Datos de cobertura

Una cobertura es la representación digital de algún fenómeno espacio-temporal. La norma ISO 19123 proporciona la definición:

• [una] característica que actúa como una función para devolver valores de su rango para cualquier posición directa dentro de su dominio espacial, temporal o espaciotemporal.

Las coberturas desempeñan un papel importante en los sistemas de información geográfica (SIG), el contenido y los servicios geoespaciales , el procesamiento de datos SIG y el intercambio de datos .

Una cobertura se representa mediante su "dominio" (el universo de extensión) y una colección que representa los valores de la cobertura en cada ubicación definida dentro de su rango. Por ejemplo, una imagen satelital derivada de la teledetección podría registrar diferentes grados de contaminación lumínica . La fotografía aérea , los datos de cobertura terrestre y los modelos digitales de elevación proporcionan datos de cobertura . Generalmente, una cobertura puede ser multidimensional, como series temporales de sensores unidimensionales, imágenes satelitales bidimensionales, series temporales de imágenes tridimensionales x/y/t o geotomogramas x/y/z , o datos climáticos y oceánicos tetradimensionales x/y/z/t.

Sin embargo, las coberturas son más generales que las imágenes con cuadrículas regulares. Los estándares correspondientes (véase más abajo) abarcan cuadrículas regulares e irregulares, nubes de puntos y mallas generales.

El conjunto de herramientas Web Coverage Service (WCS) y Web Coverage Processing Service (WCPS), un lenguaje de consulta de cobertura espacio-temporal del Open Geospatial Consortium (OGC) , proporciona una definición de servicio interoperable para la navegación, el acceso, el procesamiento y la agregación de coberturas .

Las coberturas representan información geoespacial digital que representa fenómenos que varían en el espacio y el tiempo. El Tema Abstracto 6 de OGC ^{[ 1 ]} , que es idéntico a la norma ISO 19123, define un modelo abstracto de coberturas. Se pueden concebir muchas implementaciones que se ajustan a este modelo abstracto, aunque no sean interoperables. Este modelo abstracto de cobertura se concreta al nivel de interoperabilidad mediante el estándar OGC GML 3.2.1 Application Schema - Coverages ^{[ 2 ]} (a menudo denominado GMLCOV ), que a su vez se basa en el Geography Markup Language (GML) 3.2 ^{[ 3 ],} una gramática XML escrita en XML Schema para la descripción de esquemas de aplicación, así como para el transporte y almacenamiento de información geográfica.

El marco jurídico europeo para una infraestructura unificada de datos espaciales, INSPIRE, en sus anexos II y III, también se basa en las definiciones de cobertura de la OGC, pero las modifica en algunos puntos, lo que las hace menos compatibles e interoperables con el estándar OGC. Por ejemplo, algunos componentes del concepto de cobertura se recombinan selectivamente en nuevas definiciones diferentes.

Formalmente, en GMLCOV, AbstractCoverage es un subtipo de AbstractFeature (lo que indica su estrecha relación). Una cobertura abstracta consta de los siguientes componentes:

• dominio de cobertura: el alcance donde hay valores válidos disponibles;
• conjunto de rango: el conjunto de valores (" píxeles ", " vóxeles ") que componen la cobertura, junto con sus ubicaciones.
• tipo de rango: una definición de tipo de los valores del conjunto de rango
• metadatos: un espacio donde se puede agregar cualquier tipo de metadatos.

Esta cobertura abstracta se refina en varios tipos de cobertura concretos, que pueden instanciarse, por ejemplo:

• Coberturas en cuadrícula:
  • GridCoverage : una cuadrícula regular y equiespaciada que no está referenciada espacialmente (como una imagen ráster que no tiene coordenadas geográficas asociadas).
  • RectifiedGridCoverage : una cuadrícula regular y equiespaciada que está referenciada espacialmente (como una imagen satelital que tiene coordenadas geográficas asociadas).
  • ReferenceableGridCoverage : una cuadrícula que no necesariamente está equiespaciada (como las series temporales de imágenes satelitales donde las imágenes no llegan a intervalos de tiempo regulares, o las cuadrículas curvilíneas que siguen los estuarios de los ríos).
• Coberturas con múltiples funciones:
  • MultiPointCoverage : conjuntos de valores asociados a puntos ubicados en el espacio/tiempo ("nubes de puntos")
  • MultiCurveCoverage : conjuntos de valores asociados a curvas ubicadas en el espacio/tiempo (como trayectorias)
  • MultiSurfaceCoverage : conjuntos de valores asociados a superficies ubicadas en el espacio/tiempo (como isosuperficies).
  • MultiSolidCoverage : conjuntos de valores asociados a sólidos ubicados en el espacio/tiempo (como objetos CAD).

Entre los casos especiales que pueden ser modelados por coberturas se encuentran:

• Conjunto de polígonos de Thiessen , utilizados para analizar datos distribuidos espacialmente, como las mediciones de precipitación.
• red irregular triangulada (TIN), utilizada frecuentemente para modelos de terreno

Una cobertura está relacionada tanto con características geográficas como con campos geográficos . ISO 19123-1 establece: ^{[ 4 ]}

Formalmente, una cobertura es un subtipo de una característica, tal como se define en la norma ISO 19101-1. La característica de cobertura es un conjunto de características que comparten algunas propiedades clave, como la misma definición de atributo y el mismo sistema de referencia de coordenadas.

La norma ISO 19109 (2.ª ed.) explica además la relación entre características y coberturas de la siguiente manera (cláusula 7.2.2):

Muchos aspectos del mundo real pueden representarse como características cuyas propiedades son unívocas y estáticas. Estas características convencionales proporcionan un modelo del mundo en términos de objetos discretos ubicados en él. Sin embargo, en algunas aplicaciones resulta más útil utilizar un modelo que se centre en la variación de los valores de las propiedades en el espacio y el tiempo, formalizado como coberturas.

La norma ISO 19123-1 describe la relación con los campos de la siguiente manera: ^{[ 4 ]}

... la noción de coberturas como representaciones digitales de fenómenos que varían en el espacio-tiempo, correspondiente a la noción de campo en física. Dichas coberturas pueden ser discretas o continuas. (...) Una cobertura que proporciona valores solo en las posiciones directas se denomina “cobertura discreta”. Si se agrega información de interpolación para que se puedan obtener valores también entre las posiciones directas de la cobertura, dicha cobertura se denomina “cobertura continua”. (...) En la práctica, las coberturas abarcan cuadrículas regulares e irregulares, nubes de puntos y mallas generales. Algunos ejemplos incluyen datos ráster, nubes de puntos, mallas como redes irregulares trianguladas y conjuntos de polígonos.

Ambas perspectivas son necesarias, ya que cada una expresa un metamodelo fundamental del mundo: como un espacio poblado por cosas o como un espacio dentro del cual varían las propiedades. Además, los requisitos relacionados con ambas perspectivas pueden presentarse en una misma aplicación, generalmente coincidiendo con un flujo de datos: desde la observación hasta la interpretación, y luego la elaboración y la simulación. ^{[ 5 ]}

La estructura lógica independiente del formato de las coberturas se puede asignar a GML (como en el caso de series temporales de sensores) o a cualquiera de una serie de formatos de datos, como GeoTIFF , NetCDF , HDF-EOS o NITF .

Como algunos de estos formatos de codificación no son capaces de incorporar todos los metadatos que componen una cobertura, el modelo de cobertura prevé una codificación MIME multiparte (véase la figura) donde el primer componente codifica la descripción de la cobertura (extensión del dominio, tipo de rango, metadatos, etc.) y la segunda parte consiste en la "carga útil" del conjunto de rangos utilizando algún formato de codificación.

En los servicios web que siguen los estándares abiertos OGC , las coberturas pueden ser utilizadas por varios tipos de servicios:

• Servicio de cobertura web que ofrece un protocolo de acceso sencillo para la selección de subconjuntos de cobertura, así como funcionalidades avanzadas opcionales.
• Servicio de procesamiento de cobertura web que ofrece un lenguaje de consulta de cobertura multidimensional para procesamiento ad hoc, fusión, agregación y filtrado.
• Servicio de funciones web (aunque las coberturas solo se pueden servir en su totalidad, lo que lo hace poco manejable frente a coberturas de gran volumen, como los mapas satelitales).
• Servicio de procesamiento web que permite publicar cualquier tipo de algoritmo a través de un protocolo avanzado de estilo llamada a procedimiento remoto.

Los primeros sistemas SIG se caracterizaban a menudo como sistemas ráster o vectoriales, según el enfoque subyacente para el manejo de la geometría. Los SIG ráster se interpretaban como el uso de un modelo de cobertura discreta regular, mientras que los SIG vectoriales estaban más orientados a las entidades. El término "cobertura" se aplicó principalmente al formato heredado ARC/INFO (ArcInfo) desarrollado por ESRI . En aquel entonces, este era un concepto novedoso que extendía los formatos CAD a datos con mayor conciencia espacial que presentaban atributos vinculados . Este uso era coherente con el concepto de cobertura aquí analizado, en el sentido de que una cobertura de ArcInfo proporcionaba una correspondencia uno a uno entre el espacio y el valor temático o la clasificación de cada capa o cobertura. Sin embargo, las coberturas de ArcInfo tenían un enfoque topológico particular para garantizar la completitud y la unicidad; procesadas mediante los comandos BUILD y CLEAN, son conjuntos de datos planares 2D que mantienen información topológica , por lo que un polígono "sabe" qué segmentos de su perímetro comparte con los polígonos adyacentes. Debido a la falta de capacidad de procesamiento en la computación en el momento de su desarrollo , el modelo de cobertura emplea archivos binarios indexados para almacenar datos espaciales y de atributos por separado en lugar de utilizar un RDBMS . ^{[ 6 ]}

Esto ha cambiado con la llegada de la tecnología de bases de datos ráster como rasdaman , que hace factible el filtrado y procesamiento ad hoc eficiente. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

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