PDF de programación - Diseño y desarrollo de una API para la visualización de datos espaciales en sistemas Web de información geográfica para dispositivos móviles

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados

del Instituto Politécnico Nacional

Unidad Zacatenco

Departamento de Computación

Diseño y desarrollo de una API para la visualización de

datos espaciales en sistemas Web de información

geográfica para dispositivos móviles

Tesis que presenta

Carlos Hernández Nava
para obtener el Grado de

Maestro en Ciencias

en Computación

Director de la Tesis

Dr. Sergio Víctor Chapa Vergara

México, D.F.

Febrero 2009

Resumen

Este trabajo presenta el diseño, desarrollo y validación de una API para la visualización
de datos espaciales y su incorporación a sistemas de información geográfica en Web (SIG
en Web) en dispositivos móviles. La API debe cumplir con un diseño y desarrollo enfocado
a la reutilización de componentes, para la creación de SIG en Web sobre el paradigma
Web 2.0. El diseño se realiza con este enfoque por que facilita a los desarrolladores de
SIG en Web que no sean expertos, añadir componentes a sus sistemas y realizar consultas
geográficas en lenguaje SQL. El sistema gestionador de bases de datos espacial es Post-
greSQL con PostGIS para dar soporte a datos espaciales.

Los componentes generados en este trabajo son: una biblioteca de tags-JSP para hacer
consultas a la base de datos espacial (GISWEBTAG v. 1.0); y scripts para la generación
dinámica de objetos geográficos para su visualización en el navegador Web, en formatos
gráficos Canvas y SVG (Scalable Vector Graphic). A través de la pruebas y validaciones
de la biblioteca se compara la resolución que ofrecen los gráficos Canvas y SVG en dispo-
sitivos móviles.

La fuente de los datos espaciales de los SIG desarrollados proviene de INEGI y en
específico, son del estado de Colima, México. Los dispositivos móviles para los cuales
desarrollo son el iPodTouch y iPhone de Apple, con su navegador Web Safari en su
versión para móviles, de los cuales de aprovecha su pantalla sensible al tacto para realizar
acercamientos de forma amigable y rápida. Se desarrollan dos aplicaciones para validar la
biblioteca de tags JSP, la primera de estas se enfoca al desarrollo sustentable de hidrología,
y la segunda para dar soporte a la toma de decisiones en la infraestrucutura educativa.

ii

Abstract

This work establishes the design, development and testing of a API for visualizing geo-
graphic objects in order to incorporate them to WebGIS, a Web Geographic Information
System mainly design to support mobile devices. The API design and implementation
focus on reusing the developed components in WebGIS over the Web 2.0 paradigm. The
design is created to facilitate for inexpert developers of WebGIS, only with add our com-
ponents could eject spatial queries with SQL language. The spatial database management
system is PostgreSQL with PostGIS to support spatial data.

The components created are: a tags-JSP library (GISWEBTAG v 1.0); and scripts to
generate dynamically geographic objects in order to visualize them like Canvas or SVG
(Scalable Vector Graphic) graphic format on Web browsers.Through the testings of the
library we compare the resolution that provide tha graphic formats Canvas and SVG.

The source of spatial data of the GIS to validate the API is INEGI, specifically, the
Colima state, Mexico. The GIS were created for mobile devices of Apple, iPodTouch
and iPhone that provide a multi touch screen that facilitate the zoom in friendly and
quickly. The GIS developed were: a Geographic Information System to help the sustainable
development of hidrology and a Geographic Information System to support the taking of
decision in the education infraestructure.

iii

Agradecimientos

Quiero expresar mi sincero agradecimiento

A mi Padre Celestial por permitirme estar en este tiempo y en este lugar, por las ben-

diciones y las pruebas, y por la oportunidad de progresar en este mundo.

A CONACyT por la confianza y el apoyo recibido durante mis estudios de maestría. Y
al CINVESTAV por ser la institución que me ofreció los recursos para lograr esta meta.

A mi asesor, el Dr. Sergio V. Chapa Vergara y al M. en C. Noé Sierra Romero por sus
consejos, y a cada uno de los docentes del departamento de computación por sus conoci-
mientos transmitidos para formarme como profesional y como persona.

A mi esposa y compañera eterna, por estar en mi vida y por que con una mirada de tí,

Merith, me siento el hombre más afortunado del universo.

A mis padres y hermanos, por estar conmigo desde el comienzo de esta carrera, por

apoyarme y animarme a lograr mis metas.

A mis compañeros y a cada una de las personas que estuvieron conmigo durante este

camino.

iv

Índice general

Resumen

Abstract

Agradecimientos

1. Introducción

1.1. Antecedentes
1.2. Objetivos
1.3. Organización de la tesis

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ii

iii

iv

1
1
2
3

2. Marco teórico

2.1. Sistemas de información geográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5
5
2.1.1. Escalas de mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2. Sistemas de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. El paradigma Web 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3. Formatos gráficos Canvas y SVG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1. Canvas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.2. SVG - Scalable Vector Graphic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Introducción a la programación basada en tags . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4.

3. Sistemas de bases de datos espaciales

24
3.1. Definición y clasificación de los datos espaciales
. . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2. Estructura de los datos espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
. . . . . . . . . . . 25
. . . . . . . . . 29
3.3. Relación entre bases de datos espaciales y SIG . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.
Introducción a PostGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.2.1. El concepto de un dato espacial tipo Geometry
3.2.2. Definición de sistemas de bases de datos espaciales

4. Estado del arte

38
4.1. API para el desarrollo de sistemas de información geográfica . . . . . . . . 38
4.1.1. Mapaccel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1.2. ArcGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.1.3. GeoDjango
4.2. Sistemas de información geográfica en Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.1. Servidor de mapas

v

ÍNDICE GENERAL

vi

4.2.2. Sistema de información turística con referencia particular a la ciu-

dad de Huludao, China . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.3. Sistema de información geográfica: DataCrossingDSS . . . . . . . . 44
4.2.4. Programación automática de sistemas Web a partir de descripciones

GML+x: caso de estudio SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5. Diseño y desarrollo

50
5.1. Metodología de diseño y desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2. Análisis de componentes en un SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3. Generación dinámica de objetos geográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.4. Modificación de requerimientos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.4.1. Arquitectura de la biblioteca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.4.2. Herramientas adicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
. . . . . . . . . . . . 56

5.5. Diseño de sistemas con reutilización de componentes

5.5.1. Sistema Web de información geográfica para el desarrollo sustenta-

ble en hidrología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.5.2. Sistema Web de información geográfica para la toma de decisiones

en la infraestructura educativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.6. Desarrollo e integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.6.1. Tags JSP creados para su reutilización en SIG . . . . . . . . . . . . 61
5.7. Modelado UML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6. Validación de SIG Web utilizando la biblioteca GISWEBTAG

75
6.1. Validaciones básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2. Sistema Web de información geográfica para el desarrollo sustentable en

hidrología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.3. Sistema Web de información geográfica para la toma de decisiones en la

infraestructura educativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7. Conclusiones

7.1.1.
7.1.2.

91
7.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Impacto tecnológico en Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Impacto en tecnología móvil
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.2. Contribución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.2.1. Contribución a los SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.2.2. Contribución a los OGIS (Open Geographic Information Systems) . 92
7.2.3. Contribución tecnológica al desarrollo sustentable e impacto social . 93
7.3. Trabajo a futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Bibliografia

95

Índice de figuras

1.1. Áreas de investigación del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.1. Taxonimia en sistemas de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2. Arquitectura general de un sistema Web de información geográfica . . . . . 11
2.3. Métodos de representar la escala de un mapa.
. . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4. Evolución de los estándares Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5. Modelos de aplicaciones Web sínc