Unidad 1. 1. Conceptos y fundamentos de los Sistemas de Información Geográfica.

El término de Sistemas de Información Geográfica (SIG) está ampliamente distribuido entre los expertos que trabajan en las ciencias ambientales o en la resolución de problemas socioeconómicos. Sin embargo, no es sencillo definir lo que es un SIG.

Existen tantas definiciones como autores que escriben sobre el mundo de los SIG:

En los años 90, los SIG se consideraban únicamente como un sistema de información diseñado para trabajar datos georreferenciados mediante coordenadas geográficas. A partir del 2000, se consideraban como un conjunto de programas diseñados para representar y gestionar un gran número de datos sobre aspectos específicos del mundo real. Por lo cual, se entiende que un SIG es la unión de la información geográfica y las herramientas informáticas como son el hardware, software para su análisis con objetivos concretos (Peña Llopis, 2008).

Estos programas tienen la capacidad de manejar información referida geográficamente, de manera que puede conocerse cualquier atributo (información específica de un punto, por ejemplo, coordenadas, nombre del lugar, temperatura, humedad) de un determinado lugar de la superficie terrestre. Estos atributos al estar referidos geográficamente pueden valorarse fácilmente en forma ponderada. Lo que pone en desventaja a los mapas tradicionales que reflejan algunos atributos o características para una porción de terreno, estos atributos se ven únicamente en dos dimensiones en la hoja de papel y se vuelven obsoletos desde el momento en que se imprimen, mientras que al tener la información digital se actualiza periódicamente y se obtienen mapas actualizados, por ejemplo, para ver cómo evoluciona un fenómeno atmosférico (Harvey, 2008).

En un SIG se almacena información cartográfica y por eso es posible observar la localización exacta de cada elemento en el espacio con respecto a otros elementos. También almacena información alfanumérica (secuencia de caracteres con letras y número, por ejemplo 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, …, sin considerar la letra Ñ) y representa las características o atributos de cada elemento geográfico. El hecho de trabajar con información espacial es lo que diferencia a los SIG de otros sistemas de información.

1.1.1.                       Historia de los SIG.

La historia de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se remonta al siglo XIX con la aparición de los primeros intentos de automatizar las máquinas, precursores remotos de las computadoras y sistemas complejos.

Los grandes eventos que dieron pauta a la formación de los SIG se dividen en tres grandes eras: innovación, comercialización y explotación, identificando en cada una cinco tipos de eventos que marcaron la historia de estos: tecnológicos, académicos, aplicación, generales y comerciales; tal como se muestra en la siguiente tabla.

Año	Tipo	Evento	Características
Era de la innovación
1804	Tecnológico	Máquina textil automatizada	Joseph Marie Jacquard, automatizo la tejedora textil
1822	Tecnológico	Maquina diferencial	Charles Babbage, creo la máquina diferencial que permitió realizar operaciones aritméticas automáticas en secuencias diferentes, con elementos básicos de un procesador moderno.
1890	Tecnológico	Programa	Herman Hollerith, diseño un programa para organizar, resumir y representar una base de datos de la población por ciudad, dirección y sexo. Este método se utilizó para la realización del censo de 1890 en Estados Unidos.
1936	Tecnológico	Calculador electromagnético Z1	Konrad Zause, construyo el calculador electromagnético denominado Z1 usando el principio de la computadora moderna: la representación binaria.
1949	Tecnológico	EDVAC	Primera computadora lógica que calculaba y trabajaba con bases de datos de millones de datos que organizaban y transformaban generando nueva información.
1951	Tecnológico	UNIVAC 1 (Universal Automatic Computer)	La compañía Remington Rand, desarrollo la primera computadora comercial que realizaba procesamiento de datos alfanuméricos y el uso de programas.
1957	Aplicación	Elaboración de la primera cartografía automatizada	Producido por biólogos británicos y meteorólogos suizos.
1963	Tecnológico	Desarrollo del CGIS (Canadian Geographic Information System).	Desarrollo del Sistema de Información Geográfica de Canadá, desarrollado por Roger Tomlinson y otros colegas para el inventario forestal de Canadá. Este proyecto fue el primero que introdujo el término GIS (Geographic Information System).
1963	General	URISA (Urban And Regional Information System)	Se crea la asociación de sistema de información urbana y regional fundada en Estados Unidos y se convierte en punto de intercambio para los innovadores SIG.
1964	Académico	Laboratorio establecido en Harvard.	El laboratorio para Gráficas Computarizadas y Análisis Espacial se estableció bajo el nombre de Howard Fisher y Universidad de Harvard. En 1966, se creó el SYMAP, primer SIG en formato raster.
1967	Académico y general	Formación de ECU (Experimental Cartography Unit)	En Reino Unido surge la primera organización en las áreas de cartografía automatizada y SIG.
1967	Tecnológico	Desarrollo de DIME (Dual Independent Map Encoding)	Estados Unidos desarrollo (DIME-GBF) mapas de codificación dual independiente a partir de una base de datos geográficos en direcciones de la calle para el censo de 1970.
1969	Comercial	Formación de la Incorporación ESRI (Environmental Systems Research Institute)	Jack Dangermond, estudiante del laboratorio de Harvard y su esposa Laura formaron ESRI para emprender proyectos en GIS.
1969	Comercial	Formación de la corporación Intergraph	Jim Meadlock y otras 4 personas trabajaron sobre los sistemas guía para los cohetes Saturno y formaron la corporación M&S de computación posteriormente renombrada Intergraph.
1969	Académico	Diseño con naturaleza pública	Ian McHarg’s saca el primer libro donde se describe varios de los conceptos del análisis de SIG e incluye el concepto de superposición de mapas.
1969	Académico	Primer libro de texto técnico de SIG	Nordbeck y Rystedt’s en su libro detallan los algoritmos y el software desarrollado para análisis espacial.
1972	Tecnológico	Lanzamiento de Landsat 1	Originalmente nombrado ERTS (Earth Resources Technology Satellite), fue el primero de los grandes satélites de sensores remotos.
1973	General	Primera producción automatizada en línea	Agencia de cartografía nacional británica.
1974	Académico	Primera conferencia de Cartografía digital	En Held y Reston, Virginia, se llevó a cabo la primera de una serie de conferencias científicas de SIG.
1976	Académico	GIMMS usado alrededor del mundo	Tom Waugh, académico escoses, escribió el sistema de mapeo y análisis a partir del sistema sector y se corrió en 300 sitios alrededor del mundo.
1977	Académico	Estructura de datos topológicos	El laboratorio de Harvard organizo una de las más grandes conferencias t desarrollo el ODYSSEY GIS.
Era de la comercialización
1981	Comercial	Lanzamiento de ArcInfo	ArcInfo, fue el primer software comercial de SIG, diseñado para minicomputadoras está basado sobre un modelo vector y una base de datos relacional. Fue el nuevo punto de partida para la industria.
1982	Académico	Desarrollo de GRASS	Ingenieros del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de la Construcción del Ejercito de los Estados Unidos (USA-CERI) desarrollo GRASS como herramienta para supervisión y gestión del medio ambiente de Estados Unidos.
1984	Académico	Publicación de lecturas básicas de sistemas de información geográfica	Primera colección de artículos publicados en el libro de Duane Marble, Hugh Calkins y Donna Peuquet, fue la primera fuente de información accesible acerca de los SIG.
1985	Tecnológico	Operación de GPS	El sistema de posicionamiento global proporciono una mejor fuente de datos para la navegación, prospección y mapeo.
1986	Académico	Publicación de Principios de Sistemas de Información Geográfica para el uso de recursos	El libro de Peter Burrou es el primer libro especializado sobre los principios de SIG.
1987	Comercial	Se forma la corporación MapInfo	Se desarrollo el primer software para escritorio. Definió un nuevo producto estándar para SIG que complemento a los softwares anteriores.
1987	Académico	Lanzamiento de la primera revista internacional científica: International Journal of Geographical Information Systems (IJGI)	Terry Coppock y otros publicaron la primera revista sobre SIG. Los primeros participantes fueron: Estados Unidos, Canadá, Alemania y Reino Unido.
1988	General	MundoSIG (GISWorld)	MundoSIG, ahora MundoGeo (GeoWorld), es la primera revista mundial dedicada a los SIG y se publicó en Estados Unidos.
1988	Tecnológica	TIGER (Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing)	Es la continuación de DIME. TIGER es un SIG de bajo costo y ayudo a procesar datos en forma rápida.
1988	Académico	Estados Unidos y Reino Unido forman centros de investigación.	Iniciativas en forma separada la NDGIA (National Center for Geographic Information and Analysis) de Estados Unidos, y RRL (Regional Research Laboratory) en Reino Unido la academia muestra su interés por los SIG.
1991	Académico	Publicación de libro (2 volúmenes)	Publicación del compendio Geographical Information Systems: principles and applications, editado por David Maguire, Mike Goodchild y David Rhin.
1992	Técnico	DCW	La elaboración de mapas digitales del mundo de 1.7gb, fue patrocinada por la agencia de cartografía de defensa de Estados Unidos (actualmente NGA) es el primer sistema integrado de base de datos a escala 1:1 millón ofreciendo una cobertura global.
1994	General	Consorcio OpenGis	Se forma el consorcio OpenGIS de vendedores de SIG, agencias gubernamentales y usuarios.
1995	General	Primer mapeo nacional completo de Gran Bretaña	Se hace una base de datos completa y se elaboran 230,000 mapas cubriendo la ciudad a escalas diferentes: 1:1,250; 1:2,500 y 1:10,000.
1996	Tecnológico	Productos de SIG introducidos a partir de internet	Varias compañías como: Autodesk, ESRI, Intergraph y MapInfo, lanzaron una nueva generación de productos en internet al mismo tiempo.
1996	Comercial	MapQuest	Servicio de mapeo publicado en internet produciendo más de 130 millones de mapas en 1999. Después fueron comprados por AOL en $1.1 billones de dólares.
1999	General	GIS Day	Primer SIG que tiene 1.2 millones de participantes de todo el mundo.
Era de la explotación
1999		IKONOS	Una nueva generación de sensores satélites de alta resolución IKONOS (Satellite imaging corporation, 2012)
2000		GIS pasan a $7 millones	Industria analista Daratech lanza hardware y software para SIG y servicios para la industria en $6.9 millones, creciendo a más del 10% por año.
2000		GIS tiene 1 millón de usuarios	Los SIG tienen más de 1 millón de usuarios y 5 millones de usuarios que consultan información geográfica.
2002		Lanzamiento en línea del Atlas Nacional de Estados Unidos	Información geográfica nacional en línea de E. U. con facilidades para la elaboración de mapas
2003		Lanzamiento del one-stop geoespacial	Una iniciativa del gobierno federal de E. U. para facilitar el acceso a los datos geoespaciales y la información.
2004	General	Formación de la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA)	La agencia NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) pone énfasis sobre la geo-inteligencia usando los SIG.
2006		Lanzamiento de Google Earth	Primer globo virtual – aplicación en la web basada en un SIG 3D más de 150 millones lo instalaron en los primeros doce meses.
2007		La corporación Pitney Bowes compra MapInfo	Fabricante de máquinas de correo compra la corporación MapInfo por $408 millones de dólares.
2007		NavTech comprado por Nokia	La compañía de telefonía celular compro la información de las calles por $8.1 billones de dólares.
2008		TeleAtlas comprado por Tom	Los nuevos consumidores de SIG compraron las bases de datos de las calles por $2.9 billones de dólares.

Los SIG hoy en día son un componente central para dar estructura a la información ambiental y podrían jugar el primer rol tecnológico para continuar cumpliendo este objetivo.

1.1.2.                       Evolución de los SIG.

En cuanto a los aspectos generales de la evolución de los SIG se menciona que son una tecnología muy reciente y se considera el primer sistema de información geográfica que se remonta a 1963 cuando se creó el primer SIG (CGIS) por Tomlinson y Cols (ver tabla anterior). A partir de este año instituciones de varios países empezaron a ver a los SIG como una herramienta para la gestión y el análisis de información geográfica o espacial.

En la evolución de los SIG se identifican cuatro periodos desde un punto de vista comercial y de usuarios. El primer periodo va de la década de los setenta has 1975. En esta primera etapa las aplicaciones más usuales estaban referidas a la producción cartográfica.

Durante estos primeros años de evolución, se busca computarizar ciertos desarrollos en el campo de la información espacial. Por ejemplo, la técnica de la superposición manual de mapas propuesta por Mc Harg considerada una de las bases principales del modelado espacial en el campo de los SIG.

El segundo periodo abarca desde 1973 hasta principios de 1980. En esta etapa se desarrolla la regularización, experimentación y práctica, impulsada por agencias nacionales; se lograron importantes avances en el diseño y configuración de los sistemas; aparecen las primeras estructuras de datos topológicas para representar los datos espaciales, pero en este periodo la atención de los usuarios y gestores de los SIG aún no se orientaba al desarrollo de aplicaciones de análisis porque continuaba la tendencia de la cartografía automatizada enfatizando la descripción de los atributos  y obteniendo mejores resultados analógicos, es decir, mejores mapas impresos.

El tercer periodo va aproximadamente de 1982 hasta finales de los ochenta, se define como una etapa de dominación comercial y surgen empresas importantes enfocadas a la generación de SIG, por ejemplo, ESRI, Intergraph, Siemens o Erdas. Algunos laboratorios de instituciones educativas desarrollan sus propios programas, como son ODYSSEY, del laboratorio de la Universidad de Harvard, MAP de la Universidad de Yale e IDRISI de la Universidad de Clark (Longley, et al. 2011). En este periodo la disponibilidad para adquirir un SIG con características diferentes y costos genera un importante mercado, dado el interés que muestran los altos niveles en campo de la gestión de la información espacial. A mediados de los años ochenta, la fusión de la tecnología informática, con productos baratos y potentes impulso notablemente los paquetes de SIG; en este periodo se inician aplicaciones en SIG relacionados con la modelación geográfica.

El cuarto y último periodo abarca de los años noventa a la fecha y está dominado por los usuarios debido a la competencia comercial y estandarización de SIG abiertos a internet. En este periodo, los SIG son vistos por los usuarios como una herramienta de análisis para la toma de decisiones y se manifiesta en la creciente divulgación de las aplicaciones de los SIG mediante las publicaciones científicas y comerciales internacionales. Por último, se puede mencionar que, a través de los SIG, se busca la integración de la información geográfica a escala mundial, así como una comunicación virtual para acceder a los datos espaciales a través de internet (Longley, et a. 2011).

1.1.3.                       Componentes de los SIG.

De acuerdo con Buzai (2008), un SIG requiere de Hardware o soporte físico y un Software o soporte lógico para llevar a cabo las tareas que se deseen desarrollar.

Hardware. Este concepto este referido a los componentes que corresponden a los elementos físicos de una computadora: CPU (Central Processing Unit, en español Unidad Central de Procesamiento), periféricos de entrada: teclado, mouse, periféricos de salida: monitor e impresora. También se incluyen los CD’S, DVD’S y unidades de almacenamiento extraíbles (USB) u otros dispositivos externos. Estos componentes que son utilizados para cualquier otra actividad se combinan con componentes más específicos como son: tabletas digitalizadoras, scanner y plotters. A continuación, se explicarán cada uno de los elementos físicos de una computadora.

CPU (Unidad Central de Procesamiento): es considerado el primer componente de la computadora porque se encarga de realizar todos los procedimientos requeridos.

Periféricos de entrada. El teclado permite establecer una comunicación directa con la CPU mediante la escritura de comandos reconocidos por el programa y es requerido para el ingreso de los datos alfanuméricos. El mouse cumple una función parecida cuando las aplicaciones se presentan en forma de ventanas porque se seleccionan los comandos a partir del mismo. La tableta digitalizadora, se utiliza para crear una imagen digital a partir de mapas o fotografías que integran los datos de partida. La imagen debe tener un formato digital compatible con el sistema del SIG. El scanner, se utiliza para crear una imagen digital en formato raster (representación gráfica en una malla de celdas o pixeles-celdas) a partir de mapas y fotos. Estas imágenes se emplean directamente por los SIG que estos a su vez utilizan datos raster.

Periféricos de salida. Los mapas son los medios más utilizados para representar los resultados del análisis realizado a través de un SIG, estos resultados los muestra por medio del monitor, la impresora y el plotter permiten obtener impresiones en papel de diferentes formatos y características de los resultados obtenidos acompañados de tablas y diagramas, por lo que el SIG incorpora herramientas para crear estos documentos.

Software. El concepto se refiere a los programas del ordenador del SIG y se divide en las siguientes partes funcionales para el tratamiento de los datos geográficos (Buzai, 2008):

·         Almacenamiento y organización de los datos espaciales gráficos.

·         Almacenamiento y organización de datos de los atributos.

·         Tratamiento de datos.

·         Presentación de resultados.

El almacenamiento y organización de los datos espaciales gráficos, se lleva a cabo a partir de la digitalización cartográfica y puede darse a través de dos procedimientos: manual, mediante el uso de una tableta digitalizadora y automático a través del uso del scanner o imágenes satelitales.

El almacenamiento y organización de datos de los atributos. En este caso se tiene con la localización espacial definida por la digitalización gráfica, los atributos espaciales y temporales cuantitativos o cualitativos se organizan en archivos para recuperarse eficientemente y asociarlos a la cartografía digital.

Tratamiento de datos. Este subsistema corresponde al uso de las herramientas que presenta el SIG para manipular el contenido de los datos espaciales y de los atributos con el fin de realizar diversos procedimientos de análisis espacial.

Presentación de resultados. Es el despliegue de los resultados obtenidos del análisis espacial a través de los periféricos de salida (pantalla, impresora, plotter).

La integración de los programas vinculados con el SIG, equipo de cómputo, periféricos, así como las bases de datos geográficos permiten almacenar, desplegar, manejar y analizar la información espacial en un tiempo determinado.