Sistemas de información geográfica en la agricultura

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¡Nuevas tecnologías al servicio de la agricultura!

Los sistemas de información geográfica (SIG) ó Geographic Information System (GIS) por sus siglas en inglés, es una tecnología utilizada para adquirir, almacenar, procesar, consultar, distribuir y publicar datos geoespaciales, produciendo información que genera una base racional para la toma de decisiones y ejecución de acciones sobre un objeto o fenómeno del mundo real mediante el uso de computadoras.

En este sentido estas herramientas son usadas para la planificación y toma de decisiones en el ámbito político, económico, social, agrícola y ambiental.

Así los sistemas de información geográfica permiten la integración, modelaje y análisis de datos provenientes de las diferentes ciencias aplicadas donde convergen una serie de tecnologías y disciplinas tradicionales como:

  • Teledetección.
  • Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS).
  • Computación.
  • Fotogrametría.
  • Geodesia.
  • Matemática.
  • Estadística.
  • Cartografía.
  • Geografía.
  • Topografía.

nucleo de disciplinas que conforman los SIG

En lo que respecta al sector agrícola los sistemas de información geográfica han sido la base para la agricultura de precisión, contribuyendo con la automatización de la producción agrícola, el uso eficiente de los agroquímicos y el recurso hídrico generando ganancias importantes para los productores.

Conceptos básicos de los sistemas de información geográfica

Los sistemas de información geográfica tienen como fundamento la cartografía tradicional lo que implica el trabajo con mapas, cartas o planos a escalas que agregan información a la base de datos, siendo el análisis espacial una de las capacidades más importantes.

De esta manera los sistemas de información geográfica permiten almacenar separadamente capas temáticas, con toda su información atributiva y espacial, permitiendo al usuario trabajar de manera eficiente todos los datos disponibles.

Para comprender el fundamente de los sistemas de información geográfica es importante definir los siguientes términos:

¿Qué es la cartografía?

Es la ciencia encargada de representar la tierra sobre un plano o mapa, razón por la cual la palabra cartografía procede de las raíces griegas “chartes” que significa hoja de papel o papiro y “graphein” escribir o trazar, de esta manera la cartografía etimológicamente se puede definir como el arte de trazar mapas.

De igual forma la cartografía es la ciencia que trata de las normas y procedimientos dirigidos al estudio y confección de los mapas, cartas y planos, siendo la más científica de las artes y sin dudas la más artística de las ciencias.

¿Qué es un mapa?

Es la representación de un área geográfica (porción de la superficie de la tierra) dibujada o impresa en una superficie plana, habitualmente contiene una serie de símbolos aceptados a nivel general que representan los diferentes elementos naturales, artificiales o culturales del área que delimita el mapa.

Así corresponde a un conjunto de puntos, líneas y polígonos ubicados espacialmente mediante un sistema de coordenadas, caracterizado a través de una lista de atributos; de esta manera los mapas temáticos describen un atributo con sus variaciones espaciales como los suelos, clima, entre otros.

¿Qué es una carta?

Una carta es un mapa diseñado para propósitos especiales, generalmente a la información básica de un mapa se le agregan datos básicos de otro contenido, de acuerdo a la finalidad de la carta incluyendo topográficas, náuticas, aeronáuticas, etc.

Por ejemplo la carta topográfica muestra el relieve de la superficie terrestre que representa de forma sistemática la superficie terrestre en escala, accidentes naturales y artificiales por medio de proyecciones cartográficas.

Por otra parte una carta náutica es una representación a escala de aguas navegables y regiones terrestres adjuntas, que generalmente indican las profundidades del agua, alturas del terreno, detalles de la costa incluyendo puertos, peligros, localización de luces y otras ayudas a la navegación.

Si deseas mayor información de los SIG y su aplicación en la agricultura de precisión te invitamos a ver un micro de 2 minutos que habla sobre este tema de interés.

¿Qué es un plano?

Es una representación geográfica de pequeñas extensiones de un territorio, el plano se diferencia del mapa en que para elaborarlo no es necesario realizar una proyección, la curvatura de la superficie a representar por su escasa extensión es mínima o inapreciable, lo cual hace innecesaria la proyección.

Por tal razón el plano representa una pequeña superficie de la tierra, que generalmente esta referido a un sistema de coordenadas rectangulares planas, con origen arbitrario en un punto del mismo.

Ciencias relacionadas

Los sistemas de información geográfica, la teledetección y el sistema global de navegación por satélite (GNSS) están relacionados entre sí, desarrollándose en paralelo orientadas a tener ubicación espacial precisa donde los equipos (hardware) y programas (software) que usan son similares en sus requerimientos.

Asimismo la teledetección y el sistema global de navegación por satélite son tecnologías que suministran principalmente información base para la consolidación de los sistemas de información geográfica.

Es necesario resaltar que en la actualidad se están usando los sistemas de información geográfica para resolver problemas de toma de decisiones en ordenamiento territorial, agricultura, estudios de impacto ambiental, planificación física, entre otros; generalmente los procesos utilizados implican el uso del análisis espacial, álgebra de mapas y análisis estadísticos.

Por ejemplo se pueden resolver interrogantes como:

  • ¿Donde es la ubicación óptima de una planta procesadora de alimentos en las zonas productoras?
  • ¿Cuál es el cultivo ideal para sembrar en parcelas agrícolas de acuerdo a las variables espaciales disponibles de la zona?
  • ¿Cuál es la mejor ruta para construir una carretera?
  • ¿En una parcela agrícola cuales son las zonas que requieren mayor cantidad de fertilizantes?
  • ¿Qué cantidad de tierra se debe mover para nivelar y construir un sistema de riego en determinada zona?

Agricultura de precisión

De igual forma la agricultura de precisión (AP) es una ciencia que reúne a un conjunto de tecnologías, datos e información cuyo objetivo es estudiar las variables de los cultivos y sus interacciones incluyendo suelos, clima, semillas, topografía, agua, maquinaria y agroquímicos.

Ciertamente los sistemas de información geográfica, la teledetección y los GNSS son parte fundamental en la agricultura de precisión para poder tomar decisiones correctas en el manejo agronómico incrementando la eficiencia de la producción agrícola.

Una hacienda interconectada con los SIG
Agricultura de precisión. (Fuente: Agroecología Tornos).

Si te interesa conocer más del tema de agricultura de precisión, te invitamos a leer más de éste contenido haciendo clic aquí.

Historia de los sistemas de información geográfica

Análisis espacial

Los primeros casos registrados de análisis espacial (Picquet - Snow) se registraron en el año 1832 en París durante la epidemia del cólera, Charles Picquet geógrafo y cartógrafo francés elaboró un mapa donde se registraron los casos de cólera en 48 distritos de París, lo clasificó por medio de gradientes de colores dando la tonalidad más oscura el mayor número de casos y la tonalidad más clara los menores casos.

Mapa de principios de los SIG
Mapa de Charles Picquet 1832.

Posteriormente en Londres en el año 1854 John Snow médico inglés, considerado como el padre de la epidemiologia moderna, demostró en el distrito de Soho que el cólera era causado por el consumo de aguas contaminadas con materias fecales.

De esta manera comprobó que los casos de esta enfermedad se agrupaban en las zonas donde el agua consumida estaba contaminada con heces.

Conviene destacar que Snow elaboró un mapa con la ubicación de los pozos de agua y casos de muerte por cólera, determinando que el pozo de Broad Street era la fuente de contaminación, recomendando así a las autoridades la clausura del mismo con la consecuente disminución gradual de los casos del brote.

Así Jhon Snow en su mapa explicó que los puntos representaban la ubicación de los casos de muerte por cólera y las cruces las bombas de agua.

Mapa de Jhon Snow 1854, inicios de los SIG
Mapa de Jhon Snow 1854.
John Snow
John Snow

Origen sistemas de información geográfica

Los sistemas de información geográfica tienen su origen en 1963 en el Departamento Federal de Energía y Recursos de Canadá cuando el inglés Roger Tomlinson piloto militar, geólogo y geógrafo desarrolló el Canadian Geographical Information Systems (CGIS) con la finalidad de inventariar los recursos naturales disponibles de este país utilizando computadoras.

En tal sentido Roger Tomlinson es considerado como el padre de los sistemas de información geográfica otorgándole el nombre conocido en la actualidad (SIG).

Roger Tomlinson

Libro de Roger Tomlinson 1967 origen de los SIG
Libro de Roger Tomlinson 1967.

Luego en 1964 el Harvard Laboratory desarrolló el Synagraphic Mapping Technique (SYMAP), aplicación que permitía representar la información espacial mediante puntos, líneas y áreas originando lo que hoy se conoce al formato vector.

Ejemplo de un mapa generado por el SYMAP inicios de los SIG
Ejemplo de un mapa generado por el SYMAP.

Posteriormente en el año 1969 el estadunidense Jack Dangermond arquitecto y licenciado en ciencia ambiental integrante del Harvard Laboratory fundó la empresa Environmental Systems Research Institute (ESRI), empresa pionera y líder del sector de los SIG bajo licencia hasta la fecha.

Desde entonces las empresas privadas y entes gubernamentales comenzaron a usar los sistemas de información geográfica iniciando la explotación comercial de los SIG.

Jack Dangermond origen de los SIG
Jack Dangermond.

Uso de software en los SIG

Para finales de la década de los 80 las computadoras eran más rápidas y con mayor capacidad de procesamiento permitiendo el desarrollo de software con más capacidad de análisis, así la empresa Esri en 1981 lanzó al mercado el primer producto comercial de los sistemas de información geográfica el ARC/INFO.

Después en el año 1985 aparece el primer software libre, el Geographic Resources Analysis Support System (GRASS), seguidamente en el 2002 aparece el segundo software libre el Quantum GIS.

En la actualidad existe una gran variedad de software para los sistemas de información geográfica de licencia libre o de licencia paga para su funcionamiento.

Es de resaltar que debido a la complejidad del uso de los sistemas de información geográfica su uso ha sido exclusivo para personas especialistas, no obstante se han creado aplicaciones gratuitas en la web como Google Earth y ArcGIS Earth donde usuarios no expertos puede acceder de una forma fácil a información cartográfica disponible así como a cualquier otra relacionada a un área de interés.

software Google Earth y su uso en los SIG
Google Earth.
ArcGIS Earth software usado en los SIG
ArcGIS Earth.

Importancia de los SIG

El uso de las tecnologías como teledetección, sistemas de información geográfica y el sistema global de navegación por satélite es transversal a cualquier profesión incluyendo agrónomos, arqueólogos, biólogos, geógrafos, veterinarios, militares, entre otros; en consecuencia son herramientas de trabajo para el desarrollo de muchas áreas de interés tales como:

  • Agricultura.
  • Ambiente.
  • Cartografía.
  • Urbanismo.
  • Arqueología.
  • Geografía.
  • Forestal.
  • Militar.
  • Policial.
  • Marketing.
  • Salud.

Los SIG en el sector ambiental

Un ejemplo del uso de los SIG en área de ambiente es el seguimiento del retroceso de los glaciares en el hemisferio sur como consecuencia del calentamiento global, este estudio se realiza por medio de un análisis multitemporal que consiste en hacer comparaciones de imágenes aéreas del glaciar bajo estudio a través de diferentes fechas (meses o años) donde se puedan observar cambios sustanciales en el tamaño y forma del glaciar.

De esta manera se puede cuantificar por medio las herramientas de mediciones del SIG la cantidad del glaciar que se ha derretido, generalmente este tipo de estudio es realizado por ecologistas.

imagen satelital de los glaciares resultante de los SIG
Retroceso de los glaciares en el hemisferio Sur. (Fuente: Esri).

Los SIG en el sector urbanístico

Por otra parte en el área del urbanismo los SIG son utilizados en la creación de mapas de riesgos de inundación por desbordamiento de ríos en zonas urbanas, siendo generados con la finalidad de definir las zonas afectadas en mayor y menor proporción en caso de lluvias muy intensas que aumenten el caudal de los ríos.

En este sentido este tipo de estudio utiliza imágenes aéreas, topografía del terreno, registros de precipitación, ríos o quebradas cercanas, drenajes disponibles, entre otras variables para generar un modelo matemático que predice el comportamiento de las aguas en la zona bajo estudio.

Finalmente se genera un mapa de amenaza de inundación clasificándose por colores desde categoría baja, media y alta de forma que las autoridades competentes utilizan estos mapas para activar planes preventivos o de contingencia en caso de presentarse un escenario como el estudiado.

Mapa de amenaza de inundación por desbordamiento
Mapa de amenaza de inundación por desbordamiento en Bogotá, Colombia. (Fuente: IDIGER).

Uso de los SIG en el mundo

En la actualidad miles de organizaciones de todas las áreas de la actividad humana utilizan algún tipo de sistema de información geográfica para crear mapas, análisis, resolver problemas complejos; se puede afirmar que los SIG está cambiando cómo funciona el mundo.

Cabe resaltar que el aspecto más fascinante y destacable de los SIG es el análisis espacial, que permite combinar información de diferentes fuentes independientes aplicando operaciones especiales, obteniendo como resultado nuevos conjuntos de información.

De este modo el análisis espacial está siendo como rutina de trabajo para tomar decisiones con basamento científico por gobiernos nacionales y estadales, universidades, empresas de manufactura y distribución entre otras.

Asimismo los sistemas de información geográfica evolucionaron el manejo de los recursos naturales, la agricultura, la planificación, el uso de la tierra y el ordenamiento territorial haciendo eficiente cualquier área donde se aplique.

Actualmente cualquier tipo de actividad o información cuenta con un 80 % de ubicación espacial, de forma que la sociedad entiende la importancia de tener ubicada espacialmente cualquier actividad como los GPS navegadores de vehículos o de los Smartphone que cuentan con la ubicación de estaciones de servicios, centros hospitalarios, hoteles, restaurantes, hoteles, aeropuertos, estaciones de tren y un sinfín de actividades que facilitan el quehacer diario de la humanidad gracias a los SIG.

Generalidades de los SIG

Componentes de los sistemas de información geográfica

componentes de un sistema de información geográfica
Componentes de un SIG.

Los componentes de un sistema de información geográfica están conformados por una serie de subsistemas que poseen funciones particulares que se describen a continuación:

Datos recaudados en los SIG

Representan toda la data con que se alimenta el SIG puede ser a nivel global, regional o áreas pequeñas donde la data debe ser de calidad y no puede contener errores.

Programas usados en los SIG

Corresponden al software a usar siendo la elección del especialista que trabajara en el análisis de los datos.

Equipos usados en los SIG

Se refiere al hardware que utilizará el especialista en el procesamiento de la data, por tanto los equipos que se usan son de gran poder de procesamiento y almacenamiento representando un mayor valor económico en comparación con los de uso doméstico.

Personal que labora con los SIG

Es el componente más importante de un SIG conformado por profesionales especialistas que se encargan de la recolección de data, procesamiento y análisis para la obtener el producto final con una formación variada en su mayoría con estudios de postgrado en geomática, teledetección o sistemas de Información geográfica.

Procedimientos llevados a cabo por los SIG

Relacionado con el conjunto de metodologías y formulaciones a aplicar sobre los datos.

Internet necesario en los SIG

Es la plataforma web que permite la consulta y el intercambio de datos e información referente al trabajo que se esté realizando.

Integración de la información espacial

Para iniciar un sistema de información geográfica lo primero que se necesita hacer es generar las capas de información disponible del área de interés a trabajar simplificando la realidad en un modelo digital, por ejemplo si tenemos una imagen de satélite de una ciudad se pueden separar por capas las zonas urbanas, vialidad, topografía, ríos y cuerpos de agua.

capas de información generada por los SIG
Modelización de la realidad en capas de información. Fuente: Esri.
imagen de capas de los SIG
Los SIG son una representación a escala de objetos del mundo real, por ejemplo, lagos, ríos, carreteras, vegetación, suelos, polígonos de urbanos, entre otros.

Modelos lógicos, formato vectorial y raster de los SIG

El modelo lógico hace referencia a como se muestrean y organizan tanto las variables como los objetos para lograr una representación adecuada, así en un SIG existen básicamente dos modelos lógicos que se conocen como formatos vectorial y raster dando lugar a dos grandes tipos de capas de información espacial.

Modelo vectorial

Este formato representa elementos o fenómenos discretos con límites bien definidos con precisión en su ubicación espacial tales como la localización de plazas, lagos, o la representación de inundaciones o contaminación.

Por lo tanto la estructura de datos en este formato es compleja, requiere poca capacidad de almacenamiento, las salidas graficas son más estéticas y no pierden calidad al cambiar la escala gráfica; los elementos geográficos en el formato vectorial está compuesto por puntos, líneas y polígonos.

Puntos usados

Representan la ubicación precisa de lugares pequeños que no se pueden medir tales como semáforos, hospitales, alcantarillas, pozos de agua, escuelas, etc.

dos hexágonos

Líneas o polilíneas

Muestra formas lineales de pequeña o larga dimensión que se pueden medir en distancia como en curvas de nivel, ríos, carreteras, líneas eléctricas y tuberías de agua.

linea azul

Polígonos usados

Indica formas irregulares de superficies que pueden determinar el área y perímetro de zonas ubicadas en lagos, ciudades, áreas protegidas, urbanizaciones, estados, países, entre otros.

A continuación se puede observar un ejemplo de una calle en formato vectorial.

imagen de formato vectorial usado en los SIG
Calle en formato vectorial, generado por los SIG.

Raster

Este formato es una imagen digital representada en malla o celdas regulares, cada celda representa un valor único en la imagen como las imágenes de satélite; la estructura de datos en este formato es simple requiriendo mayor capacidad de almacenamiento, las salidas graficas son menos estéticas y pierden calidad al cambiar la escala gráfica.

calle en formato raster
Ejemplo de una calle en formato raster.

De este modo toda la data en un sistema de información geográfica se puede representar en un mapa con sus ubicaciones espaciales, aunque normalmente elementos como los límites de países, ciudades, centros poblados, carreteras, lagos, ríos, edificios son representados en formato vector.

Sin embargo entornos como temperaturas, precipitaciones, elevaciones son presentados en formato raster, haciendo posible adjuntar información atributiva en cada capa donde se describe toda la información que se disponga de cada ubicación.

Modelo de datos en los SIG

Los sistemas de información geográfica son representaciones digitales de la realidad, consisten en la creación de modelos digitales que conceptualizan elementos de la realidad que se pueden diferenciar y muestrear, donde el usuario visualiza y analiza el mundo real a través este.

En este sentido al muestrear los elementos del mundo real (dato espacial) se deben considerar tres aspectos:

  • Espacial (localización).
  • Temporal (tiempo).
  • Atributivo (características).

Igualmente el contenido del sistema de información geográfica debe reflejar:

  • El área de estudio, lugar donde se realizara la investigación o trabajo.
  • El período de tiempo cubierto, los meses o años que abarcan el estudio.
  • Temas y características de los elemento, características propias de los elementos bajo estudio.

Consideraciones en cuanto a la localización del dato espacial

El dato espacial hace referencia a la ubicación de un objeto sobre la superficie terrestre conformado por cinco variables:

  • Elipsoide.
  • Datum.
  • Proyecciones.
  • Coordenadas.
  • Escala.

Elipsoide

Modelo matemático que ofrece una aproximación de la forma real de la tierra, debido a que no es una esfera perfecta, su rotación ha modificado esa forma y ha generado un achatamiento en los polos.

Datum

En la geodesia el datum es un conjunto de puntos de referencia sobre la superficie terrestre, ubicados espacialmente siendo asociados al elipsoide de referencia (forma de la tierra), que se usan para definir los sistemas de coordenadas.

Los datum más comúnmente usados son:

  • América del Norte: WGS84, NAD83, NAD27.
  • América del Sur: WGS84, PSAD56.
  • Europa: ETRS89.

Proyecciones

Una proyección cartográfica es una fórmula matemática que permite representar la forma curva de la tierra en un plano, convirtiendo coordenadas de latitud y longitud a coordenadas planas norte y este, así tratan de situar los elementos de la superficie del elipsoide sobre una superficie plana siendo empleados para la creación de cartografía.

Sistemas de coordenadas

Es un sistema de referencia que se utiliza para representar la ubicación de entidades geográficas, imágenes y observaciones dentro de un marco geográfico común, permiten expresar la posición absoluta o relativa de un punto en la superficie terrestre.

De esta forma todos los datos usados dentro de un sistema de información geográfica tienen ubicación espacial indicando los valores exactos de su ubicación en la superficie terrestre.

Tipos de sistemas de coordenadas

Los sistemas de coordenadas más usados en los sistemas de información geográfica son:

Sistemas de coordenadas geográficas

También conocidos como sistemas de coordenadas globales o esféricas, basados en valores angulares, grados de latitud y longitud, son utilizados para localizaciones en el globo terrestre siendo de gran utilidad para:

  • Cartografiar grandes áreas.
  • Medir distancias y direcciones en unidades angulares de grados, minutos y segundos.
imagen de sistema de coordenadas geográficas en los SIG
Sistema de coordenadas geográficas: Grados de latitud y longitud.

Sistemas de coordenadas proyectadas

También conocidas como proyecciones cartográficas se basan en la conversión de localizaciones esféricas a localizaciones planas, donde el modelo más usado es Universal Mercator Transversal (UTM), entre muchos otros; las mediciones se expresan en metros o kilómetros.

imagen de sistemas de coordenadas proyectadas en los SIG
Planas: Metros.

Escala

La escala de una representación cartográfica o escala del mapa es la relación de semejanza entre las dimensiones reales del espacio geográfico representado y las de su imagen sobre el mapa; también puede definirse como la relación de las longitudes de un elemento lineal en el plano y su representado en la superficie de referencia terrestre.

Aspecto temporal del dato espacial

El dato espacial es considerado dinámico en el tiempo si se modifica la localización o características como en algún tipo de transporte o un dato meteorológico.

También se pueden considerar estáticos en el tiempo cuando permanecen fijos en el tiempo, por ejemplo los datos de la caracterización física de un punto del suelo.

Atributos del dato espacial

Los elementos geográficos se pueden clasificar o dividir por temas en función de sus propias características, se pueden medir agregando cualquier información referente al objeto bajo estudio.

Equipos necesarios para trabajar en un SIG

Software

El programa para hacer el SIG (la selección depende del criterio del experto puede ser de licencia paga o de licencia libre, entre muchas más características).

Equipos de computación (Hardware)

  • PC Desktop de alto rendimiento.
  • PC Laptop de alto rendimiento.
  • Impresora de planos (Plotter).
  • Escáner gran formato ó de planos.

Otros equipos

  • GPS de precisión.
  • Estación total.
  • Drones.
  • Internet con un buen ancho de banda.

Si deseas conocer más del uso de los drones en la agricultura, no dejes de ver un vídeo sobre su aplicabilidad e importancia en los sistemas de información geográfica, haciendo clic aquí.

Ventajas y desventajas de los SIG

Ventajas de los SIG

  • Requiere de personal altamente calificado para su desarrollo y procesamiento, por lo tanto las respuestas son acertadas y eficientes.
  • Se puede utilizar software de licencia privada o pública.
  • Las salidas o presentaciones son de alta calidad a nivel gráfico.
  • Los resultados pueden ser presentados en formato físico, digital estático o dinámico.
  • Permiten al usuario un rápido acceso a grandes volúmenes de datos.
  • La actualización de los datos puede hacerse rápida y eficientemente.

Desventajas de los SIG

  • El software de licencia privada es costoso.
  • Requiere hardware de alta capacidad de procesamiento y almacenamiento.
  • Los equipos son costosos.
  • La recopilación y proceso de la data puede tardar un tiempo considerable debido a la complejidad de los procesos.

Empresas proveedoras de software para los SIG

Estas son algunas de las empresas más conocidas:

Software que funciona con los sistemas operativos Windows

ArcGis

Desarrollado por la ESRI es considerado el padre los SIG por ser el más conocido, utilizado y con más desarrollo requiriendo licencia.

MapInfo

Producido por la empresa MapInfo Corporation, requiere licencia paga para su uso.

ILWIS (Integrated Land and Water Information System)

Fue desarrollado por International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation de Holanda (Países bajos), siendo de licencia paga hasta el año 2007 cuando pasa a ser software libre.

Software libre que funciona con los sistemas operativos Windows / GNU / Linux / Mac OS.

Grass

Desarrollada por el cuerpo de ingenieros del laboratorio de investigación de ingeniería de la construcción del ejército de los Estados Unidos (USA-CERL).

GvSIG (Generalitat Valenciana Sistema de Información geográfica)

Desarrollada por el gobierno regional de la Comunidad Valenciana (Generalidad Valenciana) de España, en la actualidad es mantenida por la Asociación gvSIG.

QGis

Inicia actividades en el año 2002 con la Fundación OSGeo denominado originalmente Quantum GIS actualmente es desarrollado por QGIS Development Team; es considerado por muchos el mejor software libre para el manejo de los SIG.

Pasos para generar un SIG

Para generar un sistema de información geográfica generalmente se siguen los siguientes pasos:

Definición del fenómeno o recurso a estudiar

Consiste en detallar que estudio se va a realizar y para qué fin si por ejemplo se requiere hacer un mapa de fertilidad de suelo es necesario:

  • Establecer las áreas o superficies de estudio.
  • Definir la cantidad y ubicación de los muestreos de suelo según la superficie bajo estudio.

Búsqueda de información

Conformada por la exploración y recopilación de toda la información disponible del objeto de estudio como:

  • Recolección de datos disponibles:
    •  Mapas en físico.
    • Datos en físico.
    • Datos en digital.
    • Imágenes aéreas (satélite, drones, aviones).
    • Trabajos de investigación.

Captura de data

Está fundamentada en la adquisición de datos en tiempo real o programado a futuro así como:

  • Adquisición de nuevas imágenes aéreas (satélite, drones, aviones).
  • Mediciones in situ del fenómeno o recurso bajo estudio con su respectiva ubicación espacial.

Despliegue de la data

Está relacionada con la separación de los datos por su clase donde se encuentran:

  • Generar capas de la data disponible de acuerdo a sus características.
  • Hacer control de calidad de los datos disponibles.

Procesamiento de la data

Consiste en todos los procesos propios de los SIG para obtener el producto deseado destacando:

  • Realizar los procesos matemáticos para la obtención de nueva data.
  • Análisis e interpretación de la información obtenida.

Salida de la información

Se refiere al producto final donde se generan mapas temáticos y toda su información atributiva caracterizados por lo siguientes tipos de mapas:

  • En papel.
  • En digital:
    • Estáticos.
    • Dinámicos.
    • En un visor web o geoportales.
imagen Geoportal del Municipio Libertador, Caracas por los SIG
Geoportal del Municipio Libertador, Caracas.

Curiosidades de los SIG

Existe un geoportal a partir de un sistema de información geográfica dedicado a los avistamientos de objetos voladores no identificados (ovnis), extraterrestres en el que se puede ver la ubicación donde ocurrió, fotos y comentarios.

imagen de portal curioso SIG
ufostalker.com

Los SIG en la Agricultura

El uso de los sistemas de información geográfica en la agricultura comenzó aproximadamente en los años 60 - 70 en los Estados Unidos con el mapeo de los suelos, dando inicio a un sinfín de estudios relacionados para mejorar la productividad de los suelos y aumentar la producción agrícola.

De esta manera los sistemas de información geográfica en la agricultura juegan un papel importante en la planificación y desarrollo agrícola, tomando en cuenta que la demanda de producción de alimentos aumenta cada vez más motivado al crecimiento desmesurado de la población en el mundo, creando así la necesidad de incrementar considerablemente la producción de alimentos.

Es por ello que la producción agrícola ha evolucionado gracias a la agricultura de precisión desarrollando mejoras en los siguientes aspectos:

  • Incremento de los rendimientos en cultivos.
  • Desarrolla el uso eficiente de agroquímicos y del agua.
  • Disminución del impacto negativo que tiene la agricultura en el ambiente.
  • Representa para el agricultor mayor producción y mayor ganancia económica.

Inversión en la agricultura

Por otra parte los productores agrícolas modernos invierten en la aplicación de tecnologías como la teledetección, GNSS y los SIG trabajando con la asesoría de ingenieros agrónomos especialistas en el área con la finalidad de ser eficientes en las siembras.

Actualmente existen muchos ingenieros agrónomos con estudios de postgrado en el área de geomática que han logrado aprovechar al máximo el uso de estas tecnologías.

Cabe destacar que los sistemas de información geográfica proporcionan información a los agricultores para aplicar la agricultura de precisión donde el productor puede lograr objetivos como trabajar:

  • De forma específica y puntual las zonas de siembra.
  • El terreno de forma variable en las distintas zonas de las parcelas donde se encuentran los cultivos definiendo:
    • Como trabajar el terreno.
    • Cantidades exactas de agroquímicos a aplicar.
    • Cantidad de agua adecuada para el riego.
    • Entre otras variables.

Procesos que realizan los SIG en la agricultura

A continuación se hace referencia a los procesos más conocidos en la aplicación de los SIG en la agricultura.

Ubicación de áreas de interés

Esta técnica consiste en ingresar en el sistema de información geográfica la ubicación exacta de lugares puntuales, donde la información puede ser obtenida mediante levantamiento en campo por medio de GPS o por la ubicación visual a través de una imagen aérea o carta topográfica del lugar bajo estudio.

De este modo los datos contienen su ubicación espacial en coordenadas este y norte así como latitud y longitud pudiendo incluso incluir la altitud en cualquiera de los casos, a continuación se mencionan algunos ejemplos:

  • Áreas:
    • Sembradas.
    • De pastos disponibles para el ganado.
    • Contaminadas.
    • Afectadas por:
      • Plagas.
      • Malezas.
      • Problemas de fertilidad.
      • Problemas de disponibilidad de agua.
  • Pozos de agua, ríos y lagos.
  •  Lugares ideales para la construcción de:
    •  Empresas agroindustriales.
    • Construcción de vialidad.
imagen de ubicación de áreas de interés en los SIG
Ubicación de centros poblados con su información atributiva

Interpolación a partir de puntos

El proceso de interpolación espacial consiste en la estimación de los valores que alcanza una variable Z, en un conjunto de puntos definidos por un par de coordenadas (X,Y), partiendo de los valores de Z medidos en una muestra de puntos situados en el mismo área de estudio.

Un ejemplo importante es la interpolación de la temperatura a partir de datos de observatorios meteorológicos, por otro lado la estimación de valores fuera del área de estudio se denomina extrapolación.

Variables de apoyo

En algunos casos pueden utilizarse otras variables de apoyo de las que se conoce su variación espacial en el proceso de interpolación/extrapolación, para el caso de la interpolación de la temperatura puede ser la altitud dado que la primera depende de esta; en lo que respecta al área de estudio vendría definida, aunque no de forma muy clara, por el entorno de los puntos en los que sí se dispone de datos.

De igual manera cuando se trabaja con un sistema de información geográfica la interpolación espacial suele utilizarse para obtener capas raster que representan la variable a interpolar; en esos casos cada celdilla de la capa raster constituye un punto en el que hay que realizar la interpolación.

Mientras que lo más habitual es realizarlo a partir de medidas puntuales como variables climáticas, del suelo o isolineas (curvas de nivel), no obstante los métodos que se utilizan en uno u otro caso son bastante diferentes.

Generalmente los métodos de interpolación se basan en la presunción lógica que mientras más cercanos estén dos puntos sobre la superficie terrestre, los valores de cualquier variable cuantitativa que midamos en ellos serán más parecidos; expresándolo de una forma más técnica las variables espaciales muestran una auto correlación espacial.

Imagen de ubicación de estaciones climatológicas en los SIG
Ubicación de estaciones climatológicas con sus tablas de atributos.

Ejemplo

Un ejemplo relacionado es la generación de un mapa de isoyetas donde se realizó la interpolación de los valores de precipitación anual de las estaciones climatológicas ubicadas espacialmente; este mapa permite observar disponibilidad de agua de lluvia anualmente sobre la zona de estudio.

Imagen de mapa de Isoyetas SIG
Mapa de Isoyetas.

Mediciones de distancias y superficies

Este proceso nos permite realizar mediciones entre uno o más puntos calculando el área en el lugar bajo estudio, así los datos para hacer los cálculos pueden provenir de imágenes aéreas o de mediciones realizadas en campo, posteriormente serán procesados por el software de los SIG tomando en cuenta los siguientes aspectos:

  • Las distancias se pueden medir en cm, metros, kilómetros.
  • El área se pueden medir en m2 (metros cuadrados) ó ha (hectáreas).

De esta manera con los sistemas de información geográfica se pueden medir distancias de:

  • Carreteras.
  • Secciones de sistemas de riego.
  • Superficies de cuerpos de agua.
  • Superficies de siembras, entre otras.

Por ejemplo el sistema de información geográfica a través de sus herramientas de medición determinó la distancia existente en una sección del sistema de riego indicado en la siguiente imagen, encontrándose un valor de 1.117,22 metros.

Imagen de mediciones de distancias y superficies SIG

Clasificación de la información

Los sistemas de información geográfica nos permiten representar en un mapa toda la información que se encuentre ubicada espacialmente; a continuación se mencionaran algunos ejemplos prácticos donde se utilizaron los SIGuientes datos:

  • Número de la parcela.
  • Dueño de la parcela.
  • Cultivo por parcela.
  • Superficie de las parcelas.
  • Tipo de suelo:
    • Sub grupo.
    • Serie.
    • Propiedades Físicas.
    • Propiedades Químicas.
  • Presencia de sistema de riego.

Así se alimentó la base de datos de los sistemas de información geográfica identificando por medio de mapas cada uno de los ítems disponibles.

En los casos anteriormente mencionados se calculó el área en hectáreas que ocupa, en lo que respecta a los nombres de los dueños, la numeración de las parcelas y cultivos fueron cambiados para los efectos explicativos de los casos en estudio.

Información general

Los sistemas de información geográfica nos permiten separar parcelas de acuerdo a la información que se quiera reflejar, en los ejemplos mostrados a continuación la representación gráfica o el mapa final indican:

  • La numeración de cada parcela.
  • El nombre del dueño.
  • El tipo de cultivo.
  • La superficie que ocupa en hectáreas.
Imagen de lotes por parcelas
Identificación de parcelas.
Imagen de lotes por nombres de los dueños
Identificación de lotes por nombres de los dueños.
Identificación por cultivos sembrados
Lotes por cultivos sembrados.
Imagen de lotes SIG
Identificación de lotes por área que ocupan.

Tipos de suelos

La clasificación taxonómica de los suelos es parte fundamental en el desarrollo agrícola, conociendo el tipo de suelo con el que cuenta una unidad de producción agropecuaria se pueden hacer los ajustes necesarios para que sean más productivos.

Cabe destacar que los sistemas de información geográfica permiten representar los diferentes tipos de suelos presentes en la unidad de producción, así los estudios describen las propiedades físicas y químicas representadas en el mapa de suelo.

En el siguiente ejemplo se puede observar los diferentes tipos de suelos presentes en las parcelas bajo estudio.

Imagen de lotes por tipo de suelos
Identificación de lotes por tipo de suelos

Propiedades físicas del suelo

Igualmente se puede observar la delimitación de las parcelas con la clasificación de suelos en serie y las propiedades físicas de los mismos, encontrándose en la base de datos el nombre de la serie, clasificación textural, porcentaje de arena, limo, arcilla, densidad aparente, entre otras características.

Imagen de lotes por propiedades físicas del suelo
Identificación de lotes por propiedades físicas del suelo.

Propiedades químicas del suelo

En otro ejemplo puede observarse la delimitación de las parcelas mediante la clasificación de suelos en serie y sus propiedades químicas, indicándose el nombre de la serie, clasificación textural, pH, porcentaje de saturación de bases, cationes de intercambio, etc.

Imagen de lotes por propiedades químicas del suelo
Identificación de lotes por propiedades químicas del suelo.

Identificación del alcance del sistema de riego

De igual forma puede colocarse la capa temática donde se encuentra el sistema de riego de la zona, observándose que las parcelas bajo estudio se encuentran dentro del área de influencia del mismo.

Imagen de lotes que disponen del sistema de riego
Identificación de lotes que disponen del sistema de riego.

Identificación de la zona de vida de Holdridge

La zona de vida de Holdridge es un esquema para la clasificación de las diferentes áreas terrestres según su comportamiento global bioclimático desarrollado por el bótanico y climatólogo estadounidense Leslie Holdridge.

En el siguiente ejemplo se puede observar la verificación de la clasificación de la zona de vida de Holdridge, donde se determinó que el área bajo estudio es considerada como bosque seco tropical.

imagen de lotes por zonas de vida SIG
Identificación de lotes por zonas de vida.

Elaboración de mapas temáticos

Un mapa temático es la representación de un tema concreto (una variable espacial dada) pudiendo esta ser de cualquier índole física, social, política, cultural y agrícola; estos mapas están compuestos de dos partes:

  • Una capa específica con la información temática conteniendo la información principal del mapa, representando la variable espacial sobre la que se construye este.
  • Un mapa base que provee una localización geográfica a la que se referencia la información temática.

Un ejemplo importante es el monitoreo de rendimiento de las cosechadoras, permitiendo obtener mapas que muestran la variabilidad de la producción en una parcela o en una explotación; es necesario tener en cuenta que los valores son aproximaciones tomándose en términos relativos.

De esta forma los mapas de rendimiento permiten evaluar la producción en cada zona de la parcela, a continuación se puede observar los diferentes rendimientos obtenidos en tonelada/ha en una siembra de maíz.

imagen de mapa de rendimiento
Mapa de rendimiento. Fuente: iagua

Es importante resaltar que un mapa de clasificación de los suelos nos permite determinar los sitios ideales para hacer prácticas agrícolas, como puede evidenciarse en el mapa de órdenes y subórdenes de suelos en los Estados Unidos.

imagen de mapa de clasificación de suelos
Mapa de clasificación de suelos.

Finalmente la tendencia es presentar el producto obtenido en un geoportal, subiendo así en la web cualquier mapa temático de manera interactiva para la consulta pública.

imagen de geoportal de Cenatel
Geoportal de Cenatel

Bases para la Agricultura de precisión

Los sistemas de información geográfica proporcionan la información base de todos los recursos disponibles dentro de una unidad de producción a las maquinarias automatizadas encargadas de hacer la nivelación del terreno, fertilización, fumigación y cosecha indicando:

  • Tipo de suelo.
  • Rendimientos.
  • Fertilidad del suelo.
  • Problemas de déficit o exceso de agua.
  • Presencia permanente de alguna plaga.

Cabe destacar que al conocer todas las variables de su unidad de producción el agricultor puede hacer una planificación precisa y eficiente relacionada con:

  • El diseño de las áreas de siembra.
  • Los sistemas de riego y drenaje.
  • La preparación de la tierra.
  • La fertilización o aplicación de algún agroquímico con las dosis exactas en las diferentes zonas de la parcela a sembrar.

Entonces las maquinarias modernas automatizadas, guiadas con GPS, son programadas para hacer una rutina específica en áreas específicas con precisión milimétrica como la aplicación de agroquímicos o cosechar eficientemente.

Además de este artículo, también tenemos excelente información técnica de vanguardia sobre las granjas verticales, la cual puedes consultar haciendo clic aquí.

En el siguiente ejemplo se puede observar una maquinaria automatizada guiada por GPS en labores de preparación del suelo.

vista interna de tractor usando computadoras conectadas con los SIG
Fuente: ITACyL.

A continuación se puede observar maquinarias automatizadas guiadas por GPS en labores de cosecha.

Imagen de tractores durante proceso de cosecha conectados con los SIG
Fuente: ITACyL

Conclusión de los SIG

Los sistemas de información geográfica están en constante evolución al igual que las tecnologías agrícolas caracterizados por:

  • Ser usados en la agricultura en la planificación, toma de decisiones y desarrollo agrícola.
  • Garantizando que sea un proceso eficiente, no contaminante, de altos rendimientos, con el uso correcto de los agroquímicos y el recurso hídrico.
  • Permitir:
    • La determinación de zonas donde existan problemas de humedad, plagas, fertilidad y vigor de las plantas.
    • Hacer un inventario detallado de los recursos naturales y artificiales que disponen los agricultores para la planificación así como el manejo de sus siembras.

Inversión en los SIG

Es necesario destacar que los sistemas de información geográfica requieren de una inversión de dinero alta en la adquisición de equipos y contratación de personal calificado, que será retribuida con creces a mediano y largo plazo debido a la implementación de una agricultura de precisión.

Exactitud en los SIG

Ciertamente un productor agrícola que trabaja con un experto en sistema de información geográfica al conocer el tipo de suelo con características físicas y químicas, tipo de drenaje, disponibilidad de agua y cualquier característica relevante de su tierra puede determinar con exactitud:

  • Qué cultivo es el ideal para sembrar.
  • Los sectores de suelo que requieren más o menos cantidad de fertilizantes, agua, agroquímicos, entre otros.

Precisión en los SIG

Por otra parte la precisión es el determinante en la alta eficiencia proporcionando información para que los sistemas mecanizados hagan funciones de nivelación y arado de tierras, fertilización, siembras y cosechas.

Actualmente los sistemas de información geográfica en el mundo son empleados para ubicar espacialmente cualquier actividad humana o natural documentando todo lo relacionado con dichas actividades desde fotos, videos, audios, datos, y cualquier información relacionada haciéndola de dominio público a través de geoportales.

Links de Interés

Software más usado en los SIG:
ArcGis: www.esri.com
Grass: http://grass.itc.it/
GvSIG: http://www.gvSIG.com
QGis: http://www.qgis.org/
ILWIS: http://52north.org/communities/ilwis/
MapInfo: www.mapinfo.com

Instituciones que trabajan con los SIG:

USGS: https://www.usgs.gov
National Aeronautics and Space Administration (NASA): https://www.nasa.gov
European Space Agency (ESA): https://www.esa.int
DigitalGlobe: https://www.digitalglobe.com
Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar: www.igvsb.gob.ve
Instituto Geografico Agustin Codazzi: www.igae.gov.co

Geoportales:

Cenatel: https://www.cenatelgeo.fii.gob.ve
Alcaldía Libertador Caracas: http://sistemas.caracas.gob.ve/GeoportalPublico/

Compilador 

Ing. Agr. Michael Zambrano

Referencias consultadas

Agroecologiatornos. Agricultura de precisión, la revolución silenciosa en el sector agrícola (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://www.agroecologiatornos.com/agricultura-precision-revolucion-silenciosa-sector-agricola/

ArcGIS for Desktop. ¿Qué son las proyecciones cartográficas? (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://desktop.arcgis.com/es/arcmap/10.3/guide-books/map-projections/what-are-map-projections.htm

BLOG MUNDO GIS. Breve historia de los SIG (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en http://mundogis.info/blog/2017/11/22/la-historia-de-los-SIG-sistema-de-informacion-geografica/

Chuvieco, E. 1996. Fundamentos de la Teledetección Espacial. Ediciones RIALP S.A. 3º edición.586 p.

Iagua. Mapas de Rendimiento para la detección de problemas de riego o drenaje (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://www.iagua.es/blogs/ignasi-servia-goixart/mapas-rendimiento-deteccion-problemas-riego-o-drenaje

Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático (IDIGER). Riesgo por inundación (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://www.idiger.gov.co/rinundacion

Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León (ITACyL). Agricultura de Precisión (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en http://www.itacyl.es/agro-y-geo-tecnologia/agricultura-de-precision

Tecnología Hortícola. Agricultura de Precisión (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://www.tecnologiahorticola.com/agricultura-de-precision/

The ArcGIS Imagery Book. El futuro ya está aquí, el mapa del futuro es una imagen inteligente (en línea, sitio web). Consultado 21 de Agosto de 2020. Disponible en https://learn.arcgis.com/es/arcgis-imagery-book/chapte.

Te invitamos a conocer más de los sistemas de información geográfica en la agricultura, con nuestro micro de 2 minutos.

NOTA: Agropedia es una herramienta de Agrotendencia TV para la producción y difusión de conocimiento técnico-agrícola especializado enfocado a optimizar el uso de los recursos y mejorar significativamente el manejo de los sistemas de producción en América Latina. Puedes acceder a la información más actualizada sobre la agricultura en el mundo a través de nuestro portal web: Agrotendencia.tv

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