Sistema de referència espacial

Autor: Dr. Joan Nunes. Universitat Autònoma de Barcelona
Promotor: Institut Cartogràfic de Catalunya, 2013

 

Un sistema de referència espacial (SRS), o sistema de referència de coordenades (CRS), és un sistema de coordenades (geogràfiques, projectades o geocèntriques) que indica posicions sobre la superfície terrestre. Els sistemes de referència espacial s'utilitzen per a la georeferenciació de la informació geoespacial i per al posicionament i navegació mitjançant els sistemes de navegació global per satèl·lit, com és ara el sistema de posicionament global (GPS).

La indicació explícita i l'especificació estandarditzada del sistema de referència espacial dels conjunts de dades geoespacials i dels geoserveis derivats ha adquirit especial rellevància d'ençà que ha augmentat la interoperabilitat dels sistemes d’informació geogràfica, dels serveis de mapes web i d'altres tipus de geoserveis, gràcies a la definició i implementació d'estàndards geoespacials, així com per la importància creixent atorgada a les metadades geoespacials per a la difusió de la informació geoespacial a través de les infraestructures de dades espacials, i més recentment pel pes que té la geolocalització en molts serveis i aplicacions web o per a dispositius mòbils.

Zones del sistema de coordenades UTM (Universal Transverse Mercator coordinate system), un dels sistemes de referència espacial més utilitzats. Font: http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Transverse_Mercator_coordinate_system

 

 

Origen

Els sistemes de referència espacial existeixen i s'han utilitzat des dels inicis de la cartografia moderna, a finals del segle XVI quan es publicaren els primers mapes considerats moderns, com el mapa del món de Mercator (Nova et Aucta Orbis Terrae Descriptio ad Usum  Navigatium  Emendate), de l'any 1569, del  cartògraf  flamenc Gerardus Mercator, creador de la projecció cilíndrica que porta el seu nom, o com l'atles Theatrum Orbis Terrarum, de l'any 1570, del també cartògraf flamenc Abraham Ortelius.

L'evolució dels sistemes de referència espacial ha anat lligada, d'una banda, a la definició de les nombroses projeccions cartogràfiques de propietats adients per als diferents tipus de cartografia i, d'altra banda, i especialment, a la formulació d'el·lipsoides de referència i dàtums cada cop més precisos i d'abast global, com l'el·lipsoïde de referència del Geodetic Reference System 1980 (GRS80), en què es basen els dàtums actualment més emprats com el World Geodetic System 1984 (WGS84), l'International Terrestrial Reference System 1989 (ITRS89) i l'European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89). És important remarcar, en aquest sentit, com ha augmentat la precisió dels sistemes geodèsics de referència des de mitjans del segle XIX, quan les diferències entre els diferents sistemes d'àmbit continental eren de centenars de metres, fins a finals de la dècada de 1980 i a l'actualitat en què els sistemes geodèsics de referència són geocèntrics, d'àmbit mundial i difereixen entre si en un ordre de magnitud de pocs centímetres.

En els sistemes d’informació geogràfica, en la cartografia digital, i en general en les tecnologies de la informació geoespacial, la georeferenciació de la informació geoespacial implica sempre per definició l'ús d'un sistema de referència espacial. Fins a finals de la dècada de 1990, però, cada programari de SIG documentava el sistema de referència espacial de cada conjunt de dades o servei de mapes mitjançant procediments particulars i documents de metadades ad hoc. El concepte de sistema de referència espacial i l'ús normalitzat del terme apareix en primer lloc com a resultat de l'entrada en servei i ús progressiu del Sistema de Posicionament Global, que proporciona posicions geogràfiques arreu del món en diferents sistemes de coordenades gràcies a la conversió interna entre sistemes de referència espacial que realitza el programari dels receptors de GPS, i en segon lloc com a resultat del procés de definició d'estàndards de la informació geoespacial a principis de la dècada de 2000 (ISO/TC211, 2003a) i, en particular d'estàndards de metadades geoespacials (ISO/TC211, 2003b). La disponibilitat de metadades estandarditzades i la major interoperabilitat dels programes ha comportat que els programes requereixin conèixer el sistema de referència espacial de cada conjunt de dades o servei per tal d'aplicar dinàmicament les transformacions necessàries entre sistemes de coordenades a fi de poder operar de manera transparent amb diferents fonts de dades, fet que ha reforçat l'obligatorietat de documentar explícitament i de manera unificada el sistema de referència espacial emprat en cada conjunt de dades.

L'adopció generalitzada dels estàndards geoespacials d'Open Geospatial Consortium a partir de mitjans de la dècada de 2000, primer en el cas dels serveis de mapes web i altres geoserveis, i després en el cas del model de dades Simple Feature Access, ha suposat l'impuls definitiu a la indicació explícita del sistema de referència espacial de les dades i serveis geoespacials i ha plantejat la necessitat d'adoptar un sistema de codificació unificat per a emmagatzemar la indicació dels sistemes de referència espacial de manera sintètica en les bases de dades espacials i comunicar-la entre programes. La codificació més utilitzada amb aquesta finalitat és la de la base de dades de l'European Petroleum Survey Group (EPSG), des de 2005 Oil and Gas Producers (OGP) Surveying & Positioning Committee.

En aquest sentit l'obligatorietat i el grau d'explicitació i de detall amb què s'especifica actualment el sistema de referència espacial emprat en les dades i serveis geoespacials contrasta vivament amb la vaguetat i incompletesa amb què sovint s'especificava el sistema de referència emprat en la cartografia publicada en paper fa tan sols tres o quatre dècades, o amb la manca de metadades de les dades cartogràfiques digitals de fa un parell de dècades.

Definició

En tant que sistema de coordenades que defineix posicions sobre la superfície terrestre, un sistema de referència espacial es defineix com la combinació d'una determinada projecció cartogràfica, un sistema de coordenades derivat de la projecció, emprant un dàtum determinat i l'el·lipsoïde de referència associat al dàtum. Cada combinació concreta d'aquests component constitueix un sistema de referència espacial diferent i per tant la documentació o indicació explícita del sistema de referència espacial d'un determinat conjunt de dades geoespacials o d'un geoservei requereix especificar cada un d'aquests components de forma completa detallant-ne els paràmetres corresponents.

La projecció cartogràfica és la funció matemàtica de transformació de les coordenades esfèriques de longitud i latitud que indiquen posicions sobre la superfície aproximadament el·lipsoïdal de la Terra a coordenades cartesianes que indiquen posicions en el pla. Cada projecció cartogràfica es reconeix per un nom, de vegades amb noms alternatius, enregistrat(s) en els repertoris dels estàndards de referenciació espacial i a les bases de dades de referències espacials normalitzades. Cada projecció cartogràfica requereix especificar un cert nombre de paràmetres propis del tipus de projecció, els valors dels quals donen lloc a una transformació de coordenades concreta i diferent entre l'el·lipsoïde i el pla, de manera que originen sistemes de coordenades i per tant sistemes de referència espacial diferents. Per exemple, la projecció UTM requereix especificar només el meridià central o de referència o, el que és el mateix, la zona del sistema de coordenades UTM corresponent; la projecció cònica equidistant, en canvi, requereix especificar el meridià de referència i dos paral·lels estàndard, atès que es tracta d'una projecció cònica secant. Qualsevol variació en el valor d'aquests paràmetres constitueix una transformació que dóna lloc a un sistema de coordenades diferent. Les mateixes coordenades de longitud i latitud es consideren una projecció més, anomenada sovint geogràfica o no projectada, per tal de permetre un tractament unificat. Les metadades o la informació de referència espacial emmagatzemada en bases de dades només recull el nom de la projecció i els paràmetres emprats en cada cas. El programari de SIG, per la seva part, implementa les funcions corresponents a les projeccions cartogràfiques admeses per cada programa en concret.

El sistema de coordenades cartesianes en el pla, amb què es mesuren les coordenades x i y de les dades d'un determinat conjunt de dades geoespacials, deriva de la projecció cartogràfica emparda. En bona part, l'especificació de la projecció cartogràfica indica ja el sistema de coordenades, però cal especificar també alguns dels paràmetres del sistema de coordenades que admenten variació i donen lloc a sistemes de coordenades diferents, entre els quals l'origen del sistema de coordenades, les unitats amb què es mesuren les coordenades i els possibles desplaçaments d'origen de coordenades en les direccions nord-sud (fals nord) i est-oest (fals est). Molts d'aquests paràmetres solen estar implícits en el sistema de coordenades derivat de la projecció cartogràfica (per exemple, en el sistema de coordenades UTM, les unitats són metres i a l'hemisferi nord el desplaçament és de 0 en y i de 500.000 m en x respecte de l'origen de coordenades situat a la longitud del meridià central i la latitud de l'equador). No obstant, a fi d'evitar ambigüitats i unificar el tractament dels casos generals i particulars, els programes i les bases de dades documenten tots els paràmetres encara que estiguin implícits en la definició del sistema de coordenades, si bé l'usuari només n'ha d'especificar aquells que s'aparten o no es poden deduir del cas general.

El dàtum és un punt de la superfície terrestre de posició coneguda amb precisió que, juntament amb l'el·lipsoide associat que especifica el model de forma de la superfície de la Terra, permet mesurar posicions sobre la superfície terrestre, de manera que serveix d'origen de coordenades per a un determinat sistema de referència espacial. Un dàtum es defineix per un punt fonamental, el dàtum pròpiament dit, que implica un el·lipsoide de referència determinat i que es caracteritza pel fet de ser un punt real sobre la superfície terrestre en el qual la normal del geoide terrestre coincideix amb la normal de l'el·lipsoide de referència. Un dàtum s'especifica habitualment per mitjà de cinc paràmetres: la latitud i longitud del punt (de vegades també l'altitud), l'azimut d'una línia des del punt, que serveix per a indicar l'orientació dels eixos de coordenades x i y, i els dos paràmetres (semieix major i aplatament) que defineixen l'el·lipsoide de referència. Les especificacions més modernes indiquen la posició i l'orientació del punt com a funcions de les desviacions del meridià i de la primera vertical, més la separació geoide-el·lipsoide i els dos paràmetres que defineixen l'el·lipsoide de referència. Cada aplicació específica d'una projecció cartogràfica i el sistema de coordenades planes concret corresponent es basen en un dàtum determinat. Una mateixa projecció cartogràfica, per tant, origina diferents sistemes de coordenades segons el dàtum emprat. Diferents països i zones de la Terra utilitzen dàtums diferents per a ajustar millor el sistema de referència a les particularitats de la forma de la superfície terrestre en la seva àrea. Alguns dels més coneguts i emprats són el European Datum 1950 (ED50), el North American Datum 1927 (NAD27), el North American Datum 1983 (NAD83), el World Geodetic System 1984 (WGS84), que proporciona un sistema de referència global, o l'European Terrestrial Reference System 1989 (ETRS89), que és l'oficial a Europa des de 2005.  La denominació dàtum de referència, que per comoditat s'abreuja a dàtum, es limita al sentit específic de dàtum que serveix per a mesurar posicions sobre la superfície terrestre, enteses generalment com a posicions en dues dimensions, ja sigui en coordenades geogràfiques o planes. Per aquest motiu el dàtum s'anomena també dàtum horitzontal o dàtum de control horitzontal, el qual, en tant que necessàriament geodèsic, és sempre un dàtum geodèsic horitzontal. D'ençà de l'aparició dels sistemes de navegació global per satèl·lit, com el Sistema de Posicionament Global (GPS), els dàtums geodèsics emprats són dàtums geocèntrics; és a dir, amb origen de coordenades en el centre de l'el·lipsoide de referència, el qual es fa coincidir o es relaciona amb el centre de massa de la Terra. El dàtum geocèntric més conegut i emprat és el WGS84.

L' el·lipsoïde de referència, o simplement el·lipsoïde o esferoïde, és el cos de revolució generat a l'entorn de l'eix menor, que coincideix amb l'eix vertical, i que s'utilitza per a representar la forma de la superfície terrestre. Per definició, cada dàtum es basa en un determinat el·lipsoïde de referència, de manera que la indicació del dàtum emprat en un sistema de referència espacial especifica ja l'el·lipsoïde emprat. No obstant, els programes, les metadades i bases de dades documenten també l'el·lipsoïde encara que sigui implícit en el dàtum. Un el·lipsoïde es reconeix per un nom, de vegades amb noms alternatius, enregistrat(s) en els repertoris dels estàndards de referenciació espacial i a les bases de dades de referències espacials normalitzades, i es defineix per dos paràmetres que són la longitud del semieix major i la longitud del semieix menor, o bé la longitud del semieix major i el coeficient d'aplatament, que és el quocient entre els dos semieixos. Com en la resta de casos de paràmetres amb valors preestablerts per definició, l'usuari en cas que convingui només sol haver d'especificar el nom de l'el·lipsoïde mentre que els programes i les metadades documenten els valors dels paràmetres corresponents. En realitat, però, generalment només cal especificar el nom del dàtum.

Estandardització dels sistemes de referència espacial

El primer impuls i norma d'estandardització de l'especificació dels sistemes de referència espacial és l'estàndard ISO 19111, Geographic information - Spatial referencing by coordinates, publicat el 2003 (ISO/TC211, 2003a) i posteriorment actualitzat el 2007 (ISO/TC211, 2007) pel comitè tècnic d'informació geogràfica de l'organització internacional d'estàndards ISO (ISO TC 211). L'estàndard ISO 19111 defineix l'esquema conceptual per a especificar, enregistrar i intercanviar sistemes de coordenades que constitueixen sistemes de referència espacial. L'estàndard contempla i descriu el nombre mínim d'indicacions i de paràmetres necessaris per a definir sistemes de coordenades de dues i tres dimensions, que en la versió actualitzada de 2007 es poden estendre per a incorporar la referència temporal i/o substituir una de les dimensions de coordenades per una mesura per tal d'acomodar elements amb mesures de referenciació lineal. L'estàndard ISO 19111 descriu també la informació necessària que cal especificar per fer possibles les transformació de les coordenades entre diferents sistemes de referència espacial. Tot i haver estat concebut per a especificar el sistema de referència espacial per a les dades geoespacials, l'estàndard es defineix de manera abstracta i general, i per tant pot ser aplicat a altres recursos d'informació geoespacial, com és ara geoserveis, mapes o documents.

El contingut de l'estàndard ISO 19111 fou incorporat a l'estàndard de metadades geoespacials ISO 19115 (ISO/TC211, 2003b), en la mesura que el sistema de referència espacial és part essencial de les metadades que documenten els recursos d'informació geoespacial, i també a la definició del model de dades estàndard Simple Feature Access(ISO/TC211, 2003c; OGC, 1999, 2011a, 2011b), el qual contempla la definició dels sistemes de referència espacial com a part del model de dades a efectes de poder emmagatzemar en bases de dades espacials el sistema de referència espacial emprat en cada una de les classes d'elements emmagatzemats en taules amb geometria i poder comunicar-ne la definició a les aplicacions.

Semblantment l'estàndard ISO 19111 ha estat incorporat a l'estàndard WMS de servei de mapes web (OGC, 2006), formulat inicialment l'any 2000 (OGC, 2000), així com als estàndards geoespacials d'altres tipus de geoserveis d'Open Geospatial Consortium (OGC), per tal de combinar en un mateix mapa capes de diferents fonts de dades amb diferents sistemes de referència espacial, fent dinàmicament les transformacions de les coordenades necessàries, i de facilitar la comunicació entre el programari client dels serveis de mapes web i el programari servidor de mapes a fi de realitzar correctament consultes sobre les diferents capes tenint en compte el sistema de referència espacial propi de cadascuna de les capes.

Base de dades i codificació EPSG

La base de dades EPSG Geodetic Parameter Dataset és una base de dades d'àmplia utilització, compilada i distribuïda pel Grup d'Exploració Petrolífera Europeu (European Petroleum Survey Group, EPSG) des del 1986 fins al 2005, que conté un dels repertoris més complets d'informació sobre el·lipsoides, dàtums geodèsics, projeccions cartogràfiques, sistemes de coordenades geogràfiques i sistemes de coordenades projectades. L'estructura d'aquesta base de dades compleix l'estàndard ISO 19111-2:2:2009 Geographic information - Spatial referencing by coordinates. D'altra banda, en la base de dades EPSG, cada sistema de referència espacial i cada un dels components que defineixen un sistema de referència espacial (dàtum, el·lipsoïde, projecció cartogràfica,..) s'identifica amb un codi numèric que resulta molt fàcil d'utilitzar com a indicació del sistema de referència espacial, la qual cosa a més de l'exhaustivitat de la base de dades n'explica la popularitat i la ràpida i àmplia adopció en les aplicacions de sistemes d’informació geogràfica i altres tecnologies de la informació geoespacial.

La majoria de servidors de mapes i de bases de dades espacials utilitzen els codis de la base de dades EPSG per a identificar el sistema de referència espacial dels serveis de mapes, dels conjunts de dades o de les classes d'elements, i poder així realitzar dinàmicament les transformacions de sistema de referència espacial a l'hora d'integrar serveis de mapes amb diferents sistemes de referència o d'operar o visualitzar capes de diferents sistemes de referència espacial.

Des de l'any 2005, el manteniment de la base de dades ha passat a l'OGP Surveying and Positioning Committee, de la International Association of Oil and Gas Producers, tot i que s'ha mantingut la denominació EPSG per a la base de dades, la qual es pot consultar a https://epsg.org/home.html.

Exemples de sistemes de referència espacial més utilitzats

Alguns dels sistemes de referència espacial més utilitzats, identificats pel codi EPSG corresponent, són els següents:

• EPSG:4326 - Sistema de coordenades geogràfiques sense projectar, utilitzant el dàtum WGS84 (World Geodetic System 1984). És el sistema de referència espacial d'àmbit global més utilitzat. S'utilitza per defecte en els receptors de GPS i també en servidors de mapes d'àmbit global com GoogleEarth o Google Maps.
• EPSG:4258 - Sistema de coordenades geogràfiques sense projectar, utilitzant el dàtum europeu ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989). És el sistema de referència espacial oficial per a Europa.
• EPSG:25830 - Sistema de coordenades UTM (basat en la projecció del mateix nom) per a la zona 30 nord, utilitzant el dàtum ETRS89. És el sistema de referència espacial oficial a l'Estat espanyol des de juliol de 2007. Correspon al fus central dels tres fusos de la projecció UTM que cobreixen la península ibèrica. Pròpiament només és vàlid per als territoris compresos dins del fus 30, però és el sistema utilitzat per a cobrir tota la península ibèrica amb coordenades UTM de forma contínua, convertint les coordenades UTM dels fusos adjacents, 29 i 31, a coordenades UTM del fus 30.
• EPSG:23030 - Sistema de coordenades UTM (basat en la projecció del mateix nom) per a la zona 30 nord, utilitzant el dàtum europeu de 1950, ED50 (European Datum 1950). Ha estat el sistema de referència espacial oficial a l'Estat espanyol fins a juliol de 2007, encara que es mantindrà coexistint amb el nou sistema de referència espacial, basat en el dàtum ETRS89, fins a l'any 2015.
• EPSG:25831 - Sistema de coordenades UTM (basat en la projecció del mateix nom) per a la zona 31 nord, utilitzant el dàtum ETRS89. És el sistema de referència espacial oficial a l'Estat espanyol des de juliol de 2007. Correspon al fus oriental dels tres fusos de la projecció UTM que cobreixen la península ibèrica i per tant és l'emprat a la cartografia de Catalunya i a la de les Illes Balears des de l'adopció del dàtum oficial europeu ETRS89.
• EPSG:23031 - Sistema de coordenades UTM (basat en la projecció del mateix nom) per a la zona 31 nord, utilitzant el dàtum europeu de 1950, ED50 (European Datum 1950). Ha estat el sistema de referència espacial emprat a la cartografia de Catalunya i a la de les Illes Balears abans de l'adopció del dàtum oficial europeu ETRS89.

Ús dels sistemes de referència espacial en els SIG i en geoserveis

La informació del sistema de referència espacial emprat en les coordenades dels conjunts de dades geoespacials i dels geoserveis, a més de la funció bàsica de georeferenciar la informació, és crítica per a poder integrar, visualitzar i usar conjuntament dades o serveis geoespacials de diferents orígens de dades amb diferents sistemes de referència espacial. En aquest sentit, la informació del sistema de referència espacial de cada conjunt de dades o geoservei s'utilitza en tres àmbits principals que són, el programari de SIG, els geoserveis i les bases de dades espacials.

Programari de SIG

El programari de SIG, en especial el programari client amb el qual es visualitzen i operen les dades geoespacials, necessita saber el sistema de referència espacial de cada conjunt de dades geoespacials a fi de realitzar les transformacions de coordenades necessàries entre sistemes de referència espacial per a disposar de tots els conjunts de dades emprats en cada moment en un mateix sistema de coordenades comú que permeti visualitzar-los conjuntament i operar-los entre si de forma correcta. Fins i tot, en el cas d'utilitzar separadament un únic conjunt de dades, la informació del sistema de referència espacial, o com a mínim el coneixement de les unitats en què estan mesurades les coordenades de les dades espacials, és necessària per tal que el programa pugui determinar l'escala de visualització (i per tant es puguin elaborar composicions de mapes a escala) i pugui realitzar el càlcul de propietats espacials com és ara longituds o superfícies.

D'ençà de la progressiva estandardització i de l'augment de la interoperabilitat, cada cop hi ha més programes clients de SIG que realitzen dinàmicament les transformacions de coordenades entre diferents sistemes de referència espacial de diferents conjunts de dades, conforme es van afegint com a capes de la vista o espai de visualització i de treball del programa. Generalment, el sistema de referència espacial s'atribueix a la vista i les successives capes afegides es van transformant dinàmicament al sistema de referència espacial en ús a la vista. Tret que s'especifiqui expressament, el sistema de referència espacial adoptat per la vista és el de la primera capa afegida a la vista. La transformació de coordenades dinàmica sobre les capes carregades té avantatges evidents, ja que estalvia haver de realitzar de forma manual totes les transformacions de coordenades dels diversos conjunts de dades prèviament a la visualització o ús, i no altera les dades originals.

La transformació de coordenades dinàmica, juntament amb altres factors d'estandardització i d'intoreperabilitat, així com el fet que els programes clients de SIG permeten visualitzar i usar conjuntament capes de dades i capes de serveis de mapes, ha comportat que la documentació explícita del sistema de referència espacial dels conjunts de dades geoespacials sigui, de fet, pràcticament obligatòria des de mitjans de la dècada de 2000. En el cas de l'emmagatzematge de les dades geoespacials en fitxers amb formats de propietat, cada programa de SIG estableix el procediment per a emmagatzemar l'especificació del sistema de referència espacial del conjunt de dades, ja sigui per mitjà de les metadades o d'altres fitxers auxiliars. En el cas de les bases de dades espacials, i particularment en el cas de les bases de dades espacials que implementen el model de dades Simple Feature Access, la indicació del sistema de referència espacial s'emmagatzema per mitjà del codi SRID de manera estandarditzada.

Serveis de mapes web i altres geoserveis

A partir de la definició d'estàndards de serveis de mapes web i d'altres tipus de geoserveis interoperables, en particular de l'estàndard WMS d'Open Geospatial Consortium (OGC), es féu necessari documentar el sistema de referència espacial de cada una de les capes que formen part d'un determinat servei de mapes i alhora dotar els programes servidors de mapes de la funcionalitat necessària per a realitzar dinàmicament transformacions de coordenades a fi de mostrar les diverses capes d'un o de diversos serveis de mapes de forma congruent en un mateix sistema de coordenades independentment del sistema de referència espacial de les dades d'origen de cada capa.

En el cas dels serveis de mapes web segons l'estàndard WMS, l'especificació d'OGC distingeix entre el sistema de referència de coordenades de mapa, en tant que resultat del servei de mapes, i el sistema de referència de coordenades de cada una de les capes, corresponent al conjunt de dades que serveix de font de dades de la capa.

El sistema de referència de coordenades de mapa és un sistema de coordenades ràster, que proporciona un sistema de referència del mapa resultant del servei, entès com a imatge digital (quadrícula de columnes i files) en un dispositiu de visualització.

El sistema de referència de coordenades de capa, en canvi, correspon a la definició d'un sistema de referència espacial i l'estàndard WMS permet indicar-lo mitjançant dos tipus d'identificadors: etiquetes o URLs. En cas de fer-ho per etiquetes, l'estàndard WMS contempla tres repertoris o codificacions (namespaces, en la terminologia de l'estàndard WMS) diferents per a designar sistemes de referència espacial: la codificació CRS, pròpia de l'estàndard WMS; la codificació EPSG, segons la base de dades de l' European Petroleum Survey Group; i la codificació AUTO2, per a sistemes de referència espacial amb paràmetres personalitzats, com és ara el centre de la projecció, establerts per l'usuari.

Excepte en el cas de la codificació AUTO2, que requereix especificar valors de paràmetres, el sistema de referència espacial de capa expressat per mitjà d'etiquetes en l'estàndard de serveis de mapes WMS s'indica en forma d'una cadena de text que comprèn el nom del repertori o codificació i un número d'identificació del sistema de referència espacial dins del repertori separats ambdós pel signe de dos punts. Per exemple, EPSG:4326 seria l'etiqueta per a indicar el sistema de referència espacial 4326 de la base de dades EPSG, que correspon al sistema de coordenades geogràfiques de longitud i latitud sense projectar amb el dàtum WGS84. Aquest mateix sistema de referència espacial, en el cas de la codificació CRS, pròpia de l'estàndard WMS, s'indicaria mitjançant l'etiqueta CRS:84, ja que 84 és el codi assignat per l'estàndard a aquest sistema de referència en el seu repertori propi de sistemes de referència espacial. L'annex B de l'estàndard WMS (OGC, 2006) dóna el llistat complet de referències CRS. L'especificació del sistema de referència espacial segons la codificació AUTO2 també es basa en codis establerts pel propi estàndard WMS en el seu annex B, però requereix més arguments que les altres dues codificacions. Així, l'especificació segons la codificació AUTO2 seria  AUTO2:auto_crs_id,factor,lon0,lat0, on auto_crs_id és el número assignat per l'estàndard al sistema de referència espacial de base, factor és el factor de conversió d'unitats que permet a l'usuari personalitzar les unitats de mapa, i lon0,lat0 són respectivament la longitud i latitud del centre de la projecció cartogràfica escollit per l'usuari.

En cas d'utilitzar una URL com a identificador del sistema de referència espacial, la URL designa un fitxer públicament accessible que conté la definició del sistema de referència espacial conforme a l'estàndard ISO 19111.

Bases de dades espacials

Les bases de dades espacials contenen dades geoespacials d'ús continuat, general i compartit entre múltiples usuaris. A més estan esdevenint la forma d'emmagatzematge preferent de les dades geoespacials. Per aquesta raó, les bases de dades espacials emmagatzemen de forma permanent, dins de la pròpia base de dades, la indicació del sistema de referència espacial emprat en cada classe d'elements espacials, independentment de l'existència o no de metadades externes que documentin la base de dades espacial i els conjunts de dades geoespacials que conté. Les bases de dades espacials que implementen el model de dades estàndard Simple Feature Accessemmagatzemen la indicació del sistema de referència espacial d'acord amb les especificacions de l'estàndard Simple Feature Access. Altres bases de dades espacials, amb un model de dades propi, com és ara les geobases de dades d'ArcGIS, emmagatzemen la informació del sistema de referència espacial en estructures i formats propis. Algunes webs, com http://www.spatialreference.org/, proporcionen la definició dels diferents sistemes de referència espacial en diversos formats, entre els quals WKT en diferents versions, ESRI WKT i PRJ, GML, JSON, PROJ4, etc.

El model de dades Simple Feature Access, contempla la indicació del sistema de referència espacial de forma sintètica, mitjançant un codi d'identificació (SRID) i la referència a l'autoritat a què correspon el codi. Per exemple, un SRID "4326" i autoritat "EPSG", indiquen el sistema de referència espacial 4326 de la base de dades d'European Petroleum Survey Group, que correspon a coordenades geogràfiques de longitud - latitud sense projectar emprant el dàtum WGS84. Aquests valors s'emmagatzemen a les bases de dades espacials en la taula de metadades spatial_ref_sys, en la qual cada registre indica cada un dels sistemes de referència espacials usats per cada un dels diferents conjunts de dades geoespacials emmagatzemats en les taules corresponents a cada una de les diferents classes d'elements. Convé notar que les bases de dades espacial distingeixen entre el SRID intern, propi de la base de dades espacial i el SRID de l'autoritat, és a dir el codi d'identificació del sistema de referència espacial segons un determinat repertori o codificació de sistemes de referència espacial. Així, per exemple, el codi EPSG d'un sistema de referència espacial és un SRID d'autoritat en una base de dades espacial. Per exemple, a la base de dades espacial PostGIS, la taula de metadades spatial_ref_sys té la definició següent:

srid INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,
auth_name VARCHAR(256),
auth_srid INTEGER,
srtext VARCHAR(2048),
proj4text VARCHAR(2048)

Per la seva part, a la taula que conté el catàleg o llista de classes d'elements de la base de dades espacials, cada registre correspon a una classe d'elements i, juntament amb el nom de la classe d'elements i altres informacions generals de la classe, s'hi indica el codi SRID del sistema de referència emprat en cada classe d'elements. Per exemple, en el cas de la base de dades espacial PostGIS, la taula que llista les classes d'elements de la base de dades s'anomena geometry_columns i té la definició següent, molt semblant a la d'altres bases de dades espacials com és ara Oracle Spatial:

f_table_catalog VARCHAR(256),
f_table_schema VARCHAR(256),
f_table_name VARCHAR(256),
f_geometry_column VARCHAR(256),
coord_dimension INTEGER,
srid INTEGER,
type VARCHAR(30)

D'altra banda, el format WKT (Well Known Text) associat a l'estàndard Simple Feature Access permet expressar la definició completa dels sistemes de referència espacial mitjançant l'especificació de tots els seus components (projecció cartogràfica, sistema de coordenades, dàtum i el·lipsoïde) i els valors dels paràmetres corresponents. Així, l'especificació completa en el format WKT del sistema de referència espacial 4326 d'EPSG seria la següent (cal notar que cada component del sistema de referència espacial també té un codi EPSG propi que es cita tot indicant-ne l'autoritat):

GEOGCS["WGS 84",
     DATUM["WGS_1984",
          SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
               AUTHORITY["EPSG","7030"]],
          AUTHORITY["EPSG","6326"]],
PRIMEM["Greenwich",0,
     AUTHORITY["EPSG","8901"]],
UNIT["degree",0.01745329251994328,
     AUTHORITY["EPSG","9122"]],
AUTHORITY["EPSG","4326"]]

 

Temes relacionats

• Base de dades espacial
• Geolocalització
• Georeferenciació
• Infraestructura de dades espacials
• Metadades geoespacials
• Simple Feature Access
• Sistemes d’informació geogràfica
• Transformació de coordenades

Referències

ISO/TC211 (2003a) ISO 19111:2003. Geographic information - Spatial referencing by coordinates. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization (ISO).

ISO/TC211 (2003b) ISO 19115:2003. Geographic information - Metadata. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization (ISO).

ISO/TC211 (2003c) ISO 19125: Geographic information - Simple Feature Access (SFA), Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization (ISO).

ISO/TC211 (2007) ISO 19111:2007. Geographic information - Spatial referencing by coordinates. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization (ISO).

OGC (1999) OpenGIS Simple Features Specification for SQL (Revision 1.1). Wayland, Maryland: OpenGIS Consortium Inc.

OGC (2000) OpenGIS Web Map Server Interface Implementation Specification, Revision 1.0.0. Wayland, Maryland: Open Geospatial Consortium.

OGC (2006) OpenGIS Web Map Server Implementation Specification, Version: 1.3.0. Wayland, Maryland: Open Geospatial Consortium.

OGC (2011a) OpenGIS Implementation Standard for Geographic information - Simple feature access - Part 1: Common architecture (Version 1.2.1). Wayland, Maryland: Open Geospatial Consortium.

OGC (2011b) OpenGIS Implementation Standard for Geographic information - Simple feature access - Part 2: SQL option (Version 1.2.1). Wayland, Maryland: Open Geospatial Consortium.

Lectures recomanades

EPSG (2009) Coordinate Reference System Definition - Recommended Practice. Guidance Note Number 5. International Association of Oil and Gas Producers.
https://docplayer.net/17325695-Epsg-coordinate-reference-system-definition-recommended-practice-guidance-note-number-5.html    [consulta 11 octubre 2012]