tesis mapas open source.pdf

Desarrollo de un Sistema de Informacin Geogrfica Web para el anlisis espacial y temporal de las finanzas del Reino de Castilla en

el siglo XVI.

Samuel Fernando Mesa Giraldo

MSTER EN TECNOLOGAS DE LA INFORMACIN GEOGRFICA, FACULTAD DE GEOGRAFA E HISTORIA, UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID.

Trabajo Fin de Mster en Tecnologas de la Informacin Geogrfica

20 de Junio de 2012

Director: Luis Garmendia Salvador

Trabajo de Fin de Mster: Desarrollo de un Sistema de Informacin Geogrfica Web para el anlisis espacial y temporal de las finanzas del Reino de Castilla en el siglo XVI.

Autorizacin de Difusin

El abajo firmante, matriculado en el Mster en Tecnologas de la Informacin Geogrfica de la Facultad Geografa e Historia, autoriza a la Universidad Complutense de Madrid (UCM) a difundir y utilizar con fines acadmicos, no comerciales y mencionando expresamente a su autor el presente Trabajo Fin de Mster: Desarrollo de un Sistema de Informacin Geogrfica Web para el anlisis espacial y temporal de las finanzas del Reino de Castilla en el siglo XVI, realizado durante el curso acadmico 2011-2012 bajo la direccin de Luis Garmendia Salvador del Departamento de Informtica, y a la Biblioteca de la UCM a depositarlo en el Archivo Institucional E-Prints Complutense con el objeto de incrementar la difusin, uso e impacto del trabajo en Internet y garantizar su preservacin y acceso a largo plazo.

Firmado: Samuel Fernando Mesa Giraldo


Resumen en castellano

El presente trabajo de fin de mster documenta el desarrollo de una herramienta Web de Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) con software libre, enmarcado en el proyecto de investigacin denominado Geografa fiscal y poder financiero en Castilla en un siglo de transicin (1450-1550): anlisis mediante Sistemas de Informacin Geogrfica bajo la coordinacin de investigacin del Doctor David Alonso Garca del departamento de Historia Moderna de la Universidad Complutense.

Se documenta el proceso de ingeniera de software seguido para el desarrollo del SIG, partiendo desde el anlisis de los requisitos de los investigadores y tecnolgicos de la herramienta. Se prosigue con la fase de diseo, con la presentacin del modelo objeto-relacional de la base de datos geogrficos, la arquitectura del sistema, as como el anlisis, seleccin y propuesta de las herramientas de software libre que cumplen con las especificaciones del proyecto, resaltando las funcionalidades de integracin temporal y espacial de los datos de fiscalidad de Castilla la Mancha en el siglo XVI. Como ltima fase, se presenta la implantacin y evaluacin de la herramienta desarrollada, y algunos resultados del anlisis espacial y temporal de los datos del sistema con las herramientas SIG para extraer informacin til que apoyan a la toma de decisiones en el rea de historia.

Palabras clave

Sistemas de Informacin Geogrfica, SIG, Historia, Programacin, Software Libre, Cdigo abierto, Django, GeoDjango, Python, Desarrollo de Software, Anlisis espacial, Anlisis temporal, Servicios OGC, Web Map Service, WMS, OpenLayers,

1


ndice de contenido

Captulo 1 - Planteamiento del problema......................................................................................6

Captulo 2 - Metodologa..............................................................................................................8

Captulo 3 - Realizacin del proyecto.........................................................................................11

3.1. Fase de anlisis.............................................................................................................11

3.1.1. Requerimientos del sistema..................................................................................12

3.1.2. Requerimientos especficos...................................................................................13

3.1.3. Anlisis de los datos e informacin existente.......................................................14

3.2. Fase de diseo del sistema ..........................................................................................15

3.2.1. Diseo de la arquitectura del Sistema de Informacin Geogrfica........................16

3.2.2. Tecnologas SIG y sistemas de informacin con software libre o de cdigo abierto

......................................................................................................................................... 17

3.2.3. Diseo de la base de datos espacial.....................................................................19

3.2.4. Diseo de las interfaces grficas de usuario.........................................................22

Captulo 4 - Presentacin de resultados ....................................................................................26

4.1. Resultados de la programacin e implantacin de la herramienta SIG Web................26

4.1.1. Configuracin de tecnologas SIG de software libre o de cdigo abierto...............26

4.1.2. Migracin y carga de los datos geogrficos en el servidor de bases de datos......27

4.1.3. Generacin de cdigo fuente.................................................................................28

4.1.4. Desarrollo de las interfaces Web de usuario ........................................................34

4.1.5. Evaluacin del sistema por parte del equipo investigador ....................................38

4.2. Resultado de los anlisis espaciales y temporales de los datos...................................40

4.2.1. Anlisis espacial de las caractersticas de la configuracin de partido .................41

4.2.2. Anlisis espacial-temporal de los histricos de partido ........................................44

4.2.3. Anlisis espacial-temporal de los financieros .......................................................47

Captulo 5 - Conclusiones...........................................................................................................50

5.1. Conclusiones generales del proyecto de trabajo de fin de mster................................50

5.2. Conclusiones y recomendaciones tecnolgicas............................................................51

2


Objetivos

Desarrollar una herramienta de Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) en la plataforma Web que permita la visualizacin, consulta, anlisis espacial y temporal de los datos del proyecto de investigacin del departamento de Historia Moderna de la Universidad Complutense Geografa fiscal y poder financiero en Castilla en un siglo de transicin (1450-1550): anlisis mediante Sistemas de Informacin Geogrfica.

Entre los objetivos especficos se encuentran:

Aplicar la metodologa de ingeniera de software para documentar el proceso de desarrollo del SIG Web, y en donde se especifique el anlisis, diseo, programacin e implantacin del sistema.

Implantar el desarrollo del SIG con herramientas de software libre o de cdigo abierto y que cumplan con los estndares de la Open Geospatial Consortium (OGC) para la interoperabilidad y comunicacin entre tecnologas de sistemas de Sistemas de Informacin Geogrfica.

Realizar el anlisis espacial y temporal a travs de las funciones geogrficas y estadsticas del SIG, que demuestre la utilidad a los investigadores en historia para extraer informacin e identificar patrones.

3


Captulo 1 - Planteamiento del problema

Los Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) es una tecnologa que cada vez cuenta con mayor xito y popularidad en muchas actividades. En parte, este crecimiento en conocimiento y uso en diversas reas, se debe al avance y acceso del software y hardware que permite a los usuarios aplicar y apoyar sus decisiones basadas en informacin espacial. Los sistemas de posicionamiento global (GPS), los servicios Web de geolocalizaciones, consultas de direcciones, mapeo de trfico vial, consulta de la ruta ms eficiente para recorrer una serie de puntos de inters, entre otras posibilidades, son ejemplos de popularizacin de estas tecnologas en los ltimos aos.

Las tecnologa SIG actual ofrece la oportunidad para almacenar, manejar, visualizar y analizar grandes volmenes de datos temporales y geogrficos, potencial que ofrece un nuevo conocimiento significante para ciencia en Historia, ya que permite extraer informacin, explorar e identificar patrones dinmicos integrando la dimensin tiempo y la localizacin (Bodenhameret-al, 2010; Kelly, 2002). Partiendo de estas ventajas, el Departamento de Historia Moderna de la Universidad Complutense, se encuentra desarrollando una investigacin apoyndose en estas tecnologas con el objetivo de reconstruir y mejorar el conocimiento de la historia fiscal del Reino de Castilla entre el siglo XV y XVI. Temas como la conformacin de mecanismos de recaudacin, redes financieras y la divisin de espacios fiscales pueden lograrse a travs de la integracin de la dimensin geogrfica y temporal.

El proyecto de investigacin coordinado por el Doctor David Alonso Garca, y en el cual se enmarca el desarrollo del aplicativo SIG se titula Geografa fiscal y poder financiero en Castilla en un siglo de transicin (1450-1550): anlisis mediante Sistemas de Informacin Geogrfica. Plantea de forma novedosa usar estas herramientas para reconstruir y analizar las jurisdicciones fiscales del Reino de Castilla en el trnsito de la edad media a la edad moderna.

La informacin para la definicin, formacin y evolucin de los partidos fiscales se realiza en funcin del origen de las rentas, la cual proviene de fuentes directas de documentacin de las revisiones contables llevadas a cabo por la Contadura Mayor de Cuentas, todo ello conservado en el Archivo General de Simancas1. Con la codificacin y georeferenciacin de estos partidos

1 Archivo oficial de la Corona de Castilla (1540), ubicado en la localidad de Vallisoletana de Simancas.

4


fiscales, es posible desarrollar los anlisis espaciales y temporales, como la consulta de su extensin, distribucin, densidad, anlisis cuantitativo de los montos de las rentas percibidas, la distribucin y evolucin de dichas recaudaciones, as como la relacin y poder de los financieros. Los resultados obtenidos con esta investigacin permite mejorar el conocimiento de la Historia de Espaa, vista desde el enfoque de historia fiscal, as como la posible configuracin territorial actual en el rea de anlisis.

Desde el punto de vista tecnolgico, la herramienta SIG debe contar con una plataforma Web para la carga, visualizacin, manejo y anlisis de datos temporales y geogrficos, dado a que el proyecto involucra la participacin de investigadores en el mbito nacional e internacional, apoyando con temticas relacionadas de investigacin en historia como los de carcter fiscal, eclesistico y mercantil. Como propuesta a los requerimientos del sistema, se plantea el uso y desarrollo de aplicaciones en la plataforma Web con software libre o de cdigo abierto, ya que cuenta con todas las alternativas SIG en base de datos espaciales, visor de mapas, servidores de mapas, marcos de desarrollo y lenguajes de programacin orientados a Internet.

Actualmente el software libre o de cdigo abierto cuenta con la gran aceptacin a nivel acadmico y comercial, porque ofrece una solucin de libre acceso (sin restriccin de uso u intercambio) y en muchos casos con mejor soporte a los estndares de comunicacin informtica. Si bien el software libre puede considerarse una alternativa a las soluciones privativas, su aceptacin y uso crece gracias a la dinmica de las comunidades de desarrolladores y usuarios y el apoyo de Universidades y grandes empresas.

Como principal herramienta de software libre usada para el desarrollo de la aplicacin SIG es el Marco de Desarrollo Web denominado Django, se basa completamente en el lenguaje de programacin Python, e integra la mayor parte de las funcionalidades necesarias para implantar la plataforma Web como la carga, visualizacin, publicacin y anlisis de los datos. Python se constituye el integrador entre las herramientas que se usan para comunicar la base de datos con los dems componentes de software para el procesamiento, publicacin y anlisis de los datos, incluyendo aquellas que son propiamente geogrficas. Las principales caractersticas de Python incluye la modularidad y una sintaxis de lenguaje de alto nivel, lo que traduce flexibilidad y comprensin del cdigo. Se usa principalmente como lenguaje de scripts y lo integra varias herramientas, distribuciones de Linux y software SIG, incluyendo el software privativo como ArcGIS de ESRI. Sin embargo, este lenguaje de programacin tambin se usa para el desarrollo de aplicaciones Web, tal como se lleva a cabo en el presente trabajo.

5


Captulo 2 - Metodologa

La metodologa para el desarrollo del Sistema de Informacin Geogrfica incluye las siguientes etapas generales de proyectos de ingeniera de software (ver Figura 1), usando como modelo el tradicional desarrollo en cascada, tambin denominado modelo lineal secuencial. Este ofrece los mtodos y tcnicas para la produccin y mantenimiento de aplicaciones informticas de calidad, resumidas a en las siguientes fases (Pressman, 2002, Sommerville, 2005):

1. Anlisis de los requisitos: Extraer los requerimientos o necesidades del software SIG, en lo que refiere a las funcionalidades, propiedades, comportamiento, rendimiento

6

Figura 1. Metodologa de desarrollo


e interconexin. Se realiza en conjunto con los investigadores del sistema a travs de reuniones programadas, para recoger y exponer las necesidades del proyecto. En esta etapa tambin se define los recursos humanos, materiales y econmicos a participar. Bsicamente el proyecto tiene en cuenta las siguientes actividades:

Determinacin de los requerimientos funcionales y propiedades del sistema. Se recogen las funciones bsicas que debe cumplir el sistema, as como las propiedades no funcionales, como la disponibilidad, el rendimiento y la seguridad.

Recopilacin y evaluacin de la informacin existente. Los investigadores cuentan con capas geogrficas e informacin almacenada en diferentes formatos de bases de datos, hojas de clculo y en otras estructuras tabulares. En esta etapa se realiza el anlisis de esta informacin, para establecer el procesamiento, importacin e integracin de las mismas en la base de datos del sistema.

La etapa de anlisis tiene como finalidad establecer un conjunto de objetivos que el sistema debe cumplir, y de esta manera organizar y comunicar los procesos en esquemas y modelos que guiarn el desarrollo del sistema.

2. Diseo de sistema: Se representan los modelos lgicos y fsicos para la organizacin y representacin de los datos y componentes del sistema de informacin, teniendo en cuenta los recursos disponibles para el desarrollo del proyecto. Esta etapa incluye el diseo de la base de datos espacial, los formularios e interfaces de entradas y salidas, arquitectura del sistema, as como las abstracciones fundamentales del software, especificacin de mdulos, sus interrelaciones y detalle procedimental. En esta etapa es posible evaluar la calidad del sistema antes de empezar su codificacin.

Modelado del sistema y de la base de datos geogrficos. Se ilustra grficamente los componentes y sus relaciones, con el objeto de exponer a los investigadores de forma general la organizacin del sistema. Bsicamente se obtienen los siguientes productos: el diagrama de la arquitectura del sistema y el modelo entidad relacin de la base de datos.

Diseo de la interfaz de usuario. Se acuerda con los investigadores las interfaces grficas de usuario que se usarn en el SIG, teniendo en cuenta la importancia de la representacin espacial de los datos cuando se ingresan, consultan y analizan a travs de visores geogrficos.

7


3. Generacin de cdigo: Se reduce el diseo a cdigo fuente, o en una forma que sea tangible para la mquina. Esta etapa requiere seleccionar las herramientas y tecnologas que cumplan los objetivos del sistema en general, primero que son alternativas de software libre o de cdigo abierto, y segundo que la integracin se realice a travs del lenguaje de programacin Python, lo que permitir desarrollar los procedimientos para manipular los datos y obtener los resultados esperados.

Las principales actividades que se realizan en esta fase es, por un lado el desarrollo de la interfaces de usuario, as como las funcionalidades de almacenamiento, recuperacin y presentacin de la informacin desde la base de datos geogrficos.

Como el desarrollo del sistema se apoya en el uso del marco de desarrollo framework denominado Django, se usa el patrn de diseo o paradigma de arquitectura de desarrollo denominado MVC (Modelo Vista Controlador), que separa la definicin y acceso a los datos (el modelo), de la interfaz de usuario (la vista) y la lgica del negocio (el controlador), ofreciendo como principal ventaja la independencia de cada uno de los componentes, sin afectar la implantacin general. Paras ser ms exactos en Django, se le denomina como marco de trabajo MVT, por sus siglas en ingls (Model View Template ) (Holovaty y Kaplan-Moss, 2009).

4. Implantacin: En esta etapa se instalan y configuran todas las aplicaciones necesarias para poner en funcionamiento las bases de datos, as como las funcionalidades desarrolladas en los servidores de aplicaciones. Se configuran e instalan el servidor Web, el servidor de bases de datos, el servidor de mapas.

Esta fase tiene en cuenta los resultados de las fases predecesoras de anlisis, diseo o modelado de la base de datos que define la estructura y especificaciones del almacenamiento en el sistema de administracin de las bases de datos y la carga de la informacin.

5. Evaluacin: Se comprueba que el SIG funcione correctamente de acuerdo a la etapa de anlisis y diseo planteados. Las pruebas se centran en los procesos lgicos internos del software, con el objetivo que todas las operaciones de ingreso, visualizacin, consulta y anlisis se estn realizando correctamente, y que los errores se reporten por parte de los investigadores o usuarios del sistema, para que sean corregidos antes de la implantacin de la primera versin del sistema estable.

8


Captulo 3 - Realizacin del proyecto

Siguiendo la metodologa definida en el Captulo 2, se fueron obteniendo los resultados en las diferentes etapas de ingeniera de software, en trabajo conjunto, principalmente con el coordinador de la investigacin del departamento de Historia Moderna, quien suministr los requerimientos y necesidades funcionales del sistema, los datos recopilados para alimentar el SIG, la evaluacin, aprobacin de los resultados obtenidos as como de las preguntas de anlisis temporal y espacial de importancia para extraer informacin del sistema. A continuacin se muestra los resultados en el desarrollo de cada etapa de la metodologa propuesta en el captulo 2 sobre ingeniera de software para lograr la realizacin del proyecto.

3.1. Fase de anlisis

En esta etapa se determinaron las necesidades principales en cuanto al funcionamiento y caractersticas tecnolgicas del sistema, as como el anlisis de la informacin recopilada por los investigadores para alimentar la base de datos geogrficos.

Para llevar a cabo la determinacin de los requerimientos y actividades en esta etapa de anlisis se llevaron a cabo reuniones frecuentes con el coordinador de investigacin y con el equipo de investigacin.

Las primeras actividades se enfocan a la exposicin y el sistema, as como de los investigadores responsables:

Doctor David Alonso: Coordinador principal del proyecto de investigacin de la Universidad Complutense. El sub-proyecto de investigacin, y objeto del presente trabajo de fin de mster, abarcar el anlisis fiscal del Reino de Castilla en el siglo XVI.

Sean Perrone: Investigador de la Universidad de Saint Anselm (EEUU). El objetivo principal del sub-proyecto es el anlisis de las rentas eclesisticas de Espaa, durante los siglos XV y mediados del siglo XVI.

Javier Quintero: investigador de la Universidad de Almera. El sub-proyecto abarcar principalmente las redes de comercio en Murcia en el siglo XV.

9


Jorge Ortuo Molina: investigador de la Universidad de Murcia. . Su objetivo de anlisis son las fronteras econmicas entre Castilla y Aragn.

3.1.1. Requerimientos del sistema.

El desarrollo del sistema de informacin geogrfica iniciar con el sub-proyecto de fiscalidad del reino de Castilla durante el siglo XV, y objetivo del presente trabajo de fin de mster. Se tendr en cuenta que el desarrollo del SIG debe ser escalable y extensible con los dems sub-proyectos en forma de mdulos que complemente al sistema en las diferentes temticas de investigacin.

En lo que refiere a la determinacin de los requerimientos funcionales y propiedades generales del SIG, se compilaron como principales:

El sistema de informacin, as como la base de datos deben soportar el almacenamiento de datos geogrficos. Tambin debe disponer de las principales funciones topolgicas y geomtricas para el anlisis espacial vectorial.

Debe ofrecer interfaces grficas de usuario que permita el despliegue e interaccin con los datos espaciales, alfanumricos e integre el componente temporal, as como el soporte de otras fuentes de informacin geogrfica (servicios web geogrficos, imgenes espaciales, etc.).

La necesidad de un sistema central de base de datos geogrficos, que permita el acceso de los investigadores a travs de Internet, debido a que estos se encuentran en diferentes localizaciones geogrficas.

Debe ofrecer una solucin de desarrollo modular, que separe la lgica de aplicacin de cada sub-proyecto de investigacin (con sus propias reglas de negocio sobre los datos y entradas de los investigadores) pero al tiempo integre los componentes o datos que sean comunes entre las aplicaciones.

Es necesario que el sistema soporte la seguridad de acceso a los diferentes mdulos, interfaces Web y tablas de la base de datos a travs de la definicin de reglas de acceso, roles y autentificacin de usuarios.

La solucin presentada debe generar informes estadsticos y anlisis espacial bsicos de la informacin recuperada.

10


El sistema de informacin geogrfica debe proporcionar servicios Web geogrficos, que permita conectar o consumirlos a travs de clientes SIG de escritorio, y a partir de los cuales se realizarn los anlisis espaciales, temporales o estadsticos ms avanzados.

3.1.2. Requerimientos especficos.

Los requerimientos especficos para el sub-proyecto de fiscalidad del reino de Castilla en el siglo XVI, se determinaron como los siguientes:

El mdulo de fiscalidad define una configuracin de partido, conformado por la integracin de la renta, partido fiscal y una zona geogrfica (agregacin de localidades). Para entender los conceptos anteriormente expuestos, se define de forma resumida de Alonso, 2011:

Partido fiscal: segn la definicin del Diccionario de Autoridades como el distrito o territorio que est comprendido de alguna jurisdiccin o administracin de una ciudad principal que se llama cabeza.

Renta real: carga tributaria por intercambio comercial o disfrute de bienes. La renta real era recaudada por ministros y agentes de la monarqua. El arrendamiento, consista en el pregn y subasta de la renta a un particular, ya individual o colectivo realizado por la Real Hacienda a cambio de un pago anual en metlico.

Localidad: divisin territorial, referida al lmite administrativo actual de municipio .

Cada configuracin de partido tiene un histrico, dimensin temporal en el SIG referido a periodos anuales. En el histrico tambin se define informacin de los montos y financieros que participan en la administracin de las rentas.

En cuanto al componente espacial, debido a la complejidad en disponer de los lmites histricos de las localidades, se asume que su demarcacin geogrfica (asociada al nombre y anlisis geogrfico de contexto) ser el correspondiente al lmite municipal actual. En cuyos casos donde la localidad no sea georeferenciada por la definicin de municipio actual, debido a cambios de categora en el nivel administrativo o cambio en el nombre, se asume que su ubicacin ser puntual al nombre de nomencltor.

El informe del SIG en la plataforma Web, debe contemplar informacin referida a las

11


caractersticas espaciales de las configuraciones de partido, representacin espacial, resmenes histricos y estadsticos de la fiscalidad y personalidades que participaban en la administracin de dichas fiscalidades.

El sistema no registrar las dinmicas histricas correspondientes a los cambios territoriales de las zonas que definen el conjunto de localidades, debido a la complejidad para la recoleccin y anlisis de dicha informacin.

3.1.3. Anlisis de los datos e informacin existente.

Cada sub-proyecto cuenta con una coleccin de datos almacenados en diferentes sistemas de administracin de bases de datos o sistemas de archivos, y cuyos resultados son obtenidos con diferentes herramientas estadsticas o de sistemas de informacin geogrfica. Como el objetivo del sistema es disponer de una base de datos centralizada, es necesario la depuracin y conversin de esta variedad de formatos a una estructura comn para la base de datos.

Para el caso concreto del modulo de fiscalidad del Reino de Castilla en el siglo XVI, se recopilaron los siguientes datos e informacin:

Base de datos en Microsoft ACCESS: base de datos conformada y recopilada por el investigador principal a partir de la documentacin procedente de las revisiones contables del Archivo General de Simancas, y recoge toda la informacin alfanumrica del sistema relacionada con la fiscalidad del Reino de Castilla en el siglo XVI. Los datos almacenados contienen tablas con informacin de rentas, partidos, la configuracin de partidos, los histricos fiscales, informacin de financieros, as como las fuentes de la informacin recopilada.

Datos vectoriales de los lmites territoriales: corresponde con la definicin de las localidades a partir de los lmites municipales actuales, as como la asociacin de las divisiones territoriales generales de Provincia y Comunidades Autnomas. El formato de los datos vectoriales se encuentra en el sistema de archivo Shapefile y su fuente de datos corresponde al Instituto Geogrfico Nacional (IGN) y el cual se adquiri a travs del Centro de Descargas de Informacin Geogrfica de la pgina Web de la Institucin2.

Servicio Web Nomencltor de Nombres Geogrficos del Instituto Geogrfico

Nacional (NOMGEO): Servicio Web provedo por la Infraestructura de Datos

2 Centro de Descargas del IGN: http://centrodedescargas.cnig.es/CentroDescargas/index.jsp

12


Espaciales de Espaa (IDEE)3 que suministra informacin de las denominaciones oficiales referenciadas geogrficamente. Bsicamente se integra este servicio al sistema para disponer de una base completa y oficial y realizar las bsquedas de nombres de localidades. Este servicio tambin provee la georeferenciacin de las localidades que no coincidan con los lmites municipales actuales y que sirve como referencia al investigador.

Servicios Geogrficos Web: Provee una fuente de datos para el despliegue de cartografa remota en los visores Web de mapas de la aplicacin. Principalmente se consumen los servicios Web de mapas (WMS) provedos por la Infraestructura de Datos Espaciales de Espaa (IDEE)4.

Base cartogrfica del Atlas del Escorial: Contiene un mapa general realizado a mediados del siglo XVI, y consiste de veinte hojas detalladas en formato raster JPEG de la Pennsula Ibrica. Esta base cartogrfica cuenta con el apoyo y anlisis para la integracin al SIG del investigador Antonio Crespo.

Se tiene en cuenta que la base de datos debe cumplir con los requisitos para el desarrollo e implantacin SIG, entre las principales, sea software libre, soporte el acceso concurrente, orientado a Internet, y que soporte el almacenamiento y recuperacin de los datos geogrficos, se decide migrar la base de datos de Microsoft ACESS a un motor de base de datos ms robusto, tal como se propone en la seccin de tecnologas SIG en al seccin 3.2.2.

3.2. Fase de diseo del sistema

Con los resultados de la fase de anlisis se prosigue a modelar y disear la arquitectura del sistema y la base de datos espacial que cumple con los requisitos y necesidades del sistema del proyecto de investigacin.

Durante esta fase se realiza la exposicin al equipo de investigacin las propuestas del diseo, tecnologas y herramientas informticas a implantar, as como recoger los ajustes y correcciones. Como resultado final y aprobacin de las propuestas del diseo, tecnologas y herramientas, se prosigue a las fases de programacin, implantacin y evaluacin del sistema.

3 Especificaciones del servicio NOMGEO: http://www.idee.es/NomenclatorIDEE/NOMGEO.html4 Especificaciones de los geoservicios de la IDEE: http://www.idee.es

13


3.2.1. Diseo de la arquitectura del Sistema de Informacin Geogrfica.

El diseo de la arquitectura del SIG (Figura 2) corresponde a un modelo cliente-servidor de tres niveles. Esta arquitectura se caracteriza por un modelo de aplicacin distribuida que separa las funciones en capas de procesamiento y se encuentran comunicadas y coordinadas mediante una red que permite el intercambio de mensajes entre los mismos (Lujn, 2002):

El cliente, es decir el equipo que solicita o demanda los recursos, equipado con las interfaces de usuario para su presentacin, y asume que con cada peticin obtendr una respuesta. Los clientes del sistema pueden ser de dos tipos: los clientes ligeros que acceden a la interfaces bsicas SIG a travs de navegadores Web, y los clientes pesados que conectan a los servicios geogrficos y puedan recuperar las geometras

14

Figura 2. Diseo de la arquitectura y tecnologas del Sistema de Informacin Geogrfica


o mapas georeferenciados con el objeto de procesarlos o analizarlos, ejemplos de software con estas caractersticas son Quantum GIS, ArcGIS, gvSIG, entre otros.

El servidor de aplicaciones, tambin denominado software intermedio (Middleware), cuya tarea es proporcionar y gestionar los recursos solicitados y atender las peticiones de los investigadores y usuarios, pero requiere otro servidor para hacerlo. Este conjunto de aplicaciones se comunican con la base de datos, aislando de este modo las conexiones directas con los clientes. Para el caso del SIG, se tiene en esta capa los servidores de mapas, el servidor generador de memoria cach de teselas y el marco de desarrollo Web.

El servidor de datos, responsable de la gestin y almacenamiento permanente de los datos, til para proporcionar al servidor de aplicaciones los datos alfanumricos y geogrficos que solicite el cliente.

3.2.2. Tecnologas SIG y sistemas de informacin con software libre o de cdigo

abierto

En lo que refiere a las aplicaciones y tecnologas propuestas para la implantacin de la arquitectura cliente-servidor de tres niveles (Figura 2), se basan completamente en software libre o de cdigo abierto. Por una parte el sistema operativo para la instalacin de los servidores de aplicaciones y bases de datos se usar una distribucin basada en GNU/Linux, y lo que corresponde a las aplicaciones, se proponen las siguientes:

Servidor de base de datos geogrficos: se propone el sistema de gestin de bases de datos objeto-relacional (SGBDOR) PostgreSQL5 y la extensin espacial PostGIS6. Este SGBDOR con ms de quince aos de desarrollo activo, es hoy en da el sistema libre ms avanzado, fiable y con diferencias, soporta la mayora de las transacciones SQL, control concurrente e integridad de datos. La extensin espacial es un proyecto separado que ofrece el soporte de objetos geogrficos y funciones geomtricas y topolgicas para el tratamiento de los datos espaciales basado en el estndar del Open Geospatial Consortium7 (OGC). La principal funcin del SGBDOR, es por un lado almacenar de forma estructurada y segura toda los datos alfanumricos y geogrficos vectoriales del SIG, y por otro recuperar eficientemente los datos usando el lenguaje

5 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://www.postgresql.org 6 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://www.postgis.org 7 La OGC, agrupa organizaciones pblicas y privadas con el objetivo de definir estndares

geoespaciales abiertos e interoperables en las tecnologas SIG e Internet.

15


de consulta SQL y las funciones espaciales y de acceso a las geometras.

Marco de desarrollo Web: se propone como servidor de aplicaciones intermedio para la gestin y procesamiento de peticiones de los clientes Web, el proyecto de cdigo abierto basado en el lenguaje de programacin Python conocido como Django8. Este framework Cumple con el paradigma de programacin Modelo-Vista-Plantilla, y es altamente popular por el desarrollo rpido y flexible de sitios Web complejos. Las principales caractersticas de Django, son el reutilizacin de cdigo fuente, la conectividad y extensibilidad entre componentes. Para el soporte de datos y funcionalidades espaciales en el marco de desarrollo, se usa el mdulo de GeoDjango9, que al tiempo integra varios mdulos, libreras o extensiones para la conexin a diferentes bases de datos espaciales, geoprocesamiento y presentacin de los datos geogrficos. Dentro de estos vale destacar los proyectos para el acceso, procesamiento y visualizacin de datos geogrficos como GDAL/OGR, Proj4, Geos y OpenLayers. El marco de desarrollo Web, es el servidor de aplicacin que permite comunicar al investigador a travs de las interfaces Web con la base de datos, para almacenar, visualizar, consultar y analizar la informacin geogrfica.

Servidor de mapas o servidor de cartografa digital: como aplicacin intermedia que permita servir los datos espaciales a travs de servicios Web geogrficos de Mapas o de vectores (WMS, WFS, respectivamente) a los clientes SIG, se propone el software libre de Mapserver10. Originalmente desarrollado por la Universidad de Minnesota, permite el acceso a la base de datos espacial y publicacin de la informacin geogrfica de acuerdo a los estndares de la OGC. Con el servidor de mapas es posible la integracin de todas las fuentes de datos geogrficos rster y vectorial del sistema, para suministrar la renderizacin, sea como imgenes georeferenciadas o vectores a los visores Web de mapas en la aplicacin, o a los clientes SIG que soporten estos estndares.

Generador de memoria cach de teselas: con el objeto de acelerar el acceso y visualizacin de los servicios WMS provedos por el servidor de mapas, u otros servicios WMS, se usa el servidor de teselas conocido como MapProxy11, Permite generar un conjuntos de mosaicos de imgenes, prerenderizados y almacenados en

8 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: https://www.djangoproject.org/ 9 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://geodjango.org/ 10 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://mapserver.org/ 11 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://mapproxy.org

16


disco para que posteriormente sea usados por los clientes SIG. Slo se generaran las teselas de aquellos datos geogrficos que no sean dinmicos o cambien frecuentes de geometra o atributos. Algunas capas usadas son los lmites territorial, la imagen de relieve o la base cartogrfica del Atlas del Escorial.

Servidor Web o servidor HTTP: la aplicacin intermedia encargada de comunicar las peticiones del cliente con la respuestas de los servidores de aplicaciones ser Apache HTTP Server12, proyecto que presenta una alta aceptacin en la red desde el ao 1996 y ha alcanzado una cuota de mercado alta frente a otros servidores web.

Es importante destacar el flujo de informacin y procesos dentro del diseo de la arquitectura del SIG. Los clientes pesados SIG slo podrn acceder, consultar y recuperar la informacin geogrfica a travs de los protocolos de servicios Web como WMS o WFS. Una vez que cargan los datos, es posible transformarlos y extraer informacin aplicando las funciones de anlisis espacial provedas por estas herramientas. Por ejemplo el uso del software de ESRI o Quantum GIS (QGIS) y las diferentes extensiones como Tracking Analyst o Time Manager respectivamente, permiten analizar temporal y espacialmente la informacin.

En el caso que el cliente requiera realizar la alteracin o actualizaciones de informacin como el ingreso, edicin o borrado de datos en el sistema, slo podr realizarlo a travs de las interfaces grficas desarrolladas para los clientes Web y usando como aplicacin de comunicacin el marco de desarrollo Django con la base de datos.

3.2.3. Diseo de la base de datos espacial.

Como modelo grfico para representar el esquema conceptual se utiliza el diagrama de clases de UML, ya que es el lenguaje de modelado estndar para sistemas de informacin orientado a objetos, como es el caso de programacin en el marco de desarrollo de Django.

El modelo de clases UML para el SIG que se muestra en la figura 3, especifica los componentes as como las relaciones entre clases en el sistema. Las clases con estereotipo corresponde a los objetos geogrficos. Tambin se muestra la separacin de la lgica de aplicacin de cada sub-proyecto de investigacin con las caractersticas de desarrollo extensible e integrable de las siguientes aplicaciones:

Pblico: esta aplicacin gestiona todos aquellos objetos y procesamientos que sean pblicos en el sistema, es decir que se comparta y sea comn (no redundante) entre

12 Para mayor informacin consulte la pgina web del proyecto: http://httpd.apache.org/

17


aplicaciones de sub-proyectos de investigacin.

Los principales objetos compartidos son la divisin territorial a nivel de comunidad autnoma, provincia, nomencltor y localidades. Las relaciones que se establecen entre los objetos de divisin territorial son los de jerarqua: una comunidad autnoma est formada por una agregacin de provincias, y a su vez est conformada por una agregacin de localidades (demarcado por el lmite de municipio). El nomencltor por otra parte, constituye cualquier objeto geogrfico que corresponde a un nombre oficial y georeferenciado puntualmente.

Tambin se encuentra informacin compartida como las personas que participan en la relaciones comerciales para la poca (financieros). Esta tabla es importante en el sistema, ya que a partir de ella se pueden desarrollar anlisis de redes sociales, recuperando la informacin de las relaciones y roles que se establezcan en cada aplicacin de sub-proyecto de investigacin.

Las fuentes bibliogrficas tambin son un objeto pblico, ya que dicha informacin es compartida entre las aplicaciones del sistema.

Finanza: corresponde a la aplicacin principal de finanzas del Reino de Castilla. De acuerdo a la fase de anlisis tanto los requerimientos propios del sub-proyecto de investigacin, como del anlisis de datos e informacin compilada, se establece como objetos centrales los referidos a la Configuracin Partido y el Histrico Partido.

Como se representa en la clase de Finanza.ConfiguracinPartido (figura 3) entrega la dimensin espacial de la aplicacin. Se constituye por la composicin de un partido, una renta y un conjunto de localidades y/o nomencltor definidos como una coleccin de geometras del partido fiscal. Se destaca que cada localidad tiene unos atributos especficos, como el monto, administracin e impuesto.

La clase de Finanza.HistoricoPartido representa la dimensin temporal de la aplicacin de finanzas del Reino de Castilla, conformada por la composicin de una Configuracin de Partido en una fecha particular. Esta clase tambin modela los financieros con los roles comerciales y los montos totales, arrendado y encabezado.

18


19

Figura 3. Modelo entidad relacin de la base de datos geogrficos de Sistema de Finanzas Castilla


3.2.4. Diseo de las interfaces grficas de usuario.

Como propuesta de interfaces grficas de usuario en el cliente Web, se expone a continuacin las principales pantallas y elementos grficos que permitirn a los investigadores comunicarse con el servidor de aplicaciones de manera amigable y flexible.

La figura 4 corresponde a la interfaz de inicio una vez que el investigador se haya autenticado en el Sistema de Informacin, y es el punto de ingreso y navegacin en las aplicaciones del sistema. Ofrece una barra de mens a la administracin y acceso a las aplicaciones. Tambin ofrece la visualizacin del histrico de actividades sobre los datos.

La interfaz de usuario de la Figura 5, corresponde al despliegue tabular de los datos en las aplicaciones. En ella se encuentra elementos para la bsqueda o filtro de datos, por ejemplo, el filtrado por divisin territorial. Esta interfaz, tambin ofrece algunas acciones sobre la base de datos, como agregar nuevos registros, o borrar los existentes.

20

Figura 4. Interfaz grfica de inicio al sistema Web


21

Figura 5. Interfaz grfica para el despliegue tabular de datos

Figura 6. Interfaz grfica de configuracin partido


La interfaz de la figura 6, corresponde a una de las principales clases del sistema, la Configuracin Partido. Ofrece todos los elementos para definir de forma nica, la renta, el partido y la coleccin de geometras de localidades y nomencltor. Esta interfaz integra un visor de mapas como herramienta de ayuda para la georeferenciacin y anlisis de las localidades agregadas.

En cuanto a las caractersticas propias de la zona, se realiza la identificacin de las rentas, administracin, as como los montos de cada una de las localidades o nomencltor que conforma la geometra de la configuracin partido de las rentas del Reino de Castilla.

La segunda interfaz de importancia en la aplicacin de finanzas castilla, es la correspondiente con los histricos de la configuracin de partido (Figura 7). Esta interfaz especifica de manera nica, la configuracin de partido y la fecha en que recoge la informacin anual de los montos

22

Figura 7. Interfaz grfica del histrico de Configuracin de Partidos


totales, as como el total arrendado y encabezado, y las personas (financieros) que participaron como arrendadores o receptores. Finalmente, se recoge informacin relativa a las fuentes bibliogrficas donde se obtuvo dicha informacin.

La figura 8 muestra la propuesta del visor web de mapas para el despliegue y visualizacin de los datos espaciales y temporales. El diseo sigue la estructura bsica las interfaces SIG, con una barra de herramientas, una zona de visualizacin de la informacin geogrfica, un panel del contenido de las capas, la leyenda y una regin para el despliegue de la informacin y resultados de la bsqueda.

23

Figura 8. Interfaz del visor Web de mapas


Captulo 4 - Presentacin de resultados

Como etapas finales de la metodologa de ingeniera de software para el desarrollo del Sistema de Informacin Geogrfica Web, se presenta a continuacin los resultados obtenidos en las fases de programacin del cdigo fuente e implantacin del sistema. Tambin se presenta resultados de procesamiento y anlisis temporal y espacial de los datos geogrficos con algunas de las herramientas SIG como Quantum GIS o ArcGIS, para evaluar la respuesta y utilidad del sistema para responder las preguntas y soporte del anlisis a los investigadores.

4.1. Resultados de la programacin e implantacin de la herramienta SIG Web

4.1.1. Configuracin de tecnologas SIG de software libre o de cdigo abierto

La fase inicial de la implantacin consisti en la instalacin y configuracin de las herramientas de software que soportar el sistema. Por un lado, cumpliendo con las especificaciones tecnolgicas del SIG, se contrat el servicio de hospedaje Web con la empresa francesa de Alwaysdata13, cuyas caractersticas y especificaciones de plataforma de software libre y de cdigo abierto, as como el soporte de aplicaciones con funcionalidades espaciales y bases de datos geogrficas se ajustan a las necesidades del proyecto.

El servicio de hospedaje Web, ofrece como sistema operativo en el servidor la distribucin de GNU/Linux Debian, el servidor de base de datos PostgreSQL/PostGIS el servidor de mapas Mapserver, el servidor Web de Apache y el soporte de desarrollo Web con el lenguaje Python a travs del framework de Django con su extensin SIG.

Para el resto de aplicaciones y dependencias de software en Python, como el servidor generador de memoria cache de teselas MapProxy y funcionalidades extendidas de Django fue necesario usar las herramientas de Linux para la compilacin e instalacin de software.

Una vez se realice la instalacin de las herramientas se prosigue a la configuracin de las mismas. Para ello el servicio de Alwaysdata cuenta con un administrador de herramientas Web flexibles para la configuracin de conexiones remotas al servidor de hospedaje Web, la

13 Para mayor informacin consulta la pgina Web: https://www.alwaysdata.com/

24


creacin de la base de datos geogrficos, la creacin de roles y configuracin de permisos de usuarios, la configuracin del servidor Web Apache para la publicacin de las aplicaciones desarrolladas con Django y los servidores de mapas.

La configuracin final de los servidores de aplicaciones como Django, Mapserver, MapProxy para integrarse y comunicar con la base de datos geogrficos, se realiza usando lenguajes informticos o sintaxis propios, cuyos ejemplos se muestran en la seccin 4.1.3 de generacin de cdigo.

4.1.2. Migracin y carga de los datos geogrficos en el servidor de bases de datos

Los resultados obtenidos en esta fase se divide dependiendo del modelo de datos geogrficos, por una parte los datos vectoriales y alfanumricos se cargan a la base de datos geogrficos, y los datos raster se almacenan como un sistema de archivos en el servidor Linux.

Como resultado de la fase de anlisis de los datos e informacin existente en el proyecto (seccin 3.1.3), dependiendo del formato y calidad de los mismos, se identificaron varios procesos previos para la organizacin e importacin a la base de datos. Dado que la mayor parte de la informacin alfanumrica de la fiscalidad del Reino de Castilla se encontraba normalizada en una base de datos de Microsoft Access, se continu a corregir la estructura de las tablas y exportarla a un formato abierto que permita la carga en el sistema, corresponde al formato de valores separados por coma (CSV), cuya migracin es transparenta para la base de datos de acuerdo a la estructura y tipo de datos definido en el diseo de la base de datos (figura 3).

Para el caso de los datos geogrficos vectoriales de lmites territoriales, dado que la fuente original tiene un formato SIG estndar conocido como Shapefile slo fue necesario importar y poblar las tablas de la base de datos siguiendo la estructura definida en el diseo de la base de datos. El resto de tablas geogrficas, como la configuracin de partidos y nomencltor son construidas en la base de datos a partir de la agregacin de geometras de localidades, o la recuperacin de la geometra a travs de los servicios web geogrficos como NOMGEO.

Para los datos geogrficos raster, fue necesario realizar procesos previos de georeferenciacin de las imgenes, recorte y exportacin en el formato GeoTiff, para luego almacenarse en un sistema de archivos en el servidor del hospedaje Web. Estas imgenes georeferenciadas son ledas por el servidor de mapas de Mapserver y servidas a las aplicaciones de visores de mapas del sistema Web o los SIG de escritorio.

25


4.1.3. Generacin de cdigo fuente

El principal lenguaje de programacin usado en el desarrollo del sistema es Python, lenguaje por defecto del marco de desarrollo Django e integrador de las diferentes aplicaciones, como el servidor de bases de datos geogrficos, servidor de mapas y el servidor Web. Adicionalmente se usaron otros lenguajes informticos, propios de configuracin de los servidores de aplicaciones y los estndar de la Web como HTML o JavaScript. La configuracin del servidor de mapas MapServer para la publicacin de servicios Web geogrficos se realiza a travs del lenguaje de etiquetas denominado Mapfile y para servidor generador de memoria cach MapProxy se realiza a travs del lenguaje de etiquetas denominado YAML Ain't Markup Language (YALM). Para el caso del marco de desarrollo Web Django, como usa el modelo de programacin Modelo->Vista->Plantilla (MVT), es necesario separar la definicin de los datos, operaciones y la interfaz de presentacin del conjunto de datos.

El cdigo 1, muestra un ejemplo del archivo principal de configuracin de Django settings.py. Se observa las declarativas de configuracin de publicacin del sistema en modo desarrollo o de produccin (lneas 5 y 6), los parmetros de conexin a la base de datos geogrficos (lneas 9-18), la configuracin local de idioma y zona horaria (lneas 21-23), la configuracin de los directorios de almacenamiento de los archivos estticos del sistema como libreras JavaScript, imgenes y las plantillas Web (lneas 26-38). Por ltimo, las lneas 41-46 muestra una de las principales caractersticas de Django y Python que consiste en la modularidad del desarrollo, lo cual separa la lgica de cada aplicacin con una funcin dentro del sistema, por ejemplo, la declaracin de la extensin 'django.contrib.gis' carga todas las funcionalidades SIG en el marco de Dango, y la 'finanza' corresponde al mdulo desarrollado para la aplicacin de Finanzas Castilla.

Cdigo 1. Configuracin del marco de desarrollo de Django en el servidor

1 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718

import osgettext = lambda s: sPROJECT_PATH = os.path.abspath(os.path.dirname(__file__))

DEBUG = TrueTEMPLATE_DEBUG = DEBUG

# Conexin a la base de datos geogrfica de PostgreSQL/PostGISDATABASES = { 'default': { 'ENGINE': 'django.contrib.gis.db.backends.postgis', 'NAME': 'www.finanzascastilla.com_geodb', 'USER': 'www.finanzascastilla.com', 'PASSWORD': '*******', 'HOST': 'postgresql.alwaysdata.com', 'PORT': '5432', }}

26


19202122232425262728293031323334353637383940414243444546

# Configuraciones locales de zona horaria e idioma por defectoTIME_ZONE = 'Europe/Madrid'LANGUAGE_CODE = 'es-es'USE_I18N = True

# Rutas y configuraciones de los directorios estticos y plantillasMEDIA_ROOT = os.path.join(PROJECT_PATH, "media")MEDIA_URL = "/media/"STATIC_ROOT = os.path.join(PROJECT_PATH, 'static')STATIC_URL = '/static/'ADMIN_MEDIA_PREFIX = '/static/admin/'

STATICFILES_DIRS = ( os.path.join(PROJECT_PATH, "media"),)

TEMPLATE_DIRS = ( os.path.join(PROJECT_PATH, "templates"),)

# Extensiones y aplicaciones del marco de desarrollo Web DjangoINSTALLED_APPS = ( # Mdulos de GeoDjango y soporte GIS 'django.contrib.gis', # Aplicacin desarrollada de Finanzas Castilla 'finanza')

El cdigo 2, presenta un ejemplo de definicin del mapeo objeto-relacional para la aplicacin de Finanzas Castilla mostrando algunas clases de las especificaciones de la fase de diseo de la base de datos de la figura 3. Como Django soporta la programacin orientada a objetos, se observa algunos detalles que permite el control y comunicacin con las tablas de la base de datos, y son interpretadas para el marco de desarrollo como objetos. Por un lado, cada tabla en la aplicacin y base de datos se define como una clase con atributos y mtodos. Tambin se define la herencia entre objetos, como es el caso que las clases de la aplicacin heredan de la librera django.models la clase Model.

La informacin geogrfica en cada clase se define como un atributo adicional, con una geometra, dimensin y sistema de referencia propio del objeto (lneas 9 y 40). Un ejemplo de mtodo de carcter geogrfico, es el definido en la clase Nomencltor como save para almacenar la geometra a partir de los valores de latitud y longitud (lneas 17-22).

Las caractersticas de integridad de datos son definidas como parmetros del atributo: valores nulos, valores nicos, dominios, tipo, longitud y precisin de los datos. Las restricciones de integridad referencial, se establecen como un atributo de llave fornea a la clase padre (ejemplo lneas 35-36). Cuando se establecen relaciones mltiples a mltiples valores es necesario crear una tabla de paso que relacione las dos tablas padre (ejemplo lneas 37 y 38).

27


Para demostrar las funcionalidades de consulta espacial en el marco de desarrollo Web de Django y las propiedades del mapeo objeto-relacional de la base de datos geogrfica, se plantea en el cdigo 3 la construccin de una vista (historicos_partido), como la consulta

28

Cdigo 2. Modelo de datos Django de la aplicacin Finanzas Castilla

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

from django.db import modelsfrom django.contrib.gis.db import modelsfrom django.contrib.gis.geos import GEOSGeometry, Pointimport datetime

class Nomenclator(models.Model): gid = models.AutoField(primary_key=True) nombre = models.CharField(verbose_name=u'Nombre',max_length=250) geom = models.PointField(srid=25830,null=True,blank=True) latitud = models.FloatField(null=False,blank=False) longitud = models.FloatField(null=False,blank=False) tipo1 = models.CharField(verbose_name=u'tipo 1',max_length=250) tipo2 = models.CharField(verbose_name=u'tipo 2',max_length=250) municipio = models.ForeignKey(Localidad,null=False) objects = models.GeoManager() def save(self, *args, **kwargs): pntTxt = 'SRID=4326;POINT(%f %f)' % (self.longitud, self.latitud) pntGeo = GEOSGeometry(pntTxt) pntGeo.transform(25830) self.geom = Point(pntGeo.x, pntGeo.y) super(Nomenclator, self).save(*args, **kwargs)

def __unicode__(self): return u'%s (%s)' % (self.nombre,self.municipio.provincia)

class Meta: db_table = 'finanza_nomenclator' verbose_name = "nomenclator" verbose_name_plural = "nomenclator" ordering = ['nombre']

class ConfiguracionPartido(models.Model): gid = models.AutoField(primary_key=True) partido = models.ForeignKey(Partido) renta = models.ForeignKey(Renta,null=True) localidades = models.ManyToManyField(Localidad, through='ConfiguracionPartidoLocalidad',related_name='localidad') comentario = models.TextField(max_length=500,null=True,blank=True) zona = models.MultiPolygonField(srid=25830,null=True,blank=True) objects = models.GeoManager()

class ConfiguracionPartidoLocalidad(models.Model): localidad = models.ForeignKey(Localidad) configuracionpartido = models.ForeignKey(ConfiguracionPartido) impuesto = models.CharField(max_length=50,null=True,blank=True) administracion = models.CharField(null=True,choices=ADMIN_CHOICES) monto = models.FloatField(verbose_name=u'Monto',null=True,blank=True)

class HistoricoPartido(models.Model): configuracionpartido = models.ForeignKey(ConfiguracionPartido) fecha = models.DateField(default=datetime.date(1500, 01, 01)) total = models.FloatField(verbose_name=u'total',null=True,blank=True) cantidad_arrendada = models.FloatField(null=True,blank=True) cantidad_encabezado = models.FloatField(null=True,blank=True) comentario = models.TextField(max_length=350,null=True,blank=True) personas = models.ManyToManyField(Persona, through='PersonaRol') fuentes = models.ManyToManyField(Fuente, through='HistoricoPartidoFuente')


espacial de contenido de un punto (a partir de las coordenadas X e Y suministradas por el usuario) en la geometra de configuracin partidos, y que retorne como resultado el histrico de partidos agrupados por nombre de partido fiscal y ao, as como la informacin correspondientes de los montos de arrendamiento y los financieros que participan.

Las lneas de cdigo 1 al 4 importan las libreras y dependencias para definir los objetos ConfiguracionPartido e HistoricoPartido a partir del modelo de datos de la aplicacin Finanza Castilla, la clase Punto para definir objetos de geometra puntual y otras funcionalidades Web propias del servidor de Django.

Una vista se traduce en Django como una funcin en programacin (lnea 6), toma como parmetro la solicitud que realiza el cliente y devuelve una respuesta Web, escribiendo especficamente los resultados de la consulta en una plantilla html (lnea 18). Lo que queda en el cuerpo de la funcin corresponde al geoprocesamiento de los datos. En el ejemplo, se captura las coordenadas UTM X e Y que enva el cliente a travs de la URL del navegador Web (lneas 8 y 9) y se crea una geometra de tipo punto (10). Con este dato geogrfico se filtra las configuraciones de partido como una consulta espacial de contenido de un punto dentro de un polgono (lnea 12). Luego se crea a partir del filtro de las configuraciones de partido una lista de valores de los identificadores para consultar finalmente los histricos partido que coincidan (lneas 13 y 14).

El cdigo 4 muestra la plantilla que finalmente retornar los resultados al cliente. Esta plantilla se basa en una jerarqua de etiquetas en el lenguaje HTML, y una sintaxis especial para el

29

Cdigo 3. Vista para la consulta de los histricos de partido con una consulta espacial

1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819

from django.http import HttpResponse, Http404 from django.shortcuts import render_to_response from finanza.models import ConfiguracionPartido, HistoricoPartido from django.contrib.gis.geos import Point

def historicos_partido(request): if request.method == 'GET': x = request.GET.get('x', None) y = request.GET.get('y', None) coordenada = Point(float(x),float(y)) try: cp = ConfiguracionPartido.objects.filter(zona__contains = coordenada) cp_gid_list = [int(i) for i in cp.values_list('gid', flat=True)] historico_cp = HistoricoPartido.objects.filter( configuracionpartido__in = cp_gid_list) except HistoricoPartido.DoesNotExist: raise Http404 return render_to_response('consulta/historicos_partido.html', {'historico_cp': historico_cp})


motor de plantillas de Django, que convierte los objetos y variables de Python en etiquetas HTML. El motor de plantillas dispone de funcionalidades y filtros para representar los datos. Como se muestra en la lnea de cdigo 1, el resultado de histricos partidos se presentan en el cliente como la agrupacin de configuracin de partido. Luego se iteran todos los valores que almacena la variable historico_cp para retornar los datos de ao del histrico, los montos de las rentas y los financieros que participan. Como se muestra en las lneas 3 al 19, las iteraciones se realiza con el bucle for sobre la lista de valores de los atributos propios del objeto HistoricoPartido o como la consulta de los registros establecidos entre las relaciones de los diferentes objetos del sistema (configuracionpartido y personas).

Con los ejemplos mostrados anteriormente de la metodologa y patrn de desarrollo Vista Modelo Plantilla (MVT), y la generacin del mapeo objeto-relacional (ORM) de las bases de datos geogrficas, se muestra las capacidades de Django para transformar el desarrollo de los aplicativos Web con programacin orientado a objetos. Adicionalmente, este marco de desarrollo ofrece el soporte objetos geogrficos y las funcionalidades para plantear consultas espaciales sobre las geometras y propiedades topolgicas de los datos vectoriales.

Para la publicacin de los servicios geogrficos con el servidor de mapas Masperver se usa el lenguaje de etiquetas Mapfile (cdigo 5), declara una serie de bloques jerrquicos con las propiedades del proyecto como la extensin geogrfica, el sistema de referencia espacial, las unidades de medida, los servicios geogrficos Web disponibles e informacin relacionado con los metadatos de las capacidades de los servicios (lneas 2-19).

30

Cdigo 4. Platilla HTML para la presentacin de resultados de la consulta espacial

1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920

{% regroup historico_cp by configuracionpartido as cp_lista %}

{% for configuracionpartido in cp_lista %} {{ configuracionpartido.grouper }} {% for historico in configuracionpartido.list %} Ao: {{ historico.fecha.year }} Total: {{ historico.total }}; Cantidad arrendada: {{ historico.cantidad_arrendada }}; Cantidad encabezado: {{ historico.cantidad_encabezado }} Financieros: {% for persona in historico.personas.all %} {{ persona.apellido }}, {{ persona.nombre }} {% endfor %} {% endfor %} {% endfor %}


Para el caso de las capas geogrficas a publicar se usan una serie de parmetros entre el bloque LAYER y END, como los parmetros de conexin a la fuente de datos (vectorial, raster u otros servicios geogrficos Web), extensin de la capa, los metadatos de las capacidades de los diferentes servicios a publicar, as como los parmetros de configuracin de la simbolizacin y etiquetado de los objetos geogrficos. En las lneas 21 al 49, se observa el ejemplo de publicacin WMS y WFS de la capa Configuracin Partidos, cuya fuente de datos se establece a la base de datos geogrficos PostGIS.

31

Cdigo 5. Archivo Mapfile de configuracin de servicios Web geogrficos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

MAP NAME 'FinanzasCastilla' UNITS meters EXTENT -1624154 3545804 2582969 5404291 PROJECTION 'init=epsg:25830' END

WEB IMAGEPATH '/tmp/' METADATA 'ows_title' 'Finanzas Castilla' 'ows_onlineresource' 'http://geoservicio.finanzascastilla.com/mapserv' 'ows_srs' 'EPSG:25830' 'ows_encoding' 'UTF-8' 'ows_enable_request' '*' END END

LAYER NAME 'configuracion_partido' TYPE POLYGON EXTENT -1624154 3545804 2582969 5404291 CONNECTIONTYPE postgis CONNECTION "dbname='gedb'\\ host=postgresql.alwaysdata.com port=5432 user='admin' \\ password='*******' sslmode=disable" DATA 'geom FROM "finanza"."configuracion_partido" \\ USING UNIQUE cp_gid USING srid=25830' METADATA 'ows_title' 'configuracion_partido' 'gml_include_items' 'all' 'gml_featureid' 'cp_gid' END SIZEUNITS meters LABELITEM 'partido_renta' CLASS NAME 'configuracion_partido' STYLE WIDTH 100 OUTLINECOLOR 0 0 0 END LABEL FONT sans TYPE truetype END END ENDEND


4.1.4. Desarrollo de las interfaces Web de usuario

Con el desarrollo e integracin entre los servidores de aplicaciones fue posible obtener unas interfaces Web de usuario, siguiendo las especificaciones establecidas en la fase de diseo (seccin 3.2.4). La figura 9, corresponde a la interfaz Web del inicio del Sistema, en ella se observa las herramientas que permiten al investigador navegar en las aplicaciones que tiene permiso de acceso y edicin, y por otro lado permite conocer el histrico reciente de cambios en los registros de las aplicaciones.

La siguiente interfaz grfica Web (figura 10) corresponde al despliegue de los datos en forma de tabla, y en la que se ofrece las herramientas para agregar, listar, buscar, filtrar o borrar registros de la aplicacin. Uno de los filtros que ms se usa por el investigador es la divisin territorial, la cual permite seleccionar los registros de inters en un mbito geogrfico .

32

Figura 9. Interfaz grfica del inicio del sistema Web


En la figura 11, muestra el resultado de la interfaz grfica Web correspondiente al formulario principal de la aplicacin de Finanzas Castilla, la configuracin partido. A travs de esta interfaz es posible editar y consultar la informacin espacial de la aplicacin, como la coleccin de geometras de localidades y nomencltor. Como se haba expuesto en los requerimientos especficos de la aplicacin de Finanza Castilla, la configuracin de partido debe construirse como la definicin nica de un partido y una renta, y la informacin geogrfica es formada por la agregacin de las divisiones territoriales.

El visor Web de mapas que se muestra en la interfaz de configuracin de partido, constituye una importante herramienta de apoyo al investigador, ya que permite tener una visualizacin de la extensin geogrfica en el momento de ingreso de los datos de localidades y los nomencltor. La informacin visual como la agregacin y nivel de distribucin de las geometras representadas, permite identificar posibles errores en los nombres de localidades por la transcripcin de los documentos histricos.

33

Figura 10. Interfaz grfica Web para el despliegue tabular de datos


Por ltimo, la figura 12 representa la interfaz grfica web correspondiente a la informacin temporal de la configuracin de partido. Por una parte, se define unvocamente la configuracin de partido en una fecha. El histrico almacena la informacin de montos totales, arrendado y

34

Figura 11. Interfaz grfica de la configuracin de partido


encabezado y la informacin de los financieros que participan del registro.

Los investigadores disponen tambin de un visor de mapas (figura 13) para la visualizacin y consulta de los datos del sistema. Esta interfaz permite la interaccin con los servidores de aplicaciones de mapas y el marco de desarrollo de Django, ya que son las aplicaciones intermedias de comunicacin entre el cliente Web con el servidor de bases de datos. El visor integra las tecnologas SIG de visualizacin de los datos geogrficos vectoriales y raster del sistema, la conexin con los servicios Web geogrficos provedos por la IDEE y la informacin de atributos y temporal recuperada con el framework de Django.

El desarrollo logrado para este trabajo de fin de mster, cuenta con un diseo bsico de las interfaces de clientes SIG, con una barra de herramientas para la navegacin en el mapa, un panel de contenidos de las capas geogrficas, que se separa las capas base o de referencia

35

Figura 12. Interfaz grfica del histrico de partido


(relieve, divisin territorial, mapa topogrfico) y las capas del sistema de fiscalidad como la configuracin de partidos, los histricos partidos y la georeferenciacin de financieros. En el panel de capas geogrficas, tambin se muestran las leyendas, con la definicin de la simbologa, rangos y valores usados para la representacin de las capas de fiscalidad. La interfaz tambin dispone de una regin para el despliegue de la informacin consultada como interaccin directa con los elementos geogrficos del mapa o a travs de los formularios de consulta.

4.1.5. Evaluacin del sistema por parte del equipo investigador

La etapa final de evaluacin junto al proceso de desarrollo de la aplicacin es seguida continuamente por el equipo investigador, quienes suministran las correcciones, observaciones de fallos y mejoras de las herramientas para el ingreso, consulta y anlisis de los datos espaciales e histricos.

Los resultados de evaluacin de la aplicacin corresponde con las especificaciones recogidas en la etapa de anlisis de requerimientos de los usuarios y el diseo establecido de la base de datos geogrficos y las interfaces Web. Cumpliendo con lo anterior, se resume la evaluacin

36

Figura 13. Interfaz grfica del visor Web de mapas


como la siguiente:

La base de datos (PostgreSQL/PostGIS) permite el almacenamiento de datos geogrficos, as como el soporte de funcionalidades de anlisis vectorial.

Las interfaces grficas Web, permite al investigador disponer de un espacio administrativo del sistema, con las herramientas para visualizar, consultar y editar los datos espaciales y temporales.

Como el sistema usa la plataforma Web, es posible el acceso remoto de los investigadores a las aplicaciones disponibles. El sistema cumple con caractersticas de autentificacin de usuarios y soporte de seguridad a travs de la definicin de perfiles y roles con los permisos de acceso y edicin de los datos.

El SIG Web cumple con el requisito de modularidad. Esta caracterstica es proveda principalmente por el marco de desarrollo de Django, que permite extender e integrar desarrollos adicionales, propuestos principalmente como sub-proyectos de investigacin.

El sistema provee servicios geogrficos Web que permita la conexin de los clientes SIG a la informacin geogrfica y temporal. La recuperacin de las geometras y los atributos, permitira al investigador aplicar las funciones de anlisis espacial, temporal y estadsticos en los software SIG o estadsticos.

El desarrollo del mdulo del sistema de Finanzas Castilla, cumple con los requerimientos y restricciones de los datos. La configuracin de partido esta conformada por la agregacin del partido, renta y una coleccin de geometras de localidades. El histrico partido corresponde a la dimensin temporal de la configuracin del partido.

Lo que refiere a los informes, se calcula en la base de datos las caractersticas geogrficas de las configuraciones de partido. Los anlisis espaciales y temporales ms complejos se realizan con las herramientas SIG de escritorio. Algunos ejemplos de los posibles resultados de anlisis se documentan en la seccin 4.2.

37


4.2. Resultado de los anlisis espaciales y temporales de los datos

La finalidad del sistema Web desarrollado es servir como herramienta de apoyo de investigacin, que integre la informacin temporal y espacial para comprender la historia de la fiscalidad en Espaa. Es por ello que adicional a las funcionalidades SIG de almacenamiento, recuperacin, representacin, interoperabilidad y procesamiento, sean las capacidades analticas las de mayor importancia en las tecnologas de la informacin geogrfica, porque permite la extraccin de informacin o la bsqueda de patrones espaciales-temporales.

Con la integracin de los componentes de atributos, espacial y temporal es posible lograr una mejor compresin de la medicin del impacto en el tiempo y el espacio del proceso o hecho, desarrollado de manera realista y efectiva. Sin el detalle de los tres componentes, el conocimiento tender a ser simplista, reduciendo la utilidad del anlisis planteado a un tiempo y espacio dominante (Gregory y Ell, 2007). Con el componente temporal, no slo es posible tener informacin del cambio de la localizacin y caractersticas de los objetos, si no tambin es posible identificar los patrones o modelos que expliquen las causas de los eventos

De acuerdo al investigador principal de la aplicacin de Finanzas Castilla, David Alonso, se establece inicialmente tres objetivos principales de anlisis espacial-temporal en el proyecto. El primer objetivo de anlisis, se refiere a las caractersticas geogrficas de la configuracin de partido, como la extensin, tamao, nmero y aglomeracin de las localidades que lo conforman. El segundo objetivo de anlisis espacial-temporal se refiere a la informacin de histricos de partido, y el uso de herramientas SIG y estadsticas que ayuden a visualizar la evolucin e identificar cambios a travs del tiempo. El tercer objetivo, se refiere a las relaciones de las personas financieras con la definicin de reas de influencia en las configuraciones de partido.

Los resultados que se presentan a continuacin son algunas posibilidades de explotacin de los datos geogrficos y temporales de la aplicacin de Finanzas Castilla, sin embargo, una vez se integren las aplicaciones de los sub-proyectos de investigacin, es posible extender las relaciones fiscales a otros temas de inters como los eclesisticos y comerciales.

38


4.2.1. Anlisis espacial de las caractersticas de la configuracin de partido

Las caractersticas geogrficas de la configuracin de partido permite establecer un conocimiento de la dimensin y costes de influencia y control de las localidades que la conforman. Para este tipo de anlisis, se propone el uso en los SIG de los ndices o mtricas espaciales. De acuerdo a McGarigal y Marks, 1995; Collect et-al, 2012 bsicamente establecen el anlisis de patrones e interacciones de un conjunto de mosaicos que definen los patrones espacio-temporales, como resultado de las complejas interacciones de factores fsicos, sociales y econmicos. Los ndices permiten comparar elementos en relacin de su ubicacin implcita y explcita, con propiedades individuales o caractersticas independiente de la escala y forma de los elementos.

Una vista geogrfica general de la configuracin de partidos fiscales hasta la fecha se puede observar en el mapa 1. En esta se detalla la ubicacin y concentracin espacial de la configuracin de los partidos fiscales, con tendencia a formarse en las localidades de Madrid y Toledo.

Las principales mtricas espaciales usadas para caracterizar el ambiente de la configuracin de

39

Mapa 1. Vista general y ubicacin de la configuracin de partidos fiscales


partidos son las relacionadas con el tamao, la forma, relaciones de proximidad, aislamiento y conexin de las localidades. Estos ndices espaciales se obtuvieron a partir del uso de las funciones geomtricas y matemticas de PostgreSQL/PostGIS, y cuyo resultado tabla de atributos se une a la capa geogrfica de configuracin de partidos.

Los principales ndices mtricos calculados para la configuracin de partido son el rea en Km2, permetro en Km, porcentaje de rea de estudio, ndice forma MFDI, ndice de conexin, nmero de localidades y nmero de adyacencias con otras configuraciones de partido. De acuerdo a McGarigal y Marks, 1995; Badii y Landeros, 2006 algunos ndices se calculan como:

PLAND: Entrega informacin de la proporcin de la extensin que ocupa cada configuracin de partido en el rea de estudio.

donde:

a ij : rea de la configuracin de partidoA : extensin del rea de estudio

MFDI: esta mtrica entrega informacin de la forma de la configuracin de partido. Se establece la regularidad o irregularidad de una geometra en comparacin de la geometra estndar del circulo y cuadrado

donde:

p ij : permetro de la configuracin de partidoa ij rea de la configuracin de partidoNP : nmero total de parches del rea de estudio

El rango de valores se establece como 1MFDI2 , donde uno significa una forma regular acercndose a un crculo o cuadrado y los valores que tienden a dos son formas ms complejas.

40

MFDI=i=1

m

j=1

n [ 2ln(0.25p ij)ln a ij ]NP

PLAND=Pi=j=1

n

a ij

A100


CONNECT: el ndice de conexin, mide el grado de agrupamiento entre las localidades de una configuracin de partido. Se calcula como una medida de porcentaje de adyacencias entre localidades vecinas de la misma clase.

donde:

c ijk : nmero de adyacencias entre localidades j y k del correspondiente configuracin de partido.n i : nmero total de localidades del correspondiente configuracin de partido.

El mapa 2, muestra un ejemplo de salida del ndice espacial de conexin sobre la configuracin de partidos, permite establecer si las localidades que la conforman presentan una agrupacin espacial, lo que expresa un menor coste de control sobre esta zonas. El caso de las configuraciones de partidos como Madrid Alcabala/Tercias o Toledo Alcabalas/Tercias

41

CONNECT=( jkn

c ijk

ni(ni1)2

)100

Mapa 2. Anlisis espacial de la configuracin de partido, ndice de conexin


tienen un bajo ndice de conexin, por lo que las localidades se encuentran aisladas entre s. Caso contrario se presenta para la configuracin de partido de Brihuega Alcabala/Tercias.

4.2.2. Anlisis espacial-temporal de los histricos de partido

La visualizacin de los datos geogrficos y temporales a travs de los SIG permite aplicar tcnicas para la consulta espacial extendida y generacin de mapas dinmicos. La consulta es la capacidad del SIG para entregar respuestas a preguntas que realiza el usuario, aqu el tiempo cumple como restriccin o filtro para la visualizacin de los atributos o ubicacin de los objetos. La tcnica de animacin de mapas explota la capacidad del ordenador para actualizar el contenido, cambiando la representacin de los datos por un periodo de tiempo. De acuerdo a Andrienko et-al, 2003 es posible identificar tres cambios en los datos espacio-temporales 1) los cambios de estado de los eventos, es decir se visualizan o no en un rango temporal; 2) cambios en las propiedades espaciales, en particular la ubicacin del objeto y 3) cambios en los valores de los atributos temticos.

Un anlisis que implica la integracin de la dimensin espacial y temporal, es la de generar una sucesin de vistas del mapa con una simbolizacin en concreto a travs del tiempo. Las herramientas actuales SIG, permiten la representacin dinmica, en que la visualizacin geogrfica se actualice de acuerdo a los valores temporales. La utilidad del anlisis permite al investigador identificar en contexto espacial, algunos posibles patrones con tendencias de agruparse o correlacin geogrfica, y sirve como herramienta de soporte para validar o investigar los hechos histricos.

Las principales herramientas SIG que soporta este tipo de anlisis espacial-temporal son ArcGIS a travs de la extensin de Tracking Analyst o usando el software libre de Quantum GIS a travs del complemento de Time Manager. Ambas herramientas SIG, presentan limitaciones de representacin en el contexto temporal del anlisis (siglo XV y XVI), por lo que es necesario plantear el desarrollo de una herramientas Web que permita al investigador llevar a cabo la aplicacin de estas funciones de anlisis.

El mapa 3 muestra una sucesin de salidas de mapa por un periodo de cuatro aos (1510-1513) , y representa la evolucin de las rentas de un conjunto de partidos fiscales. Las zonas que tienen a colores oscuros, son los que perciben una mayor cuanta en rentas sobre aquellos que tienden a colores claros. Al observar la sucesin temporal de mapas, se puede identificar los cambios en las rentas o si permanece en el tiempo. Para periodos de tiempo ms largos, se recomienda producir una animacin para que el investigador apoye la visualizacin de este tipo

42


de anlisis.

Los mapas son una de las posibles salidas y explotacin de los datos del sistema, sin embargo tambin es posible obtener de la base de datos geogrficos los resmenes, anlisis y representaciones de las estadsticas de los datos, tal como se entrega en las figura 14, correspondiente al grfico de serie temporal de las rentas de la configuracin de partido de Pernia (Merindad) Alcabalas y tercias en el periodo de tiempo 1503 1537.

Actualmente este tipo de anlisis se realiza usando software SIG o paquetes estadsticos especializados, sin embargo

tesis mapas open source.pdf

Documents