Diseño de un modelo para la representación de la dinámica espaciotemporal de objetos geográficos de tipo región mediante trayectorias semánticas en bases de datos
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2021-04-12
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Descripción
El amplio uso de la información espacial, que va desde lo personal hasta lo industrial, ha permitido presentar una abstracción del mundo real en un ambiente digital, el cual usamos para representar, interpretar, analizar y entender muchos de los objetos y/o fenómenos geográficos que han llegado a influir en la vida de las personas y la sociedad en general. Los sistemas de información geográfica fueron los pioneros en realizar aplicaciones para representar y analizar la información espacial con características geográficas; después los siguieron las bases de datos espaciales, como una respuesta a la administración eficiente de dicha información. Se ha incluido una dimensión temporal asociada a la información espacial, dando origen así a las bases de datos espaciotemporales, que permiten representar no sólo la forma y localización de objetos geográficos, sino también el tiempo asociado a ese objeto, posibilitando cambiar su posición y/o forma para otro instante de tiempo. Esta representación del tiempo es discreta, en la medida que se almacena el objeto en instantes específicos de tiempo. Como los cambios asociados a los objetos geográficos son continuos en el tiempo, su representación en las bases de datos espaciotemporales tiene la limitación de ser discreta. Se considera una limitación, ya que la representación del objeto en sí no corresponde completamente a la realidad, restringiendo de esta forma una completa y exacta interpretación del comportamiento del objeto y/o fenómeno en periodos de tiempo. Las bases de datos de objetos en movimiento, pueden representar los cambios de forma y posición de manera continua. Estas han logrado, hasta el momento, representar los cambios de posición de los puntos en movimiento mediante trayectorias, generando así una línea del trayecto en intervalos de tiempo. En el caso de las trayectorias de las regiones en movimiento, cuya representación incluye cambios de forma y posición, su generación es mucho más compleja, sin que se haya encotrado evidencia de casos de éxito en modelo aplicados que funcione para modelar cambios de forma y estructura interna de reginen en movimientoen bases de datos espacio-temporales. En esta tesis doctoral se diseña un modelo aplicable a una base de datos espaciotemporal que genere trayectorias de cambios detectados en la posición y forma de regiones en movimiento; además se extiende el modelo adicionando semánticas sobre la trayectoria resultante a fin de enriquecer y caracterizar dicha trayectoria en el contexto en que se desarrolla, es decir, más una semántica generada a partir del movimiento representado. Como caso de estudio para la experimentación y aplicación del modelo mencionado, se selecciona el fenómeno geográfico del crecimiento urbano de la ciudad de Bogotá, se generarán las trayectorias de las regiones que representa el casco urbano y se le asociará una semántica a la trayectoria de crecimiento de la ciudad que complementa la información para enriquecer las trayectorias crudas generadas. De la misma manera, se tomará un segundo caso de estudio que mostrará el retroceso glaciar de la Sierra Nevada de Santa Marta. La fuente de información será una secuencia de mapas e imágenes satelitales en un periodo de tiempo, de donde se extraerá la información pertinente al fenómeno geográfico mediante técnicas de clasificación y se almacenarán los resultados en una base de datos espaciotemporal, en donde se continuará el proceso para realizar la generación de trayectorias con su respectiva representación en la base de datos espacial. Finalmente, los modelos propuestos son implementados en los dos casos de estudio mencionados, mostrando su funcionalidad al permitir crear y utilizar las trayectorias que representan sus dinámicas de movimiento asociándoles información para convertirlas en trayectorias semánticas de acuerdo a las definiciones enmarcadas de semántica para este trabajo de investigación.
Resumen
The wide uses of spatial information, which goes from personal to industrial areas, has allowed to present an abstraction of the real world into a digital environment, that we use to represent, interpret, analyse and understand a great part of the object and/or the geographical phenomena that had influenced people’s lives and, in general, society. Geographic information systems were the pioneers in realizing apps for representation and analysis of spatial information with geographic characteristics, they were followed by spatial data bases as an answer to the efficient administration of that information. It has been included a temporal dimension associated to the spatial information, being this the origin of spatiotemporal database, achieving to represent not only the form and location of geographic objects, but also the time associated to that object, being able to change its position and/or shape for another instant. This representation of time is discrete in the way that the object is stored in specific instants of time. As the changes associated to the geographic objects are continuous in time, their representation on space-time data bases has the limitation of being discrete. It is considered a limitation, since the representation of the object itself doesn’t corresponds completely to reality, restricting a complete and exact interpretation of the object and/or phenomenon on time intervals. As an answer to this problem, moving objects databases emerged, which pretend to represent the shape and location changes in a continuous way, managing till the moment that representation for the moving points by change of position trajectories, generating a line of the path in time intervals. In the case of moving regions trajectories, which its representation includes shape and position changes, their generation is more complex by far, to the point that at the moment a bibliographical reference of data base of an applied model that works on a moving objects that could generate it doesn’t exist, and less use the for consulting and analysis. This doctoral thesis designs a spatiotemporal database model that generates position and shape changes trajectories of moving regions, extending the model by adding semantics to the final trajectory with the intention of characterizing and enrich that trajectory on its environmental context, and other semantic generated by the movement that is represented. As a study case for experimentation and application of the model mentioned, the geographical phenomenon of urban growth of Bogotá city is chosen, region’s trajectories are generated, these represent the urban area, and a semantic would be associated to the city growth trajectory that complement the information for enriching the crude generated trajectories. In the same way a second study case would be taken, this one will show the thaw of Santa Marta’s Sierra Nevada. The source of information will be a map sequence and satellite images in a time period, of where the information about the geographical phenomenon would be extracted by classification techniques and the results will be saved on a space-time data base, where the process for making the generation of trajectories will continue with their respective representation on the space data base. As a result of the implementation of the models proposed, is demonstrated that these models allow the representation of semantic trajectories on space data base using the study cases mentioned, it also demonstrates that consults and operations can be realized with the trajectories, in addition of their visual representation and connection with other geographical information systems.
Palabras clave
Base de datos espacio-temporales, Regiones en movimiento, Trayectorias, Objetos en movimiento, Trayectorias semánticas, Trayectorias poliédricas
Materias
Doctorado en Ingeniería - Tesis y disertaciones académicas, Geografía - Procesamiento de datos, Análisis de la información, Procesamiento electrónico de datos - Técnicas estructuradas, Mapas -Proyecciones, Funciones poliédricas, Modelos de crecimiento de la población