Sistema de referencia espacial

Un sistema de referencia espacial ( SRE ) o sistema de referencia de coordenadas ( SRC ) es un marco utilizado para medir con precisión ubicaciones en la superficie de la Tierra o en relación con ella, mediante coordenadas. Se trata, por lo tanto, de la aplicación de las matemáticas abstractas de los sistemas de coordenadas y la geometría analítica al espacio geográfico. Una especificación particular de SRE (por ejemplo, " Universal Transverse Mercator WGS 84 Zona 16N") comprende la elección de un elipsoide terrestre , un datum horizontal , una proyección cartográfica (excepto en el sistema de coordenadas geográficas ), un punto de origen y una 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 SRE.

Aunque se remontan al período helenístico , los sistemas de referencia espacial constituyen ahora una base fundamental 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 ]} e ISO 19111:2019 Información geográfica: Referencia espacial mediante coordenadas , elaborada por ISO/TC 211 y publicada también por el Open Geospatial Consortium como Especificación abstracta, Tema 2: Referencia espacial mediante coordenadas . ^{[ 2 ]}

Lo anterior se refiere a ubicaciones directamente en la superficie terrestre. También se puede especificar información sobre la elevación mediante un sistema de referencia vertical (CRS vertical) o un CRS 3D integrado. La terminología en este ámbito evoluciona en consonancia con la creciente sofisticación técnica de la medición.

Los miles de sistemas de referencia espacial utilizados hoy en día se basan en unas pocas estrategias generales, que se han definido en las normas EPSG, ISO y OGC: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

sistema de coordenadas geográficas (o geodésico)

Un sistema de coordenadas esféricas que mide ubicaciones directamente en la Tierra (modelada como una esfera o un elipsoide ) utilizando la latitud (grados al norte o al sur del ecuador ) y la longitud (grados al oeste o al este de un meridiano de referencia ).

Sistema de coordenadas geocéntricas (o geocéntricas fijas)

Sistema de coordenadas cartesianas tridimensional que modela la Tierra como un objeto tridimensional, midiendo la ubicación 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 de Greenwich . Este sistema se usa comúnmente para rastrear las órbitas de los satélites , ya que se basan en el centro de masa. Por lo tanto, este es el sistema de coordenadas interno que utilizan los sistemas de navegación por satélite , como el GPS , para calcular ubicaciones mediante multilateración .

Sistema de coordenadas proyectadas (o plano, cuadrícula)

Un sistema de coordenadas cartesianas estandarizado modela la superficie de la Tierra (o, más comúnmente, una gran región de ella) 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 los puntos 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. Estos sistemas de referencia espacial (SRS) generalmente se definen y utilizan estratégicamente en sus regiones objetivo para minimizar las distorsiones inherentes a las proyecciones en casos de uso específicos. Ejemplos comunes incluyen la Proyección Universal Transversal de Mercator (UTM) y sistemas nacionales como la Red Nacional Británica y el Sistema de Coordenadas Planas Estatales (SPCS).

Sistema de coordenadas de ingeniería (o sistema local personalizado)

Un sistema de coordenadas cartesianas (bidimensional o tridimensional) creado específicamente para un área pequeña, a menudo un único proyecto de ingeniería, sobre el cual la curvatura de la Tierra puede aproximarse con seguridad como plana sin distorsión significativa. Las ubicaciones se miden normalmente directamente desde un punto de origen arbitrario mediante 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 la aviación y en vehículos marítimos.

marco de referencia vertical

Sistema de referencia estándar para medir la elevación mediante datums verticales , basado en nivelación , un modelo geoide o un datum cartográfico (considerando las mareas ). Este sistema no proporciona información sobre la ubicación de un punto en la superficie terrestre, sino sobre la elevación relativa a dicha superficie, incluyendo, de manera importante, la especificación de la elevación cero.

Sistema de coordenadas 3D (compuesto)

Combina un sistema de coordenadas geográficas o proyectadas con un marco de referencia vertical para proporcionar una parametrización completa de ubicaciones en la superficie de la Tierra o cerca de ella, en relación con un nivel de elevación cero elegido.

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 que represente 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 elementos lineales (por ejemplo, mojones de autopista) y sistemas para especificar la ubicación dentro de objetos en movimiento, como barcos. Estos dos últimos se clasifican a menudo como subcategorías de sistemas de coordenadas de ingeniería.

El objetivo de cualquier sistema de referencia espacial es crear un marco de referencia común en el que las ubicaciones puedan medirse de forma precisa y consistente como coordenadas, que luego puedan compartirse sin ambigüedad, de modo que cualquier receptor pueda identificar la misma ubicación que originalmente pretendía el originador. ^{[ 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 matemáticas, su definición consiste en un espacio mensurable (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 ejes que parten del origen y una unidad de medida.
• Un datum geodésico (horizontal, vertical o tridimensional) vincula el sistema de coordenadas abstracto con el espacio real de la Tierra. Un datum horizontal se define como un marco de referencia preciso para medir coordenadas geográficas (latitud y longitud). Algunos ejemplos son el Sistema Geodésico Mundial y el Datum Norteamericano de 1927 y 1983. Un datum generalmente consiste en una estimación de la forma de la Tierra (normalmente un elipsoide) y uno o más puntos de anclaje o puntos de control , ubicaciones establecidas (a menudo marcadas con monumentos físicos) para las cuales se documenta la medición.
• La definición de un sistema de referencia de coordenadas proyectado también debe incluir la elección de una proyección cartográfica para convertir las coordenadas esféricas especificadas por el datum en coordenadas cartesianas sobre una superficie plana.

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

Algunos ejemplos de sistemas en todo el mundo son:

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 constituyen la base de todas las aplicaciones SIG .

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

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

CREATE TABLE SPATIAL_REF_SYS ( SRID INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY , AUTH_NAME CHARACTER VARYING ( 256 ), AUTH_SRID INTEGER , SRTEXT CHARACTER VARYING ( 2048 ) )

En bases de datos con capacidad espacial (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 empleados 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 conocida (WKT) del sistema de coordenadas (SRTEXT, arriba). A continuación, se muestran dos sistemas de coordenadas comunes con su valor SRID EPSG seguido de su WKT:

UTM, Zona 17N, NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27(76) / UTM zona 17N" , GEOGCS [ "NAD27(76)" , DATUM [ "North_American_Datum_1927_1976" , SPHEROID [ "Clarke 1866" , 6378206.4 , 294.9786982138982 , AUTHORITY [ "EPSG" , "7008" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "6608" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "degree" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "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 [ "false_easting" , 500000 ], PARÁMETRO [ "false_northing" , 0 ], AUTORIDAD [ "EPSG" , "2029" ], EJE [ "Easting" , ESTE ], EJE [ "Northing" , NORTE ]]

WGS84 — SRID 4326

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" ]]

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

• Nivel de referencia de ingeniería
• Geodesia
• Datum geodésico
• Georreferenciación
• sistemas de coordenadas geográficas
• Sistema de información geográfica ( SIG ).
• Referencia de cuadrícula
• Referencia lineal
• Lista de sistemas nacionales de referencia de coordenadas
• Términos de orientación

• spatialreference.org – Un sitio web con más de 13.000 sistemas de referencia espacial, en una variedad de formatos.
• Especificaciones (estándares) de OpenGIS archivadas 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 22/04/2006 en Wayback Machine : biblioteca que implementa los estándares OGC pertinentes.
• 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/ - Indexación de búsqueda de texto completo en más de 6000 sistemas de coordenadas
• Registro INdicio CRS de Galdos Systems