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Geodatabase (Esri)

Una geodatabase es un formato de archivo SIG propietario desarrollado a fines de la década de 1990 por Esri (un proveedor de software SIG ) para representar, almacenar y organizar conjuntos de datos espaciales dentro de un sistema de información geográfica . [1] [2] Una geodatabase es tanto un modelo de datos lógicos como la implementación física de ese modelo lógico en varios formatos de archivos propietarios lanzados durante la década de 2000. [3] El diseño de la geodatabase se basa en el modelo de base de datos espacial para almacenar datos espaciales en bases de datos relacionales y relacionales de objetos . [4] Dado el dominio de Esri en la industria SIG, el término "geodatabase" es utilizado por algunos como una marca comercial genérica para cualquier base de datos espacial, independientemente de la plataforma o el diseño.

Historia

El origen de la geodatabase se remonta a mediados de los años 1990, durante la aparición de las primeras bases de datos espaciales . Uno de los primeros enfoques para integrar bases de datos relacionales y SIG fue el uso de middleware de servidor , un programa de terceros que almacena los datos espaciales en tablas de bases de datos en un formato personalizado y los traduce dinámicamente a un modelo lógico que puede ser comprendido por el software del cliente. En 1996, Esri compró un producto de middleware temprano llamado Spatial DataBase Engine y lo rebautizó como ArcSDE . Inicialmente, ArcSDE almacenaba y entregaba conjuntos de datos vectoriales simples que parecían muy similares a los shapefiles , pero surgió la necesidad de un modelo de datos más robusto a medida que el formato Shapefile de Esri se convirtió en un estándar de facto para datos espaciales vectoriales, incluso cuando sus deficiencias limitaban su uso en aplicaciones empresariales. Al mismo tiempo, el formato de cobertura Arc/INFO se estaba volviendo obsoleto después de 20 años, incapaz de manejar las crecientes expectativas de los usuarios de SIG. [5] Otro factor motivador fue que, aunque varios proveedores de bases de datos relacionales estaban introduciendo sus propias extensiones espaciales (con la notable excepción del Microsoft SQL Server preferido de Esri ), sus estructuras e interfaces variaban y Esri quería que sus usuarios vieran todos los datos espaciales en la misma estructura aparente independientemente de cómo se almacenaran internamente. [6] : 240 

A finales de 1999, Esri introdujo el modelo Geodatabase como el formato nativo utilizado en su nuevo software ArcGIS (versión 8.0 de marca para mantener la continuidad con Arc/INFO). [7] Inicialmente, se podía implementar como una geodatabase multiusuario en ArcSDE en un servidor o como la geodatabase personal localmente. [8] : 12  Se agregó soporte para reglas de topología , referencia lineal y datos de topografía en 2003 (con ArcGIS 8.3). [9] [10] [11] Se agregaron datos de red a la geodatabase en 2005 (ArcGIS 9.1), [12] y terreno vectorial ( TIN , LIDAR ) en 2006 (ArcGIS 9.2). [13] También en el lanzamiento de la versión 9.2, ArcSDE se incorporó a ArcGIS Server y el formato de base de datos multiusuario pasó a llamarse geodatabase corporativa .

Debido a las deficiencias en el formato de geodatabase personal (especialmente las limitaciones de tamaño de archivo en Microsoft Access), Esri desarrolló un formato de archivo personalizado más robusto, lanzado en 2006 (ArcGIS 9.2) como la geodatabase de archivos . [13] También lanzó un producto llamado geodatabase de grupo de trabajo que incluía el Microsoft SQL Server Express gratuito para aplicaciones multiusuario más pequeñas, que desde entonces ha sido descontinuado. [14] Finalmente, los componentes de middleware para leer y escribir la estructura de la base de datos espacial de la geodatabase se incorporaron a ArcGIS Desktop, eliminando la necesidad de que ArcSDE se ejecute en el extremo del servidor. La incorporación más reciente ha sido el formato de geodatabase móvil en 2020 ( ArcGIS Pro 2.7), que utiliza SQLite como backend para almacenar toda la geodatabase como un solo archivo. Esto reemplaza a la geodatabase personal, que ya no es compatible. [15]

Aplicaciones

Las geodatabases, al ser un formato común para los conjuntos de datos SIG, tienen aplicaciones en cualquier lugar donde se utilicen ampliamente los SIG. Estas aplicaciones son tan básicas que muchas veces los investigadores no mencionan su uso en los estudios. Hay varios campos en los que su uso está ampliamente documentado, incluidos la salud pública, el análisis de la delincuencia y la gestión de recursos.

Epidemiología

Desde que John Snow identificó la fuente de un brote de cólera, los datos espaciales han sido fundamentales para la epidemiología y la salud pública. [16] [17] En los últimos años, la información relevante para la salud pública ha aumentado exponencialmente. [18] Si se aprovechan correctamente, estos datos pueden permitir una respuesta rápida a las enfermedades emergentes. Para lograr esto, las geodatabases se emplean ampliamente para organizar los datos y permitir la identificación de patrones espacio-temporales. [17] [18] Los ejemplos del uso de geodatabases para gestionar datos epidemiológicos incluyen la vinculación de datos ambientales y de salud para encontrar patrones. [19] Se utilizaron ampliamente para organizar datos relacionados con las epidemias del virus del Nilo Occidental y la pandemia de COVID-19 . [20] [21] Este uso incluye el análisis de la desinformación y la infodemia en torno a COVID-19. [22]

Gestión de recursos

Los datos geoespaciales relacionados con la gestión de recursos son extremadamente complejos. Factores como los recursos forestales, hídricos y minerales que se gestionan son obvios; sin embargo, los factores de gobernanza y socioeconómicos también desempeñan un papel importante. [3] [23] Es una práctica común emplear geodatabases para gestionar estos diversos conjuntos de datos. [23] También se han utilizado en iniciativas organizadas de Detección Temprana y Respuesta Rápida (EDRR) para tratar especies vegetales invasoras a fin de proteger los recursos ambientales. [24]

Archivos TIGER

En 1995, la Oficina del Censo de los Estados Unidos puso a disposición del público el Servicio de Mapeo de Codificación y Referencia Geográfica Topológicamente Integrada (TIGER), que facilita el uso de SIG de escritorio y web al alojar datos de límites de los Estados Unidos. [25] Esta disponibilidad de datos, facilitada a través de Internet, revolucionó silenciosamente la cartografía al proporcionar al mundo archivos de límites confiables, de forma gratuita. Hoy en día, estos archivos, que contienen límites actualizados para los estados, condados y más de los Estados Unidos, se proporcionan al público en geodatabases preempaquetadas. [26]

Modelo lógico

Para el usuario, una geodatabase es una colección de conjuntos de datos, algunos de los cuales contienen datos geográficos y algunos elementos auxiliares que agregan funcionalidad a los datos. Esta visión del usuario es idéntica, independientemente de cómo se almacene la geodatabase (aunque las geodatabases corporativas agregan algunas funciones).

Conjuntos de datos

Los conjuntos de datos contienen datos geográficos. Una geodatabase puede contener datos referenciados espacialmente en formatos vectoriales o raster, o datos no referenciados espacialmente en formato tabular. [27] [28] Cada conjunto de datos contiene información sobre cualquier número de elementos individuales, pero por lo general todos los elementos de un conjunto de datos son del mismo tema (por ejemplo, mediciones de temperatura, carreteras en una ciudad) y tienen el mismo conjunto de propiedades.

Mesa
Tabla de base de datos relacional tradicional sin información espacial. En las primeras versiones de ArcGIS se la denominaba "tabla de negocios". [8]
Clase de entidad
Un conjunto de datos basado en el modelo de datos vectoriales , que almacena una lista de objetos con una forma geométrica en una columna y un conjunto de atributos en columnas adicionales. Si bien esto puede parecer similar a los formatos de archivos vectoriales anteriores, como el shapefile , se han agregado varias mejoras. Además de los puntos, líneas y polígonos básicos, los tipos de datos de forma también pueden incluir anotaciones (texto), dimensiones (representaciones gráficas de distancia), multipuntos (muchos puntos en una sola forma) y objetos tridimensionales multiparche. [29] : 142  Cada vértice de una línea puede ser tridimensional (x, y, z) y también puede almacenar un valor de medición (por ejemplo, un valor de hito de carretera). Por último, los segmentos de línea se pueden curvar como arcos circulares o curvas de Bézier, además de las líneas rectas tradicionales. [6] : 244 
Conjunto de datos ráster
Una cuadrícula ráster utiliza el mismo modelo de datos que la mayoría de los archivos de imágenes y SIG ráster . [30] Los rásteres de geodatabase utilizan mosaicos internos y estructuras piramidales para mejorar el rendimiento del dibujo y el análisis, especialmente para cuadrículas muy grandes.

Elementos auxiliares

Se pueden incluir varios elementos que, por lo general, dependen de uno o más conjuntos de datos, lo que agrega funcionalidades como el control de calidad. Algunos de ellos se denominan conjuntos de datos de controlador .

Conjunto de datos de características
Una colección de varias clases de entidades dentro de la geodatabase, similar a una carpeta en un sistema de archivos. Todas las clases de entidades en un dataset de entidades comparten el mismo sistema de referencia espacial . [31] : 54 
Control de versiones
En una geodatabase corporativa en un servidor de base de datos (no una geodatabase de archivos), una clase de entidad o tabla se puede versionar para facilitar la edición por parte de múltiples usuarios. [14] Como en otros sistemas de control de versiones de software, las versiones anteriores de los datos se almacenan para que se puedan revertir las ediciones no deseadas.
Dominio de atributo
Una lista de valores válidos para una propiedad cuantitativa o cualitativa (por ejemplo, códigos de tipo de uso de la tierra). [32] : 28  Estos facilitan la entrada de datos (el usuario puede elegir un valor de una lista en lugar de tratar de recordar el texto exacto) y el control de calidad (reduciendo los valores no válidos)
Subtipo
Divide una tabla o clase de entidad en subcategorías, con atributos comunes y otros comportamientos. [32] : 32 
Índice de atributos
Orden de clasificación almacenado para una o más columnas en una tabla o clase de entidad, lo que aumenta el rendimiento de búsqueda y procesamiento. [32] : 71 
Clase de relación
Configuración de una relación entre dos tablas o clases de entidades en el sentido de una base de datos relacional , que incluye la especificación de claves primarias y claves externas . Esto facilita las uniones de tablas y las selecciones entre tablas. [33]
Topología
Una lista de reglas para relaciones topológicas válidas entre entidades en una o más clases de entidades (por ejemplo, "los polígonos de condado no pueden superponerse", "los polígonos estatales deben alinearse con los polígonos de condado"). [9] Estas se pueden utilizar para verificar la calidad de los datos y corregir errores topológicos. [31] : 55–56 
Conjunto de datos de terreno (anteriormente conjunto de datos TIN)
Una red irregular triangulada construida a partir de clases de entidades que contienen puntos y líneas tridimensionales. [34]
Conjunto de datos de red, red de servicios públicos
Dos enfoques diferentes para construir una red conectada topológicamente a partir de clases de entidades que representan segmentos lineales (y a menudo uniones puntuales). [29] : 257  El conjunto de datos de red tiene una funcionalidad diseñada principalmente para el análisis de la red de transporte (peatonal, vial, ferroviaria), mientras que la red de servicios públicos está diseñada para otras infraestructuras, como redes de agua, alcantarillado, energía y telecomunicaciones.
Tejido de paquete
Conjunto de datos integrado para almacenar datos de levantamientos catastrales que describen parcelas de bienes inmuebles mediante mediciones de distancia-dirección (tradicionalmente llamadas COGO, por sus siglas en inglés, geometría de coordenadas). Las clases de entidad se utilizan para almacenar puntos de referencia, líneas de límite y polígonos de parcelas con enlaces topológicos entre ellos. [35]
Sistema de referencia lineal (LRS)
Una ampliación de una clase de entidad de línea que permite que los atributos hagan referencia a puntos o segmentos dentro de cada línea en lugar de estar asociados a la línea como un todo. [36] Los ejemplos incluyen almacenar ubicaciones de accidentes o recuentos de tráfico en tiempo real a lo largo de una carretera.
Conjunto de datos en mosaico
Una cuadrícula ráster virtual compuesta por imágenes que se almacenan como archivos ráster separados. Se almacena como una clase de entidad poligonal con una fila para cada imagen que incluye propiedades de la imagen, como nombres de archivo de imagen e información de georreferenciación , y la forma que representa la extensión de visualización deseada de la imagen, lo que permite una composición perfecta de imágenes superpuestas. [37]

Implementaciones

Desde su primera introducción en 1999, la geodatabase ha estado disponible en varias plataformas para satisfacer diversas necesidades del proyecto.

Geodatabase empresarial (anteriormente Geodatabase multiusuario)
Los datos se almacenan en un sistema de gestión de bases de datos relacionales de terceros en un servidor. Esto permite la implementación de la geodatabase dentro de varias arquitecturas SIG distribuidas , incluyendo Internet y Web SIG mediante el uso de ArcIMS (Arc Internet Mapping Service). [38] Originalmente, solo se admitía software RDBMS comercial: Microsoft SQL Server , Oracle , Informix o IBM Db2 . Finalmente, se agregó soporte para PostgreSQL y SAP HANA y se discontinuó Informix. Los datos espaciales en una clase de entidad se pueden almacenar utilizando el tipo de datos de geometría proporcionado por la extensión espacial nativa RDBMS ( Oracle Spatial , PostGIS , etc.) o el formato propietario ST_GEOMETRY de Esri, todos los cuales se basan en la especificación Simple Features del Open Geospatial Consortium , pero con diferentes estructuras de codificación. [11] : 13  Actualmente, se debe comprar una licencia de ArcGIS Enterprise (anteriormente ArcGIS Server) para crear una geodatabase corporativa, incluso si no se instala ningún software de servidor. Cada conjunto de datos (clase de entidad, tabla, ráster, elemento auxiliar) se almacena como una tabla normal, pero la geodatabase agrega varias tablas de sistema para proporcionar una organización general (en ArcGIS 8-9, había muchas más tablas de sistema, que se simplificaron en ArcGIS 10): [39]
Geodatabase personal
Una de las opciones originales, almacenar datos en un único archivo de Microsoft Access (.mdb), destinado al almacenamiento local para un único usuario sin necesidad de un servidor. [8] : 12  Aunque el formato era relativamente sencillo, utilizando la misma estructura de tabla que la geodatabase multiusuario, existían graves limitaciones, incluido un límite de tamaño de archivo de 2 Gb y la falta de bibliotecas de Access de 64 bits. [6] : 240  Esto se eliminó gradualmente en favor de las geodatabases de archivos y móviles, y ya no es compatible con ArcGIS Pro. [15]
Geodatabase de archivos
Introducido en 2006 para reemplazar la geodatabase personal. Este es un formato propietario de Esri, aunque otros desarrolladores de software lo han modificado mediante ingeniería inversa [40] y Esri proporciona una biblioteca de lectura/escritura para su uso en otro software. No es un solo archivo, sino una colección de archivos (aproximadamente uno para cada dato o tabla del sistema en la geodatabase de la base de datos relacional) recopilados en una carpeta con una extensión .gdb. Se incluyen los siguientes tipos de archivos: [40]
Geodatabase móvil
La opción más nueva, estructurada de la misma manera que la geodatabase corporativa pero almacenada como un solo archivo en formato SQLite , un estándar de facto para compartir y almacenar datos en dispositivos móviles. [41] Inicialmente lanzada con funcionalidad limitada, ahora admite todos los elementos de la geodatabase. A pesar de la base de datos común, esto es muy diferente de un modelo Geopackage .

Soporte de aplicaciones

La capacidad de leer y escribir en formato de geodatabase no se limita a los productos Esri; otros programas también pueden leer y escribir en este formato, incluidos:

Véase también

Referencias

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