Aplicación de herramientas libres en el manejo de sistemas de información

geográfica y bases de datos espaciales

Master en Planificación y Desarrollo Territorial Sostenible

Departamento de Geografía – UAMCreación y Gestión de Bases de Geodatos

18 de diciembre 2012

GRASSQuantum GIS

PostGIS

SpatiaLite

OSGeo

gvSIG CE

OSGeo

Consultor freelance e investigadorColaborador del Instituto Pirenaico de Ecología - CSICColegiado nº698, Colegio Oficial de Geógrafos

Miguel Sevilla CallejoDoctor en Geografía

índice

● introducción y objetivos● aspectos teóricos sobre SIG y BDE● herramientas SIG libres● bases de datos espaciales libres● otras consideraciones

INTRODUCCIÓN

objetivos

● mostrar alternativas a las herramientas que generalmente se usan– ámbito laboral– ámbito académico– en la investigación

● basadas en software libre y de fuentes abiertas– Free Open Source Software

● experiencia personal en análisis territorial y uso de tecnologías de la información geográfica– consultoría– tesis doctoral– IPE-CSIC– nuevos proyectos

● conceptos clave

introducción y referencia a las herramientas libresaplicadas a manejo de la información geográfica

investigación doctoral

● Organización territorial y campesinado en el Parque Nacional y Área Natural de Manejo Integrado Cotapata (Bolivia)

● análisis territorial de un área de montaña tropical– amplio trabajo de campo y utilización de

múltiples herramientas; SIG y teledetección entre otras

● más sobre mi tesis en la web:http://www.uam.es/cotapata

Paleo-IPEInst. Pirenaico de Ecología - CSIC● Paleoambientes cuaternarios

– estudios paleoambientales – mayormente en registros lacustres– orientación multidisciplinar

● sedimentología, hidroquímica, polen, carbones, quironómidos, ostrácodos, etc.

– comenzando con componente espacial– uso de herramientas libres– construcción de una base de datos

integral (incluidos aspectos espaciales)

● web: http://www.ipe.csic.es/...

otros proyectos

● especialización en herramientas libres aplicadas al análisis territorial

● creación, mantenimiento y gestión de servidores de datos geoespaciales

● docencia en aplicación de las TIG● consultoría ambiental y territorial● asesoramiento técnico

HERRAMIENTAS LIBRES

¿qué es el software libre?● según CENATIC “es una forma de construir y distribuir aplicaciones

de software cuyo tipo de licencia ofrece más libertades a quien las usa”

● cuatro libertades del software libre:– libertad de usar (ejecutar) el programa, con cualquier propósito.

● privado, educativo, público, comercial, militar, etc.– libertad de estudiar cómo funciona el programa y modificarlo

● adaptándolo a tus necesidades y a través de un código fuente público– libertad de distribuir copias del programa

● de manera que se ayude a los demás– libertad de mejorar el programa y hacer públicas esas mejoras

● de modo que toda la comunidad se beneficie y a través de un código código fuente conocido

● más información: Free Software Foundation | CENATIC

ventajas delsoftware libre

● ahorro de costes – de adquisición y

renovación de software● mayor seguridad y calidad

– comunidad abierta de desarrolladores > bajas vulnerabilidades

● independencia del fabricante● desarrollo tecnológica local

– las grandes empresas de software son extrajeras

– soporte técnico más accesible

● mayor grado de adaptación y flexibilidad

● menores requerimientos de hardware

● tecnología 100% legal● para todos los ámbitos:

profesional, académico y de la investigación

● genera y promuevemodelos colaborativos– intercambio aplicaciones– desarrollo comunitario

aumenta la libertad, el espíritu crítico, la independencia y la autonomía de la comunidad

herramientas libres alternativas reales● I+D+i

– investigación, desarrollo e innovación● emprendimiento● alternativas reales

– GNU/Linux, Android, Firefox, Chrome– mayoría servidores: Apache + MySQL + PHP– Google, Amazon, Facebook, Twitter, AOL...– HP, IBM, Dell, General Electric, Chevron...– Iniciativas nacionales, regionales y locales

● Brasil, Extremadura, Munich, Zaragoza● e.g. list of Linux adopters [wikipedia]

ejemplos en ciencia

23 FEBRUARY 2012 | VOL 482 | NATURE | 485

ejemplos en negocios

SEPTEMBER 6, 2012 | THE WALL STREET JOURNAL | p. B4 US Edition

copia de artículo en cache de Google

SISTEMAS DEINFORMACIÓN GEOGRAFÍCA YBASES DE DATOS ESPACIALES

¿qué es un SIG?

● Tomlin (1990) definió un SIG como un elemento que permite “analizar, presentar e interpretar hechos relativos a la superficie terrestre” ó “un conjunto de software y hardware diseñado específicamente para la adquisición, mantenimiento y uso de datos cartográficos”

● es un conjunto de herramientas que permiten el tratamiento y manipulación de datos que poseen una localización y dimensión espacial conocida

● datos particulares: geográficos, espaciales, georeferenciados, geodatos

● tecnología para manipular información geográfica: Tecnologías de la Información Geográfica

¿qué hace un SIG?

● gestión de datos espaciales– lectura, edición, almacenamiento

● análisis de dichos datos– de consultas sencillas a complejos modelos

● generación de resultados– mapas, informes, gráficos, etc.

● manipula datos espaciales que a través de su interpretación constituyen la información geográfica

componentes de la información geográfica● componente espacial - ¿dónde?

– elementos ubicados espacialmente● componente temática - ¿qué?

– datos alfanuméricos

Y

X

Z

B

C

A A

B

C

atrib1 atrib2 atrib3 ...

valor1 valor2 valor3 ...

valor4 valor5 valor6 ...

valor7 valor8 valor9 ...

componente espacialráster y vectorial

● rásterretícula donde cada píxel recibe un valor identificativo

● dos paradigmas de representación

Comparación entre los esquema del modelo de representación(a) vectorial y (b) ráster (Olaya, 2011).

● vectorialelementos geométricos definidos por nodos

componente espacialreferencia geográfica● elipsoide y geoide● datum● sistemas de coordenadas

– coordenadas geográficas● latitud, longitud y altura

– proyecciones cartografícas● X,Y,Z

● su interpretación y correcto uso son fundamentales para la adecuada manipulación de la información geográfica

Figuras: Olaya, 2011

¿qué es unabase de datos?● un conjunto de datos estructurados y

almacenados de forma sistemática con objeto de facilitar su posterior utilización

● modelo más extendido:– bases de datos relacionales

● esta tecnología permite: – manejar gran cantidad de datos interrelacionados,– realizar consultas complejas – y obtener resultados sintéticos relevantes

● componentes:– tablas de datos (relaciones): registros + atributos– interrelaciones: diversos tipos

¿qué son las basesde datos espaciales?● son bases de datos con el componente espacial de

la información incluido dentro de datos estructurados > siguen codificación del OGC

● ventajas:– mayor independencia e interoperatibidad– mayor facilidad y velocidad de acceso– menor redundancia y mayor coherencia de los

datos > centralización de los datos– mayor seguridad > eficiencia en el respaldo– mayor eficiencia de la captura, codificación y

entrada de datos– mayor valor informativo

sistemas gestores de bases de datos● DBMS - data base management system● son las herramientas usadas para almacenar y

manipular los datos de un sistema de información● tareas:

– almacenar, modificar y extraer información– permiten al usuario añadir, borrar, acceder,

modificar y analizar datos almacenados en una tabla o consulta (localización)

– alta seguridad, recuperación ante fallos– gestión centralizada– estandarización del lenguaje de consulta

● SQL, Structured Query Language > más extendido– otras funciones complejas

ejemplo estructura de una base de datos

Fig.: Tesis - M. Sevilla, 2010

metadatos

● se podría hablar del componente adicional de la información geográfica– ¿dónde? ¿qué? … y ¿cómo?

● datos útiles para interpretar la IGquién , qué, cuándo, dónde, cómo y porqué

● sistema de coordenadas, el origen de los datos y técnicas usadas para su obtención, la configuración y el lenguaje, autor, licencia de uso, etc.

● equivale a las anotaciones al margen de los mapas● parte fundamental de una IDE

infraestructura de datos espaciales– datos espaciales + tecnología + normas (políticas)– encaminados a facilitar el uso de la IG

etapas proyecto SI [G]

1.- análisis de condicionantes y requisitos previos – definir unos objetivos claros– establecer fuentes, disponibilidad y calidad de los

datos2.- diseño de la estructura lógica

– generar modelo conceptual de la información geográfica

– tablas numéricas, temáticas y elementos espaciales– mantener consistencia e interoperatividad– proporcionar metadatos

3.- composición física4.- puesta en marcha y explotación

– uso, mantenimiento y actualización

fundamental para buenfuncionamiento y la

obtención de resultados

organizaciónde datos y archivos● estructura clara● directorios sugeridos:

– directorio raíz● archivos de proyecto

– capas definitivo

● ráster, vectorial y otros– pruebas temporal

● organiz. por temas o modelos– fuentes solo copia

– mapas e informes definitivo

archivos más frecuentes

● archivos de datos – vectorial: Shapefile

● shp – espacio● shx – índice● dbf – tabla datos● prj – sist. geogr.

– ráster: GeoTIFF– tablas: CSV y DBF– integrado en la BDS

● sobre un archivo● en el servidor

● mapas e informes– SVG ó PDF– PNG ó JPEG

● metadatos– XML y TXT– integrado en la BDS

● otros– GML– WMS ó WFS

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRAFÍCA LIBRES

OGCOpen Geospatial Consortium

● consorcio de 483 organizaciones compañías, agencias públicas y universidades

● vela por el desarrollo de estándares a usar dentro de los SIG y el manejo de datos espaciales

● da soporte a la interoperabilidad dentro del mundo de las tecnologías de la información geográfica

● esencial para el intercambio de datos● INSPIRE - Infrastructure for Spatial Inf. in the Eur. Com.

– directiva europea sobre el uso de las TIG sobre la base de estándares abiertos > OGC

● más información – OGC - http://www.opengeospatial.org/– INSPIRE - http://inspire.jrc.ec.europa.eu/

OSGeoOpen Source Geospatial Foundation

● fundación no gubernamental e independiente constituida en 2006

● objetivos: dar soporte y promover el desarrollo colaborativo de tecnologías geoespaciales (TIG) y datos abiertos

● apoyo financiero, legal y organizativo a la Comunidad geoespacial del software libre y el software de código abierto

● más info: http://www.osgeo.org/● capítulo español: http://es.osgeo.org/

biblioteca GDAL/OGR

● Geospatial Data Abstraction Library es una biblioteca de software escrito en C++ y publicado bajo una licencia libre que permite la lectura, escritura, traducción y procesado de diferentes formatos de datos geoespaciales

● presenta un único modelo abstracto de datos al uso que llama para todos los formatos soportados

● biblioteca de acceso a datos geoespaciales más usada– tanto por herramientas libres (e.g. QGIS) – como privativas (e.g. ArcGIS)

● web: http://www.osgeo.org/gdal

herramientas SIG libres

● GRASS1 http://grass.osgeo.org/● QGIS1 http://qgis.osgeo.org/● SAGA http://www.saga-gis.org/● SEXTANTE3 http://www.sextantegis.com/● gvSIG2/ gvSIG CE: http://gvsigce.org/● OpenJump http://openjump.org/● WxGIS https://code.google.com/p/wxgis/

1 proyectos veteranos dentro de OSGeo2 proyectos piloto OSGEO3 biblioteca de software

Quantum GIS (1)

● paquete completo para la gestión de sistemas de información geográfica

● software libre● en constante desarrollo● muy intuitivo y ligero● manipula gran diversidad de

datos y/o archivos● múltiples posibilidades

extensible por complementos y enlazable con otros paquetes

Quantum GIS (2)

● interfaz principal– menús– barras de

herramientas– leyenda/mapa/explor

ador archivos– vista de mapa– barra de estado

● gestor de impresión● navegador de

archivos

● algunas tareas:– cargar multitud de

tipos de capas– manejar vista– consultar atributos– representación

espacial– edición– georeferenciación– manipulación básica

y análisis espacial avanzado

QGIS - extensiones

● gran cantidad de extensiones desarrolladas por una amplia comunidad de expertos

● más destacadas:– GRASS– GDAL Tools– fTool– DBManager– conexión con R– SEXTANTE

GRASS

● GIS libre veterano● completo compendio de

herramientas GIS para el tratamiento general de datos vectoriales, raster, teledetección, manipulación datos LIDAR, modelización...

● la mayor parte de sus módulos se pueden ejecutar desde Quantum GIS

SEXTANTE

● biblioteca de software integradora de otras herramientas– gestión ráster en gvSIG– recientemente integrada en QGIS

● módulos y algoritmosSEXTANTE, GRASS, GDAL/OGR, SAGA...

● construcción de modeloswebs:http://www.sextantegis.com/http://qgissextante.blogspot.com.es/

ejemplos mapas

Algunos ejemplos de mapas y figuras recientes que he realizado con herramientas libres para la investigación de nuestro equipo en el IPE-CSIC

● Basa de La Mora● Villarquemado● 3D Portalet● Blasskranz & Mirabib

HERRAMIENTAS DE GESTIÓN DEBASES DE DATOS ESPACIALES LIBRES

sistemas de gestión de BBDD espaciales libresAutocontenidos

– SQLite http://www.sqlite.org/

● SpatiaLite

Cliente-Servidor– PostgreSQL

http://www.postgresql.org/● PostGIS

– MSQL / MariaDB● MSQL Spatial

http://dev.mysql.com/...● MariaDB Spatial

http://blog.mariadb.org/...

SpatiaLite

● SQLite– todo en un archivo

● capacidad vectorial y ráster (rasterLite)● reciente actualización a ver. 4.0

● web: https://www.gaia-gis.it/...

● ¿futuro estándar abierto?– http://quantumofgis.blogspot.com.es/...

SpatiaLite en QGIS

● añadir capa SpatiaLite

● Extensión:– QspatiaLite

● permite crear nuevos archivos

● importar desde QGIS● cargar en QGIS● in/out OGR

PostGIS

● PostgreSQL– arquitectura cliente-servidor– desde ver. 2.0 también capacidad raster

● web: http://postgis.refractions.net/

● instalación sencilla de PostGIS– tutorial para Linux:

http://linfiniti.com/...– tutorial para Windows:

http://www.gpsfiledepot.com/...

PostGIS en QGIS

● añadir capa PostGIS

● extensión– PostGIS Manager– PostGIS Raster

● importar/exportar● crear y editar tablas● otras funciones

QGIS DBManager

● extensión QGIS● SpatiaLite● PostGIS● importar/exportar

desde explorador● cargar sentencias

SQL

>> permite arrastrar-soltar desde el explorador para importar capas directamente a la BDS (SpatiaLite y PostGIS)

OTRAS CONSIDERACIONES

Portable GISver. 3.1

● ¡¡TODO lo anterior y más sin instalaciones corriendo directamente desde un flashdrive!!

● web http://www.archaeogeek.com/portable-gis.html● contenido:

– desktop GIS packages ● Quantum GIS + GRASS + QGIS Server version 1.8

– PostgreSQL 9.0 + PostGIS 1.5– Python 2.7 con bibliotecas GDAL 1.9– FWTools (GDAL & OGR toolkit)– servidor DHTML: Apache2 and Php5– Mapserver 5.6 y 6 + OpenLayers– Otras herramientas: Firefox, lector PDF & editor txt

problemas software libre

● poca práctica general de uso– aunque se está cambiando

● amplio inmovilismo de los usuarios– las aplicaciones en SL requieren de un cambio de

mentalidad y tener espíritu innovador● dudas respecto a la asistencia técnica

– se busca tener una empresa “solvente”– “no existen” grandes empresas

● presión de las grandes empresas de software– e.g. prácticas de monopolio

referencias útiles

● libro libre SIG– Victor Olaya & OSGeo.es

http://wiki.osgeo.org/wiki/Libro_SIG ● curso BBDD espaciales con PostGIS

– Looking4Mapshttp://www.lookingformaps.com/curso-postgis

● manuales de Quantum GIS– http://www.qgis.org/.../manuals.html

● … y mucho más en tu buscador favorito

http://bit.ly/sevillacallejo

muchas gracias

Miguel Sevilla-Callejomsevilla00 [ arroba ] gmail.com

@msevilla00

http://bit.ly/sevillacallejo(cc) diciembre de 2012

presentación bajo licenciaCreative Commons

Recuerda que Quantum GIS y los otros proyectos citados son programas de desarrollo colaborativo por lo se agradece su difusión, traducción de documentación, proporcionar fallos y ayudar en el desarrollo del código del programa.

obra cultural librehttp://freedomdefined.org/

se autoriza la copia, distribución y comunicación pública de la obra así como la realización de obras derivadas bajo las condiciones de reconocimiento (debe citarse siempre la fuente) y cuyos trabajos derivados se distribuyan con licencia igual o similar. http://bit.ly/cc-by-sa