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Base de datos espacial

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Introducción a las bases de datos espaciales.

Introducción a las bases de datos espaciales.

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  • 1. Bases de datos Espaciales M.C.C. Omar Ríos González org07c@gmail.com Instituto Tecnológico de Minatitlán
  • 2. Experiencias Profesionales M.C.C. Omar Ríos González • Ingeniería en Sistemas Computacionales, ITMina (2007) • Maestría en Ciencias en Ciencias de la Computación, Cenidet (2010) • Primer Trabajo. • Exámenes, Superman, llamadas de atención, éxito. • Consultoría 2010 – Actual • • • • HP – Proyecto SAT IBM – Proyecto BAM Iusacell HP - Nextel Proyectos Recargas Electrónicas, IVR, MAR, MAPi y Loyalty Kode – Fin Común Proyectos Tenderos, Call Center, Ahorronómina, Credinómina 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 2
  • 3. Agenda • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • • • • PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 3
  • 4. Conceptos BASE DE DATOS ESPACIAL • DBMS con capacidades para representar y manipular datos con una referencia en el espacio[1]. • Esta base de datos comprende la asociación entre sus dos principales componentes: datos espaciales y atributos o datos no espaciales. • El lenguaje de consulta (SQL) es extendido para manejar la geometría de los datos a través de puntos, líneas y polígonos y son incorporadas nuevas funciones que permiten la selección y recuperación de los datos tanto por criterios alfanuméricos como geométricos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 4
  • 5. Conceptos ESPACIO • Establece un marco de referencia para definir la localización y relación entre objetos. DATO ESPACIAL • Dato que se ubica en el espacio, ya sea con referencia a un sistema de coordenadas o a un orden topológico (ubicación, dimensión, forma). 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 5
  • 6. Conceptos DATOS NO ESPACIALES • Son las características cuantitativas asociadas al objeto que se desea describir (Tablas con atributos E-R). CAPAS GEOGRÁFICAS • Son las características del área que se desea modelar, organizadas en temas para facilitar la información (hidrología, cartografía, caminos, etc). Estas capas pueden estar almacenadas en archivos diferentes. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 6
  • 7. Conceptos REPRESENTACIÓN GEOMÉTRICA • Es la representación digital del componente espacial de un rasgo geográfico. Existen 3 tipos básicos: puntos, líneas y áreas. MODELOS DE DATOS ESPACIALES • Es una representación del mundo real que puede ser usado en un SIG (Sistema de Información Geográfica) para producir mapas, realizar consultas y diferentes análisis. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 7
  • 8. Agenda • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • • • • PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 8
  • 9. Arquitectura de un SDBMS [2] • No Integrada: DBMS + Archivos con Geometría • Integrada: DBMS relacional extendido u orientado a objeto. Programas de Aplicaciones DBMS Relacional DB Programas Aplicaciones Procesamiento De Geometría Files SDBMS DB No Integrado 30/10/2013 Interfaz Interactiva Integrado Base de Datos Espaciales 9
  • 10. Agenda • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • • • • PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 10
  • 11. Arquitectura de tres niveles [3] 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 11
  • 12. Agenda • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • • • • PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 12
  • 13. Objetivo de un SBDMS • Integrar la representación y manipulación de datos geométricos o espaciales con los datos no espaciales en un nivel lógico. • Proveer un soporte eficiente para almacenar y procesar los datos a nivel físico. • Manejar la representación física de los datos mediante SQL con funciones extendidas sobre componentes geográficos. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 13
  • 14. Agenda • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • • • • PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 14
  • 15. Representación de datos espaciales Modelo del espacio • Modelo basado en superficie o campo. • Cada punto en el espacio es asociado a varios atributos, definidos como funciones continuas. y 10 PINE “PINE”, 0= x <= 8; 8 < y <= 10 F(x,y) “OAK”, 0= x <= 6; 0 <= y <= 4 4 “MAPLE”, 6 = x <= 8; 0 <= y <= 4 OAK (0,0) MAPLE 6 8 x • Las operaciones sobre este modelo pueden ser local, focal y zonal. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 15
  • 16. Representación de datos espaciales Modelo del espacio • Modelo basado en entidades, figuras u objetos. • Este modelo considera entidades del mundo real: conjunto de atributos que describen el objeto así como su geometría y relaciones. Posición: {(x1,y1), …, (xn,yn)} Forma: Densidad Relaciones Tamaño 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 16
  • 17. Representación de datos espaciales Modelo del espacio • Modelo basado en entidades, figuras u objetos. • Objetos espaciales de 1 dimensión Segmento Polilínea y monotónica Polilínea y no monotónica Polilínea no simple • Objetos espaciales de 2 dimensiones 30/10/2013 Polígono simple Polígono convexo Polígono Polígono Polígono monotónico no simple Con hoyo Base de Datos Espaciales Región 17
  • 18. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Datos Ráster • Una celda contiene un valor que puede significar muchas cosas como ser reflactancia de la luz de una parte del espectro, un color de una fotografía, atributo temático de un tipo de vegetación, una altura, etc. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 18
  • 19. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Datos Ráster (Usos) • Proximidad (distancia euclideana u otras como tiempo de viajero) • Análisis de superficie (cualidades de superficies continuas tales como elevación, contaminación, cálculo de pendiente). • Dispersión (simulación de un derrame de petróleo, de la propagación de un incendio) • Camino de costo mínimo (a través de una superficie según una cierta impedancia) 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 19
  • 20. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Datos Vectoriales • Representan la geometría de los elementos geográficos en forma precisa y compacta, como un conjunto ordenado de coordenadas y atributos asociados • Puntos y Multipuntos son dimensión cero. Una o más coordenadas x,y, más atributos 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 20
  • 21. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Datos Vectoriales • Polígonos son dimensión dos. Serie de segmentos que determinan un área. • Otro tipo son las Anotaciones. Etiquetas descriptivas asociadas con elementos para desplegar nombres y atributos. Cuarei m Plaza Libertad 18 de Julio 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 21
  • 22. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Datos Vectoriales • Envelope. Rectángulo mínimo que contienen a todas las componentes geométricas de un elemento geográfico. YMax YMin XMin XMax • Camino (Path). Secuencia de segmentos conectados que no se interceptan. • Anillo (Ring). Camino que se cierra y que tiene un lado interno y externo no ambiguo. Es un simple polígono. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 22
  • 23. Representación de datos espaciales Modelo de representación • Comparación Ráster y Vectorial 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 23
  • 24. Representación de datos espaciales Formatos • Descripción y transferencia de datos raster y vectoriales. • • • • • • DXF: Drawing Interchange Format (CAD/CAM) DIGEST: Digital Geographic Information Exchange Standard (aplicaciones militares – DGIWG) NTF: National Transfer Format (BSI) SDTS: Spatial Data Transfer Standard (USGS) EDIGéO: versión francesa de DIGEST pero para aplicaciones civiles (AFNOR) SAIF: Spatial Archive and Interchange Format, estándar canadiense. • Sólo para raster: • TIFF: Tagged Image File Format • CGM: Computer Geographic Metafile • ASRP: Arc Standard Raster Product 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 24
  • 25. Agenda • • • • • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 25
  • 26. PostgreSQL + PostGIS PostGIS ofrece soporte espacial a la popular base de datos objetorelacional PostgreSQL. Es posible importar y exportar datos mediante herramientas en línea de comandos (shp2pgsql, pgsql2shp, ogr2ogr, dxf2postgis) o a través de clientes SIG de escritorio o web. ¿Qué se necesita? • Tener instalado PostgreSQL (http://www.postgresql.org/download/) • Descargar e instalar el módulo de PostGIS (http://postgis.net/install) 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 26
  • 27. PostgreSQL + PostGIS • Adopta el estándar para la definición de objetos espaciales del OpenGIS: Simple Features Specification for SQL. • El modelo conceptual de los objetos espaciales está formado por tres tablas: GEOMETRY_COLUMN, FEATURE_TABLE, SPATIAL_REF_SYS. . 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 27
  • 28. PostgreSQL + PostGIS • ¿Qué contienen estas tablas? • El nombre de la tabla donde se encuentra el elemento espacial (F_TABLE_NAME) • El nombre del atributo que define la geometría (F_GEOMETRY_COLUMN) • Tipo de Geometría (TYPE): point, linestring, polygon, multipoint, multilinestring, multipolygon, geometrycollection. • Las coordenadas que definen el elemento espacial almacenadas en la columna geométrica (GID) usando el estándar Well-known text (WKT) • Sistema de referencia espacial (SRID) • La dimensión espacial (COORD_DIMENSION) 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 28
  • 29. PostgreSQL + PostGIS • El estándar para la implementación de objetos espaciales del OpenGIS define tres categorías de funciones: (1) básicas, (2) consulta de relación espacial y (3) análisis. http://postgis.net/docs/manual-2.1/reference.html 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 29
  • 30. Agenda • • • • • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 30
  • 31. … y traducido al Español • BDR + Módulo con soporte de objetos geográficos = BDE • Las BDR está compuesta de tablas o relaciones con registros (columnas y filas). • La relación se realiza por medio de las claves primarias y foráneas (clave primaria del registro padre). • Una clave primaria debe cumplir con la integridad de datos (valor único). • Una clave foránea es el valor que la clave primaria del registro padre. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 31
  • 32. … y traducido al Español • Tomando en cuenta lo anterior, ejemplificaremos con postgis de PostgreSQL. • Se requiere agregar la ubicación geográfica de los árboles Pine, Oak y Maple, utilizando una tabla llamada Bosques que contiene el atributo Densidad. Bosques Tipo Pine 7.4 Oak 3.0 Maple 30/10/2013 Densidad 4.8 Base de Datos Espaciales 32
  • 33. … y traducido al Español • Se crea la tabla Bosques CREATE TABLE bosques ( id int4, tipo varchar(50), densidad real ); • Se agrega columna que almacenará la localización de los árboles SELECT AddGeometryColumn ( 'bosques', 'the_geom', 4326, 'POINT', 2); • Se insertan las ubicaciones INSERT INTO bosques (id, tipo, densidad, the_geom) VALUES (1, 'Pine', 7.4, ST_GeomFromText('POINT(-0.1257 51.508)',4326)); INSERT INTO bosques (id, tipo, densidad, the_geom) VALUES (2, 'Oak', 3.0, ST_GeomFromText('POINT(-81.233 42.983)',4326)); INSERT INTO bosques (id, tipo, densidad, the_geom) VALUES (3, 'Maple', .8, ST_GeomFromText('POINT(27.91162491 -33.01529)',4326)); 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 33
  • 34. … y traducido al Español • Representación en base de datos espacial bosques tipo Pine 7.4 Oak 3.0 Maple 30/10/2013 densidad the_geom 4.8 Base de Datos Espaciales 34
  • 35. … y traducido al Español • Consultando • SELECT b.id, b.tipo, b.the_geom FROM bosques b; id | tipo | the_geom ----+-----------------+---------------------------------------------------1 | Pine | 0101000020E6100000BBB88D06F016C0BF1B2FDD2406C14940 2 | Oak | 0101000020E6100000F4FDD478E94E54C0E7FBA9F1D27D4540 3 | Maple | 0101000020E610000040AB064060E93B4059FAD005F58140C0 SELECT b.id, ST_AsText(b.the_geom), ST_AsEwkt(b.the_geom), ST_X(b.the_geom), ST_Y(b.the_geom) FROM bosques b; id | st_astext | st_asewkt | st_x | st_y ----+------------------------------+----------------------------------------+-------------+----------1 | POINT(-0.1257 51.508) | SRID=4326;POINT(-0.1257 51.508) | -0.1257 | 51.508 2 | POINT(-81.233 42.983) | SRID=4326;POINT(-81.233 42.983) | -81.233 | 42.983 3 | POINT(27.91162491 -33.01529) | SRID=4326;POINT(27.91162491 -33.01529) | 27.91162491 | -33.01529 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 35
  • 36. … y traducido al Español • Obtener la distancia asumiendo que el terreno es esférico SELECT p1.tipo,p2.tipo,ST_Distance_Sphere(p1.the_geom,p2.the_geom) FROM bosques as p1, bosques as p2 WHERE p1.id > p2.id; tipo | tipo | st_distance_spheroid -----------------+-----------------+---------------------Oak | Pine | 5892413.63776489 Maple | Pine | 9756842.65711931 Maple | Oak | 13884149.4140698 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 36
  • 37. Requieres mayor información ? • Oracle con Oracle Spatial http://www.oracle.com/technetwork/database-options/spatialandgraph/overview/index.html • Postgresql con PostGis http://postgis.refractions.net/ • Informix con Informix Spatial DataBlade http://www-01.ibm.com/software/data/informix/spatial/index.html • DB2 con DB2 Spatial Extender http://www-03.ibm.com/software/products/us/en/db2spaext/ • Software Open Source Geo Espacial http://live.osgeo.org/es/overview/postgis_overview.html 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 37
  • 38. Agenda • • • • • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 38
  • 39. Algunas áreas de aplicación… Medio Ambiente Planeación Transporte Administración financiera Seguridad Portal ciudadano Obras Públicas Administración de Infraestructura Salud Educación 30/10/2013 Topográfica / Raster Catastro Direcciones Geo-codificada Ejes de Calles Activos Medio Ambiente Transporte Servicios Social / Salud Educación Delitos Base de Datos Espaciales Justicia Planeación de Salud 39
  • 40. Agenda • • • • • • • • • Conceptos Arquitectura de un SDBMS Arquitectura de tres niveles Objetivo de un SBDMS Representación de datos espaciales • Modelo del espacio • Modelo de representación • Formatos PostGreSQL + PostGIS … y traducido al Español Algunas Áreas de aplicación Conclusiones 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 40
  • 41. Conclusiones • Las BDE no solo sirven para modelar mapas, adicional se utilizan en una amplia gamas de aplicaciones explotando los datos mediante sistemas de información geográfica. • Los sistemas de información geográfica nos apoyan a mostrar la información un tanto gráfico de la extracción de datos espaciales. • Son utilizados para la generación de capas en los mapas, un ejemplo es maps de Google. • La información contenida en BDE sirve para analizar e investigar redes e interconexión en cualquier área de la vida cotidiana. Por ejemplo distribuir de forma y ubicación precisa la instalación de repetidores de señal, realizando consultas radiales de intersección y unión. • Sólo basta tener una red imaginaria en nuestra mente para lograr que nuestros datos espaciales puedan hacerse realidad, en este espacio llamado Vía Láctea. 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 41
  • 42. Referencias • [1] R.H. Güting, An Introduction to Spatial Database Systems, VLDB Journal 3, pp. 357-399, 1994. • [2] Ph. Rigaux, M. Scholl, A. voisard. Spatial Databases: With Application to GIS, Elsevier Science, pp. 24-25, 2002 • [3] Sh. Shekhar, S. Chawla; Spatial Databases: A Tour. Prentice Hall, 2003 • [4] Inegi, Información Geográfica en Bases de Datos Espaciales, 2008 • [5] Esri, GIS Mapping Software, http://www.esri.com/, 2013 • [6] Mariella Gutiérrez Valenzuela, El rol de las bases de datos espaciales, 2013 30/10/2013 Base de Datos Espaciales 42

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