Implementación de una Plataforma Geoespacial para la gestión de los sistemas de agua potable y alcantarillado de la ciudad de Santo Domingo

Transcripción

1 Implementación de una Plataforma Geoespacial para la gestión de los sistemas de agua potable y alcantarillado de la ciudad de ARQUITECTURA Elaborado por: Javier Cervantes E. Versión 1.1 octubre del 2016 Página 1 8

2 Contenido Resumen... 3 Objetivo... 3 Arquitectura base... 3 Servidor de Base de Datos no espacial... 3 Servidor de Base de Datos espacial... 4 PostGIS (software libre)... 4 ArcSDE (software propietario)... 5 Oracle Spatial (software propietario)... 5 Servidor de aplicaciones WEB... 5 PHP... 5 JavaScript... 5 FLEX... 6 Apache... 6 Servidor de Mapas y Visores Geográficos... 6 GeoServer... 7 ArcIMS... 7 Mapa de despliegue... 7 Página 2 8

3 Resumen Este documento explica los componentes de la Infraestructura de Datos Espaciales y Visor Geográfico como conocimiento base para la correcta implementación y ejecución de la Plataforma Geoespacial para la gestión, además indica los documentos base para la instalación y pruebas necesarias. Objetivo Aportar al administrador de la Plataforma Geoespacial para la gestión de los sistemas de agua potable y alcantarillado de la ciudad de con un documento que presente información general de la arquitectura de la Infraestructura de Datos Espaciales implementada, para asegurar un adecuado funcionamiento del sistema. El presente documento facilita un conocimiento general de los componentes de un sistema de información geográfica basado en software libre. Arquitectura base La arquitectura es el esquema que define la integración de los componentes del sistema y permite la correcta comunicación entre los diferentes componentes de la Infraestructura de datos Espaciales IDE previsto para la EPMAPA SD que incluye la integración de visor geográfico. Estos componentes se describen desde la base de datos hacia la capa de aplicación del sistema, y en manual de instalación adjunto se detalla la forma de lograrlo. Servidor de Base de Datos no espacial Se encarga de gestionar los servicios de Bases de Datos, permitiendo la interacción entre la aplicación, los datos relacionados (base de datos) y el usuario. Es necesario el uso de este tipo de servidores por las siguientes razones: Ocultar al usuario detalles sobre el almacenamiento físico de los datos (abstracción). El gestor se encarga de almacenar los datos en archivos (sea uno o cientos) y este hecho se hace transparente al usuario. Independencia de los datos, permitiendo la modificación de la estructura de la información (física o lógica), sin tener que realizar cambios en las aplicaciones que las utilizan. Control sobre la consistencia de los datos. Es decir, mantiene la coherencia de la información, vigilando por ejemplo, de que los valores redundantes en diferentes estructuras se actualicen en forma simultánea, o que los valores cumplan con ciertas restricciones (valores dentro de un rango de criterios, validación de la información, datos con formatos específicos, etc.). Mantienen un control de acceso a la información. Debido a la importancia del contenido de la base de datos, es indispensable controlar qué personas pueden acceder a qué nivel de información (permisos), creando inclusive roles de usuarios para este acceso. Página 3 8

4 Controlan el acceso a los datos manejando correctamente las transacciones. Si una de estas fallase, el gestor se encargará de mantener la base íntegra retornándola a un estado anterior al fallo. Mejora el tiempo de respuesta, al almacenar o al acceder a la información. El gestor de base de datos previsto para este proyecto es PostgreSQL, debido a que es muy sólido, y se puede decir que lidera los gestores de Base de Datos en OpenSource, además que permite la integración con información espacial a través de una extensión propia llamada PostGIS. Servidor de Base de Datos espacial Es un servidor de base de datos que se especializa en la gestión de la información espacial (cartografía vector y raster). Al igual que una base de datos para propósitos generales, cumple con las funciones de abstracción de la información, consistencia, seguridad, control de transacciones y tiempos de acceso. El servidor de base de datos espacial añade a estas funciones la posibilidad de manipular datos geométricos (figuras), que es la que posibilita el almacenamiento de esta información especializada. Este tipo de dato es importante, puesto que la representación cartográfica se lleva a cabo utilizando formas geométricas (puntos, redes, superficies, ubicaciones e imágenes) a las cuales se les asigna atributos que los definen y describen. Todos los gestores de bases de datos espaciales suelen poseer las mismas características en el tema de la manipulación de la información espacial, expresan los datos de manera vectorial, y representadas en tres tipos de figuras: Puntos: Determinados únicamente por un valor de coordenadas X y Y, valores que se miden como latitud y longitud. Determinan ciudades, hitos, ubicaciones puntuales etc. Líneas: Son objetos abiertos que cubren una distancia y comunican varios puntos o nodos. Representan carreteras, cables como líneas de teléfono o electricidad, tuberías, etc. Polígonos: Figuras delimitadas por líneas u objetos cerrados, representan superficies como países, lagos, lotes etc. Es aconsejable utilizar motores que añaden esta funcionalidad a gestores de base de datos existentes como solución a este servicio, pues el desarrollo de una herramienta a medida conlleva riesgos en tiempo de desarrollo. Existen actualmente paquetes de desarrollo importantes en este tema y que han sido probados en entornos empresariales. Entre los más importantes tenemos: PostGIS (software libre) Permite convertir al gestor PostgreSQL en un motor de base de datos espacial, incluyendo componentes geométricos y funciones de cálculo espacial. Es de código abierto y de gran aceptación en el mercado mundial. Debido a la fortaleza de PostGis en el manejo de información espacial vector y raster y a ser OpenSource, se utilizará PostGIS como gestor de base de datos espacial para el SIG EPMAPA SD. Página 4 8

5 ArcSDE (software propietario) Es el paquete de software que oferta ESRI 1 en el tema de base de datos espacial. Genera la estructura básica de servicios en una base de datos relacional soportada (actualmente se puede instalar en gestores de base de datos populares como Oracle, SQL Server y PostgreSQL). Aunque esta infraestructura no se encuentra instalada, se menciona por la importancia que tiene en nuestro medio. Oracle Spatial (software propietario) Contiene los elementos para transformar el gestor de base de datos ORACLE en una herramienta para la edición espacial. Su paquete de servicios es muy amplia, con las limitantes de un componente de software propietario (costos, servicios adicionales cautivos al componente, etc.) Al igual que ArcSDE, esta infraestructura no se encuentra instalada, pero se menciona por la importancia que tiene en nuestro medio. Servidor de aplicaciones WEB El servidor de aplicaciones funciona tanto para la interacción con la base de datos, como para el acceso hacia el mundo a través de aplicaciones basadas en WEB. En el caso de la gestión de la data de agua potable y alcantarillado, es necesario ejecutar consultas e interacción a través de servicios que se instalan en el servidor WEB. La arquitectura instalada utiliza los siguientes servicios: PHP Es un lenguaje interpretado para la generación de páginas web de manera dinámica. Al enviar el cliente una solicitud al servidor, este interpretara los mensajes recibidos, interpretara la petición mediante el código escrito en un archivo de extensión php y devolverá los datos pedidos por el cliente, de una manera transparente al usuario, a su vez este podrá observar su petición en un navegador Web. A la vez que existen datos que son necesarios ejecutar en el servidor como peticiones, hay ocasiones que es necesario ejecutar servicios en el mismo cliente, para no malgastar el rendimiento del servidor por la carga de peticiones que recibiría. Estas tecnologías aplicadas en entornos Web son las siguientes: JavaScript Es código de programación que se ejecuta en los navegadores Web (Internet Explorer, Firefox, etc.) del cliente. Permite manipular los elementos de una página Web, sin tener que regenerarla completamente (Un ejemplo de esto sería cambiar el contenido de una tabla dinámicamente mediante filtros, o la validación de que un valor sea numérico). 1 Esri (Environmental Systems Research Institute) es una empresa fundada en 1969 que en sus inicios se dedicaba a trabajos de consultoría del territorio. Actualmente desarrolla y comercializa software para Sistemas de Información Geográfica y es una de las compañías líderes en el sector a nivel mundial. Página 5 8

6 FLEX Es una tecnología desarrollada por Adobe, que permite la programación de objetos en una aplicación Flash [2], realiza el mismo tipo de función como es JavaScript (de hecho su lenguaje de programación, ActionScript es muy similar), con el beneficio de ser más atractivo e intuitivo que éste. Actualmente es un componente libre. Apache Es un software de código abierto aplicado al servicio de páginas Web (servidor de HTTP). Su principal función es la de recibir peticiones y enviar páginas Web, sin embargo, su capacidad para añadir funcionalidades a través de componentes (como es el módulo PHP) lo convierte en la plataforma ideal de despegue para todas las aplicaciones Web. Debe indicarse que Apache, supera a sus competidores en la rama de Servidores Web por su capacidad multiplataforma (es ejecutable tanto en entornos Windows, Linux o Unix) Presentación HTML, Flash (ActionScript) HTML5, JQuery Mobile Interfaz Cliente/Servidor Servicios Mapa Consular Javascript (Ajax) Servicios de Mapas OGC Intérprete PHP Tomcat Servidor WEB Apache Base de Datos PostgreSQL PostGIS ShapeFiles Sistema operativo Linux Servidor de Mapas y Visores Geográficos De la misma forma que un servidor de aplicaciones, éste servidor genera información de acuerdo a las peticiones del cliente, con la diferencia de que se enfoca en los servicios de Cartografía y Mapas. El principio básico de los servicios cartográficos mediante Internet implica la generación de archivos de contenido (la más utilizada es el XML) que permite al navegador Web presentar, con la herramienta adecuada, ésta cartografía (aclarando que son versiones no editables de la cartografía original, es decir, de consulta), y con las opciones de manipulación que se desarrolle en la herramienta para este fin. Existen actualmente algunas tecnologías aplicadas al servicio de cartografía, siendo las más utilizadas y robustas a nivel mundial: 2 Flash es un componente de Adobe, que una vez instalado en el navegador Web permite la ejecución de animaciones (menús, videos, gráficos) que permiten interactuar con el usuario de manera elegante, no tiene costo. Página 6 8

7 GeoServer Es un entorno de desarrollo para la generación de servicios de Sistemas de Información Geográfica SIG por Internet (Web Map Service WMS, Web Feature Service WFS, Web Coverage Service WCS). Es de desarrollo libre y de gran aceptación, una característica importante de este componente es su amplia compatibilidad con diferentes tecnologías SIG, así como otras características como: Multiplataforma, gracias a que es ejecutable en Apache (Linux y Windows) Soporta varios formatos vectoriales: ESRI shapefiles, PostGIS, ESRI ArcSDE, GML y otros muchos vía GDAL/OGR 3. Soporte de formatos raster: JPG, PNG, GIF, TIFF/GeoTIFF, EPPL7 y otros vía GDAL. Permite generar en fuentes TrueType, que mejora su presentación vía Web. ArcIMS Es la respuesta de ESRI a la generación de servicios SIG por Internet. Permite la presentación de la cartografía a través de su propio formato XML llamado ArcXML. Además permite servir mapas tanto a nivel de su propio formato (archivo Shape) como de servidores de base de datos espaciales basados en ArcSDE (comentados anteriormente). Este elemento no se encuentra instalado, pero se menciona por su importancia en software propietario. Mapa de despliegue A continuación se describe la arquitectura propuesta y ya instalada en un servidor virtual para el proyecto SIG EPMAPA SD. Este diagrama se encuentra disponible para su impresión en la sección Arquitectura dentro del CD adjunto. La implementación de la información base se encuentra en el documento adjunto ARQ02 Arquitectura Instalaciones. 3 Geospatial Data Abstraction Library (GDAL/OGR) provee herramientas de línea de comando para convertir y procesar un amplio rango de formatos de datos geoespaciales, tanto vectoriales como raster. Las herramientas están basadas en una biblioteca C++ multiplataforma, accesible a través de numerosos lenguajes de programación. Como biblioteca, presenta a las aplicaciones externas, un único modelo de datos abstracto para todos los formatos soportados. GDAL/OGR es la biblioteca de acceso a datos espaciales más usada. Es el motor primario de acceso a datos para muchas aplicaciones, incluyendo MapServer, GRASS, QGIS, y OpenEV. También es utilizado por OSSIM, Cadcorp SIS, FME, Google Earth, VTP, Thuban, ILWIS, MapGuide y ArcGIS. Página 7 8

8 DETALLE Apache Sistemas Operativos Linux Centos 6.8 /RedHat PHP GeoNetwork GeoServer 2.8 TOMCAT 7 OpenGeo Suite 4.8 Base de Datos PostSQL 9.3 (libre) Servicios Geodatanase PostGis (libre) Servidor de Mapas GeoServer 2.8 (libre) Servidor de Catálogo GeoNetwork (libre) Servidor de Internet Apache (libre) Framework Java SDK (libre) Aplicaciones pesadas QGIS (libre) Sistema operativo para servidor Centos Linux 6.8 /RedHat 5 (libre) Sistema operativo para clientes Linux, Andorid (libre), Windows (propietario) Navegadores Firefox (libre) o Internet Explorer (propietario) Lenguajes de programación PHP (libre) PostgreSQL 9.3 PostGIS Diagrama de Arquitectura del SIG EPMAPA SD Página 8 8