Unidad 1. 2. Sistemas de bases de datos.

 

El término bases de datos está referido dentro de un SIG a una extensa colección de datos dentro de una computadora, organizados de tal modo que puedan introducirse, actualizados y recuperados rápidamente; pueden organizarse en un solo archivo o en múltiples archivos.

Según Quirós Hernández M (2011), para el diseño y elaboración de una base de datos geográficos primero se debe realizar un proceso de abstracción, clasificación, reducción y simplificación de la realidad para pasar de la complejidad a una representación esquemática, mediante la codificación a través de símbolo para que pueda ser procesada por los ordenadores. Una base de datos es un conjunto de información geográfica almacenada de forma coherente y organizada (Carreño, et al., 2006), que permite su consulta y actualización en un sistema informático (Felicísimo, 2003).

La base de datos de un Sistema de Información Geográfica es la forma de representar la información geográfica digital (Bosque Sendra, 1992). Durante el proceso de abstracción de la realidad para convertirlo en un modelo de base de datos, se debe considerar en primer lugar la manera de cómo se concibe el mundo real, y después, como sistematizar los diversos componentes de un dato geográfico. El proceso de abstracción está estructurado en diversos niveles, con el objeto de formar capas gráficas, “estratos” layer o capas temáticas que corresponden con cada base de datos.

En la siguiente figura se representa el concepto de capa o layer esquematizado por ESRI (1992) los cuales pueden integrar el proceso de abstracción de la realidad para realizar una base de datos geográfica.

Ilustración 1 Tomado de ESRI (1992)

El proceso de abstracción desde el punto de vista territorial consiste en una serie de punto en el espacio que permiten obtener información, pero desde el punto de vista gráfico, el proceso de abstracción es la reducción de las formas del paisaje a través de elementos gráficos que pueden ser puntos, líneas y polígonos (Quirós Hernández, 2011). Los datos que tienen que convertirse desde sus lenguajes alfanuméricos y gráficos originarios a lenguajes digitales binarios para su tratamiento informático.

El Sistema de Información Geográfica identifica a los elementos del paisaje (carreteras, vegetación, zonas urbanas) si están georreferenciados (Quirós Hernández, 2011). Las formas de estructuración de los datos como archivos, supone la diferenciación de trabajo entre los distintos SIG.

Existen tres tipos de SIG en cuanto al formato de atributos de datos que tratan:

·         SIG orientados a formato vectorial.

·         SIG orientados a archivos de formato raster.

·         SIG orientados a archivos de formato objeto.

Para asignar los atributos e información a los elementos geográficos en un sistema de información geográfica, existen dos tipos de base de datos: la de tipo relacional y bases de datos orientadas a objetos.

En una base de datos relacional la información se almacena en una colección de tablas de doble entrada, a cada una de las cuales se le asigna un nombre o identificador único para cada entidad, el cual puede ser número o alfanumérico, y un identificado correlativo que puede repetirse y ayuda a organizar la tabla de atributos. Los datos almacenados en las filas se refieren a los objetos o entidades y las columnas a los atributos temáticos o variables asociados. Los atributos especiales (localización espacial de un elemento geográfico) son las características que identifican a los elementos geográficos almacenados en un SIG (Departamento de Geográfica, 2012)

La base de daros orientada a objeto es una entidad que tiene una situación representada por los valores de una variable y por un conjunto de operaciones que actúan sobre ellas (Departamento de Geografía, 2012). En esta base de datos, los objetos son las clases que tienen sus propias variables y pueden estar a su vez dentro de una superclase.

En un Sistema de Información Geográfica la base de datos está compuesto por múltiples series de datos gráficos y no gráficos manejados por el software de un SIG (Domínguez Tejeda et al., 1998).

En un SIG de pueden almacenar dos clases principales de datos: geográficos o no geográficos o atributos.

Según Backhoff Pohls (2005), los datos geográficos son todos aquellos que poseen una referencia espacial; es decir, son los elementos referidos a su localización sobre la superficie terrestre, y por tanto cartografiables; este tipo de datos tiene dos componentes : la información espacial y la información de atributos. La información espacial indica la localización del elemento geográfico (coordenadas). La información de atributos es lo que caracteriza a ese elemento.

Los datos no geográficos o atributos son aquellos datos que no tienen una referencia espacial pero que están asociados a los datos geográficos. Los atributos son una clase de información que no tiene una referencia espacial pero que es utilizada para describir características de los objetos geográficos.

1.         Modelos y estructura de datos.

Las estructuras de datos en los Sistemas de Información Geográfica se han dividido en dos modelos de datos en función de la concepción básica de la representación de los datos vectorial y raster (Departamento de Geografía, 2012).

Estructura vectorial.

La estructura vectorial es una estructura de datos basada en el modelo vectorial y es utilizada para almacenar los datos geográficos con referencia espacial basada en puntos cuya localización es conocida con precisión. La información se almacena por puntos, líneas, nodos y polígonos (Maguire et al., 1991 en Backhoff Pohls, 2005).

En la siguiente tabla se mencionan las entidades geométricas del modelo vectorial (puntos, arcos, nodos o polígonos) y características principales.

Entidad geométrica	Representa	Ejemplos
Puntos	Fenómenos puntuales en los cuales se desea conocer la posición X,Y.	Alcantarillas, casetas, bancos de material, pozos, señales, postes, hidrantes.
Arcos	Fenómenos lineales en los cuales se define su posición y longitud	Vías, drenajes, oleoductos, líneas eléctricas.
Nodos	Fenómenos puntuales en la intersección de arcos	Intersecciones o entronques semáforos, entregas de aguas en redes de drenaje.
Polígonos	Fenómenos superficiales definidos por regiones homogéneas acotadas por una frontera	Lotes, usos de suelo, cobertura vegetal, manzanas, barrios, derechos de vías.

En la tabla anterior, según Backhoff Pohls (2005) el polígono es una entidad compleja conformada por un conjunto de arcos que envuelven un área.

La representación de los datos geográficos en la estructura vectorial es a través de coordenadas y existen diferentes estructuras de datos vectoriales:

·         Lista de coordenadas “espagueti”

·         Diccionario de vértices.

·         Ficheros DIME (Dual Independent Map Encoding).

·         Arco/nodo.

Esto se utilizan tanto para el manejo interno de los datos como para su intercambio entre diferentes sistemas (Backhoff Pohls, 2005).

Ahora bien, para definir las relaciones espaciales de los elementos geográficos en el modelo vectorial (representación de elementos geográficos a partir de puntos, líneas o polígonos) se utiliza un análisis topológico. Cuando se construye la topología de un elemento especial es un SIG, las propiedades geométricas y topológicas son definidas y almacenadas en tablas como se observa en la siguiente figura.

Ilustración 2 Atributos geográficos, distribución espacial y terreno en la realidad.

En la tabla se representan los atributos de los elementos geográficos en un sistema vectorial. También se observa su distribución espacial (centro) y el terreno en la realidad (foto derecha).

Estructura raster (o barrido).

La estructura raster es un modelo de datos en el que la realidad se representa a través de teselas o celdas elementales que forman un mosaico regular. Cada tesela del mosaico es una unidad de superficie que recoge el valor medio de la variable representada (altitud, reflectancia); las teselas pueden ser cuadradas (celdas) o no (triangulares, hexagonales) un modelo de datos raster está basado en localizaciones.

La estructura del modelo raster es otro método para almacenar, procesar, visualizar datos geográficos, en donde la superficie representada se divide en filas y columnas que forma una malla o rejilla regular en donde cada celda guarda las coordenadas de ubicación como el valor temático.

En los SIG la estructura raster está basada en el modelo raster, este se caracteriza porque utiliza el término pixel, que es la abreviatura de las palabras picture element. El pixel es una unidad mínima de información que tiene un mapa raster y se representa en forma de celda o rejilla, como se puede observar en la siguiente figura.

Ilustración 3 Mapa raster.

En la figura se presenta la resolución espacial de la estructura raster de un ejemplo del límite de un predio, considerando el tamaño de pixel es de 10 x 10 metros. En este ejemplo el tamaño del pixel determina la precisión de la localización de elemento geográfico.

En la estructura raster es posible tener varias imágenes que representen diferentes características de la misma área, por ejemplo, es posible tener imágenes topográficas, la cobertura del suelo y la distribución espacial de un insecto, al sobreponerlas o al realizar operaciones, estar permiten obtener información derivada, como la relación de altura-cobertura del suelo y presencia del vector – insecto – en áreas que presenten las mismas características del suelo y elevación (Backhoff Pohls, 2005).

En las siguientes figuras se esquematizan los componentes del pixel, fila y columna del modelo raster, así como el proceso de rasterización de los datos vectoriales y su representación en una estructura del modelo raster. La rasterización es el proceso mediante el cual se convierten los datos vectoriales de puntos, líneas y polígono a un formato raster.

Ilustración 4 Componentes de una malla o rejilla de celdas en formato raster de información.

Ilustración 5 Esquema de conversión de datos vector-raster.

En esta figura se muestra el formato raster que consta de columnas, filas y celdas de un sistema cartesiano, también se muestra un esquema de conversión de datos vector-raster, observa la malla referenciada y proyectada especialmente.

2.         Datos raster y vector.

En un Sistema de Información Geográfica existe el modelo vectorial y raster para almacenar, procesar y desplegar la información de los datos geográficos en un software de SIG para su análisis espacial de algún tema en específico.

Modelo de datos vectorial.

El modelo vectorial constituye una codificación de los datos geográficos en los Sistemas de Información Geográfica en la que se representa una variable geográfica por su geometría que son almacenados en un formato digital que se puede convertir fácilmente a un dibujo; su representación digital está constituida por una lista de coordenadas de puntos y vértices que definen la geometría de los elementos (Sáez Santos, 2012).

En la siguiente figura se representa la codificación de los elementos geográficos a través de una base de datos relacional asociada a la representación gráfica.

Ilustración 6 Mapa del estado de México en un modelo vectorial.

El modelo vectorial es un excelente representador de las variables de tipo temático cualitativo en un Sistema de Información Geográfica, ya que se establecen los límites entre los elementos geográficos (Sáez Santos, 2012), como se aprecia en la figura anterior la población total, población por sexo y densidad de población del Estado de México. A la derecha se observa el identificador para cada municipio y los datos de población.

En el modelo vectorial también se representan las variables temáticas cuantitativas como la altura, pendiente, precipitación. Estas variables se representan a través de isolíneas o nubes de puntos (Sáez Santos, 2012), para ello se ha diseñado una forma de representación de datos por medio del TIN (Triangulate Irregular Network – Red Irregular de Triángulos). En la siguiente imagen se muestra la estructura de datos, está compuesta por un conjunto de triángulos irregulares TIN.

Ilustración 7 Red irregular de triángulos y representación tridimensional del TIN.

En la base de datos vectorial con variables temáticas cuantitativas, los atributos del terreno se representan por puntos acotados, líneas o polígonos. Los puntos se definen por los valores de coordenadas con un atribulo de altitud.

Modelo de datos raster.

El modelo raster constituye una codificación de los datos geográficos que se realiza a través de una escala de clases, valor medio de un área, valor del punto central, valor numérico. La forma de las celdas puede ser rectangulares o cuadradas; la separación entre el centro de dos pixeles a lo largo de una fila o columna constituye la resolución espacial del modelo raster. El tamaño de celda se seleccionará de modo que su longitud sea la mitad (o su superficie, un cuarto) de la del objeto más pequeño que se quiere registrar. El modelo raster se limita en la resolución del tamaño del pixel para representar la localización de los elementos geográficos. Los formatos de imágenes que manejan un modelo raster son: TIFF, BMP, JPEG, GIF o de formato GRID.

Comparación entre modelos.

Es difícil establecer cuál de los modelos, vectorial o raster, es mejor pues cada uno de ellos presenta sus ventajas e inconvenientes. La selección dependerá de la naturaleza de la información descrita y del análisis que sobre ella vaya a realizarse.

La mayoría de los SIG actuales integran ambos modelos, si bien la eficiencia del análisis dependerá del modelo en que los datos se hayan almacenado. Los Sistemas de Información Geográfica suelen ser etiquetados en función de su habilidad para procesar información raster y vectorial. Por lo general se dice que Arc View es un SIG vectorial o que Idrisi es un SIG de tipo raster.

En la siguiente figura se muestra la información de los datos geográficos del modelo vectorial y raster que procesa el software ArcGIS 9.3.

Ilustración 8 Modelo vector y raster.

Observa en la figura anterior que el polígono cerrado de lado izquierdo está dado por el límite del predio, mientras que el polígono del lado derecho, se identifica el límite y la malla o red de columnas, filas y celdas.

En la siguiente figura se muestra el modelo raster en donde se presenta información de forma continua, los datos geográficos de elevación de terreno y vegetación.

En la figura del lado izquierdo observa el modelo raster en donde se presentan las variaciones de altitud en forma continua. La figura del lado derecho muestra la distribución espacial de los sistemas de vegetación.

En la siguiente tabla se dan a conocer las ventajas y desventajas de los Modelos Vectorial y Raster.

ASPECTOS		MODELOS DIGITALES DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
		RASTER	VECTOR
características	Estructura de datos	Relativamente simple, utiliza renglones y columnas en una red de celdas de tamaño uniforme	Puntos, líneas y polígonos con relaciones topológicas
	Coordenadas	Almacena coordenadas geográficas con cierto grado de generalización (discretización)	Almacena coordenadas X, Y geográficas para todos los elementos.
	Precisión de los elementos	Representa las formas límites y superficies de los elementos geográficos con una transición gradual	Representa las formas límites y superficies de los elementos geográficos con alta precisión.
	Resolución	La resolución de los datos depende del tamaño de la celda	Depende del método de compilación y la escala de los datos originales.
	Valores de atributos	Cada celda tiene un valor ligado a su posición de columna y renglón en la red de celdas.	Cada elemento tiene un identificador único que lo liga a sus atributos descriptivos.
	Requerimiento de almacenamiento	Generalmente grandes pero los valores pueden comprimirse	Generalmente más compacto que el almacenamiento en el modelo raster.
	Relaciones topológicas	Difíciles de establecer	Fáciles de representar
	Sobreposición	Fácil de realizar, muy eficiente, en general requiere poco tiempo de procesamiento de datos	Difícil de realizar por ser un proceso muy sofisticado, requiere mucho tiempo de procesamiento de datos.
	Recomendado para captura	Elementos continuos (elevación, tipos de suelos, temperatura, etc.)	Elementos de límites discretos (límites de propiedades levantados, límites político-administrativos, redes, etc.)
Ventajas		1.            Estructura de datos simple. 2.            Varias clases de análisis espaciales son sencillos (álgebra matricial, operaciones booleanas, etc.) 3.            Simulación fácil porque cada unidad espacial tiene la misma medida y configuración. 4.            En general, la salida de gráficos es de baja calidad. 5.            La tecnología tiene un costo reducido. Preferidos para el análisis de tipo espacial.	1.            Buena presentación de la estructura de los datos del fenómeno y de forma compacta. 2.            La topología puede ser completamente descrita con enlaces de red. 3.            Gráficos precisos de alta resolución, ocupan poco espacio y tienen un alto grado de estética. 4.            Factible recuperación, actualización y generalización de los datos. 5.            Óptimo para el análisis de redes (ríos, transporte, etc.), zonas de influencia (áreas buffer), sobreposición gráfica.
Desventajas		1.            Grandes volúmenes de datos gráficos. 2.            El uso de grandes celdas reduce volúmenes de datos que pueden ser perdidos y consecuentemente tener una pérdida de información. 3.            Los mapas finales para este formato son en ocasiones pobres de estética. 4.            Transformaciones en la proyección consume enormes cantidades de tiempo a menos que ese equipo y programas de especiales.	1.            Estructura de datos compleja. 2.            Combinación de distintos mapas de polígono o vectoriales. 3.            Tecnología de elevado costo, particularmente por el sofisticado equipo y programas de cómputo. 4.            La simulación es difícil porque cada unidad tiene una diferente forma topológica.

1.2.3. representación de los datos con modelos raster y vector.

La representación de los datos geográficos del mundo real se realiza a través de los elementos geográficos de puntos, líneas y polígonos. En la siguiente imagen se representa el proceso de abstracción de la información temática del mundo real representada en capas o layer con información temática de los datos geográficos.

Ilustración 10 Proceso de abstracción de la información del mundo real.

Ilustración 11 Información temática representada en capas las cuales pueden ser en el modelo vectorial o raster.

En la siguiente tabla se muestra la representación de los elementos geográficos de puntos líneas y polígonos en los modelos vectorial y raster, así como algunos ejemplos que pueden representarse del proceso de extracción de la realidad.

La representación de la información en el modelo vectorial se representa mediante puntos acotados, líneas o polígonos; los puntos se definen mediante un par de valores de coordenadas con un atributo de altitud, las líneas mediante un vector de puntos – de altitud única o no – y los polígonos mediante una agrupación de líneas.

También en el modelo raster, los datos se interpretan como el valor medio de unidades elementales de superficie no nula que teselan el terreno con una distribución regular, con solapamiento y con recubrimiento total del área representada.

1.2.4. Modelos de elevación digital (MED).

En la cartografía convencional la descripción de las elevaciones a través del mapa topográfico corresponde a la infraestructura básica del resto de los mapas. El papel equivalente en los Modelos Digitales de Terreno (MDT), es desempeñado por el modelo digital de elevaciones o MED.

Un modelo digital de elevación es la estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de la altitud de la superficie del terreno. Entonces, un modelo es la representación simplificada de la realidad.

Los MDT tienen la forma de estructuras de datos, no son solo un listado de cifras, su construcción debe realizarse de acuerdo con una estructura interna. también representan la distribución espacial de una variable. La variable representada en los MDT es cuantitativa y de distribución continua, es decir, se representan campos a partir de una base de datos.

Ilustración 12 Modelo digital del terreno (MDT).

Estructura de datos de los modelos digitales de elevación.

La integración de los modelos digitales de elevación en los SIG implementa a un conjunto de métodos de integración de la realidad, y de simulación de procesos que complementan la capacidad de los SIG en el manejo de la información temática. En los MDT el punto acotado es la unidad básica de información y se define como un valor de altitud z, al que acompañan los valores correspondientes de las coordenadas x, y.

En los modelos de elevación digital, los modelos y estructuras de datos más utilizados son:

·         La red irregular de triángulos _TIN (Triangulated irregular network)

·         Estructura raster – la matriz regular.

El modelo de elevación digital conocido como red de triangules irregulares (TIN) es de tipo vectorial y se muestra en la siguiente imagen. Observa la estructura de datos TIN, la cual está compuesta por un conjunto de triángulos irregulares, los triángulos se construyen ajustando un plano a tres putos cercanos no colineales, se adosan en el terreno formando un mosaico adaptado a la superficie del terreno.

Ilustración 13 Representación del modelo de elevación digital en una estructura TIN.

El modelo de elevación digital tipo raster se denomina Matriz regular y en la siguiente figura se presenta la estructura del modelo digital raster. En este tipo de modelo la localización espacial de cada dato está determinado por el origen y el valor del intervalo entre filas y columnas de la matriz.

Ilustración 14 Representación del modelo digital de elevación raster con una matriz en forma de columnas y filas.

Para elaborar un modelo digital de elevación se requieren los datos de la altitud (hipsometría) que incluye la fase de transformación de la realidad geográfica a la estructura digital de datos.

Los métodos básicos para obtener los datos de altitud se dan en la siguiente tabla y se dividen en dos grupos: directos, cuando las medidas se realizan directamente sobre el terreno real, e indirectos cuando se utilizan documentos análogos o digitales elaborados previamente.

Métodos directos	Adquisición de información a partir de:
Altimetría	Altímetros transportados por plataformas aéreas o satélites.
GPS	Global positioning system, sistema global de localización mediante satélites.
Radargrametría	Interferometría de imágenes de radar.
Topografía	Estaciones topográficas con grabación de datos.
Restitución	Fuente digital (SPOT) Fuente analógica (cámaras métricas).
Digitalización	Automática (escáner). Manual (tablero digitalizador).

1.2.5. base de datos geográficos.

Una base de datos es la colección de uno o más ficheros de datos, almacenados en forma de estructura que contiene información no redundante, de modo que las relaciones que existen entre los conjuntos de datos puedan ser utilizados por el Sistema de Gestión de Base de Datos (SGBD) para manipular o recuperar los mismos. El SGBD es un programa de ordenador para almacenar, manipular, editar y recuperar información de una base de datos.

Antes de iniciar con el tema de la base de datos geográfico, es conveniente conocer los conceptos principales de almacenamiento de datos informáticos como son: los ficheros y las bases de datos.

Los ficheros se usan para almacenar información con poco volumen que se suelen consultar en bloque. Las bases de datos se utilizan para grandes bloques de información que se quieren explotar y consultar de manera parcial.

Existen numerosas formas de organizar una base de datos y la más común es la relacional para el tratamiento de los datos geográficos. En la siguiente tabla observa que la base relacional es una relación equivalente a una tabla de doble entrada en la que las filas (registros suelen ser los objetos geográficos de un cierto tipo entre todos los considerados); las columnas muestran las variables temáticas (campos) asociados a ellos. Una de estas columnas debe contener un elemento crucial de la descripción digital de la información geográfica (identificador por elemento). El identificador sirve para relacionar la descripción espacial con la temática y para la operación denominada unión relacional que se refiera a juntar dos o más ficheros de datos temáticos.

Ilustración 15 Ejemplo de tabla de datos para realizar una operación relacional.

El uso de base de datos relacionales tiene ventajas e inconvenientes respecto al uso de ficheros_

Ventajas:

·         Facilidad en el manejo de grandes volúmenes de datos.

·         Alto rendimiento de consulta gracias a los índices.

·         Independencia del tratamiento de la información por parte del sistema operativo.

·         Seguridad de acceso a la información.

·         Integridad referencial y no duplicidad de los datos.

·         Acceso concurrente y transaccional a los datos.

·         Copias de seguridad y recuperación de datos.

Desventajas.

·         El costo de licencia y el mantenimiento de algunos SGBD es muy elevado.

·         Se debe poseer conocimientos de administración y explotación de bases de datos.

·         Tareas sencillas como copia o edición de la información requieren conocimientos avanzados.

La información anteriormente expuesta deberá considerarse para la elaboración de una base de datos geográfica. A continuación, revisaras como se hace el diseño de una base de datos.

Diseño de una Base de Datos Geográficos.

Para desarrollar e implementar una base de datos geográfica en un Sistema de Información Geográfica se deben 8imlementar las siguientes fases:

1.       Diseño conceptual.

2.       Diseño lógico

3.       Implementación o modelo físicos.

En cuanto al modelo conceptual, se realiza un análisis de requerimientos de información de contenidos y datos disponibles para identificar a los elementos de información que sean inconsistentes o que estén duplicados. En esta fase se elabora el diccionario de datos el cual explica el contenido de la base de datos geográfica. El modelo conceptual es el proceso por desarrollar que se define después de identificar los requerimientos, la disponibilidad de información y la forma en que se va a correlacionar para interpretar la información y obtener los resultados de manera adecuada.

En el diseño lógico es la idea estructurada que se plantea en el modelo conceptual, pero desde una perspectiva sistemática. En este caso es fundamental el conocimiento de los formatos de la información de entrada y de salida, así como los procesos y herramientas necesarias para el procesamiento de la información.

El modelo físico o implementación es la creación de la representación computarizada que se refiere al diseño y creación de registros, archivos, métodos de acceso, restricciones de seguridad de la base de datos, es hasta está etapa en la que la base de datos se materializa en un equipo de computación, utilizando las capacidades que el equipo seleccionado presenta en particular. Ello también significa que un modelo lógico o conceptual determinado puede tener diferentes implementaciones físicas, dependiendo del equipo computacional o de los equipos en que se decida implementarlo.

Formatos de almacenamiento.

·         Ficheros CAD (MicroStation y AutoCAD)

·         ESRI Shapefiles.

Existen otros tipos de formatos de almacenamiento como son:

·         General Electric Smallworld.

·         Geomedia Warehouses

·         GML

·         ESRI ArcSDE

·         Oracle Spatial.

A continuación, se explican los formatos de almacenamiento más empleados en la información cartográfica disponibles en los portales de los organismos públicos en México.

Ficheros CAD (Computer Aided Design o diseño asistido por ordenador)

Almacenan datos geográficos, son herramientas computacionales de soporte al diseño con geometrías. Programas que manejan este tipo de ficheros: AutoCAD y MicroStation. Los formatos de archivo CAD más habituales son:

·         AutoCAD DXF. Es un formato de archivo CAD para facilitar la interoperabilidad de AutoCAD con otros programas.

·         DWG. Es un formato de archivo que permite guardar datos de diseños en dos y tres dimensiones y es el formato nativo e interno de AutoCAD.

·         DNG. Es un formato de archivo CAD con las mismas capacidades de DWG, pero para la herramienta de MicroStation de Bentley.

La estructura interna de almacenamiento de los archivos CAD está orientada al diseño industrial y no responde a la organización de una base de datos relacional. Este formato de almacenamiento no cumple con muchas de las características generales de los formatos de almacenamiento geográficos de un Sistema de Información Geográfica.

ESRI Shapefiles.

Es uno de los formatos más utilizados para el almacenamiento de los datos geográficos, diseñado por ESRI (Environmental Systems Research Institute) como formato de intercambio de información entre las herramientas de ESRI (y otras herramientas SIG). Este tipo de archivo almacena varios ficheros, pero su contenido se puede entender como la tabla de una base de datos relacional.

El almacenamiento de los datos geográficos de una base de datos relacional se realiza mediante una combinación de varios ficheros:

·         Fichero .shp, contiene las geometrías de los elementos.

·         Fichero .shx, contiene el índice de los elementos.

·         Fichero .dbf, contiene los atributos alfanuméricos de los elementos. Son estos datos los que se pueden considerar como una tabla de base de datos relacional.

·         Fichero .prj, contiene el sistema de coordenadas del shapefile.

·         Fichero .sbn, contiene los índices espaciales, si los hay.

1.2.6. Tecnología GPS.

El Sistema de Posicionamiento Global por sus siglas en inglés (GPS) Global Positioning System, es un sistema de posicionamiento global satelital que permite obtener la ubicación exacta de un punto cualquiera de la superficie. Este sistema fue diseñado y desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América con fines estratégicos estrechamente ligados a su aplicación bélica. Entre sus muchas aplicaciones posibles destacan las de navegación, movimiento y localización en lugares de morfología extremadamente regular donde no existen puntos de referencia reconocibles. El sistema de posicionamiento global se basa en una red de 24 satélites que se encuentran alrededor de la Tierra, los satélites definen una serie de orbitas a una distancia aproximada de 20,000 km y emite una señal de radio que transmite información referida a su posición. El receptor ubicado en un punto cualquiera de la Tierra recibe la señal de más de 5 satélites y envía su ubicación exacta.

Un sistema GPS tiene tres partes fundamentales: el satélite, la señal y el receptor. Estos tres componentes está sometidos a una serie de contratiempos de diversa naturaleza que provocaran ciertos errores en las mediciones resultantes.

La fuente de los errores que pueden afectar al satélite es, la imprecisión registrada por el reloj y por el otro lado cualquier desviación de su órbita. La precisión de los relojes de los satélites es muy alta, pero una variación mínima ocasiona una alteración en la medida. Las orbitas seguidas son conocidas por los receptores, pero pueden ser modificadas por efectos atmosféricos y la velocidad de transmisión de la señal de radio puede tener variaciones. Por ejemplo, la señal de GPS al atravesar las partículas cargadas de la ionosfera y después el vapor de agua de la troposfera la velocidad disminuye. El receptor no puede identificar estas alteraciones, pero se lleva a cabo una corrección diferencial automáticamente.

La fuente de error más importante (hasta tres veces superior a la suma de los máximos posibles de todos los anteriores) es la Selective Availability (SA) disponibilidad selectiva que es el dispositivo que introduce el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS está compuesto por tres componentes de un sistema, estos son:

·         Segmento espacial: son los satélites GPS que emiten señal de radio desde el espacio, forma una constelación de 24 satélites distribuidos en 6 orbitas con un periodo de rotación de 12 horas a una altitud de 20,200km y una inclinación de 55º con respecto al plano ecuatorial. Está distribución espacial permite al usuario tener entre 5 y 8 satélites visibles en cualquier momento.

·         Segmento de control: son las estaciones de rastreo distribuidas en la superficie terrestre. Estas estaciones monitorean a cada satélite analizando las señales emitidas, actualizan los datos de los elementos y mensajes de navegación, así como las correcciones de reloj de los satélites. Las estaciones están ubicadas estratégicamente cerca del plano ecuatorial y cuentan con relojes de muy alta precisión.

·         Segmento usuario: son los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites para el cálculo de su posición, toman la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la señal y obtienen las distancias entre cada satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos 5 satélites en tiempo común; el receptor calcula el tiempo y las coordenadas x, y, z.

En la siguiente imagen se muestran algunos modelos de GPS (navegadores), que permiten la ubicación de la posición de los elementos geográficos.

Ilustración 16 Tipos de GPS

La precisión de los puntos medidos a partir del GPS dependerá del número de satélites observado, de la señal de ruido, elevación de la máscara, línea base, la geometría de la constelación  (PDOP: Position Dilution of Precision) y el tiempo de observación del punto o vértice por posicionar.