Base de datos espacial

Instituto Tecnológico de Minatitlán

Bases de datos Espaciales

M.C.C. Omar Ríos Gonzá[email protected]

Base de Datos Espaciales 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

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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• Conclusiones30/10/2013


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

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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).

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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.

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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.

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Agenda





Arquitectura de un SDBMS [2]

• No Integrada: DBMS + Archivos con Geometría• Integrada: DBMS relacional extendido u orientado a objeto.

Programas de Aplicaciones

DBMS Relacional

ProcesamientoDe Geometría

DB Files

No Integrado

SDBMS

ProgramasAplicaciones

Interfaz Interactiva

DB

Integrado

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Arquitectura de tres niveles [3]

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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.

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Representación de datos espacialesModelo del espacio• Modelo basado en superficie o campo.

• Cada punto en el espacio es asociado a varios atributos, definidos como funciones continuas.

• Las operaciones sobre este modelo pueden ser local, focal y zonal.

x

y

PINE

OAK MAPLE

6 8(0,0)

10

4

“PINE”, 0= x <= 8; 8 < y <= 10

F(x,y) “OAK”, 0= x <= 6; 0 <= y <= 4

“MAPLE”, 6 = x <= 8; 0 <= y <= 4

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Representación de datos espacialesModelo 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)} Densidad

Forma: Relaciones

Tamaño

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Representación de datos espacialesModelo del espacio• Modelo basado en entidades, figuras u objetos.

• Objetos espaciales de 1 dimensión

• Objetos espaciales de 2 dimensiones

Segmento Polilínea y monotónica

Polilínea y nomonotónica

Polilínea no simple

Polígono simple

Polígonoconvexo

Polígonomonotónico

Polígonono simple

PolígonoCon hoyo

Región

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Representación de datos espacialesModelo 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.

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Representación de datos espacialesModelo 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)

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Representación de datos espacialesModelo 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

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• 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.

Plaza Libertad18 de JulioCu

arei

m

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• Envelope. Rectángulo mínimo que contienen a todas las componentes geométricas de un elemento geográfico.

• 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.

YMax

YMinXMin XMax

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Representación de datos espacialesModelo de representación• Comparación Ráster y Vectorial

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Representación de datos espacialesFormatos• 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

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PostgreSQL + PostGIS

PostGIS ofrece soporte espacial a la popular base de datos objeto-relacional 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)

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http://www.postgresql.org/download/

http://postgis.net/install



• 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.

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• ¿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)

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• 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.html30/10/2013

http://postgis.net/docs/manual-2.1/reference.html


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… 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.

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• 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 Densidad

Pine

Oak

Maple

7.4

3.0

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• Se crea la tabla BosquesCREATE TABLE bosques ( id int4, tipo varchar(50), densidad real );

• Se agrega columna que almacenará la localización de los árbolesSELECT 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));

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• Representación en base de datos espacial

bosques

tipo densidad the_geom

Pine

Oak

Maple

7.4

3.0

4.8

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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

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Algunas áreas de aplicación…

Medio Ambiente

Transporte

Seguridad

Obras Públicas

Salud

Educación

Planeación

Administración financiera

Portal ciudadano

Administración deInfraestructura

Planeación de Salud

Topográfica / RasterCatastroDirecciones Geo-codificadaEjes de CallesActivosMedio AmbienteTransporteServicios Social / SaludEducaciónDelitos

Justicia

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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.

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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

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http://www.esri.com/

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