Serveis digitals geogràfics

Enunciat oficial. Serveis digitals geogràfics: definició, funcions i tipus d'informació. INSPIRE, IDE, OGC.

1. Conceptes bàsics

Un servei digital geogràfic és el servei que una administració presta per la xarxa i que té la posició al territori com a element central: veure un mapa, cercar una adreça, consultar què hi ha en un punt, descarregar una capa o saber quines dades existeixen. Perquè existeixi calen sempre tres peces —dades amb coordenades, un SIG que les gestioni i un servei web estàndard que les publiqui— i és aquesta última la que el converteix en un servei interoperable i no en un mapa que només es pot mirar. El servei digital al ciutadà en general —seu electrònica, identificació, notificacions— es desenvolupa a administració electrònica i serveis digitals; aquí només interessa el que la posició hi afegeix.

SIG (Sistema d'Informació Geogràfica), en anglès GIS (Geographic Information System): sistema per capturar, emmagatzemar, gestionar, analitzar i representar informació referenciada geogràficament.

Dada geoespacial: la que té associada una posició a la superfície terrestre. Té dues components: geomètrica (on) i temàtica o alfanumèrica (què).

Els cinc components d'un SIG: maquinari, programari, dades, persones i mètodes/procediments.

Funcions d'un SIG: entrada i captura de dades, gestió i emmagatzematge, anàlisi espacial (superposició, proximitat, xarxes, interpolació), consulta, i sortida i visualització (mapes, informes).

1.1 Tipus d'informació geogràfica

Tres eixos diferents es confonen amb facilitat, i val la pena separar-los abans de res: el tipus d'informació (què representa la dada), el model de dades (com es representa, apartat 2) i el format de fitxer (com es desa, apartat 4). Un mateix carrer pot ser dada de referència, estar en model vectorial i venir en un GeoPackage.

Pel contingut, la LISIGE classifica la informació geogràfica en dues famílies, seguint la mateixa lògica que els annexos d'INSPIRE:

• Informació geogràfica de referència (annex I de la llei): la cartografia bàsica sobre la qual es recolza tota la resta —marc geodèsic, unitats administratives, adreces, noms geogràfics, parcel·les cadastrals, xarxes de transport, hidrografia, altimetria i ortoimatges—. No és de cap sector concret: la produeix i la manté un organisme cartogràfic perquè tothom hi encaixi el que és seu. L'annex I de la LISIGE recull el contingut dels annexos I i II d'INSPIRE junts, i per això l'elevació i les ortoimatges, que a la directiva són de l'annex II, aquí ja són dades de referència.
• Dades temàtiques: les que se superposen a les de referència per desenvolupar-ne un aspecte o afegir-hi informació sectorial. La llei encara les separa en fonamentals (annex II) i generals (annex III).

Per la naturalesa del fenomen: objectes discrets amb límits nets —una parcel·la, un fanal, un tram de carrer— davant de camps continus, que tenen un valor a tot arreu —l'altitud, la temperatura, el nivell de soroll—. És aquesta distinció, i no el format del fitxer, la que decideix si convé el model vectorial o el ràster.

Per la dimensió i el temps: dades 2D, 2,5D (una sola cota per posició, com un model digital del terreny), 3D (edificis, subsòl, núvols de punts) i sèries temporals o lectures de sensors en temps real.

2. Models de dades geogràfiques

Hi ha dues maneres de representar digitalment la informació geoespacial, i la tria no és una qüestió de gust sinó del fenomen que es vol descriure: el model vectorial dibuixa objectes amb límits, i el model ràster omple l'espai amb una malla de valors.

Topologia: relacions espacials entre elements —adjacència, connectivitat i inclusió— independents de les coordenades. És el que permet dir que dues parcel·les són veïnes o que un carrer connecta amb un altre.

Model TIN (Triangulated Irregular Network): representació de superfícies contínues per triangles; alternativa vectorial al ràster per al relleu.

3. Sistemes de referència i projeccions

Unes coordenades no volen dir res si no es diu sobre què estan mesurades, i les dues coses que cal dir són diferents. El sistema de referència geodèsic (el datum) fixa l'origen i l'orientació del sistema, és a dir, quina figura de la Terra i quin ancoratge s'han pres; la projecció és l'operació posterior que passa la superfície corba a un pla per poder-la dibuixar i mesurar en metres. ETRS89 és un datum i UTM és una projecció: no són alternatives entre si, sinó dues capes de la mateixa resposta, i confondre-les és una trampa d'examen habitual.

• Sistema de referència geodèsic: a Espanya, ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989; obligatori pel RD (Reial Decret) 1071/2007) per a la península i Balears, i REGCAN95 per a Canàries. WGS84 (World Geodetic System 1984) és el sistema del GPS (Global Positioning System), pràcticament coincident.
• Projecció: UTM (Universal Transverse Mercator; fusos 29, 30 i 31; Catalunya és al fus 31 nord). Codi EPSG (European Petroleum Survey Group, l'organització que va numerar aquests sistemes): EPSG:25831 (ETRS89/UTM 31N) per a Catalunya; EPSG:4326 és WGS84 en coordenades geogràfiques; EPSG:3857 és la projecció Web Mercator que fan servir els serveis de mapes web.
• L'ED (European Datum) és la sèrie europea de datums anterior; l'ED50 (European Datum 1950) és el que ETRS89 va substituir a Espanya, i encara apareix en cartografia antiga, de manera que una capa mal etiquetada pot sortir desplaçada més de cent metres.
• Tota projecció deforma: no es poden conservar simultàniament àrees, angles i distàncies.
• Escala, resolució i georeferenciació.

4. Formats

Vectorials: SHP (Shapefile) —format de facto d'ESRI (Environmental Systems Research Institute), en realitat un conjunt de fitxers—, GeoJSON (l'estàndard obert basat en JSON (JavaScript Object Notation), molt usat al web i a les API (Application Programming Interface)), GML (Geography Markup Language, estàndard OGC en XML, eXtensible Markup Language), KML (Keyhole Markup Language) / KMZ (Keyhole Markup Zipped, un KML comprimit; Google Earth), GPKG (Geo + Package, és a dir, GeoPackage) —contenidor SQLite obert, recomanat com a substitut modern del shapefile—, DWG (drawing en anglès) i DXF (Drawing eXchange Format), formats de CAD (Computer-Aided Design), TopoJSON, FlatGeobuf.

Ràster: GeoTIFF, JPEG2000, ECW (Enhanced Compression Wavelet), MrSID, COG (Cloud Optimized GeoTIFF), NetCDF i HDF (Hierarchical Data Format) per a dades científiques multidimensionals.

Núvols de punts: LAS (làser) i LAZ (LASzip, la compressió sense pèrdua d'un LAS): dades LiDAR.

Bases de dades espacials: PostGIS (extensió de PostgreSQL, la referència de codi obert), Oracle Spatial, SQL Server Spatial (SQL: Structured Query Language), SpatiaLite, MongoDB amb índexs geoespacials.

Compte amb la trampa que ha aparegut en un examen: GeoJSON SÍ que és un format geogràfic; el que no ho és, en aquell enunciat, era MKV (Matroska Video, un contenidor de vídeo).

5. Estàndards OGC

L'OGC (Open Geospatial Consortium) és el consorci que defineix els estàndards d'interoperabilitat geoespacial. Els que cauen:

La distinció que més es pregunta: WMS lliura una IMATGE; WFS lliura les DADES vectorials. Si l'usuari ha de poder consultar atributs, mesurar o descarregar geometries, cal WFS; si només ha de veure el mapa, WMS o WMTS.

Metadades: ISO 19115 (metadades geogràfiques), ISO 19139 (implementació XML), ISO 19119 (serveis) i el NEM (Núcleo Español de Metadatos).

6. INSPIRE i les IDE

6.1 La directiva INSPIRE

INSPIRE — Directiva 2007/2/CE (CE, de Comunitat Europea) del Parlament Europeu i del Consell, per la qual s'estableix una infraestructura d'informació espacial a la Comunitat Europea (INSPIRE).

És la directiva europea que regula la interoperabilitat de les dades geogràfiques. Aquesta és la resposta literal a l'examen.

Objectiu: crear una infraestructura d'informació espacial europea que permeti compartir informació geogràfica del sector públic entre administracions i posar-la a disposició del públic, amb finalitat inicial de política ambiental.

Transposició a Espanya: LISIGE (Llei 14/2010, sobre les Infraestructures i els Serveis d'Informació Geogràfica a Espanya).

Els cinc principis d'INSPIRE:

1. Les dades s'han de recollir una sola vegada i mantenir-se al nivell on això es faci de manera més efectiva.
2. Ha de ser possible combinar informació espacial contínua de diferents fonts i compartir-la entre usuaris i aplicacions.
3. La informació recollida a un nivell de l'Administració ha de poder compartir-se amb tots els altres nivells.
4. La informació geogràfica necessària per a una bona governança ha d'estar disponible en condicions que no restringeixin el seu ús generalitzat.
5. Ha de ser fàcil descobrir quina informació hi ha disponible, avaluar-ne la idoneïtat i conèixer-ne les condicions d'ús.

Els tres annexos amb els temes de dades:

• Annex I (referència): sistemes de coordenades, quadrícules geogràfiques, noms geogràfics, unitats administratives, adreces, parcel·les cadastrals, xarxes de transport, hidrografia, espais protegits.
• Annex II: elevació, cobertura terrestre, ortoimatges, geologia.
• Annex III (temàtics, 21 temes): unitats estadístiques, edificis, sòl, ús del sòl, salut humana i seguretat, serveis d'utilitat pública i estatals, instal·lacions de seguiment ambiental, instal·lacions de producció i industrials, instal·lacions agrícoles i d'aqüicultura, distribució de la població, zones de gestió i restricció, zones de risc natural, condicions atmosfèriques, característiques meteorològiques i oceanogràfiques, regions marines, regions biogeogràfiques, hàbitats i biòtops, distribució de les espècies, recursos energètics i recursos minerals.

Components obligatoris: metadades, interoperabilitat de conjunts i serveis, serveis de xarxa, mesures d'ús compartit i coordinació i seguiment.

Els cinc serveis de xarxa d'INSPIRE: descobriment (CSW), visualització (WMS/WMTS), descàrrega (WFS/WCS/Atom), transformació (canvi de sistema de coordenades i d'esquema) i invocació de serveis.

6.2 Infraestructura de Dades Espacials (IDE)

IDE: conjunt de tecnologies, polítiques, estàndards, dades i recursos humans necessaris per adquirir, processar, distribuir, usar, mantenir i preservar informació espacial, permetent-ne el descobriment, l'accés i l'ús a través d'internet mitjançant serveis estàndard.

Components: dades i metadades · serveis (descobriment, visualització, descàrrega) · estàndards (OGC, ISO) · polítiques i acords de compartició · usuaris i organització.

Nivells: INSPIRE (europeu), IDEE (Infraestructura de Datos Espaciales de España, coordinada pel Consell Directiu de la IDEE i l'IGN (Institut Geogràfic Nacional)), IDEC (Infraestructura de Dades Espacials de Catalunya, coordinada per l'ICGC (Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya)), i les IDE locals.

7. Serveis geogràfics al món local i a Barcelona

Usos municipals: planejament urbanístic i qualificació del sòl, cadastre i gestió tributària de l'IBI (Impost sobre Béns Immobles), llicències d'obres i d'activitats, mobilitat i trànsit, xarxes de serveis (aigua, clavegueram, enllumenat, semàfors), medi ambient (arbrat, soroll, qualitat de l'aire), serveis socials i equipaments, emergències i protecció civil, guia de carrers i numeració postal, i anàlisi territorial per a la presa de decisions.

A Barcelona:

• Geoportal / CartoBCN: portal de descàrrega de cartografia municipal.
• GeoBCN: llibreria de geocomponents JavaScript (amb paquet per a Angular) que l'Ajuntament posa a disposició de les persones desenvolupadores per incrustar la cartografia oficial —mapa, cercador d'adreces, parcel·les, capes WMS— a pàgines web pròpies; és la que fan servir el Plànol BCN, el Portal d'Informació Urbanística i centenars de pàgines municipals. Inclou també un servei RESTful de geocodificació.
• Guia de carrers i visor de planejament urbanístic.
• Open Data BCN publica capes en GeoJSON i SHP i ofereix serveis WMS/WFS → tema 33.
• Sentilo com a plataforma de sensors amb component geogràfica.
• Col·laboració amb l'ICGC, l'IGN i la Direcció General del Cadastre.

Programari:

• QGIS (Quantum Geographic Information System): aplicació d'escriptori de codi obert i programari lliure per gestionar informació geogràfica. No cal registrar-ne l'ús ni pagar cap llicència, tampoc si l'utilitza l'Administració pública. Gestiona tant dades vectorials com ràster, i és extensible mitjançant Python (consola i connectors). Suporta, entre d'altres, els formats KML, GeoJSON, Shapefile i GeoPackage.
• ArcGIS, gvSIG, GeoServer i MapServer (servidors de mapes, codi obert), PostGIS, OpenLayers i Leaflet (visors web), GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) i OGR (OpenGIS Reference Implementation, la implementació de referència per a dades vectorials): la biblioteca de conversió de formats geoespacials, MapLibre.

8. Geolocalització i serveis de mapes per a la ciutadania

Geoportal i visor no són el mateix. El geoportal és la porta d'entrada d'una IDE: hi conviuen el catàleg de metadades, la cerca, la descàrrega i la documentació dels serveis. El visor és només l'aplicació que pinta capes sobre un mapa al navegador. Un visor sense catàleg darrere no converteix una col·lecció de capes en una infraestructura.

Geocodificació: conversió d'una adreça, un topònim o una cruïlla en unes coordenades. La geocodificació inversa fa el camí contrari i, donades unes coordenades, retorna l'adreça o la unitat administrativa que hi correspon. És el motor del cercador d'adreces de qualsevol visor municipal i el que permet assignar automàticament una incidència ciutadana al seu districte.

Càlcul de rutes i àrees d'influència (isòcrones, isodistàncies): funcionen sobre una xarxa de transport topològicament connectada, no sobre un dibuix de carrers. És l'exemple més clar de per què la topologia no és un adorn del model vectorial.

Posicionament del dispositiu:

• GNSS (Global Navigation Satellite System) és el terme genèric del posicionament per satèl·lit. El GPS només és la constel·lació dels Estats Units i conviu amb Galileo (Unió Europea), la russa i la xinesa; dir «GPS» per a qualsevol posicionament és un abús de llenguatge que convé no arrossegar a l'examen.
• Al mòbil, la posició del satèl·lit es completa amb xarxes Wi-Fi, cel·les de telefonia i sensors inercials, i el navegador l'ofereix a les pàgines web amb una API de geolocalització que exigeix el consentiment explícit de qui l'utilitza.

La ubicació d'una persona és una dada personal quan permet identificar-la, i un recorregut ho és gairebé sempre: un servei que registri posicions necessita base jurídica, minimització i, si només cal l'estadística, agregació o anonimització abans de publicar-la — RGPD.

Claus d'examen

• QGIS és programari lliure i no cal registrar-se enlloc per fer-lo servir, ni tan sols a l'Administració pública: no hi ha llicència que pagar. La trampa és donar per fals el que sí és cert (que gestiona vectorial i ràster, que és extensible amb Python, que suporta KML/GeoJSON/Shapefile/GeoPackage) i deixar passar l'afirmació sobre el registre, que és la falsa (TS-TIC 2021, específic p. 81).
• GeoBCN, no «BCN Plus» ni «CartoLib», és el nom de la llibreria de geocomponents amb què l'Ajuntament de Barcelona dona eines als desenvolupadors; la fan servir el Plànol BCN i el Portal d'Informació Urbanística (TS-TIC 2021, pràctica p. 3, supòsit 4).
• El tribunal fabrica sistemes de referència que no existeixen: «ED 55», «ETRS 50» i «ETRS 132» surten com a distractors barrejant una sigla real amb un any o un número que no designen res. Els dos que existeixen són ETRS89, l'oficial, i ED50, el datum antic que ETRS89 va substituir (TS-TIC 2018, específic p. 81; TS-TIC 2021, pràctica p. 4, supòsit 4). En aquesta segona pregunta l'enunciat demana la «projecció» i el que respon és el datum: llegeix les opcions abans de fiar-te del mot.
• Del model ràster es pregunta la definició, i els distractors són el model vectorial i el GML. «Punt, línia i polígon» i «el segment de recta definit per dos punts» descriuen el vectorial; «extensió d'XML definida per l'OGC» descriu el GML, que és un format i no un model (TS-TIC 2023, específic p. 2).
• Format obert vol dir sense propietari que en controli l'especificació. De les quatre opcions del 2018, l'obert és el GeoPackage; el shapefile és d'ESRI, i els altres dos són els formats natius de MicroStation (Bentley) i d'AutoCAD (Autodesk) (TS-TIC 2018, específic p. 2).

Per recordar

• Vectorial = punts, línies i polígons, per a objectes discrets; ràster = matriu de cel·les, per a fenòmens continus.
• Topologia = adjacència, connectivitat i inclusió; és pròpia del model vectorial.
• WMS lliura una imatge; WFS lliura les dades vectorials; WCS, el ràster original; CSW, el catàleg de metadades.
• INSPIRE = Directiva 2007/2/CE, la que regula la interoperabilitat de les dades geogràfiques a Europa; a Espanya, LISIGE (Llei 14/2010).
• Tres annexos d'INSPIRE i cinc serveis de xarxa: descobriment, visualització, descàrrega, transformació i invocació.
• Primer principi d'INSPIRE: recollir la dada una sola vegada i mantenir-la on sigui més efectiu.
• IDE = dades + serveis + estàndards + polítiques + persones. A Catalunya, IDEC (ICGC); a Espanya, IDEE (IGN).
• ETRS89 és el sistema de referència oficial a Espanya; Catalunya és al fus UTM 31N (EPSG:25831). ETRS89 és el datum i UTM la projecció: no són alternatives, van juntes.
• GeoJSON i GeoPackage són formats geogràfics oberts; el shapefile és el format clàssic de facto.
• Tipus d'informació, model de dades i format són tres eixos distints. La LISIGE separa la informació de referència (annex I) de les dades temàtiques (annexos II i III), i el seu annex I recull junts els annexos I i II d'INSPIRE: per això l'altimetria i les ortoimatges hi són dades de referència.
• GNSS és el terme genèric del posicionament per satèl·lit; el GPS només és la constel·lació nord-americana, al costat de Galileo i de les altres.