Georeferenciació

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

 

La georeferenciació és la representació de la posició dels fenòmens o entitats mitjançant un sistema de referència que permeti expressar posicions geogràfiques; és a dir, posicions sobre la superfície terrestre. El concepte de georeferenciació s'aplica també al fet d'afegir o de fer explícita la informació de posició geogràfica de dades que, en cas contrari, serien dades aespacials, purament temàtiques (per exemple, un llistat d'establiments industrials sense adreça) i que en virtut de la georeferenciació esdevenen dades geogràfiques.

Els sistemes de referència emprats per a georeferenciar la informació geoespacial són molt diversos. Poden ser sistemes de coordenades, projectades o no, que indiquin posicions sobre la superfície terrestre, cas en què s'anomenen sistemes de referència espacial, o altres sistemes de referència, que expressen la localització mitjançant referències a entitats geogràfiques de posició coneguda, com és ara els sistemes d'adreces de carrer, els codis de zones, els topònims o les referències lineals com els punts quilomètrics. La georeferenciació mitjançant coordenades es considera georeferenciació directa o contínua, mentre que la georeferenciació mitjançant referències a altres entitats geogràfiques s'anomena georeferenciació indirecta o discreta, dins de la qual destaca la georeferenciació mitjançant codis, anomenada geocodificació, i en particular la geocodificació d'adreces.

Exemple d'imatge georeferenciada per mitjà de coordenades geogràfiques.
Font: https://www.aptop.net/landtm.

Des del punt de vista operatiu, la georeferenciació comprèn el conjunt d'operacions dels sistemes d’informació geogràfica necessàries per a expressar o afegir la localització dels fenòmens o entitats com  a posicions geogràfiques. Segons els casos, les operacions de georeferenciació poden consistir en una transformació de coordenades, una correcció geomètrica d'una imatge o l'afegiment d'una adreça o d'una referència geogràfica d'un altre tipus a unes dades alfanumèriques.

La georeferenciació és fonamental en la cartografia digital, o cartografia assistida per ordinador, i els sistemes d’informació geogràfica, ja que gràcies a la georeferenciació és possible combinar, relacionar espacialment i visualitzar conjuntament tot tipus de dades geoespacials unes anb altres, aplicant les transformacions necessàries entre sistemes de referència, en cas que siguin diferents. Precisament, per aquesta capacitat d'interrelació d'informacions, la georeferenciació aporta valor afegit a la informació geogràfica. D'altra banda, el fet ja conegut que la immensa majoria d'informacions es poden georeferenciar s'ha posat de manifest durant la darrera dècada amb la ràpida difusió de l'ús dels sistema de posicionament global (GPS), la importància que ha adquirit la informació de localització en el web semàntic geoespacial i la multitud d'activitats no expertes de georeferenciació i de serveis que se n'han derivat, entre les quals hi ha la geolocalització, els serveis basats en la localització, el geoetiquetatge, la geocerca, les xarxes geosocials o la neogeografia.

 

Origen

La georeferenciació és consubstancial amb els sistemes d’informació geogràfica, ja que la finalitat original d'aquests era poder relacionar diferents conjunts de dades geoespacials a efectes de visualització, selecció i anàlisi conjunta de la informació geogràfica. En aquest sentit, la georeferenciació per mitjà de coordenades fou present en el primer sistema d’informació geogràfica conegut, el Canadian Geograhic Information System, CGIS iniciat el 1962 (Tomlinson, 1967; Morton, 1966). De manera semblant, el desenvolupament dels mètodes de georeferenciació relativa, com la geocodificació d'adreces, començà en el període inicial dels sistemes d’informació geogràfica, amb exemples com l'estructura de dades DIME (Cooke and Maxfield, 1967), i posteriorment amb l'ús de codis postals (Van Est and Scheurwater, 1983).

La cartografia assistida per ordinador (Tobler, 1959; Peucker, 1972), anterior i antecedent dels sistemes d’informació geogràfica, si bé participà dels mateixos principis, fou inicialment menys estricta amb la necessitat de georeferenciació de la informació cartogràfica digitalitzada, atès que la finalitat principal era obtenir representacions digitals per a generar presentacions en forma de mapa en lloc de relacionar informacions. Així, no era infreqüent en els primers temps de la cartografia digital l'ús de sistemes de coordenades locals, arbitraris, derivats del document en paper digitalitzat o bé del dispositiu de digitalització.

Definició

La georeferenciació consisteix a expressar la posició mitjançant sistemes de referència que indiquen posicions sobre la superfície terrestre. En aquest sentit, la georeferenciació és el que marca la diferència entre informació espacial i informació geoespacial, i també, d'altra banda, entre informació espacial i informació geoespacial.

En termes pràctics, la georeferenciació fa referència a tres tipus d'activitats que tenen la mateixa finalitat i dónen lloc a resultats equivalents partint de condicions inicials diferents:

• l'ús directe de sistemes de referència apropiats, és a dir geogràfics, de bon començament, en el moment de la captació de dades. Per exemple, la captació de dades d'observacions de fauna localitzades mitjançant l'ús d'un receptor de GPS; l'aixecament topogràfic mitjançant una estació total  o la producció de cartografia digital per restitució fotogramètrica emprant els models de transformació necessaris per a obtenir les coordenades dels elements restituïts en un sistema de referència espacial determinat.
• la transformació de posicions expressades en un sistema de referència local o arbitrari, relatiu al document analògic o digital o al dispositiu de captació o de visualització de dades, a posicions expressades en un sistema de referència geogràfic. Per exemple, la georeferenciació d'imatges de la superfície terrestre, ja siguin fotografies aèries analògiques o digitals o imatges de satèl·lit, que inicialment no disposen d'altra referència que les coordenades ràster, o coordenades d'imatge, definides per les columnes i files de les cel·les de la imatge.
• l'afegiment d'informació de posició, segons un sistema de referència geogràfica adequat en cada cas, a dades que inicialment no contenen informació de la localització geogràfica dels fenòmens o entitats que descriuen. Per exemple un inventari de mobiliari urbà sense informació de la posició de cada element del mobiliari.

Així, els aspectes tècnics d'interès en la georeferenciació són d'una banda, els sistemes de referència geogràfics emprats i, d'altra banda, les operacions aplicades per a efectuar la georeferenciació en els diferents supòsits anteriors.

Els mètodes de georeferenciació se solen dividir en dues grans categories, georeferenciació directa o contínua i georeferenciació indirecta o discreta, segons que es tracti de mètodes de posicionament mitjançant mesurament de coordenades en un espai continu, o bé mètodes de posicionament mitjançant referències a altres entitats geogràfiques de posició coneguda; és a dir, codis o referències a entitats discretes en lloc de mesuraments continus de distàncies i/o angles (Laurini and Thompson, 1992). Altres maneres de categoritzar els mètodes de georeferenciació són en ternes de georeferenciació mètrica i no mètrica, segons que intervinguin o no mesuraments, o en termes de georeferenciació absoluta i relativa, segons que les posicions s'estableixin respecte d'un origen definit o per referència a altres elements.  Aquestes categoritzacions es corresponen a grans trets amb la distinció entre georeferenciació directa o indirecta, però no completament, ja que alguns mètodes de georeferenciació presenten característiques de més d'una categoria de mètodes.

Pel que fa a les operacions de georeferenciació, la diferenciació s'estableix en funció del tipus de dades i mètode de georeferenciació emprat. Així, els grans grups d'operacions de georeferenciació són la georeferenciació de dades espacials vectorials, la georeferenciació de dades espacials ràster i la georeferenciació de dades tabulars. En el cas de les dades espacials, vectorials o ràster, s'utilitzen mètodes de georeferenciació directa, mitjançant coordenades, mentre que en el cas de les dades tabulars s'utilitzen mètodes de georeferenciació indirecta, com la geocodificació, o també coordenades, segons la naturalesa de la informació a georeferenciar (per exemple, geocodificació d'adreces en el cas d'empreses o activitats, coordenades en el cas d'estacions meteorològiques).

Els sistemes d’informació geogràfica precisen dades georeferenciades per tal de poder interrelacionar les informacions de diferents temàtiques pertanyents a un mateix àmbit geogràfic. Més específicament, per tal de poder fer operacions geomètriques de geoprocessament amb la informació espacial, requereixen que les dades estiguin georeferenciades mitjançant coordenades, preferiblement cartesianes, per la qual cosa ofereixen operacions i serveis, globalment anomenats localitzadors, per a derivar informació geomètrica de posició en coordenades a partir de referències indirectes, com és ara adreces, codis zonals, referències lineals o altres. És gràcies al fet que és possible derivar informació geomètrica de posició en coordenades a partir de referències indirectes, que els mètodes de georeferenciació indirecta proporcionen una georeferenciació tan efectiva com els mètodes de referenciació directa, si bé amb nivells de precisió variable segons el tipus de referències indirectes emprades.

Des de mitjans de la dècada de 2000, l'explicitació del sistema de coordenades amb què estan georeferenciats els conjunts de dades geoespacials, especialment en el cas de les bases de dades espacials, o amb què estan georeferenciats els geoserveis, com és ara els serveis de mapes web, ha esdevingut pràcticament obligada per mitjà de la identificació de l'anomenat sistema de referència espacial, l'expressió del qual ha estat també normalitzada. Aquesta obligatorietat ha vingut donada pel fet que la majoria del programari de SIG, tant client com servidor, aplica dinàmicament les transformacions de coordenades necessàries entre els diferents sistemes de coordenades dels diferents conjunts de dades o serveis per tal que tota la informació es pugui visualitzar i operar en un mateix sistema de referència espacial i les dades, els serveis i els programes puguin fer efectiu un alt grau d'interoperabilitat de manera transparent a l'usuari.

Mètodes de georeferenciació directa

Els mètodes de georeferenciació directa són mètodes en que la posició s'expressa per si mateixa, en forma geomètrica, mitjançant un o altre sistema de coordenades. S'anomenen també mètodes de georeferenciació contínua perquè el mesurament de coordenades assumeix magnituds de distància o angulars contínues i per tant un espai continu. Tots els mètodes de georeferenciació directa es basen en coordenades i són, per aquest motiu, mètodes de georeferenciació mètrica, ja qu impliquen mesurament, si bé no els únics. D'altra banda, la majoria de coordenades s'expressen respecte a un origen de coordenades definit i per tant són mètodes de georeferenciació absoluta, excepte la georeferenciació mitjançant coordenades polars que és una georeferenciació relativa, ja que les mesures s'efectuen en relació a punts de posició coneguda que no són orígens de coordenades.

Georeferenciació per coordenades

La georeferenciació directa s'efectua sempre per mitjà de coordenades, que poden ser de tres tipus bàsics: coordenades geogràfiques, coordenades projectades i coordenades polars.

Coordenades geogràfiques

Les coordenades geogràfiques són coordenades esfèriques o angulars que indiquen la posició d'un punt sobre la superfície terrestre segons la longitud i la latitud, mesurades respecte del meridià de referència i de l'equador. Per a determinar completament un sistema de coordenades geogràfiques cal especificar el dàtum i el meridià principal.

Retícula que mostra la xarxa de coordenades geogràfiques de latitud i longitud, mitjançant paral·lels i meridians, respectivament.
Font: http://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_coordinate.

Les coordenades geogràfiques se solen expressar en graus, minuts i segons, o en graus decimals. En les coordenades geogràfiques, la latitud es mesura de 0º a 90º en sentit nord o sud i de 0º a 180º en sentit est o oest. Per al càlcul, se solen transposar com a longitud (x) i latitud (y), i els sentits sud i oest s'expressen en negatiu. Quan les coordenades geogràfiques de longitud i latitud s'utilitzen com si es tractés de coordenades rectangulars s'anomenen coordenades no projectades. El resultat és el d'una projecció cilíndrica equidistant, també anomenada projecció equirectangular.

Les coordenades geogràfiques són el mètode de georeferenciació més antic, emprat des de 1500, encara que el mesurament precís data de finals del segle XVIII. Té l'avantatge de ser el sistema de referència més universal, vàlid per a posicions arreu del món, de manera que si es treballa amb dades de tot el món o es volen relacionar dades de punts relativament allunyats entre si és necessari recórrer al sistema de coordenades geogràfiques. També te avantatges de precisió, ja que no introdueix cap tipus de distorsió o deformació com els que inevitablement produeixen les projeccions cartogràfiques. Per aquests motius és el sistema de coordenades emprat en sistemes de cobertura global, com el sistema de posicionament global o els serveis de mapes de Google Maps, usant concretament el dàtum WGS84. En contrapartida, les coordenades geogràfiques tenen l'inconvenient que, pel fet de no ser coordenades rectangulars, els càlculs amb coordenades geogràfiques resulten massa complexos per a la majoria d'operacions geomètriques que efectuen els sistemes d’informació geogràfica i per tant la major part de programes de SIG només efectuen càlculs amb dades en coordenades rectangulars, és a dir projectades. Amb tot, cada cop hi ha més programes de SIG que permeten efectuar certs càlculs com àrees o distàncies a partir de les coordenades angulars i proporcionen valors geodèsics.

Coordenades projectades

Les coordenades projectades són coordenades cartesianes que resulten de transformar les coordenades de longitud i latitud en coordenades planes rectangulars per mitjà d'una projecció cartogràfica, que, a més de la funció de transformació, estableix també l'origen de coordenades rectangulars corresponent.

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

Les coordenades projectades són tan antigues com la cartografia, atès que convencionalment tot mapa és una representació de la superfície terrestre en el pla i precisa una projecció cartogràfica per a generar-lo. Les coordenades projectades són també les més emprades en els sistemes d’informació geogràfica, amb preferència sobre les coordenades geogràfiques clàssiques, atès que els càlculs geomètrics són més simples en una superfície plana que en una superfície esfèrica, utilitzant magnituds de longitud en lloc d'angulars.

Les coordenades projectades tenen l'inconvenient d'introduir deformacions i variacions d'escala al llarg del mapa importants com a conseqüència de les distorsions inevitables en tota projecció cartogràfica. Per aquest motiu només s'utilitzen preferentment en dades cartogràfiques d'àmbits geogràfics reduïts, per a produir mapes d'escales grans i escollint projeccions cartogràfiques que minimitzin les distorsions en l'àmbit geogràfic d'aplicació.

Alguns dels sistemes de coordenades projectades més utilitzats són el sistema de coordenades UTM, basat en la projecció cartogràfica del mateix nom i vàlid per a tot el món; el sistema de coordenades UPS, que complementa el sistema UTM en les zones polars; el sistema de coordenades Lambert IV, emprat a França i a la Unió Europea i basat en la projecció cònica conforme de Lambert; el Sistema de Coordenades Planes Estatals, pròpies per a cada un dels estats dels Estats Units d'Amèrica, basat en part en la projecció cònica conforme de Lambert (en els estats de forma allargada en direcció est – oest) i en part en la projecció UTM; i els sistemes de coordenades nacionals com la National Grid del Regne Unit o la de Nova Zelanda, que són versions modificades de la projecció i sistema de coordenades UTM.

Coordenades polars

En els aixecaments topogràfics i també en navegació s'utilitzen coordenades polars, que consisteixen en mesures de distàncies i angles respecte d'un punt de posició coneguda. Abans de l'aparició dels sistema de posicionament global i altres sistemes de navegació global per satèl·lit, la determinació de posicions sobre el terreny o de rumbs de navegació resultava molt més senzilla i precisa de mesurar mitjançant una distància i un angle respecte d'un punt de posició coneguda, que no pas determinant directament dues coordenades cartesianes.

En navegació l'angle de les coordenades polars s'anomena azimut i es defineix com l'angle que expressa la direcció horitzontal d'un vector, mesurada en graus en sentit horari des del semieix Y positiu, o en general respecte a una direcció fixa de referència. Específicament, s'anomena azimut la direcció mesurada en sentit horari des del nord. Segons el nord considerat, geogràfic o veritable, magnètic i de quadrícula o de la projecció, s'obtenen diferents azimuts. També en navegació, l'angle de les coordenades polars s'anomena rumb quan correspon a la direcció seguida per un vehicle, que se sol mesurar respecte d'una direcció coneguda, generalment el nord o el sud, segons el quadrant en que es trobi la direcció.

Diferents azimuts segons el nord considerat. 
Font: http://www.physicalgeography.net/fundamentals/2b.html.

Les coordenades polars són un mètode de georeferenciació relativa, ja que refereixen les posicions a punts que no són orígens de coordenades, però com la resta de sistemes de coordenades és un mètode de georeferenciació mètric, directe i continu. En general, tot i que hi ha mòduls en els programes de SIG o altre programari independent per a realitzar càlculs amb geometria de coordenades (COGO), que és com s'anomenen genèricament els mesuraments de camp amb coordenades polars, l'ús d'aquest tipus de coordenades es restringeix als aixecaments de camp i constitueixen un tipus de georeferenciació transitori fins a la transformació dels mesuraments de camp en coordenades projectades, que és el que utilitzen els sistemes d’informació geogràfica.

Mètodes de georeferenciació indirecta

La georeferenciació indirecta o georeferenciació discreta comprèn tots els mètodes de georeferenciació en què la posició geogràfica dels fenòmens o entitats s'estableix i s'indica mitjançant referències a altres entitats de posició coneguda. Això implica atribuir la posició de les entitats de posició coneguda, que actuen com a dades de referència, a les entitats georeferenciades mitjançant les referències indirectes, o bé calcular o estimar una posició en coordenades per a les entitats georeferenciades a partir de la posició coneguda de les entitats referides. Per tal de fer efectiu aquest procés d'atribució, càlcul o estimació de posicions a partir de referències a altres entitats el programari de SIG ha de disposar d'operacions o serveis, els anomenats localitzadors, que permetin derivar informació geomètrica de posició en coordenades a partir de referències indirectes a altres entitats de posició coneguda.

Dins dels mètodes de georeferenciació indirecta n'hi ha d'estrictament discrets o no mètrics, basats únicament en referències a entitats discretes, com és ara la geocodificació, i d'altres, híbrids, que a més de la referència a entitats discretes inclouen un component mètric de distància, com és el cas de la referenciació lineal, que tanmateix és un mètode indirecte, parcialment discret i relatiu. Tots els mètodes de georeferenciació indirecta són, en qualsevol cas, mètodes de georeferenciació relativa.

Malgrat la diversitat de mètodes de georeferenciació indirecta, tots ells tenen en comú els següents trets característics:

• la informació de posició de l'entitat o fet a situar s'expressa de forma alfanumèrica. És a dir, en taules, juntament amb la informació descriptiva de les entitats o fets, fins i tot en el cas de la localització per coordenades, mitjançant camps de la taula amb valors de x i de y.
• requereixen altra informació geogràfica que actuï com a dades de referència. Típicament, elements geomètrics amb dades de localització associades, com per exemple trams de carrer o punts amb adreces associades, elements lineals amb mesures de distància al llarg del trajecte lineal, etc.
• la correspondència de la localització de l'entitat o fet a situar amb les localitzacions associades als elements que actuen com a dades de referència, per mitjà de programari específic, el localitzador, permet obtenir elements geomètrics (generalment punts georeferenciats per coordenades) que representen la posició de l'entitat a situar.

En altres paraules, permeten obtenir representacions geomètriques de la posició (punts definits per coordenades) a partir de formes de localització alfanumèrica.

Geocodificació

La geocodificació és el conjunt de mètodes de georeferenciació que expressen la posició geogràfica mitjançant referències a entitats geogràfiques de posició coneguda, en lloc de coordenades. El nom de geocodificació prové del fet que s'utilitzen codis, o en general textos o informació alfanumèrica, per a indicar les referències a les entitats de posició coneguda, els anomenats geocodis. El mètode de geocodificació més conegut és la geocodificació per adreces, fins al punt que sovint el terme geocodificació es pren com a sinònim de geocodificació per adreces. Això no obstant hi ha altres mètodes de geocodificació, principalment la geocodificació per codis zonals i la geocodificació per quadrícules. La georeferenciació per mitjà de topònims comparteix els mateixos principis i operacions que la geocodificació, per la qual cosa es pot considerar un tipus més de geocodificació i parlar de geocodificació per topònims, encara que les referències geogràfiques emprades no són pròpiament codis, sinó noms.

Geocodificació per adreces

La geocodificació per adreces és el mètode de geocodificació i de georeferenciació indirecta més conegut i un dels primers utilitzats en els sistemes d’informació geogràfica.

Dades de referència emprades per a la geocodificació d'adreces: portals i trams de carrer. 
Font: elaboració pròpia.

Les adreces postals són la forma més corrent i pràctica d'expressar localitzacions en el medi urbà en la vida quotidiana i en les aplicacions professionals i de l'administració pública. Moltíssima informació (persones, empreses, activitats, esdeveniments, accidents, crims, etc.) és georeferenciada per mitjà d'adreces i és directament convertible a posicions en coordenades si es disposa de les dades de referència o "carrerer" adient. L'actual proliferació de carrerers digitals o pàgines grogues consultables per Internet n'és una bona mostra.

Els carrerers digitals solen ser de dos tipus: eixos lineals, que representen trams de carrer amb rangs d'adreces associades, o punts que representen directament els portals amb la corresponent adreça associada. Aquests últims són molt més precisos, ja que la posició en coordenades que s'obté mitjançant la geocodificació d'adreces és directament la posició del punt que representa el portal, generalment ubicat de forma precisa. En canvi, els carrerers digitals basats en trams de carrer amb rangs d'adreces associats a cada costat del carrer generen posicions estimades per a cada adreça atès que han d'interpolar la posició d'una determinada adreça assumint generalment una distribució uniforme (d'igual separació entre adreces) de les adreces al llarg del tram de carrer. D'altra banda, l'ús de portals com a dades de referència per a la geocodificació d'adreces també és més precís en termes topològics perquè les posicions resultants es generen a l'interior de les illes, mentre que l'ús de trams de carrer com a dades de referència genera posicions sobre l'eix del carrer i, si bé es poden aplicar desplaçaments perquè les posicions es generin en el costat correcte del carrer, difícilment s'aconsegueix que les posicions caiguin a l'interior de les illes ja que la distància de desplaçament és constant per a tots els carrers i adreces geocodificades.

La geocodificació d'adreces té incomptables aplicacions en guies urbanes i cerca d'itineraris web, en aplicacions d'ajuda a la navegació, en l'administració pública, en geomarquèting i, en general, en la localització d'organitzacions, activitats i serveis.

Geocodificació per codis zonals

Les unitats zonals també serveixen per a localitzar, encara que generalment, depenent de l'extensió de les unitats considerades, proporcionen una posició més imprecisa que altres formes de georeferenciació. Hi ha una incertesa inherent a aquest tipus de localització, ja que només expressa el fet que quelcom és dins la unitat territorial.

Exemples d'unitats territorials emprades en la geocodificació per codis zonals: la parcel·lació cadastral urbana (esquerra) i rústica (dreta). 
Font: elaboració pròpia.

Un dels casos més coneguts són els codis postals (Van Est, and Scheurwater, 1983; Raper et al., 1992), però també s'utilitzen totes les unitats censals (illa, secció i districte censals) o administratives (barri o districte, municipi, comarca, província, etc.) i, al màxim nivell de detall, les divisions parcel·làries (subparcel·la, parcel·la i illa o polígon cadastrals).

En la geocodificació per codis zonals, les dades de referència són els mateixos polígons que representen les unitats zonals i el procediment és simplement referenciar les entitats o fets a localitzar pel codi de la zona en què es troben.

Geocodificació per quadrícules

La geocodificació per quadrícules és una variant de la geocodificació per codis zonals que utilitza àrees regulars en forma de quadrícules, determinades per la malla d'un determinat sistema de coordenades, per a situar les entitats o fenòmens a georeferenciar. Un dels exemples ben coneguts de geocodificació per mitjà de quadrícules és la georeferenciació de les observacions o cites d'espècies de flora o de fauna en quadrats d'1 x 1 km o de 10 x 10 km de la malla UTM en el que s'anomena cartografia corològica o simplement corologia.

Exemples de geocodificació per quadrícules d'unitats: mapes corològics de distribució d'espècies. 
Font: Lara (2008).

L'ús de la malla UTM per mitjà de codis fou molt general fins a la implantació de la cartografia digital, que requereix expressar les coordenades amb tots els seus dígits. Anteriorment, gràcies a les lletres dels quadrats de 100 x 100 km de la malla UTM, les coordenades UTM es podien indicar de forma simplificada indicant les dues lletres, ometent els dígits corresponents als centenars de milers de metres –100 km– i expressant-les en km o en centenars o desenes de metres. Per exemple, una coordenada UTM com 406000,4617000, pertanyent al quadrat de 100 x 100 km DG, s'indicaria com DG0617, que es comporta com el codi de referenciació del quadrat d'1 x 1 km corresponent. L'ús de quadrícules internament per part dels programes de SIG per a construir índex espacials és també molt habitual.

Geocodificació per topònims

Els topònims també poden servir com a indicació de localitzacions, especialment quan es tracta de noms de llocs precisos com per exemple masies, ponts, etc. Fins i tot quan els topònims fan referència a llocs més imprecisos, com és ara paratges, torrents, boscos, etc., són igualment útils per a situar en el territori, encara que no gaire precisos per a posicionar entitats o fets.

Exemple de dades de referència per a la geocodificació per topònims. Font: Institut Cartogràfic de Catalunya.

Les dades de referència emprats en la geocodificació per topònims solen ser punts, o més rarament altres elements, amb topònims associats. La representació, estructura i mecànica de posicionament és semblant al posicionament obtingut amb la geocodificació per adreces en el cas dels carrerers en forma de punts. De fet, la geocodificació per topònims és una variant de la geocodificació per adreces, ja que un topònim és una adreça singular, i sovint s'utilitza en combinació amb la geocodificació per adreces o directament com un estil particular de geocodificació per adreces.

Referenciació lineal

Les xarxes d'elements lineals constitueixen també sistemes de referència per a indicar localitzacions. A l'hora de posicionar fets en relació a la pròpia xarxa el mètode més pràctic és indicar la posició per mitjà de la distància recorreguda des de l'origen de l'element lineal. L'exemple més típic és l'ús dels punts quilomètrics al llarg de les carreteres -o dels ferrocarrils- per a indicar la posició d'accidents, incidències, senyals, condicions particulars i fins i tot per a definir trams en funció de criteris d'explotació o de manteniment. L'expressió de posicions com distàncies sobre un element lineal és el es coneix com referenciació lineal, en la qual intervenen una referència discreta (la referència o codi d'identificació lineal sobre el qual es defineix la posició) i una mesura contínua o component mètric (la distància de la posició a definir respecte a l'origen de l'element lineal, mesurada al llarg de l'element).

Les dades de referència en el cas de la referenciació lineal són els mateixos elements lineals de la xarxa, sempre i quan s'hagin establert l'origen de cada element i un sistema de mesures al llarg del recorregut de cada element, típicament distàncies.

Exemple de referenciació lineal: punts quilomètrics al llarg de les carreteres. 
Font: Elaboració pròpia.

 

Operacions de georeferenciació de dades en els SIG

Les operacions de georeferenciació de dades en els sistemes d’informació geogràfica depenen dels tipus de dades i mètodes de georeferenciació emprats en cada cas. El principal factor de diferenciació entre operacions és el fet que es tracti de georeferenciar dades espacials, vectorials o ràster, cas en què caldrà georeferenciar per mitjà de coordenades, o bé que es tracti de georeferenciar dades tabulars, no espacials, afegint-hi la posició geogràfica per mitjà d'algun dels mètodes de geocodificació o en general de georeferenciació indirecta.

Georeferenciació de dades espacials vectorials mitjançant coordenades

Les dades espacials de tipus vectorial se solen generar directament georeferenciades per mitjà de coordenades, ja sigui perquè els dispositius de captació, com és ara els receptors GPS, produeixen directament dades en coordenades georeferenciades, o bé perquè dins del procés de producció tenen lloc de forma automàtica les transformacions de coordenades necessàries perquè les coordenades dels punts que formen els elements que finalment s'emmagatzemen siguin ja coordenades georeferenciades, com per exemple en el cas de la restitució fotogramètrica o de la digitalització manual.

Cada cop és, doncs, menys habitual haver de georeferenciar dades espacials vectorials que s'han generat originalment en un sistema de coordenades arbitrari, relatiu al document o al dispositiu. En aquest cas la georeferenciació de les dades vectorials per mitjà de coordenades consisteix a aplicar la transformació de coordenades necessària per convertir les coordenades originals, locals o arbitràries, a coordenades georeferenciades, generalment coordenades projectades. Aquest procés requereix utilitzar punts de control, que són punts per als quals es coneixen les coordenades en els dos sistemes de coordenades, original i georeferenciat final, de manera que els programes poden calcular les equacions dels polinomis de transformació que millor s'ajusten als punts de control subministrats. Segons el nombre de punts de control utilitzats la transformació polinòmica de les coordenades pot ser de primer grau (ortogonal, afí o projectiva), de segon grau o de graus superiors. La més utilitzada habitualment és la transformació afí que requereix un mínim de 3 punts de control, si bé en totes les transformacions s'utilitzen punts de control en excés (per sobre del mínim necessari) a fi de calcular les equacions per ajust de mínims quadrats i poder determinar el grau d'error (l'error RMS) comés en la transformació. Les transformacions de coordenades serveixen també per canviar d'un sistema de coordenades georeferenciades a un altre.

Les transformacions polinòmiques augmenten la variació de formes, i per tant poden corregir distorsions cada cop més grans, conforme augmenta el grau dels polinomis emprats. Font: Elaboració pròpia.

Georeferenciació de dades espacials ràster mitjançant coordenades

A diferència de les dades vectorials, les dades ràster i en general d'imatges s'obtenen molt sovint sense georeferenciar perquè els dispositius de captació de dades, ja siguin escàners per a convertir imatges analògiques en imatges digital o sensors digitals transportats per satèl·lits o aerotransportats, no són capaços de geoeferenciar les imatges perquè no disposen de  la informació de punts de control necessària ni tenen incorporats els algorismes de càlcul corresponents.

Així, és molt habitual haver de georeferenciar dades ràster o imatges, que tractant-se de dades espacials s'han de georeferenciar per mitjà de coordenades. La georeferenciació d'una imatge o d'un ràster implica indicar tan sols les coordenades del punt origen de la malla del ràster o imatge, ja que assumint una malla regular equidistant de cel·les i una orientació de la malla del ràster conforme als eixos de coordenades, la posició de qualsevol punt del ràster o imatge es pot determinar sabent les coordenades del punt origen i la resolució espacial (longitud del costat de la cel·la) del ràster o imatge. A la pràctica però, les imatges de la superfície terrestre tenen un gran nombre de deformacions degudes, entre d'altres factors, a la curvatura de la superfície terrestre, a les diferències d'altitud per causa del relleu, a la oscil·lació i capcineig del vehicle (avió o satèl·lit) que transporta la càmera o sensor, etc., de manera que ni l'orientació de la malla es correspon amb els eixos de cap sistema de coordenades, ni cada valor de la imatge cobreix una superfície igual i per tant la malla no és regular i pot estar deformada de manera diferent en diferents direccions.

Georeferenciació d'imatges: la imatge original sense corregir (distorsionada) queda corregida geomètricament i georeferenciada segons un sistema de coordenades geogràfiques. Font: Elaboració pròpia.

En el cas de la georeferenciació de les dades ràster cal efectuar també una transformació de coordenades mitjançant punts de control, que fan correspondre punts de la imatge a punts de coordenades conegudes. Aquesta transformació en el cas de les dades ràster s'anomena correcció geomèrica, precisament pel fet que ha de restablir la geometria regular de la malla ràster i donar-li l'orientació correcta. Al mateix temps, en la mesura que les dades ràster són simplement la llista dels valors corresponents a les cel·les, cal recalcular els valors que correspondran a les noves posicions de les cel·les un cop feta la correcció, procés que s'anomena remostreig del ràster o imatge i que és una interpolació de valors. La georeferenciació de ràsters i imatges per tant és un procés que inclou dues operacions simultànies, la correcció geomètrica i el remostreig. Com a mètodes de correcció geomètrica s'utilitzen igualment les transformacions polinòmiques de primer o segon grau, i com a mètodes d'interpolació més habituals la interpolació pel veí més proper, en cas de dades categòriques, o la interpolació bilineal o bicúbica, en cas de dades quantitatives, com és el cas de les imatges. Un cas especial de correcció geomètrica és l'ortorectificació, per a produir ortofotomapes, en la qual intervé també el relleu mitjançant models digitals d'elevacions detallats i un alt nombre de punts de control

La georeferenciació de dades ràster té lloc no tan sols en el cas d'imatges de satèl·lit i de fotografies aèries, sinó també en cas d'escanejar mapes analògics que després serviran per a digitalitzar en pantalla o com a fons de mapa. També té lloc en el cas de voler georeferenciar mapes històrics, que lògicament són sempre analògics i no estan georeferenciats, amb la dificultat afegida de no poder identificar fàcilment punts de control sobre el mapa donats els canvis que s'han produït en el territori.

Geocodificació de dades tabulars mitjançant adreces

La geocodificació de dades tabulars mitjançant adreces consisteix a afegir la informació d'adreça de cada entitat a la taula en què estan emmagatzemades les dades descriptives de les entitats a georeferenciar, com és ara empreses, clients, activitats, serveis, persones, etc. La informació d'adreces ha d'estar normalitzada i utilitzar el mateix estil d'adreça que les dades de referència i que la funció o localitzador per mitjà del qual es geocodificaran les adreces. Segons les característiques de cada localitzador i programa de SIG, la informació d'adreces s'ha d'introduir com una única cadena de text, en l'estil apropiat, en un sol camp o bé distribuir cada un dels components de l'adreça (tipus de via, nom de la via, número de portal, etc.) en camps separats.

Geocodificació de dades tabulars mitjançant adreces: l'adreça de cada individu s'afegeix a la taula de dades com una o, segons el format, diverses columnes. Font: Elaboració pròpia.

Geocodificació de dades tabulars mitjançant altres geocodis

La geocodificació de dades tabulars mitjançant altres geocodis o la geocodificació mitjançant topònims simplement afegeix els codis de zona, els topònims o la referència de què es tracti com una columna més de la taula en què estan emmagatzemades les dades descriptives de les entitats a georeferenciar.

Geocodificació de dades tabulars mitjançant codis postals: el codi postal de cada individu s'afegeix a la taula de dades com una columna més. Font: Elaboració pròpia.

Georeferenciació de dades tabulars mitjançant referències lineals

La georeferenciació de dades tabulars mitjançant referències lineals consisteix a afegir, dins la taula en què estan emmagatzemades les dades descriptives de les entitats a georeferenciar, les mesures de distància al llarg de l'element lineal que defineixen la posició de cada individu, a més de la columna amb l'identificador de l'element lineal sobre el qual es defineix la posició de cada individu.

Georeferenciació d'esdeveniments lineals mitjançant referències lineals: l'identificador de l'element lineal i les mesures de posició inicial i final de cada individu s'afegeixen a la taula de dades com columna addicionals. Font: Elaboració pròpia.

Les entitats georeferenciades mitjançant referències lineals s'anomenen sovint esdeveniments i poden ser de dos tipus, esdeveniments puntuals o esdeveniments lineals, segons que es tracti només de posicions al llarg de l'element lineal o bé de trams o segments de l'element. Els esdeveniments puntuals es defineixen per mitjà d'una sola mesura de distància, mentre que els esdeveniments lineals es defineixen per dues mesures de distància, inicial i final respectivament. Segons que es tracti d'un o altre tipus d'esdeveniments caldrà afegir a la taula de les entitats a georeferenciar una o dues columnes amb les mesures de distància per a definir la posició de cada individu mitjançant refrerenciació lineal.

Georeferenciació de dades tabulars mitjançant coordenades

La georeferenciació de dades tabulars mitjançant coordenades té en comú amb els altres mètodes de georeferenciació indirecta que la informació de posició s'expressa i emmagatzema de manera alfanumèrica, és a dir com a columnes addicionals de la taula que conté les entitats a georeferenciar, encara que la georeferenciació en si sigui contínua pel fet d'emprar coordenades. En aquest cas, el que s'afegeix a la taula de les entitats a georeferenciar són dues columnes, per a contenir respectivament les coordenades x i y. Els programes de SIG interpreten directament la informació de les columnes amb les coordenades x i y i generen com a visualització els objectes gràfics puntuals corresponents. La georeferenciació de dades tabulars mitjançant coordenades és bastant freqüent en el cas de llistes de localitzacions singulars, com és ara abocadors, estacions meteorològiques, fonts, pous, masies, etc.

Georeferenciació de dades tabulars mitjançant coordenades: les coordenades de cada individu s'afegeixen com a columnes addicionals a la taula de dades. Font: Elaboració pròpia.

 

Localitzadors

Un localitzador és una funció, servei o recurs de localització, definit i emmagatzemat, que permet generar posicions geogràfiques a partir de localitzacions expressades per mitjà de referències alfanumèriques, com és ara adreces, codis postals o topònims (Zeiler, 1999).

La definició d'un localitzador comprèn l'especificació del conjunt de dades que actua com a dades de referència i la dels paràmetres, generalment camps de la taula d'atributs o d'altres taules vinculades, necessaris per a associar a l'element corresponent la referència geogràfica donada i generar la posició corresponent. Per exemple, els camps que contenen les dades d'adreces associades als elements del conjunt de dades que actua com a referència.

En els entorns client-servidor els localitzadors es poden emmagatzemar en els clients o bé en el servidor per tal que estiguin disponibles com a recurs per a tota una organització. D'altra banda, són nombrosos els servidors web que ofereixen serveis de cerca i geocodificació d'adreces, és a dir localitzadors d'adreces web.

Les localitzacions d'adreça, de codi zonal i de topònim requereixen la definició de localitzadors. Aquests darrers són, en la pràctica, localitzadors d'adreces modificats, que utilitzen estils d'adreça singulars, és a dir, definits per un codi o un  nom, en lloc de carrer i número. La localització de ruta, mitjançant referenciació lineal, i la localització de coordenades no requereixen definir prèviament un localitzador; els paràmetres per a interpretar-les (noms de les columnes que contenen la informació de localització) s'especifiquen en llegir les dades de localització com una capa en el programa de SIG.

Aplicacions

La georeferenciació és inherent a la informació geoespacial i és imprescindible per a qualsevol aplicació o servei que utilitzi informació geogràfica. La georeferenciació té, doncs, tantes aplicacions com els sistemes d’informació geogràfica i els serveis web d'informació geoespacial. En aquest sentit les aplicacions generals de la georeferenciació són incomptables i molt diverses. A part de les aplicacions generals, la georeferenciació té un cert nombre d'aplicacions específiques o especialment significatives, entre les quals cal destacar les aplicacions de gestió de l'administració pública, el geomàrqueting, l'ús de la georeferenciació en el web semàntic geoespacial i la georeferenciació de mapes històrics.

Georeferenciació de l'administració pública

L'administració pública i en particular l'administració local genera i utilitza gran quantitat d'informació relativa a persones, béns, llocs i activitats per a les seves tasques de gestió. Tota aquesta informació pot ser georeferenciada generalment per mitjà d'adreces i altres geocodis, així com per mitjà de coordenades, de manera que les diverses informacions es poden interrelacionar i aconseguir guanys importants en eficiència, fiabilitat i eficàcia en les tasques de gestió. Més enllà de la informació bàsica, com cadastre, padró d'habitants, activitats i llicències d'obra, que ja vénen georeferenciades i es poden interrelacionar, qualsevol acte administratiu, incidència o comunicació es pot georeferenciar tant pel que fa als subjectes interessats com als objectes de l'acte o incidència, de manera que és possible després conèixer-ne la localització i analitzar-ne la distribució en el territori. Això permet assegurar la coherència de la informació i obtenir un major coneixement de causes, motivacions i factors que propicien determinats tipus de fets.

Geomàrqueting

El geomàrqueting és el conjunt d'aplicacions de màrqueting que utilitzen criteris de localització amb l'objectiu d'identificar i localitzar perfils de clients, punts de venda i àrees de mercat, mitjançant cartografia temàtica i sistemes d’informació geogràfica. El geomàrqueting fa un ús intensiu de la geocodificació per adreces i per codis zonals per tal de georeferenciar tota la informació de clients, establiments, competidors, etc., que posteriormet agrega per zones per tal d'identificar les àrees de mercat. Abans de la proliferació dels sistemes d'ajuda a la navegació i de l'eclosió d'aplicacions del web semàntic geoespacial, el geomàrqueting fou un dels principals consumidors d'informació socioeconòmica i demogràfica geocodificada per adreces i, en conseqüència, un dels principals promotors de producció de dades de referència per a la geocodificació d'adreces, sobretot de carrerers en forma de trams de carrer.

Georeferenciació en el web semàntic geoespacial

Web semàntic geoespacial és la denominació que designa el conjunt de serveis, activitats i pràctiques desenvolupades entorn de la idea de web interactiu, o web 2.0, que incorporen el factor localització i que per tant fan ús de la georeferenciació. La georeferenciació és especialment significativa en el web semàntic geoespacial en tres aspectes destacats. D'una banda la georeferenciació de noves informacions, per part d'usuaris no experts, notablement per mitjà del geoetiquetatge, que ha posat de manifest nous usos de la informació geoespacial incorporant el factor localització a multitud d'aspectes de la vida quotidiana. D'altra banda, la localització dels usuaris, especialment per mitjà de dispositius mòbils però també d'ordinadors connectats a la xarxa, per mitjà de la geolocalització, que ha donat lloc al desenvolupament de les aplicacions de serveis basats en la localització i de xarxes geosocials. Finalment, la interoperabilitat dels geoserveis, gràcies a l'ús d'estàndards geoespacials, un component destacat dels quals és la transformació de coordenades dinàmica dels serveis de mapes web i altres geoserveis, gràcies a la declaració explícita i obligatòria del sistema de referència espacial, tant dels orígens de dades com de les capes dels serveis de mapes web. Sens dubte, actualment les aplicacions del web semàntic geoespacial són el principal factor de georeferenciació d'informació i el motor de desenvolupament de la informació geoespacial.

Georeferenciació de mapes històrics

Una darrera aplicació especialitzada de la georeferenciació que està tenint força importància en els darrers anys és la georeferenciació de mapes històrics, per tal d'incorporar la gran quantitat d'informació geogràfica històrica, acumulada en els darrers dos-cents o tres-cents anys i poder integrar-la ambla informació geogràfica actual per tal d'analitar canvis i transformacions del paisatge, del medi construït i de l'ocupació del territori. La georeferenciació de mapes històrics presenta característiques i dificultats particulars per la manca de referències que serveixin de punts de control, donada la dificultat d'identificar fites del territori passat en la cartografia actual. Amb tot, el nombre de documents cartogràfics històrics georeferenciats és ja molt elevat i cada dia sorgeixen nous projectes de georeferenciació de mapes històrics, ja sigui d'arxius i cartoteques o de projectes d'estudi específics d'un territori (vegeu, per exemple, el projecte d'història espacial de la Universitat d'Stanford: http://www.stanford.edu/group/spatialhistory/cgi-bin/site/pub.php?id=23).

Georeferenciació de mapes històrics: el projecte Spatial History Project d'Stanford University.
Font: http://www.stanford.edu/group/spatialhistory/cgi-bin/site/pub.php?id=23

 

Temes relacionats

• Base de dades espacials
• Digitalització
• Geocerca
• Geocodificació
• Geoetiquetatge
• Geolocalització
• Interpolació
• Model digital d'elevacions
• Neogeografia
• Servei basat en la localització
• Sistemes d’informació geogràfica
• Sistema de referència espacial
• Transformació de coordenades
• Xarxa geosocial

Referències

Cooke, D. F. and Maxfield, W. H. (1967) "The Development of a Geographic Base File and its Uses for Mapping" in Urban and Regional Information Systems for Social Programs: Papers from the Fifth Annual Conference of the Urban and Regional Information Systems Association. Kent, Ohio: Center for Urban Regionalism, Kent State University.

Lara Ruiz, J. (2008) "La corología de la flora giennense (ia): mapas 1 - 69", Micobotánica-Jaén, 3, 1. http://www.micobotanicajaen.com/Revista/Articulos/JLaraR/FloraGiennense001a/FloraGiennense001a.html   [consulta 7 desembre 2012]

Laurini, R. and Thompson, D. (1992) Fundamentals of Spatial Information Systems, London: Academic Press Ltd.

Morton, G. M. (1966) A computer Oriented Geodetic Data Base; and a New Technique in File Sequencing, Technical Report, Ottawa, Canada: IBM Ltd.

Peucker, T.K. (1972) Computer Cartography. Commission on College Geography, Resource Paper No. 17, Washington DC: Association of American Geographers.

Raper, J.F.; Rhind, D.W. and Shepherd, J.W. (1992) Postcodes: The New Geography. London: GeoInformation International.

Tobler, W.R. (1959) "Automation and cartography", Geographical Review, 49: 526-534.

Tomlinson, R.F. (1967) An Introduction to the Geographic Information System of the Canada Land Inventory. Ottawa: Department of Forestry and Rural Development.

Van Est, J. and Scheurwater, J. (1983) "The geographic base register and a geographic base file: the use of post codes as segment identification" in Proceedings of Spatially Oriented Referencing Systems Association Forum. College Park, Maryland.

Zeiler, M. (1999) Modeling our World. The ESRI Guide to Geodatabase Design, Redlands, California: ESRI Press.

Lectures recomanades

Hill, L.L. (2006). Georeferencing. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press.