El modelo Ráster

Para obtener una representación digital del terreno, el modelo Ráster lo compartimenta en una serie de elementos discretos por medio de una re­tícula rectangular compuesta por celdas o píxeles de igual tamaño y forma, generalmente cuadrada, aunque puede ser rectangular, triangular o hexagonal. Estas celdas constituyen las unidades de observación, y, por tanto, representan la unidad mínima de información. [W. Romero]

Por tanto, un fichero Ráster incluye un conjunto de valores, generalmente numéricos y relativos a las variables o propiedades de interés y asignados a cada celda del área geo­gráfica representada, esto se denomina nivel digital.

Un conjunto de celdas y los niveles digitales relativos a una determinada variable, consti­tuye una capa o estrato de información. [Gutiérrez y Gould, 1994]

Formatos comerciales y formatos normalizados

A continuación, se presenta una tabla con los formatos comerciales más importantes y extendidos en el mercado. (Tabla IV.3) [W. Romero]

La siguiente tabla presenta los formatos Ráster normalizados más comunes (Tabla IV.4) [W. Lorenzo]

Aplicaciones, ventajas y desventajas

Entre las principales aplicaciones de la información ráster se encuentran las siguientes:

• Representaciones cartográficas de carácter continuo: mapas impresos, fotogramas aéreos, imágenes satélites, etc.
• Visualizaciones tridimensionales del terreno, en combinación con datos matricia­les: navegadores, simuladores de vuelo, etc.

En cuanto a sus ventajas, destacaremos las siguientes:

• Rápida obtención a partir del original (escáner)
• Presentación de la información con el aspecto cartográfico tradicional: facilita su interpretación
• Formato de datos sencillo de manejar por las aplicaciones SIG

Presenta los siguientes inconvenientes:

• Al almacenar valores correspondientes a todo el espacio geográfico que represen­ta, supone un gran volumen de información, aunque existen métodos de compre­sión que atenúan esta desventaja
• La salida de gráfico resulta menos estética, por la definición de los límites de las entidades ya referidas. Aumentando la resolución se mejoran los resultados, pero el tamaño de los ficheros aumenta considerablemente
• Las relaciones topológicas entre entidades son difíciles de obtener

El modelo vectorial

El modelo vectorial se fundamenta en la representación digital de las diferentes entidades geográficas, que constituyen las unidades de observación, mediante tres tipos básicos de objetos espaciales, denominados también primitivas: puntos, líneas y polígonos. De esta forma, cada entidad queda individualizada por medio del objeto espacial que la re­presenta, lo que permite asignarle, además de la posición de los puntos que definen su geometría, información referente a sus características (identificador, atributos espaciales y no espaciales, etc.). Por tanto, la información vectorial puede incluir, por una parte, las coordenadas de los puntos que constituyen el trazado de cada objeto espacial (compo­nente espacial), y, por otra, los atributos o características de la entidad geográfica que re­presenta (componente temática). En consecuencia, el volumen de datos para una misma superficie representada suele ser menor que en el formato ráster.

Podría hablarse también de una tercera componente, esencial para la representación grá­fica de los componentes espaciales, la que se refiere a la simbología y establece el aspecto visual del objeto espacial (símbolo asociado, color, tipo y ancho de trazado, fuente de tex­to, etc.). Puede venir incluida dentro del conjunto de datos vectoriales, o aplicarse a partir de un fichero de simbología externo.

Esta información (espacial, temática y de simbología), contenida en una base de datos geográfica (BDG), es almacenada y tratada por el correspondiente sistema gestor de base de datos (DMMS), que puede ser tipo Oracle, dBase, Access, etc.

Estructura de los datos

En el modelo vectorial se diferencian las siguientes estructuras o formatos de datos [Gutiérrez y Gould, 1994]

• Estructura de datos cartográfica, en la que únicamente se registra la geometría de las entidades (las coordenadas)
• Estructura de datos topológica, en la que, además, se almacenan también las rela­ciones topológicas entre ellas.

Con estos criterios una estructura de datos se denomina topológica cuando contiene una o más de las siguientes relaciones [NCGIA, 1990]

• Conectividad de las poli líneas en las intersecciones.
• Existencia de conjuntos ordenados de poli líneas formando los límites de los polí­gonos.
• Relaciones de contigüidad entre polígonos.

Por tanto, si ninguna de estas estructuras está presente la estructura es cartográfica. No obstante, es posible obtener una estructura topológica a partir de una cartográfica me­diante la obtención y el registro de estas relaciones en el proceso denominado construc­ción de topología [Gutierrez y Gould, 1994]

A continuación, revisamos algunas de las estructuras de datos vectoriales más utilizadas: [W. Romero]

ESTRUCTURA DE DATOS “SPAGHETTI”

Para cada objeto espacial se registra su identificador, seguido por una lista de las coorde­nadas de los vértices (puntos) que definen su posición y forma en el espacio.

‘Es como un conjunto de spaghetti sobre un plato, unos sobre otros y sin conexión entre sí’ [Puebla et al.]

La figura muestra 4 objetos, junto con su representación a través de un fichero.

Entre sus principales ventajas podemos destacar que:

• Es la estructura más simple y más fácil de entender.
• Ha tenido amplia utilización en la cartografía automática.

Pero a su vez posee desventajas importantes:

• No contiene información sobre relaciones espaciales existentes entre objetos, tie­nen que calcularse cada vez que se efectúe un análisis, lo que resulta muy poco eficiente.
• Genera mucha información redundante, por ejemplo cuando 2 polígonos tienen un lado común, los pares de coordenadas que definen esta línea se encuentran repetidos en el fichero.
• Alto riesgo de estructuras inconsistentes: cuando no coincide exactamente la des­cripción de un lado común.

ESTRUCTURA ARCO-NODO

El elemento fundamental es el arco.

Arco: sucesión de segmentos rectos; el arco comienza en un nodo (‘nodo inicial’ o ‘from-node’) y termina en otro (‘nodo final’ o ‘to-node’); los puntos intermedios o vértices defi­nen la forma del arco.

Los nodos se marcan allí donde se produce la intersección entre líneas o donde una línea termina o se inicia.

En los nodos siempre se encuentran tres o más arcos, excepto en el caso de:

• Un nodo terminal o inicial
• Un polígono isla

Se muestra con un ejemplo como la estructura arco-nodo.

La estructura arco-nodo hace uso de diferentes tablas para registrar la información carto­gráfica y topológica:

• Tabla de topología de los polígonos: contiene los arcos que constituyen la frontera de cada polígono o cara.
• Tabla de topología de los nodos: se registra un ID para cada nodo, luego se registra para cada nodo una lista de los arcos de los que forma parte.
• Tabla de topología de los arcos: se expresa el nodo origen y el nodo final de cada arco (según la dirección en que se ha realizado la digitalización), así como los polí­gonos que deja a izquierda y a derecha de acuerdo con esa dirección.

En las 3 tablas anteriores, se registra la topología, pero no la geometría. Para el registro de la geometría se utiliza la siguiente tabla.

Tabla de coordenadas de los arcos: se registran las coordenadas de los puntos que definen los arcos, empezando por las del nodo origen, continuando por las de los vértices y termi­nando por las del nodo final.

Los inconvenientes más notables que presenta el modelo de datos arco-nodo son los siguientes:

• Se representan más de una vez las coordenadas de los nodos.
• La topología debe ser regenerada cada vez que se actualiza la base de datos espa­cial: puede consumir bastante tiempo cuando la base de datos es grande.

En cuanto a las ventajas del modelo arco-nodo podemos señalar:

• Muy completa del punto de vista topológico
• Se almacenan: contigüidad, conectividad e inclusión. Se puede realizar una canti­dad de operaciones de análisis espacial sin tener que recurrir a la geometría, lo que supone un importante ahorro de tiempo.
• Permite el análisis de redes: en base al conocimiento de los arcos que están direc­tamente conectados entre sí, se pueden deducir conexiones indirectas, por medio de lo que se denomina análisis de redes.
• Inclusión: la inclusión se registra en la tabla de topología de polígonos mediante el uso de un símbolo, en este caso un signo negativo, situado antes del arco que conforma una isla dentro de un determinado polígono.

Formatos comerciales

Formato SHAPEFILE: Propiedad de ESRI (Environmental Systems Research Institute), se trata del formato de datos vectoriales más extendido. Se basa en objetos espaciales simples puntuales, lineales o de área independientes entre sí (no contempla topología ni la existencia de textos). Por cada clase de entidad se establece un conjunto de tres fiche­ros: un fichero principal (extensión .shp), compuesto por registros de longitud variable, en el que se almacena la geometría (el conjunto de puntos) de los objetos espaciales que pertenecen a esa clase; un fichero de índices (extensión .shx), que contiene la distribución de los registros correspondientes del fichero principal desde el comienzo del mismo; y un tercer fichero, un tabla dBase (extensión .dbf), que almacena los atributos de las entidades.

Formatos .mdb: Access es un DBMS implementado por Microsoft que gestiona bases de datos en distintos formatos, todas almacenadas en ficheros con la extensión .mdb. Geo­Media Professional de Intergraph maneja ficheros de este formato. Las nuevas versiones de Carta Digital pueden trabajar con ficheros procedentes de este DBMS, con la extensión referida, aunque con una estructura de datos diferente a la de los ficheros de datos utili­zados por GeoMedia.

Formato CAD: Los formatos comerciales más utilizados correspondientes a las aplicacio­nes de CAD (Computer Aided Desing, Diseño Asistido por Ordenador son DXF, DWG y DGN. Se trata de estructuras de datos sin topología en la que los distintos elementos son almacenados de forma secuencial.

Formato DXF: Drawing Interchange Format (Formato de Intercambio de Dibujo). For­mato vectorial por defecto de los productos AutoCAD de Autodesk. Esencialmente un archivo DFX está compuesto por pares de coordenadas y los valores temáticos asociados en código ASCII. Esta información indica la ubicación de puntos flotantes matemáticos o “floating points”, utilizados para representar la imagen en pantalla. Su estructura contie­ne componentes 2D y 3D a partir de una información sin compresión.

Formato DWG: AutoCAD Drawing Files. Formato binario usado por los productos Auto­CAD de Autodesk. Puede obtener objetos 2D y 3D y ofrece compresión.

Formato DGN: Formato nativo de los ficheros del software MicroStation de Bentley. Cada registro de elemento contiene básicamente las coordenadas de los vértices que lo definen, el código del identificador (según el diccionario correspondiente) y su simbología: nivel, color, anchura y tipo de trazo o nombre del símbolo puntual. [Palacio, 2001]

Ventajas y desventajas

A continuación, comparamos el modelo vectorial con el modelo ráster, refiriendo una serie de ventajas e inconvenientes: [W. Romero]

Ventajas:

• Presenta una estructura de datos más compacta
• Ocupa un menor volumen de almacenamiento
• Permite realizar operaciones de análisis espacial de forma sencilla y rápida
• Obtiene una mayor precisión en la medida de distancias y superficies
• Es más adecuado para generar salidas gráficas que se aproximan mucho a los ma­pas tradicionales

Inconvenientes:

• El proceso de captura requiere mayor inversión (personal, tiempo y recursos infor­máticos)
• Es una estructura de datos más compleja
• Las operaciones de superposición de mapas son más difíciles de implementar

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