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• James Tesen G.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

I.

INTRODUCCIÓN

1.1 ¿Qué es un SIG? El término SIG procede del acrónimo de Sistema de Información Geográfica (en inglés GIS, Geographic Information System). Un SIG es una integración organizada de 5 elementos diseñados para capturar, almacenar, manipular, desplegar la información geográficamente referenciada con la finalidad de dar solución a una problemática del territorio.

Los SIG se usan fundamentalmente para la gestión de información espacial, esta información puede estar dividida en capas, cada capa representa un evento o característica del mundo real.

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1.2 Tipos de Datos En un SIG tenemos principalmente dos tipos de datos diferenciados por la forma de representar el espacio de la que hacen uso: Los datos vectoriales y los datos raster.

1.2.1

Datos Vectoriales Estos datos son de carácter geométrico, están conformados por puntos, líneas y polígonos. Pueden ser obtenidos a partir de: Digitalización mapas o planos, Datos CAD, GPS o Topografía y mediciones fotogramétricas. Sus principales características son: -

Su estructura de datos es más compacta. Almacena datos solo de los elementos digitalizados por lo que requiere menos memoria.

1.2.2

-

Tiene un grado de exactitud geométrica.

-

Más apto para el soporte gráfico.

Datos Raster Está representado por mallas o pixeles, donde cada pixel tiene un valor único y este valor representa los datos del mundo real. Son útiles para realizar todo tipo de análisis, pero no son recomendados para realizar la cartografía debido a su resolución. Estos datos pueden ser obtenidos de: Percepción remota, imágenes satelitales, imágenes escaneadas. Sus principales características son: -

Estructura de datos muy simple.

-

Capacidad para integrar datos de satélite.

-

Capacidad para la realización de análisis geoestádisticos.

-

Favorece el realce de imágenes.

-

Los archivos son muy pesados.

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1.3 Fundamentos de la Cartografía y Geodesia 1.3.1

Geoide

Superficie equipotencial del campo de gravedad terrestre que resulta de prolongar el nivel medio del mar por debajo de los continentes. No es posible ajustarlo a una expresión matemática.

1.3.2

Elipsoide

Superficie matemática que más se aproxima al geoide, figura regular y que proporciona las bases para los sistemas de coordenadas. Existen elipsoides locales y globales.

1.3.3

Datum

Es un modelo matemático que se ajusta a una parte o la totalidad del geoide, proporcionando todos los parámetros de referencia para establecer los puntos de la superficie terrestre sobre un elipsoide. El punto Datum, es el punto tangente al elipsoide y al geoide. El más usado es el Datum WGS84 (World Geodetic System 1984).

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1.3.4

Sistema de Coordenadas Geográficas

Es un sistema de referencia que utiliza las dos coordenadas angulares, latitud (norte o sur) y longitud (este u oeste) y sirve para determinar los ángulos laterales de la superficie terrestre o en general de un círculo o un esferoide.

a) Latitud La latitud proporciona la localización de un lugar, en dirección Norte o Sur desde el ecuador y se expresa en medidas angulares que varían desde los 0º del Ecuador hasta los 90ºN (+90º) del polo Norte o los 90ºS (-90º) del polo Sur.

b) Longitud La longitud proporciona la localización de un lugar, en dirección Este u Oeste desde el meridiano de referencia 0º, o meridiano de Greenwich, expresándose en medidas angulares comprendidas desde los 0º hasta 180ºE (+180º) y 180ºW (-180º).

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1.3.5

Sistema de Coordenadas UTM

El sistema de coordenadas universal transversal de Mercator (en inglés Universal Transverse Mercator, UTM) es un sistema de coordenadas basado en la proyección cartográfica transversa de Mercator, que se construye como la proyección de Mercator normal, pero en vez de hacerla tangente al Ecuador, se la hace secante a un meridiano. Sus principales características son: -

El Sistema de Coordenadas UTM secciona el globo terráqueo en divisiones denominadas ZONAS o

HUSOS, que miden 6° de ancho; son proyectadas desde el centro de la Tierra; 60 zonas cubren la tierra y van de los 84° Norte a los 80° Sur. El origen de este sistema se encuentra en el meridiano 180° Oeste. -

Las distancias, se miden en metros.

-

Las coordenadas UTM (X, Y) son similares a un sistema cartesiano común, por lo que son ortogonales,

formando una cuadrícula perfecta. -

En el Sistema UTM, una posición es descrita por 3 elementos:

1. La zona a la que pertenece. (Huso). 2. La coordenada en el eje de las X y 3. La coordenada en el eje de las Y

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1.4 Escala Cartográfica En cartografía, la escala indica cuál es la relación que existe entre la realidad y el mapa que estamos viendo. Hay dos tipos de escalas: la escala numérica y la escala gráfica. 1.4.1

Escala numérica

Esta escala muestra la relación que existe entre el valor que el mapa está representando y el valor de la realidad de manera numérica. 1.4.2

Escala gráfica

Es una pequeña regla, línea o barra con segmentos que indican la escala usada. Sirve para medir las distancias dentro del mapa.

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1.5 QGIS 1.5.1

¿Qué es QGIS?

QGIS es un Sistema de Información Geográfica (SIG) de Código Abierto licenciado bajo GNU - General Public License. QGIS es un proyecto oficial de Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). Corre sobre Linux, Unix, Mac OSX, Windows y Android y soporta numerosos formatos y funcionalidades de datos vector, datos ráster y bases de datos. 1.5.2

Interfaz de QGIS

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II. ENTRADA Y MANEJO DE DATOS ESPACIALES 2.1 Descarga de datos espaciales Los datos espaciales se pueden obtener a partir de una plataforma web, denominada servidor o geoportal, estas son administradas por entidades públicas. Algunos Geoportales son: http://www.geoidep.gob.pe/servicios-idep/geoportales http://geoservidorperu.minam.gob.pe/geoservidor/download.aspx http://sigmed.minedu.gob.pe/descargas/# http://portal.mtc.gob.pe/estadisticas/descarga.html http://geo.sernanp.gob.pe/geoserver/principal.php Para datos Raster https://earthexplorer.usgs.gov/

GEOPORTAL DEL MINISTERIO DEL AMBIENTE

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GEOPORTAL DEL MINISTERIO DE EDUCACIÓN Ubicación por Número de Hoja

Ubicación por Ubigeo

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GEOPORTAL DEL MINISTERIO DE TRANSPORTES

SERVICIO GEOLÓGICO DE LOS ESTADOS UNIDOS Para ingresar y descargar imágenes satelitales se debe crear un usuario, luego se procede a realizar un polígono del área de interés.

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Seleccionado el polígono se hace click en Data Sets, luego en Digital Elevation – SRTM – SRTM 1 Arc Second Global, luego Results.

Luego se muestra la imagen satelital correspondiente al polígono seleccionado, esto se puede descargar en formato geotiff.

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2.2 Añadir Datos Espaciales Para añadir datos espaciales debemos abrir el administrador de fuentes de datos

Añadiremos un dato vectorial, es decir puntos, líneas y polígonos.

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Seleccionamos el archivo tipo shapefile, damos en aceptar, luego en añadir.

Podemos observas las capas de puntos, líneas y polígonos.

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Ahora añadiremos un archivo tipo ráster, entramos al administrador de fuente de datos, luego la opción ráster.

Vemos como se añade la imagen:

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Ahora usaremos la herramienta de identificador.

Para usar esta herramienta hacemos click en la capa y seleccionamos el objeto. En el panel de resultados de identificación se muestran los datos del objeto espacial.

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2.3 Servicios de mapas Un servicio de mapas facilita los mapas, las entidades y los datos de atributos disponibles dentro de muchos tipos de aplicaciones de cliente. Un uso habitual de un servicio de mapas es mostrar datos de negocios encima de las teselas de mapa base desde ArcGIS Online, Bing Maps o Google Maps.

Un servidor web peruano es: https://www.geoidep.gob.pe/servicios-idep/catalogo-nacional-de-servicios-web/servicios-de-visualizacion-wms

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Seleccionamos WMS por Clasificación, luego planeamiento catastral y luego catastro minero.

Hacemos click en ver dirección, copiamos la URL y luego vamos al QGIS.

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En el QGIS, entramos al Administrador de Fuente de datos y luego a WMS/WMTS, damos click en nuevo.

Colocamos los datos de la nueva conexión, nombre y el URL lo pegamos, damos click en aceptar.

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Hacemos click en conectar, una vez conectado damos click en añadir.

Vemos que se ha añadido el catastro minero.

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III. SISTEMA DE REFERENCIA DE COORDENADAS Y GEORREFERENCIACIÓN 3.1 Sistema de Referencia de Coordenadas Las proyecciones cartográficas intentan representar la superficie de la tierra o una parte de ella, en una superficie plana de papel o en la pantalla del computador. Un sistema de coordenadas de referencia (SCR) define entonces con la ayuda de las coordenadas, cómo el mapa bidimensional proyectado en su GIS se relaciona con lugares reales en la tierra. La decisión sobre el sistema de proyección cartográfica y el sistema de coordenadas de referencia a usar, depende de la extensión regional de la zona que se desea trabajar, del análisis que se quiere hacer y, a menudo de la disponibilidad de datos. Cada sistema de coordenadas posee un código EPSG (European Petroleum Survey Group) o SRID (Spatial

Reference System Identifier) que lo identifica de forma univoca y que a través del cual podemos conocer los parámetros asociados al mismo. Los sistemas de coordenadas que usamos en Perú son:

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3.2 Reproyección de Capas 3.2.1

Reproyección de Coordenadas UTM

Abrimos nuestro dato vectorial.

Luego entramos a propiedades de la capa.

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Vemos que se encuentra en PSAD 56 UTM

Para exportar damos click derecho sobre la capa y exportar luego guardar objeto como…

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En nombre del archivo seleccionamos la ruta y guardamos en formato shapefile.

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Luego seleccionamos el SRC (Sistema de Referencia de Coordenadas) de salida, para este caso será WGS 84 Zona 18S

Damos click en aceptar.

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Se muestra la nueva capa en WGS84.

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Para ver la diferencia entre WGS 84 y PSAD 56 entramos a propiedades de la capa y seleccionamos SRC luego activamos ninguna proyección.

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3.2.2 Reproyección en coordenadas Geográficas Ahora haremos lo mismo, pero reproyectaremos en coordenadas geográficas.

3.3 Georreferenciación La georreferenciación es la técnica de posicionamiento espacial de una entidad en una localización geográfica única y bien definida en un sistema de coordenadas y datum específicos. Es una operación habitual dentro de los sistemas de información geográfica (SIG) tanto para objetos ráster como para objetos vectoriales. La georreferenciación es el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación espacial a entidades cartográficas. Todos los elementos de una capa de mapa tienen una ubicación geográfica y una extensión específicas que permiten situarlos en la superficie de la Tierra o cerca de ella. La capacidad de localizar de manera precisa las entidades geográficas es fundamental tanto en la representación cartográfica como en SIG. 3.3.1

Algoritmos de transformación

Los algoritmos de transformación permiten que coincidan los puntos de control sobre el terreno de origen y el de destino. La aplicación de algoritmos de transformación transforma una grilla a partir de puntos de control X e Y. El tipo de algoritmo de transformación dependerá del número de puntos de control, también depende del tipo y calidad del dato de entrada. 3.3.2

Tipos transformación

En QGIS existen 7 tipos de transformación: -

Lineal, se utiliza para crear un archivo de referencia, no transforma el raster, no recomendable para archivos escaneados.

-

Helmert, permite realizar un escalado sencillo y transformaciones de rotación

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-

Polinomial 1, es el más utilizado para coincidir los puntos de control, se requieren mínimo 3 puntos de control.

-

Polinomial 2, se necesita como mínimo 6 puntos de control.

-

Polinomial 3, se necesita como mínimo 10 puntos de control

-

Thin Plate Spline, es un método más moderno capaz de introducir deformaciones locales en los datos, este algoritmo es útil para georreferenciar originales de baja

3.3.3

Proyectivo, rotación lineal y traducción de coordenadas.

Métodos de remuestreo

El remuestreo es el proceso de interpolar los valores de pixeles mientras transforma el dato raster, el método de remuestreo depende de los datos de entrada. Hay 5 métodos de remuestreo: Vecino más próximo, es el más rápido; Lineal, el raster no presenta cambios; Cúbica, Spline Cubica, Lanczos 3.3.4

Error medio cuadrático

Al realizar la transformación se realizará internamente el cálculo del movimiento residual, dicho error se genera a partir de la corrección, ya que se compara las coordenadas reales de los puntos de control con los cuales se realizado la transformación. El error medio cuadrático debe de tender a 1, ya que mientras más pequeño sea el valor más cercano son los valores predichos y reales. 3.3.5

Georreferenciación en coordenadas geográficas

Primero activamos el complemento Georreferenciador, para ellos ingresamos a la Barra de Menú pestaña complementos y luego Administrar e instalar complementos.

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Entramos a la pestaña Instalado, y luego activamos el complemento Georreferenciador y cerrar.

Ahora vamos a la pestaña ráster y luego click en georreferenciador y aparecerá otra ventana.

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En la ventana de georreferenciador abrimos el archivo ráster.

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Nos pide el sistema de referencia de coordenadas, para lo. cual seleccionamos, trabajaremos con coordenadas geográficas WGS 84.

Ahora comenzaremos el georreferenciado añadiendo puntos.

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Al añadir un punto nos pedirá las coordenadas de este.

Añadiremos 4 puntos de control y luego entramos a configuración de la transformación.

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En tipo de transformación usamos Polinomial 1, en método de remuestreo, vecino mas próximo y el SER de destino seria WGS 84.

Seleccionamos el ráster de salida, y guardar.

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Damos aceptar y verificamos el valor del error medio, que en este caso es 0.905776, es decir menor que 1.

Ahora procedemos a guardar los puntos de control.

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Ahora damos click en comenzar georreferenciado.

Para verificar el georreferenciado entramos nuevamente a la ventana principal de QGIS y añadimos nuestro ráster georreferenciado.

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Observamos nuestro mapa georreferenciado.

3.3.6

Georreferenciación en coordenadas UTM

De igual manera abrimos la ventana del georreferenciador y añadimos el ráster e ingresamos el SRC.

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Ahora añadimos los puntos de control

Luego de añadir los puntos de control entramos a configuración de la transformación, asignamos los parámetros de transformación, asignamos nombre al ráster de salida.

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Podemos observar que el error medio es de 0.693752 menor que 1. Entonces damos inicio a la georreferenciación y guardamos los puntos de control.

Verificamos en la ventana principal del QGIS.

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3.3.7

Georreferenciación de imagen satelital de Google Earth

Añadiremos una imagen satelital de Chiclayo obtenida del Google Earth, procedemos de igual manera abriendo el georreferenciador y añadiendo el ráster. Para el caso de Chiclayo pertenece a la zona 17 S de UTM, con código EPSG: 32717.

Hemos insertado la imagen la cual dispone de cuatro puntos de control, que previamente hemos obtenido las coordenadas del Google Earth y las tenemos en archivo de texto, estas nos ayudaran a georreferenciar la imagen satelital.

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Añadimos los puntos de control con ayuda del archivo de texto.

Una vez añadido los 4 puntos de control, entramos a configuración de transformación y elegimos los parámetros de transformación y el SRE de destino, así como el ráster de salida. Y luego iniciamos la georreferenciación.

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IV. CREACIÓN Y EDICIÓN DE VECTORES La creación y edición de vectores se lleva a cabo a partir de la digitalización. La digitalización es una de las tareas básicas de un SIG y nos permite transformar la información geográfica desde un formato analógico, como puede ser un mapa en papel o en formato digital (como puede ser una ortofoto o un servicio WMS), de forma que pueda ser almacenada y visualizada posteriormente en un ordenador.

4.1 Creación de Puntos Agregaremos una imagen georreferenciada.

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Ahora crearemos nuestra capa vectorial de tipo punto, para esto en la barra del administrador de fuente de datos hacemos click en nueva capa de archivo shape y emerge una ventana.

Luego creamos el archivo tipo shape, verificamos las coordenadas y en nuevo campo creamos el campo “Elevación”, tipo Número entero y luego damos click en añadir a la lista de campos.

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Para comenzar la digitalización hacemos click derecho en la capa y damos click en Conmutar edición.

Vemos que se activa la barra de digitalización

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Ahora hacemos click en añadir punto y comenzamos la digitalización.

Para guardar damos click en guardar cambios de la capa y para finalizar la digitalización damos click en conmutar edición.

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Para visualizar los puntos digitalizados hacemos click derecho sobre la capa y seleccionamos la opción abrir tabla de atributos, aquí veremos los puntos que se han digitalizado.

4.2 Creación de Líneas Ahora añadiremos datos vectoriales tipo línea, para esto vamos a digitalizar las vías de la carta anterior, de igual manera creamos el archivo shape.

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De igual manera activamos conmutar edición y comenzamos la digitalización, dando click en añadir línea.

Comenzamos la digitalización y después de terminar la línea damos click derecho y colocamos los datos.

Una vez digitalizado damos click en guardar y luego conmutar edición.

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4.3 Creación de Poligonos

Activamos conmutar edición, luego agregar polígono y una vez terminada la digitalización damos click derecho y añadimos los atributos del objeto vectorial.

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4.4 Creación de Puntos a partir de un archivo de texto A partir de un archivo de texto como se ve en la imagen, podemos crear archivos vectoriales tipo punto.

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Primero debemos configurar el SRC de nuestro proyecto, para este caso trabajaremos con la Zona UTM 18S.

Ahora nos dirigimos a la barra de menú.

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En nombre de archivo añadimos el archivo de texto, en formato de archivo activamos “Delimitadores Personalizados” y luego Tabulador, en definición de geometría asignamos coordenadas de punto y el SRC será el mismo que el de proyecto. Damos añadir y luego cerrar.

Se crea una capa, pero esta es temporal para poder exportar a formato shapefile, damos click derecho en la capa y seleccionamos exportar.

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Damos la ruta de salida en formato shapefile y aceptar.

Y se ha creado la nueva capa.

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4.5 Creación de Puntos a partir de un archivo CSV En QGIS no es posible abrir archivos de Excel por lo cual se debe transformar CSV. En Excel en la opción Guardar como… y seleccionamos CSV. En QGIS el primer paso es definir el SRC del proyecto, como se hizo en el punto anterior, ya que nuestro archivo CSV pertenece a la Zona 18S, seleccionaremos ese SRC para nuestro proyecto. Luego nos dirigimos a la barra de menú, capa, añadir capa y añadir capa de texto delimitado.

En nombre de archivo añadimos el archivo de texto, en formato de archivo activamos “Delimitadores Personalizados” y luego Punto y coma, en definición de geometría asignamos coordenadas de punto y el SRC será el mismo que el de proyecto. Damos añadir y luego cerrar.

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V. MANEJO DE TABLAS Y BASE DE DATOS 5.1 Manejo de Tabla de Atributos La tabla de atributos de una capa contiene información tanto descriptiva como espacial, denominada atributos. Nos permite obtener las características de cada una de las entidades geográficas con las que se cuenta.}

Ahora abrimos la tabla de atributos

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En la tabla de atributos, las columnas se denominan campos y cada fila es un registro. La cantidad de registros corresponde a la cantidad de objetos espaciales. Para editar los campos, hacemos click en conmutar edición, luego podremos editar cada registro.

Otro modo de edición es dando click en conmuta el modo multiedición

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En los filtros seleccionamos NOMBRE y con control seleccionamos todos los registros a editar.

También se pueden utilizar los filtros

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5.2 Calculador de campos La calculadora de campos permite realizar cálculos mediante expresiones o en función de atributos existentes. Para abrir en la tabla de atributos abrimos calculadora de campos.

Crearemos el campo AREA con la calculadora de campos. En nombre de campo colocamos AREA, QGIS permite hasta 9 caracteres en el nombre de campo, luego el tipo del campo, colocamos número decimal, y en el buscador de funciones buscamos area, damos click y luego aceptar.

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Vemos que se creó el campo AREA con el cálculo ya realizado.

5.3 Selección por expresión Abrimos la tabla de atributos del shapefile cargado.

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Ahora seleccionamos la opción selección de objetos espaciales usando una expresión:

La primera selección será del campo AREA_KM2 y seleccionaremos las áreas mayores a 10000. Colocamos la expresión y luego click en seleccionar objetos espaciales.

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Podemos observar que se ha seleccionado las cuencas con áreas mayores a 10000 km 2.

Ahora realizaremos una nueva expresión, añadiremos cuales de estas pertenecen a la Región Hidrográfica del Pacifico.

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Observamos la selección:

Ahora realizaremos la extracción de caracteres de un campo, para ello crearemos un nuevo campo, nos dirigimos a la calculadora de campo y creamos el campo con nombre: NOMBRE_MOD. En cadena buscamos la opción LEFT para extraer los primeros dígitos del campo. Finalmente aceptar.

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Como observamos se creó el campo con los primeros 5 caracteres del campo NOMBRE, para finalizar damos click en conmutar edición.

5.4 Unión de Tablas Para este ítem uniremos la tabla de atributos de un archivo shapefile y un archivo de Excel. Para ello añadiremos primero el archivo shapefile.

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Luego añadiremos el archivo Excel que contiene información de población de hombres y mujeres por cada departamento.

Observamos que los campos en ambas tablas de atributos poseen la misma información

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Para realizar la unión de ambas tablas abrimos las propiedades de la capa Limite_departamental. Y vamos a la pestaña uniones.

Seleccionamos la capa a unir, el campo a unir y el campo objetivo, damos aceptar y luego aplicar.

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Observamos la tabla de atributos de la capa Limite_departamental y observamos que se han añadido los campos, estos campos se presentan de manera temporal.

Como podemos observar los campos creados tiene el nombre del campo muy largo, para poder editar y guardar la unión de tablas, iremos a la caja de herramientas de proceso y luego en tabla vectorial hacemos click en rehacer campos.

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Seleccionamos la capa de entrada, luego para editar el nombre del campo hacemos doble click y renombramos. Luego en rehecho damos click en guardar archivo… y guardamos en formato shapefile.

Luego ejecutamos.

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Finalmente borramos la capa rehecho y luego abrimos la capa creada y podemos observar la unión de tablas.

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