas de 5 * 5 m. La resolución aumenta al doble
El número de celdillas se cuadruplica
Cuando se encuentran muchas celdillas adyacentes con igual valor, se puede reducir el espacio de almacenamiento usandotécnicas de compresion
El método de compresión RLE (“Run Length Encoding”) es utilizado por muchos formatos de imagen (BMP, PCX, TIFF). Se basa en la repetición de elementos consecutivos.
El principio fundamental consiste en codificar un primer elemento al dar el número de repeticiones de un valor y después el valor que va a repetirse. Por lo tanto, según este principio, la cadena “AAAAAHHHHHHHHHHHHHH” cuando está comprimida da como resultadoʺ5A14Hʺ. La ganancia de compresión es (19‐5) / 19, es decir, aproximadamente 73,7%.
Sin embargo, cuando cada celda tiene un valor diferente de los que la rodean (superficies), la imagenno debe compactarse, ya que ocuparía aún más espacio: para la cadenaʺCORRECTLYʺ, donde hay poca repetición de caracteres, el resultado de la compresión es “1C1O2R1E1C1T1L1Y”. Por lo tanto, la compresión genera un costo muy elevado y una ganancia de compresión negativa de (9‐16) / 9, es decir, ¡‐
78%!
La estructura de datos raster
La gran ventaja del raster respecto al modelo vectorial es que no es necesario describir explícitamente las coordenadas de cada elementoporque el espacio está subdividido en unidades de igual tamaño (celdillas).
Para conocer la situación de cada celdilla basta con localizar elnúmero de fila y columnaen que se ubica, siempre que se conozcan:
•lascoordenadas de alguna de las esquinas,y •eltamaño del píxel.
Estos dos datos deben acompañar a cada archivo raster, ya sea en otro archivo, que se denomina “de cabecera”, o bien dentro del principal, dependiendo del format.
La estructura de datos raster
0 1 2 3 4 5 Filas 0Coordenadas de la esquina superior izquierda
ETRS89 UTM 30N 969768 5786973
Fila 6, Columna 5
Tamaño del píxel : 15 * 15 m.
X mínima = 969768 X máxima = 969918
Las coordenadas del centro del píxel secalculan: Coordenada X = 969768 + (4.5 * 15) = 969835.5 Coordenada Y = 5787123 - ( 5.5 * 15) = 5787040.5 Coordenada de la esquina Tamaño del pixel
Posición en fila o columna del punto que meinteresa
ETRS89 UTM30N 969835.5 5787040.5 Y máxima = 5787123 Y mínima = 5786973 Columnas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10
Proyección
cilíndrica
transversal
de
Mercator
Proyección
cilíndrica
transversal
conforme
Mínima
distorsión
a
lo
largo
de
su
meridiano
central
(conserva
la
escala)
UTM
Proyección
Universal
Transversa
de
Mercator
(UTM)
No
es
una
proyección
en
sí
misma
sino
más
bien
un
sistema
basado
en
la
proyección
Transversal
de
Mercator
El
globo
está
dividido
en
60
franjas
de
6º
de
longitud
y
8º
de
latitud
cada
una
(husos).
Cada
franja
tiene
su
meridiano
central.
Los
límites
de
cada
zona
son
84º
al
N
y
80º
al
S,
ocurriendo
la
división
entre
N
y
S
en
el
ecuador
Diseñada
para
que
el
error
de
escala
no
exceda
el
0,1
%
dentro
de
cada
zona
(mínima
distorsión)
Cada
huso
se
divide
en
20
bandas
entre
paralelos,
denominadas
de
sur
a
norte
con
las
letras
de
la
C
a
la
X
UTM
Proyección
Universal
Transversa
de
Mercator
(UTM)
UTM
Proyección
Universal
Transversa
de
Mercator
(UTM)
España
se
sitúa
en
su
mayoría
en
la
zona
30N,
y
tiene
como
meridiano
central
el
de
‐
3º
UTM
Proyección
Universal
Transversa
de
Mercator
(UTM)
Para
la
localización
horizontal
(Este
‐
Oeste),
el
origen
será
el
meridiano
central
de
cada
zona
UTM,
es
decir,
los
meridianos
de
longitud
3º,
9º,
15º,
21º….
Dicho
meridiano
tendrá
para
nosotros
coordenada
500
Km
Este.
Para
localización
vertical
(Norte
‐
Sur),
el
origen
será
el
ecuador
(latitud
0º).
Si
nos
situamos
en
el
hemisferio
Norte
el
ecuador
tendrá
para
nosotros
coordenada
vertical
0.
Si
nos
situamos
en
el
hemisferio
Sur,
el
ecuador
tendrá
para
nosotros
coordenada
vertical
10.000
Km
La estructura de datos raster
El concepto de escala hace referencia al
tamaño de la representación de un objeto en relación con su tamaño real. La resolución espacial de una capa
raster es el tamaño de una celdilla sobre
el terreno, es decir, en la realidad.
Indica el nivel de detalle con que se ha recogido la información.
Tiene que ver con la
visualización de los datos.
Una misma capa raster, con la misma resolución espacial, puede representarse
a diferentes escalas en función del tamaño al que se visualice cada celdilla.
La estructura de datos raster
Podemos cambiar la escala sin cambiar la resolución y viceversa. Aumentar el tamaño al que vemos una celdilla (la escala) no aumenta el nivel de detalle de la información.
El nivel de detalle de la información contenida en un raster viene dado por su resolución espacial.
Imagen a escala 1:25.000 Resolución = 10 m. Mapa a escala 1:50.000 Imagen a escala 1:50.000 Resolución = 10 m. Cambio de escala Imagen a escala 1:50.000 Resolución = 5 m.
La estructura de datos raster
Debido a que los aspectos espaciales y temáticos se almacenan juntos en la imagen, la organización de los datos raster es mucho
más simple que en el modelo de datos vectorial. La forma de organización más usual es mediante “ficheros simples”: los valores
de cada variable se almacenan en ficheros separados (cada uno con su cabecera). Es el caso del programa Idrisi:
En otros casos, como en el formato raster nativo de ArcGis (GRID), cada capa se integra en una carpeta separada, aunque existe una carpeta común para
todas ellas (INFO):
Para algunos tipos de datos raster, como fotografías aéreas o imágenes de satélite, existe la posibilidad de ficheros
RASTER MULTIBANDA
un solo fichero que almacena para cada celdilla varios valores, que corresponden a distintas capas (llamadas BANDAS). Varios tipos de archivo
soportan este formato, como por ejemplo TIFF, BIP, BIL, MrSid, etc…
