1) Estructura arco-nodo: El elemento fundamental es el arco, donde el arco es una sucesión de líneas y segmentos que comienza en un nodo y termina en otro. Los nodos se marcan donde se produce la intersección entre líneas o donde una línea termina. Es la estructura más característica de los SIG vectoriales. En ella se especifican: las líneas que están conectadas, los segmentos que delimitan un polígono y los polígonos que son contiguos. La estructura arco-nodo define la topología partiendo del principio de que para cada arco (conjunto de segmentos rectos con una topología común) existe un nodo (punto en el que se juntan 3 o más arcos) de partida y uno de llegada.

Ventajas:

• No hay repetición de fronteras comunes entre polígonos.
• La información topológica es explícitamente almacenada de forma independiente a la espacial, facilitando la búsqueda que requiera análisis de adyacencia, contenido y colectividad.

Inconveniente: Consiste en que la representación gráfica resulta menos rápida comparada con las que facilitan las estructuras no topológicas.

1.1 Estructura TIN (Triangulated Irregular Network)

Es una estructura de datos vectorial basada en la estructura arco-nodo, especialmente diseñada para representar la elevación del terreno, pero que puede ser utilizada para representar la distribución espacial de cualquier variable continua. Se trata de una red de triángulos irregulares interconectados, en la que se registran las coordenadas (X e Y) de los nodos que definen los triángulos y el valor de elevación (Z) de dichos nodos, así como la contigüidad de los triángulos.

Ventajas:

• La distribución regular de puntos tiene la ventaja de su gran simplicidad y de que la topología está implícita debido a la regularidad de la distribución.
• Se pueden incluir más puntos (mediante triángulos más pequeños) allí donde el relieve es más accidentado.
• No se da más importancia a ninguna dirección en particular debido a lo irregular de la red.
• Se pueden recoger los puntos críticos de la superficie (cimas, líneas de ruptura, de pendiente, talwegs, etc.).

Inconvenientes:

• No se adapta a las características del terreno, de manera que cuando éste es llano sobran puntos (no añaden ninguna información) pero cuando éste es accidentado faltan puntos.
• Se da gran importancia a las dos direcciones en que se disponen los puntos, pero sobre las otras direcciones los cálculos se hacen más difíciles.
• No se asegura que los puntos críticos del terreno estén recogidos en ella, por lo que la representación de una superficie se hace sin el necesario rigor.

2) Definición de shapefile: Es un formato vectorial de almacenamiento digital donde se guarda la localización de los elementos geográficos y los atributos asociados a ellos. El formato carece de capacidad para almacenar información topológica.

Características: Es un formato multiarchivo, es decir, está generado por varios ficheros informáticos. El número mínimo requerido es de tres y tienen las extensiones siguientes:

• *.shp: Es el archivo que almacena las entidades geométricas de los objetos.
• *.shx: Es el archivo que almacena el índice de las entidades geométricas.
• *.dbf: Es la base de datos, en formato dBASE, donde se almacena la información de los atributos de los objetos.

Además de estos tres archivos requeridos, opcionalmente se pueden utilizar otros para mejorar el funcionamiento en las operaciones de consulta a la base de datos, información sobre la proyección cartográfica, o almacenamiento de metadatos. Estos archivos son:

• *.prj: Es el archivo que guarda la información referida al sistema de coordenadas.
• *.sbn y .sbx: Almacena el índice espacial de las entidades.
• *.fbn y .fbx: Almacena el índice espacial de las entidades para los shapefiles que son inalterables (sólo lectura).
• *.ain y .aih: Almacena el índice de atributo de los campos activos en una tabla o el tema de la tabla de atributos.
• *.xml: Almacena los metadatos del shapefile.

2.1 Definición de geodatabase personal

Es un fichero Access que puede contener archivos vectoriales, raster, tablas de atributos y el comportamiento (behavior) que define las relaciones entre tablas y capas de información. Almacena datos topológicos.

Características:

• Geodatabases de archivos: Almacenados como carpetas en un sistema de archivos. Cada dataset se aloja como un archivo que puede escalar hasta 1 TB de tamaño. Las geodatabases de archivos se recomiendan por sobre las geodatabases personales.
• Geodatabases personales: Todos los datasets se almacenan dentro de un archivo de datos de Microsoft Access con un límite de tamaño de 2 GB.
• Geodatabases de ArcSDE: Almacenados en una base de datos relacional con Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, IBM Informix o PostgreSQL. Estas geodatabases multiusuario requieren el uso de ArcSDE y pueden no tener límite de tamaño y en cantidad de usuarios.

3) Modelo digital de terreno: Al conjunto de capas (generalmente raster) que representan distintas características de la superficie terrestre derivadas de una capa de elevaciones a la que prácticamente cualquier variable cuantitativa regionalizada.

Ventajas del modelo Raster:

• Es una estructura de datos simple.
• Las operaciones de superposición de mapas se implementan de forma más rápida y eficiente.
• Cuando la variación espacial de los datos es muy alta el formato raster es una forma más eficiente de representación.
• El formato raster es requerido para un eficiente tratamiento y realce de las imágenes digitales.

Desventajas del modelo Raster:

• La estructura de datos raster es menos compacta. Las técnicas de comprensión de datos pueden superar frecuentemente este problema.
• Ciertas relaciones topológicas son más difíciles de representar.
• La salida de gráficos resulta menos estética, ya que los límites entre zonas tienden a presentar la apariencia de bloques en comparación con las líneas suavizadas de los mapas dibujados a mano. Esto puede solucionarse utilizando un número muy elevado de celdas más pequeñas, pero entonces pueden resultar ficheros inaceptablemente grandes.

Ventajas del modelo Vectorial:

• Genera una estructura de datos más compacta que el modelo raster.
• Genera una codificación eficiente de la topología y, consecuentemente, una implementación más eficiente de las operaciones que requieren información topológica, como el análisis de redes.
• El modelo vectorial es más adecuado para generar salidas gráficas que se aproximan mucho a los mapas dibujados a mano.

Desventajas del modelo Vectorial:

• Es una estructura de datos más compleja que el modelo raster.
• Las operaciones de superposición de mapas son más difíciles de implementar.
• Resulta poco eficiente cuando la variación espacial de los datos es muy alta.
• El tratamiento y realce de las imágenes digitales no puede ser realizado de manera eficiente en el formato vectorial.

4) Operaciones locales en un SIG Raster «esquema»:

Recodificación o reclasificación: Se trata de una operación local a partir de una capa o mapa fuente. A partir del valor de cada celda en el mapa fuente se obtiene el valor que corresponde a esa misma celda en el mapa resultante.

Tipos de reclasificaciones:

Variables cualitativas:

• Recodificación de clases: Consiste en recodificar las clases del mapa fuente una por una.
• Agregación de clases: Se trata de agrupar las clases del mapa fuente y asignar nuevos códigos a las clases resultantes.

Variables cuantitativas:

• Agrupación de los valores en intervalos: Consiste en agrupar los valores de una variable cuantitativa de acuerdo con unos intervalos previamente definidos por el usuario o calculados automáticamente por el sistema.
• Operaciones matemáticas: Los valores del mapa final se obtienen a partir de los valores del mapa original, mediante una ecuación que puede incluir cualquier función matemática (suma, resta, multiplicación, división, potencias, raíces, etc.) o trigonométrica.
• Eliminación de decimales por truncamiento o por redondeo: En el primer caso el número original pierde directamente la parte decimal y en el segundo se asimila al número entero más próximo, por defecto o por exceso.

Superposición de mapas: Se trata de una operación local a partir de dos o más mapas fuente: el valor de cada celda en el mapa depende de los valores de esa misma celda en los mapas fuente.

• Dos tipos de superposición de mapas:
  • Superposición lógica: Se trata de encontrar las áreas donde se cumplen unas determinadas condiciones lógicas.
  • Superposición aritmética: Se trata de combinar dos o más capas, celda a celda, mediante una ecuación matemática. En estas ecuaciones puede incluirse cualquier tipo de operación matemática: suma, resta, multiplicación, división, raíces, potencias, funciones trigonométricas…

5) Topología: Expresa las relaciones entre objetos de forma cualitativa: si dos polígonos son colindantes (contigüidad), si uno está contenido en el otro (inclusión), si dos líneas están conectadas (conectividad), etc. La topología es relevante no sólo cuando trabajamos con un SIG, sino también en nuestro comportamiento diario en el mundo real.

Relaciones topológicas:

• Adyacencia (entre polígonos).
• Contigüidad (entre línea y polígono).
• Pertenencia (arcos a polígonos).
• Conectividad (entre arcos, en redes).
• Inclusión (punto en polígono, línea en polígono, polígono en polígono).

Funciones: Variación temática en el espacio y en el tiempo.

• Autocorrelación espacial: Los objetos temáticos tienden a ser más parecidos entre objetos próximos en el espacio que entre objetos lejanos entre sí.
• Autocorrelación temporal: Los datos próximos en el tiempo tienden a ser más parecidos entre sí que los más lejanos.

Tipos: Las variables que constituyen la información temática de las unidades espaciales pueden ser de distinto tipo y estar medidas en distintas escalas.

• Variables continuas: Pueden tomar cualquier valor entre dos valores dados.
• Variables discretas: Son aquellas que se pueden distinguir de manera individual entre observaciones.
• Variables fundamentales: Son obtenidas directamente.
• Variables derivadas: Son el producto de alguna operación aritmética entre dos o más variables fundamentales.

SIG Raster: No recoge directamente la forma que tienen los elementos en el mundo real, ésta se puede deducir a partir de las configuraciones que presentan los valores temáticos en las distintas celdas.

SIG Vectorial: Pone especial énfasis en la definición de los contornos de los elementos geográficos.