¿Qué es un Sistema de Información Geográfica?

Por Santiago W. Bueno, Ph.D. Santiago, R.D. 03.06.2011

         Diferentes definiciones de SIG han evolucionado en diferentes áreas y disciplinas. Todas las definiciones de los SIG reconocen que los datos espaciales son únicos porque están vinculados a mapas (El espacio importa. Un SIG por lo menos consiste en una base de datos, información de mapas, y un enlace computarizado entre ellos. Entre varias definiciones, un SIG es un sistema de información que incluye un sistema de base de datos con capacidades específicas para datos espacialmente referenciados, así como un conjunto de operaciones para trabajar con los datos.

Breve historia de los SIG          Los orígenes de SIG se ubican en la cartografía temática. Muchos planificadores utilizaron el método de superposición de mapas mediante  técnicas manuales. La superposición manual de mapas como un método fue descrita ampliamente por Jacqueline Tyrwhitt en 1950 en un libro de texto sobre planificación. La década de 1960 vio muchas nuevas formas de datos geográficos y de software cartográficos. Los primeros sistemas fueron CGIS, MLMIS, GRID y LUNR, y Odessy (Universidad de Harvard). Las primeras aplicaciones trataban sobre la gestión de los recursos naturales. En la actualidad, los principales softwares de GIS incluyen: ArcGIS (ESRI), Idrisi (Clark University), MapInfo (Troy, NY), ERDAS (Sistema de Análisis de Datos de Recursos de la Tierra), AutoCAD Map y TNTmips (MicroImages).

Geodesia, Datums, Mapa de Proyecciones y Sistemas de Coordenadas.          Para utilizar eficazmente los SIG, debemos tener una clara comprensión sobre: cómo se establecen y se miden los sistemas de coordinadas. GEODESIA es la ciencia de la medición de la forma de la Tierra. Las proyecciones de mapas tienen que ver con la transformación de coordenadas de ubicación en la superficie curva terrestre a mapas planos. ¿Por qué tenemos que proyectar las coordenadas de ubicación? porque en los mapas planos, la geometría de la Tierra esta distorsionada.

Modelos de la Tierra

         Las características de la Tierra pueden ser definidas en términos de forma, tamaño, medio ambiente y movimientos. La Tierra está siempre cambiando. Los modelos de la Tierra se basan principalmente en su forma debido a su importancia para la exactitud geométrica. Los modelos de la Tierra deben ser desarrollados lo más cerca posible a la verdadera forma de la tierra. El tamaño de la Tierra es importante para el uso de escalas en los modelos. En términos de medio ambiente, diversos procesos afectan la forma en que cambia la faz de la Tierra, especialmente la gravedad, los procesos geológicos, el campo magnético y los movimientos de resolución sobre el eje, el sol, a través de la galaxia y el universo.

         Entre los modelos, la Tierra ha sido considerada como una esfera, que es perfecta y todos los puntos son equidistantes del centro. También se ha considerado un esferoide, que es una esfera imperfecta con todos los puntos a diferentes distancias del centro. Como un elipsoide, el modelo tiene dos ejes (mayor y menor) aproximando la superficie de la tierra (la simplificación de un esferoide) debido a que la diferencia entre el eje mayor y menor son muy pequeñas. El modelo del Geoide considera la superficie de la fuerza de la gravedad en la tierra desigual e irregular.
         El modelo de la esfera utiliza un radio determinado. No es capaz de modelar la forma real de la tierra porque no tiene en cuenta el achatamiento en los polos y existe una diferencia de 20 kilómetros entre el promedio del radio esférico, y el radio polar medido. Este modelo se aplica para la navegación de corto alcance y aproximaciones de distancia mundiales. La Tierra no es una esfera perfecta, porque la fuerza centrífuga afecta su forma y hay una distribución desigual de masas continentales, hielo y agua. Por eso necesitamos los Datums en la localización de objetos sobre la base de puntos comunes de referencia y los modelos de la tierra.

Esferoides, elipsoides, geoides          Elipsoides son esferoides definidos en la base de un radio ecuatorial y polar. La forma de la Tierra se representa como una superficie lisa promedio. Los mejores modelos del elipsoide representan la forma de la tierra con un error aproximado de un centenar de metros. Se aplican para estimar con precisión las distancias y los cálculos de direcciones a largas distancias. Los receptores GPS utilizan para calcular la posición, modelos elipsoidales de la tierra. ESRI utiliza el término esferoide y elipsoide de forma indistinta, pero la esfera tiene aproximadamente 40 millones de metros de circunferencia, mientras que un elipsoide es una elipse rotada en tres dimensiones sobre su eje más corto. Un Elipsoide tiene una diferencia de 1/297 con respecto a una esfera. Muchos Elipsoides se han medido, y muchos mapas han sido creados en base a ellos. Ejemplos de Elipsoides son WGS84 y GRS80.

La producción de un Datum          Datum es la red de puntos de control con posiciones conocidas basadas en cantidades de referencia. Teóricamente es una definición de la superficie de la Tierra. Existen varios tipos: plano, esfera, y elipsoide. El componente práctico de datums es que sirven para medir las superficies. Cada dato se basa en un Elipsoide que determina la forma de la tierra y de la posición relativa del Elipsoide al centro de la tierra. Aplicaciones comunes de datum locales se adaptan a una parte geográfica particular del mundo. Ejemplos de datums locales es el datum de América del Norte de 1927. Los datum globales son geocéntricos. Se adaptan a todo el mundo muy bien y utilizan el centro de la masa de la Tierra como punto de referencia. Ejemplos de este tipo, son el datum de América del Norte de 1983 y el Sistema Geodésico Mundial de 1984. Los sistemas de GPS usan este último.

Sistemas de coordenadas          Los sistemas de coordinar deben de tener en cuenta la región a la que se aplican. Sus aplicaciones a áreas pequeñas producen menos distorsión. Hay dos tipos básicos de sistemas de coordenadas: 1) geográficas que son mediciones angulares basadas en la red de referencias de latitud y longitud y colocadas en globo esférico (Geodesia) y 2) proyectadas, que consisten en sistema de coordenadas bi-dimensiones con origen fijo en la intersección de un par de ejes perpendiculares (cartesiano, plana, rectangular). El sistema de coordenadas geográficas (SCG) se mide en longitud y latitud y el origen se encuentra en la intersección de la línea ecuatorial y el meridiano de Greenwich. Los puntos de referencia para la SCG son el observatorio real de Greenwich, en el Reino Unido, y el centro de la masa de la Tierra (eje de rotación). Las unidades de medición de Longitud y latitud son los grados, minutos y segundos (DMS) o Grados decimales (DD).

Proyecciones de Mapa          La transformación de la tierra esférica o elipsoidal a un mapa plano se llama una proyección de mapa. La proyección del mapa se puede hacer a una superficie plana o una superficie que se pueda hacer plana mediante corte, como un cilindro o un cono. Si una esfera, después de la ampliación, corta la superficie, la proyección se conoce como secante. Las proyecciones pueden basarse en ejes paralelos al eje de rotación de la Tierra (ecuatorial), a 90 grados a la misma (transversal), o en cualquier otro ángulo (oblicua). Una proyección que preserva la forma de las características a través del mapa se llama conforme. Una proyección que preserva el área de una característica a través del mapa se llama área equivalente. Ningún mapa plano pueden ser ambas cosas, equivalente y conforme. La mayoría de los mapas se sitúan entre las dos proyecciones.