3. Datos Vectoriales

	Objetivos:	Comprender los modelos de datos vectoriales como se utilizan en SIG.
	Palabras clave:	Vector, Punto, Polilínea, Polígono, Vértice, Geometría, Escala, Calidad de los Datos, Simbología, Fuentes de Datos

3.1. Vista general

Los datos vectoriales proporcionan una forma de representar entidades del mundo real dentro del entorno GIS. Un objeto espacial es cualquier cosa que pueda ver en el paisaje. Imagina que estás parado en la cima de una colina. Mirando hacia abajo puede ver casas, carreteras, árboles, ríos, etc. (ver Figura 3.28). Cada una de estas cosas sería un objeto espacial cuando las representamos en una Aplicación GIS. Los objetos espaciales vectoriales tienen atributos, que consisten en texto o información numérica que describen los objetos espaciales.

Figura 3.28 Observando un paisaje, se pueden apreciar objetos tales como carreteras, casas y árboles.

Una entidad vectorial tiene su forma representada usando geometría. La geometría está formada por uno o más vértices interconectados. Un vértice describe una posición en el espacio utilizando un eje X, Y y opcionalmente Z. Las geometrías que tienen vértices con un eje ``Z”” a menudo se denominan 2.5D ya que describen la altura o la profundidad en cada vértice, pero no ambas.

Cuando la geometría de un objeto espacial consta de un solo vértice, se denomina objeto espacial de punto (consulte la ilustración Figura 3.29). Cuando la geometría consta de dos o más vértices y el primer y último vértice no son iguales, se forma un objeto espacial de polilínea (ver ilustración Figura 3.30). Cuando hay tres o más vértices, y el último vértice es igual al primero, se forma un objeto espacial poligonal cerrado (ver ilustración Figura 3.31).

Figura 3.29 Un objeto de tipo punto se describe por sus coordenas X, Y y opcionalmente Z. El punto es descrito mediante atributos como por ejemplo si se trata de un árbol o una farola.

Figura 3.30 Una polilínea es una secuencia de vértices unidos. Cada vértice posee unas coordenadas X e Y (y opcionalmente Z). Los atributos describen la polilínea.

Figura 3.31 Un polígono, al igual que una polilínea, es una secuencia de vértices. Sin embargo, en un polígono el primer y último vértices se localizan siempre en la misma posición.

Mirando hacia atrás en la imagen de un paisaje que le mostramos más arriba, debería poder ver los diferentes tipos de entidades en la forma en que un SIG las representa ahora (vea la ilustración Figura 3.32).

Figura 3.32 Los objetos espaciales del paisaje como nos gustaría presentarlos en un SIG. Ríos (azul) y carreteras (verde) pueden ser representados como líneas, árboles como puntos (rojo) y casas como polígonos (blanco).

3.2. Los objetos de tipo punto en detalle

Lo primero que tenemos que darnos cuenta cuando cuando hablamos de objetos espaciales puntuales es que lo que describimos como un punto en el SIG es una cuestión de opinión, y a menudo depende de la escala. veamos a las ciudades, por ejemplo. Si usted tiene un mapa a escala pequeña (que cubre una área grande), puede tener sentido representar una ciudad utilizando un objeto puntual. Sin embargo, como el zum en el mapa, avanzar hacia una mayor escala, tiene más sentido mostrar los límites de la ciudad como un polígono.

Cuando elija utilizar los puntos para representar un objeto espacial es sobre todo una cuestión de escala (a qué distancia se encuentran del objeto), comodidad (se tarda menos tiempo y esfuerzo para crear entidades de puntos que las entidades poligonales), y el tipo de objeto espacial (algunas cosas como postes de teléfono simplemente no tienen sentido almacenarlas como polígonos).

Como mostramos en la ilustración Figura 3.29, una entidad puntual tiene un valor X, Y y, opcionalmente, Z. Los valores de X e Y dependerán del Sistema de referencia de coordenadas (SRC) que se utilice. Vamos a entrar en más detalles sobre los sistemas de referencia de coordenadas en un tutorial posterior. Por ahora, digamos simplemente que un SRC es una forma de describir con precisión dónde se encuentra un lugar en particular en la superficie de la tierra. Uno de los sistemas de referencia más comunes es Longitud y Latitud. Las líneas de longitud van del Polo Norte al Polo Sur. Las líneas de latitud van de este a oeste. Puede describir con precisión dónde se encuentra en cualquier lugar de la tierra dando a alguien su Longitud (X) y Latitud (Y). Si realiza una medida similar para un árbol o un poste telefónico y lo marca en un mapa, habrá creado una entidad de punto.

Ya que sabemos que la tierra no es plana, a menudo es útil añadir un valor de Z a una entidad puntual. Esto describe qué tan alto sobre el nivel del mar se encuentra.

3.3. Los objetos polilínea en detalle

Cuando una entidad de puntos es un solo vértice, una polilínea tiene dos o más vértices. La polilínea es una ruta continua dibujada a través de cada vértice, como se muestra en Figura 3.30. Cuando se unen dos vértices, se crea una línea. Cuando se unen más de dos, forman una “línea de líneas” o polilínea.

Una polilínea se utiliza para mostrar la geometría de las entidades lineales como las carreteras, los ríos, las curvas de nivel, senderos, rutas de vuelo y así sucesivamente. A veces tenemos reglas especiales para polilíneas, además de su geometría básica. Por ejemplo las curvas de nivel pueden tocar (por ejemplo, en un acantilado), pero nunca deben cruzar entre sí. Del mismo modo, polilíneas utilizados para almacenar una red de carreteras deben conectarse en las intersecciones. En algunas aplicaciones SIG se pueden establecer estas reglas especiales para un tipo de entidad (por ejemplo, carreteras) y el SIG se asegurará de que estas polilíneas siempre cumplan con estas normas.

Si una polilínea curva tiene distancias muy grandes entre vértices, puede aparecer angular o irregular, dependiendo de la escala a la que se mire (ver Figura 3.33). Debido a esto, es importante que las polilíneas se digitalicen (se capturen en la computadora) con distancias entre vértices que sean lo suficientemente pequeñas para la escala en la que desea utilizar los datos.

Figura 3.33 Polilíneas vistos a una escala menor (1:20 000 a la izquierda) pueden aparecer lisa y curvada. Cuando el zum a una mayor escala (1: 500 a la derecha) las polilíneas pueden parecer muy angular.

Los atributos de una polilínea describen sus propiedades o características. Por ejemplo, una polilínea de carretera puede tener atributos que describen si está cubierta de grava o alquitrán, cuántos carriles tiene, si es una calle de sentido único, etc. El SIG puede usar estos atributos para simbolizar la función de polilínea con un color o estilo de línea adecuado.

3.4. Objetos de tipo polígono en detalle

Las entidades poligonales son zonas cerradas como presas, islas, limites del país, etc. Como las entidades de polilínea, los polígonos se crean de una serie de vértices que se conectan con una línea continua. Sin embargo, debido a que un polígono siempre describe un área cerrada, ¡el primer y último vértice deberán siempre estar en el mismo lugar! Los polígonos regularmente tienen geometría compartida —- limites que tienen en común con un polígono vecino. Muchas aplicaciones SIG tienen la capacidad para asegurar que los limites de los polígonos vecinos coinciden exactamente. Nosotros examinaremos el tema Topología más adelante en este tutoríal

Como con los puntos y las polilíneas, los polígonos poseen attributes. Los atributos describen cada polígono. Por ejemplo, una presa podría tener atributos de profundidad y calidad del agua.

3.5. Datos vectoriales en capas

Ahora que hemos descrito qué son los datos vectoriales, veamos cómo se administran y usan los datos vectoriales en un entorno SIG. La mayoría de las aplicaciones GIS agrupan entidades vectoriales en ** capas **. Las entidades en una capa tienen el mismo tipo de geometría (por ejemplo, todas serán puntos) y los mismos tipos de atributos (por ejemplo, información sobre qué especie es un árbol para una capa de árboles). Por ejemplo, si ha registrado las posiciones de todos los senderos en su escuela, generalmente se almacenarán juntos en el disco duro de la computadora y se mostrarán en el SIG como una sola capa. Esto es conveniente porque le permite ocultar o mostrar todas las entidades de esa capa en su aplicación SIG con un solo clic del mouse.

3.6. Edición de datos vectoriales

La aplicación SIG le permitirá crear y modificar los datos de la geometría en una capa — un proceso llamado digitalización — que vamos a ver más de cerca en un tutorial más tarde. Si una capa contiene polígonos (por ejemplo, presas agrícolas), la aplicación SIG sólo le permitirá crear nuevos polígonos en esa capa. Del mismo modo, si usted desea cambiar la forma de un objeto espacial, la aplicación sólo le permitirá hacerlo si la forma cambiada es correcta. Por ejemplo, no le permitirá editar una línea de tal manera que sólo tenga un vértice — recuerde en nuestra discusión de las líneas anteriores que todas las líneas deben tener al menos dos vértices.

Creación y edición de datos vectoriales es una función importante de un SIG, ya que es una de las principales formas en que se pueden crear datos de carácter personal por las cosas que le interesan. Digamos por ejemplo que está supervisando la contaminación en un río. Se podría utilizar el SIG para digitalizar todos los emisarios de desagüe de aguas pluviales (como una entidad de puntos). También puede digitalizar el río en sí (como una entidad de polilínea). Por último se puede tomar lecturas de los niveles de pH a lo largo del curso del río y digitalizar los lugares en que haya realizado estas lecturas (como una capa de puntos).

Así como la creación de sus propios datos, hay una gran cantidad de datos vectoriales gratis que se puede obtener y utilizar. Por ejemplo, se pueden obtener datos vectoriales que aparece en las hojas 1:50 000 de mapas de la Dirección Principal: Topografía y Cartografía.

3.7. Escala y datos vectoriales

El escala de mapa es un tema importante a considerar cuando se trabaja con datos vectoriales en un SIG. Cuando se capturan datos, generalmente se digitalizan a partir de mapas existentes o tomando información de registros de topógrafos y dispositivos del sistema de posicionamiento global. Los mapas tienen diferentes escalas, por lo que si importa datos vectoriales de un mapa a un entorno GIS (por ejemplo, digitalizando mapas en papel), los datos vectoriales digitales tendrán los mismos problemas de escala que el mapa original. Este efecto se puede ver en las ilustraciones Figura 3.34 y Figura 3.35. Pueden surgir muchos problemas al hacer una mala elección de la escala del mapa. Por ejemplo, usar los datos vectoriales en la ilustración Figura 3.34 para planificar un área de conservación de humedales podría resultar en que partes importantes del humedal queden fuera de la reserva. Por otro lado, si está intentando crear un mapa regional, usar datos capturados a 1: 1000 000 podría estar bien y le ahorrará mucho tiempo y esfuerzo al capturar los datos.

Figura 3.34 Datos vectoriales (lineas rojas) que fueron difitalizadas desde una escala pequeña de mapa(1:1000 000).

Figura 3.35 Datos vectoriales (lineas verdes) que fueron digitalizadas de una escala grande de mapa (1:50 000).

3.8. Simbología

Cuando agrega capas vectoriales a la vista del mapa en una aplicación GIS, se dibujarán con colores aleatorios y símbolos básicos. Una de las grandes ventajas de utilizar un SIG es que puede crear mapas personalizados con mucha facilidad. El programa GIS le permitirá elegir colores para adaptarse al tipo de entidad (por ejemplo, puede decirle que dibuje una capa vectorial de cuerpos de agua en azul). El GIS también le permitirá ajustar el símbolo utilizado. Entonces, si tiene una capa de puntos de árboles, puede mostrar cada posición de árbol con una pequeña imagen de un árbol, en lugar del marcador de círculo básico que usa el SIG cuando carga la capa por primera vez (vea las ilustraciones Figura 3.36, Figura 3.37 y Figura 3.38).

Figura 3.36 En el GIS, se puede utilizar un panel (como la de arriba) para determinar como deben dibujarse los objetos espaciales en su capa.

Figura 3.37 Cuando una capa (por ejemplo la capa de arboles anterior) se cargo primero, una aplicación SIG le dará un símbolo generico.

Figura 3.38 Después de hacer los ajustes es mucho más fácil ver que los puntos representan árboles.

La simbología es una característica de gran alcance, haciendo mapas más reales y los datos de su GIS más fácil de entender. En el tema que sigue (Datos de atributo de vector) vamos a examinar más profundamente cómo la simbología puede ayudar al usuario a entender los datos vectoriales.

3.9. ¿Qué se puede lograr con los datos vectoriales en SIG?

Al nivel más simple podemos utilizar datos vectoriales en una aplicación SIG de la misma manera que utilizaría un mapa topográfico normal. El verdadero poder de los SIG comienza a manifestarse cuando se empieza a hacer preguntas como “¿qué casas están dentro del nivel de inundación de 100 años de un río?”; “¿dónde está el mejor lugar para poner un hospital para que sea fácilmente accesible a la mayor cantidad de gente posible?”; “¿qué alumnos viven en un suburbio particular?”. Un SIG es una gran herramienta para responder a este tipo de preguntas con la ayuda de los datos vectoriales. Generalmente nos referimos al proceso de responder a este tipo de preguntas como análisis espacial. En temas posteriores de este tutorial vamos a ver el análisis espacial con más detalle.

3.10. Problemas usuales con datos vectoriales

Trabajar con datos vectoriales tiene algunos problemas. Ya hemos mencionado los problemas que pueden surgir con los vectores capturados en diferentes escalas. Los datos vectoriales también necesita mucho trabajo y de mantenimiento para asegurar que sea exacta y fiable. Los datos vectoriales incorrectos pueden tener lugar cuando los instrumentos utilizados para capturar los datos no están debidamente establecidos, cuando las personas que capturan los datos no están siendo cuidadosos, cuando el tiempo o el dinero no permiten suficiente detalle en el proceso de recolección, etc.

Si tiene datos vectoriales de baja calidad, a menudo puede detectar esto cuando visualiza los datos en un SIG. Por ejemplo, astillas pueden ocurrir cuando los bordes de dos áreas poligonales no se unen correctamente (consulte Figura 3.39).

Figura 3.39 Los slivers ocurren cuando los vértices de dos polígonos no coinciden en sus fronteras. A una pequeña escala (por ejemplo 1 a la izquierda) es posible que no sea capaz de ver estos errores. A una gran escala, son visibles como tiras finas entre dos polígonos (2 a la derecha).

Los sobrealcances pueden ocurrir cuando una entidad de línea, como una carretera, no se encuentra con otra carretera exactamente en una intersección. Subalcances pueden ocurrir cuando una entidad de línea (por ejemplo, un río) no coincide exactamente con otra entidad a la que debería estar conectada. Figura Figura 3.40 demuestra cómo se ven los subalcances y los sobrealcances.

Figura 3.40 Undershoots (1) ocurre cuando las líneas vectoriales digitalizadas que deben conectarse con otras no hacen contacto del todo. Overshoots (2) ocurren si una línea termina más allá de la línea a la que debe conectarse.

Debido a este tipo de errores, es muy importante digitalizar los datos cuidadosamente y con precisión. En el próximo tema topología vamos a revisar algunos de estos tipos de errores en mayor detalle.

3.11. ¿Qué hemos aprendido?

Vamos a concluir lo que hemos cubierto en esta hoja de trabajo:

• Datos vectoriales se utilizan para representar el mundo real objetos espaciales en un GIS.

• Un objeto espacial vectorial puede tener un tipo geometría de punto, línea o un polígono.

• Cada objeto espacial vectorial tienen datos de atributos que lo describen.

• La geometría del objeto espacial esta descrito en términos de vértices.

• Las geometrías puntuales se componen de un único vértice (X,Y y Z opcional)

• Las geometrías de polilineas se componen de dos o más vértices formando una línea conectada.

• Las geometrías de polígonos se componen de al menos cuatro vértices formando un área cerrada. El primer y último vértice están siempre en el mismo lugar.

• Elegir qué tipo de geometría a utilizar depende de la escala, la conveniencia y lo que quiere hacer con los datos en el SIG.

• La mayoría de las aplicaciones SIG no le permiten mezclar más de un tipo de geometría en una sola capa.

• Digitalizar es el proceso de creación de datos vectoriales digitales dibujándolo en una aplicación SIG.

• Los datos vectoriales pueden tener problemas de calidad tales como undershoots, overshoots y slivers que necesita tener en cuenta.

• Los datos vectoriales pueden ser utilizados para análisis espacial en una aplicación SIG, por ejemplo para encontrar el hospital más cercano a una escuela.

Hemos resumido el concepto de datos vectoriales GIS en la figura Figura 3.41.

Figura 3.41 Este diagrama muestra como las aplicaciones SIG trabajan con los datos vectoriales.

3.12. ¡Pruebe usted ahora!

Aquí están algunas ideas para que intente con sus alumnos:

• Usando una copia de un mapa de hoja topográfica para su área local (como el que se muestra en Figura 3.42), vea si sus alumnos pueden identificar ejemplos de los diferentes tipos de datos vectoriales resaltándolos en el mapa.

• Piense cómo crearía elementos vectoriales en un SIG para representar los objetos espaciales del mundo real en sus terrenos escolares. Crear una tabla de diferentes elementos de los alrededores de su escuela y luego de la tarea a sus alumnos para decidir si estarían mejor representados en el SIG como un punto, línea o polígono. Vea un ejemplo table_vector_1.

Figura 3.42 ¿Puede identificar dos objetos espaciales puntuales y un poligonal en este mapa?

Objetos del mundo real	Tipo de geometría adecuado
El asta bandera de la escuela
El campo de fútbol.
Los senderos dentro y alrededor del colegio.
Lugares donde se encuentran los grifos
Etc.

Tabla vectorial 1: Crear una tabla como esta (dejar la columna de tipo de geometría vacío) y pedir a sus alumnos decidan el tipo de geometría adecuada.

3.13. Algo para pensar

Si no se tienen una computadora disponible, puede utilizar una carta topográfica y una hoja transparente para mostrar a sus alumnos acerca de los datos vectoriales.

3.14. Otras lecturas

La guía de usuario de QGIS también tiene información más detallada sobre como trabajar con datos vectoriales en QGIS.

3.15. ¿Qué sigue?

En la sección siguiente, daremos una mirada más cercana a datos de atributos para ver cómo se puede utilizar para describir objetos espaciales vectoriales.