Sistema de referencia espacial

Sistema para especificar ubicaciones en la Tierra

Un sistema de referencia espacial ( SRS ) o sistema de referencia de coordenadas ( CRS ) es un marco utilizado para medir con precisión ubicaciones en la superficie de la Tierra como coordenadas. Es, por tanto, la aplicación de las matemáticas abstractas de los sistemas de coordenadas y la geometría analítica al espacio geográfico. Una especificación SRS particular (por ejemplo, " Universal Transverse Mercator WGS 84 Zone 16N") comprende una elección de elipsoide terrestre , datum horizontal , proyección cartográfica (excepto en el sistema de coordenadas geográficas ), punto de origen y unidad de medida. Se han especificado miles de sistemas de coordenadas para su uso en todo el mundo o en regiones específicas y para diversos fines, lo que requiere transformaciones entre diferentes SRS.

Aunque datan del Período Helénico, los sistemas de referencia espacial son ahora una base crucial para las ciencias y tecnologías de la Geoinformática , incluyendo la cartografía , los sistemas de información geográfica , la topografía , la teledetección y la ingeniería civil . Esto ha llevado a su estandarización en especificaciones internacionales como los códigos EPSG ^[1] y la norma ISO 19111:2019 Información geográfica—Referencia espacial por coordenadas , preparada por ISO/TC 211 , también publicada por el Consorcio Geoespacial Abierto como Especificación abstracta, Tema 2: Referencia espacial por coordenadas . ^[2]

Tipos de sistemas

Centrado en la Tierra, coordenadas fijas de la Tierra en relación con la latitud y la longitud.

Los miles de sistemas de referencia espacial que se utilizan hoy en día se basan en unas pocas estrategias generales, que se han definido en los estándares EPSG, ISO y OGC: ^[1]^[2]

Sistema de coordenadas geográficas (o geodésicas): Un sistema de coordenadas esféricas que mide ubicaciones directamente en la Tierra (modelada como una esfera o elipsoide) utilizando latitud (grados al norte o al sur del ecuador ) y longitud (grados al oeste o al este de un meridiano principal ).
Sistema de coordenadas geocéntricas (o centrado en la Tierra y fijo en la Tierra): Sistema de coordenadas cartesianas tridimensionales que modela la Tierra como un objeto tridimensional, midiendo ubicaciones desde un punto central, generalmente el centro de masa de la Tierra, a lo largo de los ejes x, y y z alineados con el ecuador y el meridiano principal . Este sistema se utiliza comúnmente para rastrear las órbitas de los satélites , porque se basan en el centro de masa. Por lo tanto, este es el sistema de coordenadas interno utilizado por los sistemas de navegación por satélite, como el GPS, para calcular ubicaciones mediante multilateración .
Sistema de coordenadas proyectadas (o planas, cuadrícula) Disposición de un sistema de coordenadas UTM.: Un sistema de coordenadas cartesianas estandarizado que modela la Tierra (o más comúnmente, una gran región de la misma) como un plano, midiendo ubicaciones desde un punto de origen arbitrario a lo largo de los ejes x e y más o menos alineados con las direcciones cardinales. Cada uno de estos sistemas se basa en una proyección cartográfica particular para crear una superficie plana a partir de la superficie curva de la Tierra. Por lo general, se definen y se utilizan estratégicamente para minimizar las distorsiones inherentes a las proyecciones. Algunos ejemplos comunes incluyen el sistema universal transversal de Mercator (UTM) y sistemas nacionales como la Red Nacional Británica y el Sistema de Coordenadas del Plano Estatal (SPCS).
Sistema de coordenadas de ingeniería (o local, personalizado): Un sistema de coordenadas cartesianas (2D o 3D) creado a medida para un área pequeña, a menudo un único proyecto de ingeniería, sobre el cual la curvatura de la Tierra se puede aproximar de manera segura como plana sin distorsión significativa. Las ubicaciones generalmente se miden directamente desde un punto de origen arbitrario utilizando técnicas topográficas . Estas pueden o no estar alineadas con un sistema de coordenadas proyectadas estándar. Las coordenadas del plano tangente local son un tipo de sistema de coordenadas local utilizado en vehículos de aviación y marinos.
Marco de referencia vertical: un sistema de referencia estándar para medir la elevación utilizando datos verticales , basado en nivelación , un modelo geoidal o un datum de carta (considerando las mareas ).

Estas normas reconocen que también existen sistemas de referencia estándar para el tiempo (por ejemplo, ISO 8601 ). Estos pueden combinarse con un sistema de referencia espacial para formar un sistema de coordenadas compuesto para representar ubicaciones tridimensionales y/o espaciotemporales. También existen sistemas internos para medir la ubicación dentro del contexto de un objeto, como las filas y columnas de píxeles en una imagen rasterizada , mediciones de referencia lineal a lo largo de características lineales (por ejemplo, hitos de carreteras) y sistemas para especificar la ubicación dentro de objetos en movimiento como barcos. Los dos últimos a menudo se clasifican como subcategorías de sistemas de coordenadas de ingeniería.

Componentes

El objetivo de cualquier sistema de referencia espacial es crear un marco de referencia común en el que las ubicaciones se puedan medir de forma precisa y consistente como coordenadas, que luego se puedan compartir sin ambigüedades, de modo que cualquier destinatario pueda identificar la misma ubicación que originalmente pretendía el creador. ^[3] Para lograr esto, cualquier definición de sistema de referencia de coordenadas debe estar compuesta por varias especificaciones:

Un sistema de coordenadas es un marco abstracto para medir ubicaciones. Como cualquier sistema de coordenadas matemático, su definición consiste en un espacio medible (ya sea un plano, un vacío tridimensional o la superficie de un objeto como la Tierra), un punto de origen, un conjunto de vectores de eje que emanan del origen y una unidad de medida.
Un datum geodésico (horizontal, vertical o tridimensional) que vincula el sistema de coordenadas abstracto al espacio real de la Tierra. Un datum horizontal puede definirse como un marco de referencia preciso para medir coordenadas geográficas (latitud y longitud). Algunos ejemplos son el Sistema Geodésico Mundial y el Datum de América del Norte de 1927 y 1983. Un datum generalmente consiste en una estimación de la forma de la Tierra (generalmente un elipsoide) y uno o más puntos de anclaje o puntos de control , ubicaciones establecidas (a menudo marcadas por monumentos físicos) para las que se documenta la medición.
Una definición de un CRS proyectado también debe incluir una elección de proyección de mapa para convertir las coordenadas esféricas especificadas por el dato en coordenadas cartesianas en una superficie plana.

Por lo tanto, una definición de CRS normalmente consistirá en una "pila" de especificaciones dependientes, como se ejemplifica en la siguiente tabla:

Código EPSG	Nombre	Elipsoide	Dato horizontal	Tipo CS	Proyección	Origen	Ejes	Unidad de medida
4326	GCS WGS84	80 gr	WGS84	elipsoidal (latitud, longitud)	N / A	ecuador/meridiano principal	ecuador, meridiano principal	grado de arco
26717	Zona UTM 17N NAD 27	Clarke 1866	NAD27	cartesiano (x,y)	Mercator transversal: meridiano central 81°O, escala 0,9996	500 km al oeste de (81°O, 0°N)	Ecuador, meridiano 81°O	metro
6576	SPCS Tennessee Zona NAD 83 (2011) ftUS	80 gr	NAD 83 (época de 2011)	cartesiano (x,y)	Cónica conforme de Lambert: centro 86°O, 34°20'N, paralelos estándar 35°15'N, 36°25'N	Cuadrícula de 600 km al oeste del punto central	cuadrícula este en el punto central, meridiano 86°O	Encuesta de pie de EE.UU.

Ejemplos por continente

Algunos ejemplos de sistemas en todo el mundo son:

Mundial

Identificadores

Un identificador de sistema de referencia espacial ( SRID ) es un valor único que se utiliza para identificar de forma inequívoca las definiciones de sistemas de coordenadas espaciales proyectadas, no proyectadas y locales. Estos sistemas de coordenadas forman el núcleo de todas las aplicaciones SIG .

Prácticamente todos los principales proveedores espaciales han creado su propia implementación de SRID o hacen referencia a las de una autoridad, como el conjunto de datos de parámetros geodésicos EPSG .

Los SRID son la clave principal para la tabla de metadatos spatial_ref_sys del Open Geospatial Consortium (OGC) para la especificación de características simples para SQL, versiones 1.1 y 1.2 , que se define de la siguiente manera:

CREAR TABLA SPATIAL_REF_SYS ( SRID ENTERO NO NULO CLAVE PRINCIPAL , AUTH_NAME CARÁCTER VARIABLE ( 256 ) , AUTH_SRID ENTERO , SRTEXT CARÁCTER VARIABLE ( 2048 ) )

En bases de datos habilitadas espacialmente (como IBM Db2 , IBM Informix , Ingres , Microsoft SQL Server , MonetDB , MySQL , Oracle RDBMS , Teradata , PostGIS , SQL Anywhere y Vertica ), los SRID se utilizan para identificar de forma única los sistemas de coordenadas utilizados para definir columnas de datos espaciales u objetos espaciales individuales en una columna espacial (según la implementación espacial). Los SRID suelen estar asociados a una definición de cadena de texto (WKT) conocida del sistema de coordenadas (SRTEXT, arriba). A continuación, se muestran dos sistemas de coordenadas comunes con su valor EPSG SRID seguido de su WKT:

UTM, Zona 17N, NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27(76) / Zona UTM 17N" , GEOGCS [ "NAD27(76)" , DATUM [ "Datum_de_América_del_Norte_1927_1976" , ESFEROIDE [ "Clarke 1866" , 6378206.4 , 294.9786982138982 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "7008" ]], AUTORIDAD [ "EPSG" , "6608" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "8901" ]], UNIDAD [ "grado" , 0.01745329251994328 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "9122" ]], AUTORIDAD [ "EPSG" , "4608" ]], UNIDAD [ "metro" , 1 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "9001" ]], PROYECCIÓN [ "Transverse_Mercator" ], PARÁMETRO [ "latitud_de_origen" , 0 ], PARÁMETRO [ "meridiano_central" , - 81 ], PARÁMETRO [ "factor_de_escala" , 0.9996 ], PARÁMETRO [ "falsa_orientación_este" , 500000 ], PARÁMETRO [ "falsa_orientación_norte" , 0 ], AUTORIDAD [ "EPSG" , "2029" ], EJE [ "Orientación_este" , ESTE ], EJE [ "Orientación_norte" , NORTE ]]

WGS84 — SRID 4326

GEOGCS [ "WGS 84" , DATUM [ "WGS_1984" , ESFEROIDE [ "WGS 84" , 6378137 , 298.257223563 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "7030" ]], AUTORIDAD [ "EPSG" , "6326" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "8901" ]], UNIDAD [ "grado" , 0.01745329251994328 , AUTORIDAD [ "EPSG" , "9122" ]], AUTORIDAD [ "EPSG" , "4326" ]]

Los valores SRID asociados con datos espaciales se pueden usar para restringir operaciones espaciales; por ejemplo, no se pueden realizar operaciones espaciales entre objetos espaciales con SRID diferentes en algunos sistemas, o desencadenar transformaciones del sistema de coordenadas entre objetos espaciales en otros.

Véase también

Referencias

^ ab "Uso del conjunto de datos de parámetros geodésicos EPSG, nota de orientación 7-1". Conjunto de datos de parámetros geodésicos EPSG . Geomatic Solutions. Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2021 . Consultado el 15 de diciembre de 2021 .
^ ab "OGC Abstract Specification Topic 2: Referenciación por coordenadas Corrigendum". Open Geospatial Consortium . Archivado desde el original el 2021-07-30 . Consultado el 2018-12-25 .
^ Una guía de sistemas de coordenadas en Gran Bretaña (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, p. 11, archivado desde el original (PDF) el 24 de septiembre de 2015 , consultado el 16 de diciembre de 2021

Enlaces externos

spatialreference.org – Un sitio web con más de 13000 sistemas de referencia espacial, en una variedad de formatos.
Especificaciones (estándares) de OpenGIS Archivado el 13 de diciembre de 2004 en Wayback Machine
Especificación de características simples de OpenGIS para CORBA (99-054)
Especificación de características simples de OpenGIS para OLE/COM (99-050)
Especificación de características simples de OpenGIS para SQL (99-054, 05-134, 06-104r3)
OGR Archivado el 22 de abril de 2006 en Wayback Machine : biblioteca que implementa estándares OGC relevantes
EPSG.org - Página web oficial del conjunto de datos de parámetros geodésicos de EPSG. Motor de búsqueda de sistemas de referencia definidos por EPSG.
EPSG.io/ - Búsqueda de texto completo que indexa más de 6000 sistemas de coordenadas
Registro CRS de Galdos Systems INdicio

[epsg-1] "Uso del conjunto de datos de parámetros geodésicos EPSG, nota de orientación 7-1". Conjunto de datos de parámetros geodésicos EPSG . Geomatic Solutions. Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2021 . Consultado el 15 de diciembre de 2021 .

[ogc_as-2] "OGC Abstract Specification Topic 2: Referenciación por coordenadas Corrigendum". Open Geospatial Consortium . Archivado desde el original el 2021-07-30 . Consultado el 2018-12-25 .

[OSGB-3] Una guía de sistemas de coordenadas en Gran Bretaña (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, p. 11, archivado desde el original (PDF) el 24 de septiembre de 2015 , consultado el 16 de diciembre de 2021