congreso instituto tecnológico de apizaco 23-24 de octubre 2000 david sol tecnologías de...

Congreso Instituto Tecnológico de Apizaco

23-24 de Octubre 2000

David Sol

Tecnologías de GeoInformación

2

Contenido

• Generalidades SIG

• Geometrías

• Bases de datos

• Formatos

• Construcción SIG

• Topologías

• Distribución de datos

3

Definición

• SIG: Sistema de Información Geográfico

• GIS: Geographical Information Systems

4

Definición II

• Es una herramienta de software que nos permite almacenar, recuperar, analizar y desplegar información geográfica

• Conjunto de componentes de un sistema que permiten por un lado organizar datos y por otro desplegar datos geográficos

5

Contexto de un SIG

Base de datosVisualizaciónCapas (Layers)GeometríaAplicacionesOperacionesInf. descriptiva

6

Contexto de un SIG

7

Desarrollo aplicaciones SIG

8

Representación de datos

9

Layers Raster and Vector models

Representación de datos II

10

Aplicaciones

11

Aplicaciones SIG

12

Aplicaciones SIG

13

Herramientas SIG II

14

Herramientas SIG III

15

Geometrías

• Geometría euclidiana: modelo vectorial

• Geometría fractal: modelos fractales y raster

16

Geometrías

• En base a puntos, líneas y polígonos:

• localización de puntos en el espacio

• puntos, líneas y polígonos forman objetos geométricos

• relaciones y operaciones

• En base a fragmentos:

• forma de los fragmentos• tamaño de los fragmentos• un conjunto de

fragmentos forma un objeto geométrico

• relaciones y operaciones

17

Geometrías

Espacio de PeanoEspacio de Peano

0000

0101

1010

1111 Peano curvePeano curve11 1011 10

10 00 1110 00 11

X1,Y1

X2,Y2

X

Y

Espacio EuclidianoEspacio Euclidiano

18

Fragmentación del espacio

• Conjunto de piezas regulares de entidades que formen un mismo espacio.

19

Quadtree

• Partición sistemática del espacio en dos dimensiones por una regla de cuatro

20

Curva y llaves de Peano

00

01

10

11

21

Curva y Llaves de Peano II

0000

0001

0010

00110100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

10111100

1101

1110

1111

22

Curva y Llave de Peano III

0101

00

0100

0111

111010

111011

111110

111111

1010

1011

23

Arboles R y rectángulos

D

A

B

C

E

F G

HI

12

31 32

A CB D E

F HG I

24

Arboles R y rectángulops II

A

B

C F G

I

12

25

Indices geometría euclidiana

Jerarquía

Objetos

Rectángulos

Puntos al interior del rectángulo

1-n

1-n

1-n

1-n

1-n

26

Indices geometría fractal

Objetos

Puntos fractales ligados poruna curva

1-n

1-n

27

Objetos geometría euclidiana

Liga

Objetos

Puntos privilegiados1-n

1-n

1-n

Restriccionesespaciales

28

Objetos geometría fractal

Sub-división

Objetos

Puntos fractales1-n

1-n

1-n

Reglas de agregacióny desagregación

1-1

29

Segmento

Segmento

Extremos1-1

2-2

Puntos x,y

30

Polilínea

Polilínea

Punto1-1

2-n

No. Puntox,y

Polilínea

1-nNo. polilínea

No. polilínea

Segmento

1-2

2-2No. segmento

Punto

No. Puntox,y

1-1

31

Línea Mixta

0-1

Porción delínea mixta

Línea mixta Puntos1-n

1-n 1-n

1-n

Segmento Porción círculo Parábola Otra primitiva

1-1 1-1 1-1 1-1

32

Polígono

Polígono Punto1-1

3-n 2-2

2-2Segmento

No. polígono No. segmento No. punto

Polígono 1-1

3-n

Punto

No. polígono No. Punto

33

Multi-polígono

Polilínea

Punto1-1

0-n

No. Puntox,y

No. polilíneaPolígono

No. polígono

Extremos

Puntos x,y1-n

1-2

2-2

2-n

34

Grafo

Nodo

2-2

1-nLiga

Ligado_a

0-n 0-n

35

Grafo Orientado

Nodo1-1

0-nLiga

Ligado_a

0-n 0-n

1-1

0-n

36

Curvas de nivel

Polígono 1-1

3-n

Punto

No. polígono No. Punto

Terreno

No. terreno

1-1

1-n

37

Calles y manzanas

Calle Punto0-1

2-n 2-2

2-nSegmento

No. calle No. segmento No. punto

Manzana

No. manzana

0-1

3-n

38

Base de datos y geometría de Peano

Objeto Llave de Peano Nivel de Precisión

AAAAAA

0001001011011011111100111100

123323

Selectfromwhere

<objeto><tabla><atributos>

39

Agregación y desagregación

000000000001000010000011000100000101000110000111

001000001001001010001011001100001101001110001111

010000010001010010010011

101101101111

110000110001110010110011

111100

27 tuplas

00 0100 101101101111

1100 111100

6 tuplas

40

Operación Unión

0001001011011011111100111100

01010111

00

0100

101101101111

1100

111100

001111

01010111

111100

41

Operación translación

00

0100

101101

0000110001100001110010010010110011010010

011000011010100001100100100101110000

010011010110011001011100

111010

110011110110111001111100

111111

101111

1100

111100

42

Operación Zoom

0000000000110011010010101111101111

0000

0011

11

00

11

43

Enfoque orientado a objetos

• Encapsulación

• Tipos y clases

• Herencia

• Objeto = id + estado + comportamiento

• Polimorfismo

• Tipo, clase, objeto

44

Administración de objetos

• Persistencia

• Objeto y referencia

• Serialización de objetos

• Referencia a otros objetos

• Accesos concurrentes

• Dependencia de la representación física

45

Bases de datos objetos

• Transparencia de objetos persistentes

• Objetos + Bases de datos (concurrencia, integridad, recuperación de fallas)

• Lenguajes Orientados objetos

• Nuevas aplicaciones

• Coherencia

• Madurez vs estándares

46

Bases de datos 70´s

• Lenguaje procedural COBOL

• Modelo jerárquico o redes

• Alto nivel de seguridad

• Ambiente propietario

• Débil independencia física

• Administración de datos y optimización

• Arquitecturas abiertas

47

Bases de datos 80’s

• Modelo relacional

• Algebra relacional

• Independencia física

• Optimización

• Integridad semántica

• Apertura cliente/servidor

48

Limites BD relacionales

• Areas de aplicación no tradicionales

• Nuevos tipos

• Estructuras complejas

• Administración de versiones

• SQL: incompleto

49

Evolución de las Bases de Datos

1960 1970 1980 1990

R&D

Dedicado

Navegación

Relacional

Objeto

IMSIDSSystem 2000

CODASYL

IMS Fast-path

SQL

DB2INGRESORACLE

ObjectStoreGemStoneO2

ODMG

50

Objetivos BD Objetos

• Disfunción lenguaje de programación vs lenguaje de base de datos

• Manipulación de objetos complejos

• Reuso de código en el contexto de una base de datos

• Incremento del nivel de abstracción

51

Definiciones BD Objetos

• Modelos semánticos (asociación) + Lenguajes OO (encapsulación)

• Acceso a objetos persistentes desde un lenguaje OO

• Organización coherente de datos persistentes y compartidos por usuarios concurrentes

52

Esquema conceptual ObjetoClassnametype

ObjectOIDhas_name?namesclass

createdeleteexitssame_has?

Attributeattr_nameattr_ type

set_valueset_value

Traversal pathpath_nameto_cardinalityto_type

traversecreator_iterator

Relationshipcreatedeleteadd_memberremove_member

OperationsignatureinvokereturnReturn_abnormally

Typekey_listextent_namesuper_types

Property

has

linkage

exists ?

has

has

Instantiation

Implementation

N

N

N

N

N

2

53

Manejador BD Objetos

• ODBMS: DBMS + objetos + persistencia + polimorfismo

• Esquema de una base de datos objeto: {clases, asociaciones}

54

Enfoques BD Objetos

• Objeto/relacional• extensión del modelo

relacional• SQL3• implantación en

algunos manejadores

• Puramente objeto• extensión para

manejar objetos persistentes

• extensiones de lenguajes OO

• a partir de un modelo OO

55

Persistencia de objetos

• Objetos temporales y persistentes

• Frontera entre objetos temporales y persistentes

• Transparencia en el manejo de objetos

• Identificador y localización en memoria

56

Espacio de operación de objetos

tipos

temporales

esquema

persistente

ligas

(C++, Smalltalk)

Aplicación SGBDO ODL

A’OQL

ext. LPO

A

espacio

de objetos temporales

espacio

de objetos persistentes

57

Operaciones objetos persistentes

• Creación: OID = persist(pointer)

• Activación: Pointer = activate(OID)

• Desactivación: OID = desactivate(pointer)

• Destrucción: free(OID)

58

Administración persistencia

• Manual

• Automática: herencia

• Automática: referencia

59

Evolución de esquemas

• Influencia de modificaciones

• Definiciones de clase

• Herencia de sub-clases

• Propiedades invariantes

60

Tipos de modificaciones

• Un atributo de una clase: agregar/eliminar, modificación nombre, tipo, herencia

• Una operación de una clase: agregar/eliminar, modificación, herencia, nombre/contenido

• La herencia de una clase: agregar/suprimir

• La gráfica de clases: agregar/suprimir

61

Conservación de coherencia

• Encapsulación

• Interfaz de una clase

• Ligado dinámico

• Modificación manual/automática

• Simples: automatización

• Complejas: programador

62

Enfoque Objeto/Relacional

• Madurez de la tecnología del relacional

• Extensiones significativas

• Apoyo de grandes consorcios: IBM, Informix, Oracle, Sybase

63

Etapas del relacional hacia objetos

• LPO SQL: embedded SQL

• Capa SQL objetos

• SQL3

64

Principios Objeto/Relacional

• Dominio: especificado por los tipos

• Tupla: asociado a la noción de identificador

• Relaciones entre dominios: referencias a objetos

• Tipo y tabla

• Objetos complejos: referencias a objetos (llaves foráneas)

65

Tipos y Tablas

• Creación de tipos y de tablas

• Sub-tipo: especialización de un tipo

• Sub-clase: inclusión en super-clases

66

Enfoque Orientado Objeto

• ODMG: Object Data Management Group

• Apoyo de consorcios: Object Design, O2 Technology, Objectivity, Ontos, Versant

• Interfaces independientes de todo lenguaje de programación OO

• Especificaciones para algunos lenguajes OO: C++, Smalltalk

67

Gráfica de clases objeto

Denotable Object

Object Literal

Atomic Object Structured Object

TypeExceptionIterator

Collection Structure <T1,…, Tn>

Set <T>Bag <T>List <T>Array <T>

Atomic Literal Structured Literal

IntegerFloatCharacterBoolean

ImmutableCollection

ImmutableStructure

Imm-Set <T>Imm-Bag <T>Imm-List <T>Imm-Array <T>

68

Componentes

• ODL: Object Definition Language

• OML: Object Manipulation Language

• OQL: Object Query Language

69

Modelo enfoque objetos

• Objetos con estado y comportamiento

• Pertenencia de objetos a tipos

• Identidad de objetos

• Persistencia de objetos

• Gráfica de clases

70

ODL y OML

• Especificación de esquemas

• Tipos y sus atributos

• Signatures de Métodos sin su implementación

• Soporte de DBMS OO conforme al estándar ODMG

• Constructores para ODL y OML

71

OQL

• Sintaxis próxima a SQL

• Fácilmente integrable en un lenguaje OO

• Uso como lenguaje independiente

• Regresa uno o varios objetos

• Creación de objetos: explícitamente o como resultado de consultas OQL

• Manipulación de objetos complejos

72

Manejo de Capas Modelo vector y raster

Sistema de Información Geográfico

SIGOO 3

73

Modelo Orientado a Objeto

Clasificación

Generalización

Asociación

Agregación

HerenciaSIGOO 5

74

Trabajos Relacionados

Modelo

Cla

sifi

caci

ón

Ge

ne

raliz

ació

n

Aso

ciac

ión

Ag

reg

ació

n

He

ren

cia

De

sple

gad

o

Object-Oriented Modeling for GIS [Egenhofer 98]

Rock & Roll [Fernandes 99]

Computer Cartography for GIS: an Object-Oriented view on the Display Transformation [Andrew 92]

SIGOO 6

75

Clases básicas

Punto

Línea

Polígono

Polilínea

Capa

Vista

Análisis de los datos: Intersección

Metodología OMT

Almacenamiento de

objetos en la BD

UDLASIG UDLASIG + OO = SIGOO

SIGOO 9

76

Jerarquía de las clases

SIGOO 10

77

Asociación

SIGOO 11

78

Agregación

SIGOO 12

79

OOGIS System Database

View

Layer

PolygonPolylineLinePoint

View

Layer

polygon_tpolyline_tline_tpoint_t

Table

Table

Types

layer_t

Jerarquías

80

Manejo de la persistencia

View Layer

Building

Passages

ViewLayer

Building

Passages

DatabaseOOGIS

81

Arquitectura

82

Estructura de la Base de Datos

Se encuentra formada por:

Tipos

Tablas

SIGOO 13

83

Tipos generados en la BD

capa_t

punto_t

linea_t

capapunto_t

capalinea_t

capapolilinea_t

conlineasSIGOO 14

84

Estructura de los tipos

create row type capa_t( nombre VARCHAR(20), color VARCHAR(60), tipo VARCHAR(20));

create row type punto_t( x INTEGER, y INTEGER);

create row type linea_t( extremos1 punto_t, extremos2 punto_t);

create row type capapuntos_t( x INTEGER, y INTEGER) UNDER capa_t;

SIGOO 15

85

Estructura de los tipos

create row type capalineas_t( extremos1 punto_t, extremos2 punto_t) UNDER capa_t;

create row type capapolilineas_t( num INTEGER, extremos1 punto_t, extremos2 punto_t) UNDER capa_t;

create row type conlineas( lineas LIST(linea_t not null)) UNDER capa_t;

SIGOO 16

86

Tablas de apoyo

create table vista( nombre_vista VARCHAR(30), nombre_capa VARCHAR(30));

create table capa( nombre VARCHAR(30), tipo VARCHAR(20));

SIGOO 17

87

Aplicación de los tipos generados

SIGOO 18titan.pue.udlap.mx/~is095849/tesig2/applet.html

88

Aplicación de los tipos generados

create table Edificios of type capapolilinea_t;insert into Edificios values (‘Edificios’,’java.awt.Color[r=0,g=0,b=255]’,’poligono’,0,row(58,59)::punto_t,row(79,70)::punto_t);

create table Pasillos of type capalineas_t;insert into Pasillos values (‘Pasillos’,’java.awt.Color[r=255,g=0,b=255]’,’linea’,row(58,62)::punto_t,row(59,48)::punto_t);

create table Tomas_de_Agua of type capapuntos_t;insert into Tomas_de_Agua values (‘Tomas_de_Agua ,’java.awt.Color[r=0,g=255,b=255]’,’punto’,77,63);

SIGOO 19

89

Archivos Shp

• geometrías no topológicas (sólo coordenadas)

• atributos por cada objeto espacial.

• objeto geométrico => shp

• shp => conjunto de coordenadas vectoriales

• reducción de overhead (no topológico)

• objetos serializados

• rapidez al dibujar y editar

• manejo de puntos, líneas y polígonos

90

ESRI shapefile

• Main File

• Index File

• dBase table

91

Características shp

• Orden de los Bytes• Little Endian:

www.udlap.mx

• Big Endian: 148.140.1.1

• Tipos numéricos• Integer: 4 bytes

• Double: 8 bytes

• Tipos de Shape• 0 Null Shape

• 1 Point

• 3 Polyline

• 5 Polygon

• 8 MultiPoint

92

Archivo Shp (Main File)

File Header

Record Header Record Contents




93

Record Number: 9994 (Integer, Big)Unused: 0 (Integer, Big)File Length: 190 (Integer, Big)Version: 1000 (Integer, Little)Shape Type: 1 (Integer, Little)Bounding Box: Xmin: -0.078 (Double, Big)Bounding Box: Ymin: 0.44800000000000006 (Double, Big)Bounding Box: Xmax: 0.5579999999999999 (Double, Big)Bounding Box: Ymax: 0.9480000000000001 (Double, Big)

Contenido del Header de un archivo

94

---------- Record Header ----------Record Number: 1 (Integer, Big)Content Length in bytes: 20 (Integer, Big)

------------Record Content--------------------Shape Type: 1 (Integer, Little)X: 0.078 (Double, Little)Y: 0.9480000000000001 (Double, Little)

Contenido de un Record

95

Archivo Shx (Index File)

File Header

Record

Record

Record

----------------------------- Record Begins at byte : 100 (Integer Big) Content Length in bytes: 20 (Integer Big)-----------------------------

96

OpenGIS hierarchy

Geometry SpatialReferenceSystem

Point Curve Surface GeometricCollection

LineString Polygon

Line LineRing

MultiSurface MultiCurve Multipoint

MultiPolygon MultiLineString

97

Construcción de un SIGFuncional (DFD’s)

Dinámico (cambios,comportamiento)

Estático (modelo de datos)

98

Características construcción SIG

• Adquisición de datos

• Iteración con prototipos

• Complejidad de datos

• Validación

99

Características datos SIG

• Naturaleza visual

• Semántica implícita

• Asociación con datos descriptivos

• Complejidad

• objetos geográficos

100

Una aplicación SIG

Municipio

Calle Manzana

Casa

Punto Línea Polígono

101

Actividades relacionadas

• Comunicación usuario

• Formalización

• Especificación desarrolladores

102

Comunicación participantes

Creador Usuario

Programador

Código

103

Etapas concepción SIG

Mundo real

Interpretaciónsistemas

Interpretaciónespecialista

Visión especialista

EspecificaciónVista conceptual

Aplicación

104

Aspectos visuales

Pictograma

Ref. espacial

Simple Compleja Alternativa

Geometría

105

Clases de un objeto geográfico

• Nombre• Atributos• Métodos• Detalles agregración

• Pictograma• Metáfora (icono)• Restricciones

topológicas

Consultas Espaciales en una Arquitectura de Componentes GIS 9

Olivia Loranca Mateos

Octubre 99

Point

MultiPoint



Octubre 99

LineString

MultiLineString



Octubre 99

Polygon

MultiPolygon

Modelo de 9-Intersecciones (DE-9IM)



Octubre 99

dim(E(a) E(b)) dim(E(a) B(b)) dim(E(a) I(b)) Exterior

dim(B(a) E(b)) dim(B(a) B(b)) dim(B(a) I(b))Límite

dim(I(a) E(b)) dim(I(a) B(b)) dim(I(a) I(b)) Interior

ExteriorLímiteInteriora \ b

Interior, Límite y Exterior

Interior Conjunto de puntos conectados

Exterior Conjunto de puntos no conectados

Límite Conjunto de geometrías de

dimensión menor a la del objeto



Octubre 99



Octubre 99

* * * Exterior

* F FLímite

* F F Interior


No toca a

a.Disjoint(b) a b =



Octubre 99

* * * Exterior

* TTLímite

* TTInterior


Intersecta a

a.Intersects(b) ! a.Disjoint(b)



Octubre 99

* * * E

* **L

* TF I

ELIa \ b

Toca a

a.Touches(b) (I(a)I(b) = ) (a b)

* * * E

* *TL

* *F I

ELIa \ b

* * * E

* T*L

* *F I

ELIa \ b

1 2 3

32

2

3

1

3



Octubre 99

Cruza

a.Crosses(b) (I(a) I(b) ) (I(a) E(b) )

a.Crosses(b) dim(I(a)I(b)) = 0

* * * E

* **L

T*T I

ELIa \ b

* * * E

* **L

* *0I

ELIa \ b

1

1 2

2



Octubre 99

Esta dentro de

a.Within(b) (a b = a) (I(a) I(b) )

Contiene

a.Contains(b) b.Within(a)

* * * E

F**L

F*TI

ELIa \ b



Octubre 99

Cubre parte de

a.Overlaps(b) (I(a) I(b)) (I(a) E(b)) (E(a) I(b))

a.Overlaps(b) (dim(I(a) I(b) = 1) (I(a) E(b)) (E(a) I(b))

* * TE

* **L

T*T I

ELIa \ b

* * TE

* **L

T*1I

ELIa \ b

1 2

1 2



Octubre 99

Gramática del Lenguaje Visual



Octubre 99


Aplicación



Octubre 99



Octubre 99

Características del Lenguaje Visual




Octubre 99

127

Open Architecture

EXPORTER

DBMS

MIDDLEWARE

JDBC

Server host

Data Objects

Application Objects

Cliente host 1 Cliente host 2 Cliente host n

DATA

CLIENTS

HTPP

128

TRABAJOS RELACIONADOS

Software Architectures Based on cartographical Products. Cambray B. y Leclerc. 1999.

Pure Java-Based Gis for advanced Geo-Procesing over WWW, Kim M., 1999.

GAEA, a Java-based Map Applet de Kotzinos D. y Prastacos. 1999.

Interactive Map Applet for Illustrative Purposes, por Sorokine A. y Merzliakova. 1998.

Client-side

Server-side

DBMS

Web Browser

Web Server

CGI/JAVA/HTML

3

Arquitectura cliente/servidor.

J-OpenGis Map Server

129J-OpenGis Map Server 5

ARQUITECTURA DEL EXPORTADOR OPENGIS

EXPORTADOR RMI

JDBC

Server host

Remote OpenGis

Skeleton OpenGis

JVM

Admin OpenGis

Cliente host 1

JVM

Java Program

Stub OpenGis

Cliente host 2

JVM

Java Program

Stub OpenGis

Cliente host n

JVM

Java Program

Stub OpenGis

DBMSOpenGIS

130

INFORMIX

Geometry-Columns

Theme OpenGis

Feature OpenGis

Spatial_Ref_System

Spatial-Ref_System

Feature-TableNombre-Theme-1

Nombre-Theme-n

GeometryOpenGis

JAVA CLASS

TABLAS ESPECIFICACION

OPENGIS

MAPEO DE TABLAS DE LA ESPECIFICACION OPENGIS

J-OpenGis Map Server 6

131

GEOMETRY_COLUMNS

F_TABLE_CATALOGF_TABLE_SCHEMAF_TABLE_NAMEF_GEOMETRY_COLUMNCOORD_DIMENSIONSRDI

FEATURE_TABLE

TABLE_NAMEBBOXCOLOREXPORDATEAUTHORSIZEINBYTESMAPUNITSCOMMENTSPASSWORDGID (GEOMETRY_COLUMN)<ATTRIBUTES>...

SPATIAL_REF_SYS

SRIDAUTH_NAMEAUTH_SRIDSRTEXT

TABLE NAME THEME

POINT(X,Y)POINT(X,Y)POINT(X,Y)...

TABLE NAME THEME

LINE(SEG,X,Y)LINE(X,Y)LINE(X,Y)...


ESQUEMA DE TABLAS DE LA ESPECIFICACION OPENGIS

132

FEATURE_OPENGIS

TABLE_NAMEBBOXCOLOREXPORDATEAUTHORSIZEINBYTESMAPUNITSCOMMENTS ...

getBBOX( )getCOLOR( )getEXPORDATE( )getAUTHOR( )getSIZEINBYTES( ) ...


JERARQUIA DE CLASES OPENGIS

GEOMETRY_OPENGIS

F_TABLE_CATALOGF_TABLE_SCHEMAF_TABLE_NAMEF_GEOMETRY_COLUMNCOORD_DIMENSIONSRDI

getTABLE_CATALOG( )getTABLE_SCHEMA( )getTABLE_NAME( )getGEOMETRY_COLUMN( )getCOORD_DIMENSION( )getSRDI( )

THEME_OPENGIS

SEGMENTOCOORD_XCOORD_Y

GET_POLYGON( )GET_LINE_STRING( )GET_POINT( )

SPATIAL_REF_SYS

SRIDAUTH_NAMEAUTH_SRIDSRTEXT

getSRID( )getAUTH_NAME( )getAUTH_SRID( )getSRTEXT()

133J-OpenGis Map Server 9

ARQUITECTURA DEL ADMIN OPENGIS

Server host

Remote OpenGis

Skeleton OpenGis

JVM

Admin OpenGis

VisualizadorExploradorTraductor

InformixOpenGisShapeFileArcView

JDBC

134

titulo

congreso instituto tecnológico de apizaco 23-24 de octubre 2000 david sol tecnologías de...

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