MODELOS DE DATOS ESPACIALES

1
MODELOS DE DATOS ESPACIALES

• Tema 12
• (II)

2
Qué es un MODELO?

• Una representación simplificada de la realidad en
  la que aparecen algunas de sus propiedades.
• Un modelo es un objeto, concepto o conjunto de
  relaciones que se utiliza para representar y
  estudiar de forma simple y comprensible una
  porción de la realidad empírica"

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Propiedades Emergentes
OBJETO REAL X
CUESTION C
RESPUESTA R
Analogía
CUESTION C
RESPUESTA R
MODELO M
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Tipos de modelos

• Modelos Analógicos
• son modelos físicos, como los ya mencionados de
  una maqueta como modelo icónico, o un mapa
  convencional como modelo análogo.
• Modelos Digitales
• modelos simbólicos y que para construirlos es
  necesario un proceso de codificación de la
  información, que permite una representación
  virtual manejable por medios informáticos.

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Modelo de Datos

• Un modelo de datos es un conjunto de conceptos
  que sirven para describir una estructura
• Para ello hay que codificar la información de
  una forma lógica y coherente

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Modelo de Datos Espaciales
7
Modelo Vectorial

• Los objetos son representados por puntos y líneas
  que definen sus límites.
• La posición de cada objeto es definida por un
  sistema de referencia.
• Cada posición en el mapa se corresponde con un
  único par de coordenadas.

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Modelo Raster

• Todo el espacio es dividido regularmente en
  celdas o teselas (rectangulares o no).Pixel
• La posición de los objetos está definida por la
  (fila, columna) que ocupan las celdas que los
  definen.
• El área que representa cada celda define la
  resolución de la información. Resolución
  Espacial

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Estructura Raster y Vectorial
10
Estructura y representación de Tipo Vectorial

• Los Objetos espaciales se codifican de modo
  explícito con sus fronteras

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Estructura y representación de Tipo Raster

• El espacio está totalmente ocupado por una
  cuadrícula regular que lo divide en celdas.

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Tipos de Estructuras Vectoriales (I)
Estructuras Vectoriales

• Estructuras simples.
• Ficheros ASCII (American Standard Code for
  Interchange Information).
• Estructuras de tipo Espagueti o lista de
  coordenadas.
• Estructuras Topológicas
• Estructuras topológicas parciales
• Cadena-nodo o Diccionario de Vértices.
• Pseudotopologías
• Estructuras con topología completa
• Organización Arco-nodo.

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Tipos de Estructuras Vectoriales (II)
Estructuras Vectoriales

• Elementos de tipo área se representan por bordes
  cerrados. Ej polígonos industriales, límites
  municipales, ...
• Elementos lineales se representan por una línea.
  Ej ríos, barrancos, ...
• Elementos puntuales se representan por puntos.
  Ej pozos, puntos de control, vértices
  geodésicos, ...

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Fichero ASCII (DXF)
Estructuras Vectoriales

• 0
• SECTION
• 2
• HEADER
• 9
• ACADVER
• 1
• AC1014
• 9
• ACADMAINTVER
• 70
• 0
• 9
• DWGCODEPAGE
• 3
• ANSI_1252
• 9
• INSBASE
• 10

REGENMODE 70 1 9 FILLMODE 70 1
9 QTEXTMODE 70 0 9
0.0 9 EXTMIN 10 -1193.4638 20 240.4742
30 0.0 9 EXTMAX 10 -1073.7235 20 333.9503
30 0.0 9
LIMMIN 10 -1437.406229 20 -16.600329
9 LIMMAX 10 -829.781071 20 591.024829
9 ORTHOMODE 70 0 9
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Estructura Espagueti (I)
Estructuras Vectoriales

• Cómo almacena la información?
• Puntos par de coordenadas
• Líneas como una sucesión de pares de
  coordenadas.
• Polígonos cadena de pares de coordenadas con
  repetición del primer par de coordenadas que
  indica que es un elemento cerrado.

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Estructura Espagueti (II)
Estructuras Vectoriales

• Qué problemas tiene está estructura?
• Almacena por duplicado los límites entre dos
  polígonos adyacentes.
• Se almacena sin ninguna estructura espacial
  aparente
• No presenta relaciones espaciales.
• Es ineficiente para análisis espaciales
• Ventajas?
• Es muy eficiente para trazar o plotear.

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Estructura Espagueti (III)
Estructuras Vectoriales

• Tenemos
• 4 Superficies
• 1 Línea
• 1 Punto
• 16 Vértices
• 17 Tramos

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Estructura Espagueti (IV)
Estructuras Vectoriales
19
Estructura Espagueti (V)
Estructuras Vectoriales
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Estructura Topológicas (I)
Estructuras Vectoriales

• Términos y conceptos asociados
• Nodos corresponden a elementos puntuales,
  extremos de líneas e intersección de arcos.
• Arcos sucesión de puntos que describe la
  ubicación y forma de un elemento lineal
  (empiezan y terminan en nodos).
• Vértices elementos intermedios de los arcos.
• Polígonos zonas encerradas por uno o varios
  arcos.

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Estructura Topológicas (II)
Estructuras Vectoriales

• SE TIENEN
• 9 Nodos (Verde)
• 10 Arcos (Azul)
• 7 Vértices (Naranja)
• 4 Polígonos (Blanco)

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Estructuras Topológicas (III)
Estructuras Vectoriales

• Una estructura topológica consiste en la
  representación de los detalles de las conexiones
  entre los diferentes objetos espaciales.
• Facilita una definición precisa de los objetos y
  sus relaciones con otros objetos, permitiendo
  obtener de manera inmediata cualquier relación de
  adyacencia, conectividad, proximidad, etc.

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Estructuras Topológicas (IV)
Estructuras Vectoriales

• Permite responder a preguntas del tipo
• Cuáles son las fincas que están contenidas en
  cada municipio?
• Cuáles son los centros comerciales que quedan a
  menos de 1 km de una vía principal?
• Para crear topología se han de cumplir unos
  requisitos de limpieza topológica de la
  información gráfica
• Las líneas deben tener sus conectar con exactitud
  (evitar overshoots y undershoots).
• Los bordes de polígonos adyacentes deben
  coincidir.
• Existencia de nodos en las intersecciones.

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Limpieza Topológica
Estructuras Vectoriales
25
Estructuras Topológicas (V)
Estructuras Vectoriales

• Las relaciones entre nodos, arcos y polígonos se
  denominan relaciones topológicas, que pueden
  ser puntuales, lineales (de red), superficiales
  (de polígono).

26
Estructuras Topológicas (VI)
Estructuras Vectoriales

• Reglas en las relaciones topológicas

27
Estructuras Topológicas (VII)
Estructuras Vectoriales

• Tipos de Relaciones Topológicas entre elementos
  Gráficos.

28
Ejemplo de Topología en red
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
29
Ejemplo de Topología de Polígonos
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
30
Juego Lineal
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
31
Topología lineal
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
32
Oca
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
33
Juego de la OcaEstructura topológica
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
Pozo y Calavera
Puentes
De Oca a Oca
34
TOPOLOGÍA-TABLA DE CONEXIONES.
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
35
CAMINOS POSIBLES DE 1 A 6
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
36
CAMINO MÍNIMO
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
120
109
129
72
37
PROCESO DE CREACIÓN DE LA TOPOLOGÍA(Ejemplo red
viaria)
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
38
CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE LA TOPOLOGÍA.
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
NODO TRAMO NODO
T1
T2
1 T1 2
1 T5 7
T3
T4
2 T2 3
2 T3 8
4 T6 8
T6
T5
4 T4 3
4 T8 5
T7
T8
8 T7 6
6 T9 7
T9
T10
6 T10 5
39
DEFINICIÓN DE SENTIDOS
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
40
CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE LA TOPOLOGÍA.
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
NODO TRAMO NODO
1 T1 2
2 T1 1
1 T5 7
T2
T1
2 T2 3
8 T3 2
2 T3 8
T3
T4
4 T6 8
4 T4 3
T6
4 T8 5
T5
6 T7 8
8 T7 6
7 T9 6
6 T9 7
T7
T8
6 T10 5
5 T11 6
T10
T9
8 T12 4
3 T13 2
5 T14 4
41
DEFINICIÓN DE TIEMPOS
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
12
22
29
17
24
23
5
35
18
10
11
42
CODIFICACIÓN NUMÉRICA O DIGITAL DE ATRIBUTOS.
Estructuras Topológicas
Estructuras Vectoriales
NODO TRAMO NODO
TIEMPO
2 T1 1
12
1 T5 7
24
2 T2 3
22
8 T3 2
29
4 T6 8
23
4 T4 3
17
4 T8 5
10
6 T7 8
35
7 T9 6
10
6 T10 5
11
5 T11 6
18
8 T12 4
23
3 T13 2
22
5 T14 4
10
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Estructura Cadena-Nodo (I) (Diccionario de
Vértices)
Estructuras Vectoriales

• Las Coordenadas de los vértices sólo se almacenan
  una vez.
• No existen objetos superficiales, tan sólo puede
  haber objetos puntuales, textuales y lineales,
  todos ellos codificados y con nombres asignados.

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Estructura Cadena-Nodo (II)
Estructuras Vectoriales
45
Pseudotopología de Arcos
Estructuras Vectoriales
Los Arcos se asocian a los punteros de la base
de datos mediante códigos comunes.
46
Pseudotopología de Polígonos
Estructuras Vectoriales
Los Arcos se asocian a polígonos mediante
códigos comunes. Los Arcos entre dos polígonos
se repiten.
47
Estructura Arco-Nodo (I) (Topología Completa)
Estructuras Vectoriales

• Es la estructura más característica de los SIG
  vectoriales.
• En ella se especifican
• Las líneas que están conectadas.
• Los segmentos que delimitan un polígono.
• Los polígonos que son contiguos.

48
Estructura Arco-Nodo (II)
Estructuras Vectoriales
49
Tipos de Estructuras Raster (I)
Estructuras Raster

• Enumeración Recursiva.
• Codificación Run-Length (RLE)
• Arboles Cuaternarios (quadtrees)

50
Enumeración Recursiva (I)
Estructuras Raster

• Es el menos eficiente de los formatos raster.

51
Enumeración Recursiva (II)
Estructuras Raster
0000000000000000 0000000000000000 0000001122220000
0000311122222300 0000331122222300 003333111221133
0 0033331111111330 0333311111111330 03333111111133
30 0333222211133330 0332222222333300 0022222222233
300 0002222222333000 0000022222330000 000000000000
0000 0000000000000000

• Se necesitan 16 por 16 caracteres, es decir 256
  caracteres para almacenar la información

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Códigos Run-Length (RLE)
Estructuras Raster

• Para condensar la información, las filas que
  tienen el mismo valor se registran de izquierda a
  derecha y se almacenan como tramos. Cada tramo se
  determina mediante la celda inicial y la final
  (con un valor común).
• Formato muy bueno cuando es muy homogenea la
  imagen, y tiene pocas categorías.

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Árboles Cuaternarios (I) (Quadtrees)
Estructuras Raster

• Este método consiste en una división recursiva
  del espacio en cuadrantes y subcuadrantes, hasta
  llegar a la división mínima que es el pixel.
• El ejemplo representa una estructura en árbol de
  grado 4, porque cada nodo tiene 4 ramas, que son
  los cuadrantes NW, NE, SW y SE,

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Quadtree (II)
Estructuras Raster
55
Quadtree (III)
Estructuras Raster
56
Quadtree (IV)
Estructuras Raster
57
Quadtrees (Árboles cuaternarios) (V)
Estructuras Raster
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Estructuras de datos Vectoriales Tridimensionales

• Redes Irregulares de Triángulos
• TIN (Triangulated Irregular Network)

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Estructuras de datos Raster Tridimensionales

• Para modelar elementos tridimensionales, se puede
  extender una dimensión la estructura raster. Es
  decir, la estructura 2-D de cuadrados se
  convierte en cubos 3-D.
• Estos cubos se denomina voxels (volume elements).
  Cada voxel se codifica con datos de atributos
  (por ej. tipo de roca).

60
Paso de estructuras

• Paso de Raster a Vectorial Vectorización o
  Digitalización
• Paso de Vectorial a Raster Rasterización.

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Comparación RASTER - VECTOR Ventajas

• RASTER
• Estructura de datos simple.
• La superposición es fácil y eficiente.
• Es más adecuado para representar la variabilidad
  espacial.
• Eficiente manipulación de las imágenes digitales.

• VECTOR
• Estructura de datos compacta.
• Eficiente construcción de la topología.
• Eficiente implementación de la topología para
  análisis complejos.
• Mejor ajuste en la calidad gráfica.

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Comparación RASTER - VECTOR Desventajas

• RASTER
• Estructura de datos menos compacta.
• La topología es difícil de representar.
• Los gráficos y las salidas finales pueden ser
  menos atractivas.
• La mayoría de los SIG se ven limitados en el
  número de columnas y filas, por lo que se limita
  el espacio a representar.

• VECTOR
• La estructura de datos es muy compleja.
• La superposición de los datos de una zona es
  difícil de realizar.
• No son eficientes para la manipulación y análisis
  de imágenes digitales.
• La representación de la variabilidad espacial es
  ineficiente.

Modelos II