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4: TIGER, Topología y Geocodificación

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    88140
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    TIGER, Topología y Geocodificación

    David DiBiase

    4.1. Visión general

    En el Capítulo 3 se estudiaron los datos de población producidos por la Oficina del Censo de Estados Unidos, y algunas de las formas en que esos datos pueden visualizarse con mapas temáticos.

    Además de producir datos sobre la población y economía de Estados Unidos, la Oficina del Censo es uno de los principales productores de datos de mapas digitales. La División de Geografía de la Oficina del Censo creó su base de datos espacial “Topologically Integrated Geographic Encoding and Reference” (TIGER) con ayuda del Servicio Geológico de Estados Unidos En preparación para el censo de 2010, la Mesa realizó un proyecto de rediseño de bases de datos que combinó TIGER con una base de datos Master Address File (MAF). MAF/TIGER permite a la Mesa asociar los datos censales, que recopila por domicilio familiar, con las áreas censales y distritos electorales adecuados. Este es un ejemplo de un proceso llamado coincidencia de direcciones o geocodificación.

    La base de datos MAF/TIGER encarna el enfoque vectorial de la representación espacial. Utiliza entidades de punto, línea y polígono para representar calles, cuerpos de agua, ferrocarriles, límites administrativos y seleccionar puntos de referencia. Además de las ubicaciones “absolutas” de estas entidades, que están codificadas con coordenadas de latitud y longitud, MAF/TIGER codifica sus ubicaciones “relativas”, una propiedad llamada topología.

    MAF/TIGER también incluye atributos de estas características vectoriales incluyendo nombres, códigos administrativos y, para muchas calles, rangos de direcciones y códigos postales. Se extraen conjuntos de características vectoriales de la base de datos MAF/TIGER para producir mapas de referencia para censistas y mapas temáticos para usuarios de datos censales. Tales extractos se llaman Tiger/Line Shapefiles.

    Las características de los Shapefiles Tiger/Line que los hacen útiles para la Oficina del Censo también los hacen valiosos para otras agencias gubernamentales y negocios. Debido a que no están protegidos por derechos de autor, los datos Tiger/line han sido ampliamente adaptados para muchos usos comerciales. TIGER ha sido descrito como “el primer conjunto de datos espaciales de propósito general a nivel nacional verdaderamente útil” (Cooke 1997, p. 47). Algunos dicen que puso en marcha una industria de datos geoespaciales ahora próspera en los Estados Unidos.

    Objetivos

    El objetivo de este capítulo es familiarizarte con MAF/TIGER y dos conceptos importantes que ejemplifica: topología y geocodificación. Específicamente, los alumnos que completen exitosamente el Capítulo 4 deberán ser capaces de:

    1. Explicar cómo se representan las entidades geográficas dentro de MAF/TIGER;
    2. Explicar cómo se representan las primitivas geométricas en MAF/TIGER en extractos Tiger/Line Shapefile;
    3. Definir la topología y explicar por qué y cómo se codifica en TIGER;
    4. Realizar geocodificación de direcciones; y
    5. Describa cómo los archivos Tiger/Line y productos similares se pueden utilizar para otras aplicaciones, incluyendo el enrutamiento y la asignación.

    Comentarios y preguntas

    Los estudiantes registrados pueden publicar comentarios, preguntas y respuestas a preguntas sobre el texto. Particularmente bienvenidos son las anécdotas que relacionan el texto del capítulo con su experiencia personal o profesional. Además, hay foros de discusión disponibles en el sistema de gestión de cursos ANGEL para comentarios y preguntas sobre temas que quizás no desees compartir con todo el mundo.

    Para publicar un comentario, desplácese hacia abajo hasta el cuadro de texto debajo de “Publicar nuevo comentario” y comience a escribir en el cuadro de texto, o puede optar por responder a un hilo existente. Cuando termine de escribir, haga clic en el botón “Vista previa” o “Guardar” (Guardar enviará realmente su comentario). Una vez publicado tu comentario, podrás editarlo o eliminarlo según sea necesario. Además, podrás responder a otras publicaciones en cualquier momento.

    Nota: las primeras palabras de cada comentario se convierten en su “título” en el hilo.

    Mapa Conceptual

    Te puede interesar ver el mapa conceptual utilizado para orientar el desarrollo de los Capítulos 3 y 4.

    4.2. Lista de comprobación

    La siguiente lista de verificación es para estudiantes de Penn State que están registrados para clases en las que se les ha asignado este texto, así como cuestionarios y proyectos asociados en el sistema de gestión de cursos ANGEL. Puede resultarle útil imprimir primero esta página para que pueda seguir las instrucciones.

    Lista de verificación del Capítulo 4 (solo para estudiantes registrados)
    Paso Actividad Acceso/Direcciones
    1 Leer Capítulo 4 Esta es la segunda página del Capítulo. Haga clic en los enlaces en la parte inferior de la página para continuar o para volver a la página anterior, o para ir a la parte superior del capítulo. También puedes navegar por el texto a través de los enlaces del menú del GEOG 482 de la izquierda.
    2 Presentar cuatro cuestionarios de práctica que incluyen:
    • MAF y TIGER
    • Shapefiles
    • Topología
    • Geocodificación

    Los cuestionarios de práctica no se califican y pueden presentarse más de una vez.

    Ir a ANGEL > [la sección de tu curso] > Pestaña Lecciones > Carpeta Capítulo 4 > [quiz]
    3 Realiza actividades de “Prueba esto” que incluyen:
    • Explore la disponibilidad de las geografías y características de Tiger/Line Shapefile
    • Descargar y ver un archivo Tiger/Line Shapefile
    • Geocodificar su dirección usando un Tiger/Line Shapefile
    • Comparar el rendimiento de geocodificación de los servicios de enrutamiento en línea
    • Explore recursos sobre el problema del vendedor ambulante

    Las actividades de “Prueba esto” no están calificadas.

    Se proporcionan instrucciones para cada actividad.
    4 Enviar el Cuestionario Calificado del Capítulo 4 ANGEL > [la sección de tu curso] > Pestaña Lecciones > Carpeta Capítulo 4 > Capítulo 4 Cuestionario Calificado. Consulte la pestaña Calendario en ANGEL para conocer las fechas de vencimiento.
    5 Leer comentarios y preguntas publicadas por compañeros de estudios. Agrega comentarios y preguntas propias, si las hubiere. Los comentarios y preguntas pueden ser publicados en cualquier página del texto, o en un foro de discusión específico del Capítulo en ANGEL.

    4.3. MAF/TIGRE

    MAF/TIGER es el sistema de base de datos geográficos de la Oficina del Varios factores llevaron a la Oficina del Censo de Estados Unidos a crear MAF/TIGER: la necesidad de realizar el censo por correo, la necesidad de producir ayudas de orientación para los trabajadores de campo del censo y su misión de producir productos de mapas y datos para los usuarios de datos censales.

    REALIZACIÓN DEL CENSO POR CORREO

    A medida que aumentaba la población de Estados Unidos, se volvió poco práctico que los censistas visitaran cada hogar en persona. Desde 1970, la Oficina del Censo ha enviado cuestionarios por correo a la mayoría de los hogares con instrucciones de que los formularios cumplimentados deben ser devueltos por correo. La mayoría de estos cuestionarios, pero ciertamente no todos, se envían por correo, alrededor del 72 por ciento de todos los cuestionarios en 2010. A ese ritmo, la Oficina del Censo estima que se ahorraron unos 1.600 millones de dólares al reducir la necesidad de que los trabajadores de campo visitaran hogares que no respondieron.

    Cuestionario del Censo 2010

    Cuestionario del Censo 2010. Para un recorrido pregunta por pregunta, ve aquí.

    Para gestionar sus operaciones de entrega y devolución de correo, la Oficina del Censo cuenta con un Archivo Maestro de Direcciones (MAF). MAF es un inventario completo de unidades de vivienda y muchas ubicaciones de negocios en los Estados Unidos, Puerto Rico y áreas insulares asociadas. MAF se construyó originalmente a partir del Archivo de Secuencia de Entrega del Servicio Postal de los Estados Unidos de todas las direcciones residenciales. El MAF se actualiza a través de las correcciones de las operaciones de campo y un programa de actualización local de direcciones censales (LUCA) mediante el cual los enlaces tribales, estatales y locales revisan y sugieren actualizaciones de los registros de direcciones locales. “MAF/TIGER” se refiere al acoplamiento del Archivo Maestro de Direcciones con la base de datos espacial TIGER, que en conjunto permiten a la Oficina del Censo asociar de manera eficiente los datos censales y levantamientos referenciados por dirección recibidos por correo con ubicaciones geográficas en el suelo y áreas de tabulación de interés para Congreso y muchas agencias gubernamentales y negocios.

    No es tan sencillo como suena. Las direcciones postales no especifican las ubicaciones geográficas con la suficiente precisión para cumplir con el mandato constitucional de la Oficina del Censo. Una dirección no es una posición en un sistema de coordenadas de cuadrícula, es solo una de una serie de posiciones mal definidas a lo largo de una ruta. La ubicación de una dirección suele ser ambigua porque los nombres de las calles no son únicos, los esquemas de numeración son inconsistentes y porque las rutas tienen dos lados, izquierdo y derecho. La ubicación importa, como usted recuerda, porque los datos del censo deben ser georreferenciados con precisión para ser útiles para la redistribución, redistribución de distritos y asignación de fondos federales. Por lo tanto, la Oficina del Censo tuvo que encontrar la manera de asignar datos referidos a direcciones automáticamente a bloques censales particulares, grupos de bloques, tractos, distritos electorales, etc. Eso es a lo que se refiere la “Codificación y Referencia Geográfica” en el acrónimo TIGER.

    MAPAS PARA TRABAJADORES DE CAMPO CENSALES

    Una segunda motivación que llevó a MAF/TIGER fue la necesidad de ayudar a los censistas a encontrar su camino. Millones de hogares no devuelven cuestionarios por correo, después de todo. Los censistas (llamados “enumeradores” en la Mesa) visitan en persona a los hogares que no responden. Los enumeradores del censo necesitan mapas que muestren calles y puntos de referencia seleccionados para ayudar a localizar hogares. Los supervisores del censo necesitan mapas para asignar a los censistas a territorios particulares. Las notas de campo recopiladas por los trabajadores de campo son una fuente importante de actualizaciones y correcciones a la base de datos MAF/TIGER.

    Antes de 1990, la Mesa confiaba en fuentes locales para sus mapas. Por ejemplo, se utilizaron 137 mapas de diferentes escalas, calidad y edad para cubrir el área de 30 millas cuadrados de San Luis durante el censo de 1960. La necesidad de mapas de escala y calidad consistentes obligó a la Oficina a convertirse en un creador de mapas, así como un usuario de mapas. Utilizando el sistema MAF/TIGER, los geógrafos de la Oficina del Censo crearon más de 17 millones de mapas para una variedad de propósitos en preparación para el Censo de 2010.

    PRODUCTOS DE DATOS

    La misión de la Oficina del Censo no sólo es recabar datos, sino también poner los productos de datos a disposición de sus constituyentes. Además de los datos de atributos considerados en el Capítulo 3, la Oficina difunde una variedad de productos de datos geográficos, incluyendo mapas murales, atlas y uno de los primeros servicios de mapeo en línea, el Servicio de Mapeo TIGER. Puede explorar los mapas y los productos de datos cartográficos de TheBureau aquí.

    Captura de pantalla del navegador TIGER Map Server

    Lanzado en 1995, el TIGER Mapping Service fue uno de los primeros servicios de mapas de Internet. Los estudiantes registrados utilizarán su sucesor, American Factfinder, en el Proyecto 2.

    REDISEÑO DE BASES DE DATOS MAF/TIGER

    La Oficina del Censo realizó un importante rediseño de la base de datos MAF/TIGER en los años previos al censo decenal de 2010. Lo que eran sistemas de bases de datos independientes (MAF y TIGER) ahora están unificados en el sistema de gestión de bases de datos relacionales Oracle estándar de la industria. Los beneficios de este software de base de datos “comercial listo para usar” (COTS) incluyen el acceso simultáneo de múltiples usuarios, una mayor familiaridad del usuario y una mejor integración con las herramientas de desarrollo web. Como explica Galdi (2005) en su white paper “Almacenamiento y Topología de Datos Espaciales en el Sistema Rediseñado MAF/TIGER”, el rediseño “refleja una tendencia común en las industrias de Tecnologías de la Información (TI) y Sistemas de Información Geográfica (SIG): la integración de datos espaciales y no espaciales en una sola empresa conjunto de datos” (p. 2).

    Simultáneamente con el rediseño de MAF/TIGER, la Oficina del Censo también actualizó el formato de distribución de sus extractos de datos de mapas TIGER/Line. Consistente con la estrategia COTS de la Mesa, adoptó el formato estándar de facto Esri “Shapefile”. Las siguientes páginas consideran características de los datos espaciales almacenados en MAF/TIGER y en extractos Tiger/Line Shapefile.

    4.4. Extractos vectoriales de MAF/TIG

    La Oficina del Censo comenzó a desarrollar una base de datos geográfica digital de 144 áreas metropolitanas en la década de 1960. Para 1990, los primeros esfuerzos se habían convertido en TIGER: una base de datos geográfica digital sin fisuras que abarcaba todo Estados Unidos y sus territorios. Como se discutió en la página anterior, MAF/TIGER sucedió a TIGER en el período previo al Censo de 2010.

    Tiger/Line Shapefiles son productos de datos de mapas digitales extraídos de la base de datos MAF/TIGER. Están disponibles gratuitamente en la Oficina del Censo, y son adecuados para su uso por particulares, empresas y otras agencias que no tienen acceso directo a MAF/TIGER.

    Esta sección describe las entidades geográficas representadas en la base de datos MAF/TIGER, describe cómo se utiliza una implementación particular del modelo de datos vectoriales para representar esas entidades, y considera la precisión de las características digitales en relación con sus contrapartes sobre el terreno. La siguiente página considera características del formato de datos “Shapefile” utilizado para distribuir extractos digitales de MAF/TIGER.

    GEOGRAFÍAS REPRESENTADAS EN EXTRACTOS DE TIGRE Y SHAPEFILE

    La base de datos MAF/TIGER es selectiva. Sólo se incluyen aquellas entidades geográficas necesarias para cumplir con la misión operativa de la Oficina del Censo. Se omiten las entidades que no ayudan a la Oficina del Censo a realizar sus operaciones por correo, o que ayudan a los trabajadores de campo a navegar por un vecindario. Los datos de elevación del terreno, por ejemplo, no están incluidos en MAF/TIGER. Una lista completa de las “clases de entidad” y “superclases” incluidas en los archivos MAF/TIGER y Shapefiles se puede encontrar en el Apéndice F de la Documentación Técnica Tiger/Line Shapefiles. Ejemplos de superclases incluyen:

    • Viviendas potenciales (por ejemplo, sitios de refugios, hogares de retiro, prisiones, dormitorios)
    • Características de carreteras/caminos (por ejemplo, carreteras primarias, carreteras secundarias, carreteras vecinales locales)
    • Características hidrográficas (por ejemplo, rio/río, lago/estanque, océano/mar)
    • Características lineales diversas (por ejemplo, tubería, línea eléctrica, línea de cerco)
    • Áreas de tabulación (por ejemplo, condado o equivalente, tracto, grupo de bloques, bloque
    Extracto de la documentación técnica Tiger/Line
    MTFCC CLASE DE ELEMENTO SUPERCLASE PUNTO LINEAL ÁREA DESCRIPCIÓN DE CLASE DE ELEMENTO
    $1400 Camino Local Vecinal, Camino Rural, Calle Ciudad Características de carretera/ruta N Y N Generalmente una calle pavimentada no arterial, carretera o calzada que generalmente tiene un solo carril de tránsito en cada dirección. Las carreteras de esta clase de entidad pueden ser de mantenimiento privado o público. Las carreteras escénicas del parque se incluirían en esta clase de entidad, al igual que (dependiendo de la región del país) algunas carreteras sin pavimentar.
    $1500 Sendero Vehicular (4WD) Características de carretera/ruta N Y N Un sendero de tierra sin pavimentar donde se requiere un vehículo con tracción en las cuatro ruedas. Estos senderos vehiculares se encuentran casi exclusivamente en zonas muy rurales. Las carreteras menores sin pavimentar utilizables por autos y camiones ordinarios pertenecen a la categoría de $1400.
    $1630 Rampa Características de carretera/ruta N Y N Una carretera que permite el acceso controlado desde caminos adyacentes a una autopista de acceso limitado, a menudo en forma de intercambio de hoja de trébol. Estos caminos son indireccionables.

    Extracto de la documentación técnica TIGER/Line (Census Bureau 2012) que muestra algunas de las clases de entidad incluidas en la superclase “Características de carretera/trayectoria”.

    Obsérvese también que ni la base de datos MAF/TIGER ni los Shapefiles Tiger/Line incluyen los datos poblacionales recopilados a través de cuestionarios y por censistas MAF/TIGER se limita a proporcionar el marco geográfico dentro del cual se tabulan los datos censales referenciados a direcciones.

    ¡PRUEBA ESTO!

    EXPLORAR LOS SHAPEFILES DE TIGER/LÍNEA DISPONIBLES

    En este Try This (Uno de los 3 que tratan con Tiger/Line Shapefiles) vas a explorar qué Tiger/Line Shapefiles están disponibles para descargar en diversas geografías y qué información contienen esos archivos. Estaremos explorando las versiones 2009 y 2010 de los conjuntos de datos Tiger/Line Shapefile. Versiones de otros años están disponibles. Siéntete libre de investigar esos, también.

    • Siga este enlace para llegar a la página Productos TIGER del sitio web de la Oficina del Censo, luego siga el enlace Tiger/Line Shapefiles que se encuentra en ¿Qué producto debo usar? para llegar a la página de Geografía.
    • Enlace a los Archivos Shapefiles Tiger/Line 2010 a través del enlace de la pestaña 2010.
    • Seleccione Descargar y, a continuación, en la lista ampliada, elija Interfaz Web.
    • Expanda la lista de selección en Seleccionar un tipo de capa. Dedique algún tiempo a elegir diferentes entradas de la lista de selección de capas y luego usar el botón Enviar para navegar por las subcapas tomando nota de cuándo se le ofrece acceso a un botón Descargar. Toma nota de un par de cosas. (1) Algunas de las listas de selección ponen a disposición una selección que te permite descargar un conjunto de datos shapefile para todo el país. (2) Para algunas de las opciones, debes navegar hasta el nivel Condado antes de que el botón Descargar esté disponible

    Como se indicó anteriormente queremos que se haga una idea de los tipos de datos que están disponibles para las diversas geografías —desde el condado hasta el nivel nacional—. Examinar las diversas capas como te hice hacer arriba hace que sea difícil hacer una evaluación general de qué datos hay a una escala geográfica determinada. Afortunadamente para nuestros fines el Censo nos ha proporcionado una tabla conveniente para ayudarnos en este sentido.

    • Aún deberías estar en el 2010 Tiger/Line Shapefiles | Seleccione una página de tipo de capa.
      Haga clic en el enlace Documentación en la parte superior derecha de la página. Esto te llevará de vuelta a la página de Geografía.
    • Seleccione de nuevo la pestaña 2010.
    • Seleccione Disponibilidad de archivos.
      Estudia la tabla que aparece.
    • Tenga en cuenta que hay columnas tituladas Archivos basados en el estado y el condado, Archivos basados en la nación y Archivos basados en el área de los indios americanos.
    • Compara qué geografías (la columna Capa) están disponibles en la categoría Archivos basados en la nación con las disponibles en la categoría Archivos basados en el estado.
      ¿Qué archivos hay disponibles para un estado que no están disponibles para toda la nación? ¿Se te ocurren las razones por las que estos no están disponibles como un único expediente nacional? Publique un comentario a continuación para discutir con sus compañeros de estudios.
    • Ahora, compare la categoría Archivos basados en el estado con la categoría Archivos basados en el condado. ¿Qué expedientes disponibles a nivel estatal también están disponibles a nivel de condado? Una vez más, comparte tus pensamientos con tus compañeros.

    PRIMITIVAS GEOMÉTRICAS

    Al igual que otras implementaciones del modelo de datos vectoriales, MAF/TIGER representa entidades geográficas usando primitivas geométricas que incluyen nodos (entidades de punto), bordes (entidades lineales) y caras (entidades de área). Estos se definen e ilustran a continuación.

    • Los nodos (etiquetados “N” en la ilustración siguiente) son “0-dimensionales”, que consisten solo en un solo par de coordenadas de latitud y longitud.
      • Los nodos N21-23 son nodos aislados. Es decir, no son puntos finales de aristas.
    • Los bordes (etiquetados “E” en la ilustración siguiente) son primitivas lineales unidimensionales que se utilizan para representar calles, ferrocarriles, tuberías y ríos.
      • Los puntos finales de un borde se denominan nodos de conexión.
      • A cada arista se le asigna una dirección, denotada por las puntas de flecha. La direccionalidad del borde permite la designación de un Nodo de Inicio y de un Nodo Final. El nodo de inicio del borde E12 a continuación es N9 y el nodo final es N6.
      • Un borde puede tener puntos intermedios llamados vértices que definen su forma.
    • Las caras (etiquetadas con “F” en la ilustración siguiente) son las primitivas geométricas bidimensionales utilizadas para representar entidades como bloques, condados y distritos electorales. Una cara es un polígono delimitado por aristas.
      • La direccionalidad de un borde también permite designar caras izquierda y derecha. La cara F1 está a la izquierda del borde E12 y la cara F2 está a la derecha.

    Base de datos TIG

    Primitivas geométricas de la base de datos Topologically Integrated Geographic Encoding and References (TIGER) La figura muestra lo que podrían ser dos bloques censales adyacentes, con el bloque inferior delimitado al sur por un río. Los bordes restantes pueden corresponder a calles, y los nodos aislados pueden ser hitos como una escuela, una iglesia y un zoológico.

    PRECISIÓN GEOMÉTRICA

    Hasta hace poco, la precisión geométrica de las características vectoriales codificadas en TIGER era notoriamente pobre (ver ilustración a continuación). ¿Qué tan pobre? Hasta el año 2003, los metadatos Tiger/line declararon que

    Las coordenadas en los archivos Tiger/line tienen seis decimales implícitos, pero la precisión posicional de estas coordenadas no es tan grande como sugieren los seis decimales. La precisión posicional varía con los materiales de origen utilizados, pero generalmente la información no es mejor que los estándares de precisión de mapas nacionales establecidos para mapas a escala 1:100 .000 del Servicio Geológico de los Estados Unidos (Oficina del Censo 2003)

    ¡PRUEBA ESTO!

    Habiendo realizado cálculos a escala en el Capítulo 2, debería poder calcular la magnitud del error (distancia al suelo) asociada a mapas topográficos a escala 1:100 .000. Recordemos que el error permitido para mapas topográficos del USGS a escalas de 1:20 ,000 o menores es de 1/50 pulgada (ver el pdf de estándares de mapas nacionales)

    Imagen de desajuste entre datos de calles TIGER e imagen aérea

    Discrepancia entre las calles previas a la modernización de archivo Tiger/line (rojo) y la geometría real de la red de calles mostrada en una imagen aérea ortorrectificada (U.S. Census Bureau n.d).

    MEJORA DE LA PRECISIÓN

    A partir de 2002, en preparación para el censo de 2010, la Oficina del Censo encargó un Proyecto de Mejoramiento de la Precisión MAF/TIGER (MTAIP, por sus siglas en inglés), Uno de los objetivos del esfuerzo fue utilizar el GPS para capturar coordenadas geográficas precisas para cada hogar en el MAF. Otro objetivo fue mejorar la precisión de las características de carretera/trayectoria de TIGER. El proyecto tuvo como objetivo ajustar la geometría de las redes de calles para alinearse dentro de 7.6 metros de intersecciones de calles observadas en ortoimágenes o medidas mediante GPS. Las calles corregidas son necesarias no solo para la cartografía, sino para una geocodificación precisa. Debido a que las calles a menudo forman los límites de las áreas censales, es esencial que las ubicaciones precisas de los hogares estén asociadas con redes de calles precisas.

    MTAIP integró más de 2,000 archivos fuente presentados por los gobiernos estatales, tribales, comarcales y locales. Los contratistas utilizaron GPS de grado topográfico para evaluar la precisión de una muestra aleatoria de las intersecciones de la línea central de las calles de los archivos fuente integrados. La evaluación confirmó que la mayoría, pero no todas las entidades de la base de datos espacial, igualan o superan el objetivo de 7.6 metros. La precisión uniforme no fue posible debido a la diversidad de materiales de origen locales utilizados, aunque esta precisión es el estándar en los extractos de Shapefile “Todas las líneas”. La precisión geométrica de clases de entidad particulares incluidas en shapefiles particulares se documenta en los metadatos asociados con esa extracción de shapefile.

    El MTAIP se completó en 2008. En conjunto con la Encuesta continua de la Comunidad Estadounidense y otras operaciones censales, ahora se están realizando correcciones y actualizaciones. Las actualizaciones de Tiger/Line Shapefile ahora se publican anualmente.

    PRÁCTICA

    Los estudiantes registrados de Penn State deben regresar ahora a la carpeta Capítulo 4 en ANGEL (a través del menú Recursos a la izquierda) para realizar un cuestionario de autoevaluación sobre MAF y TIGER.

    Puedes tomar cuestionarios de práctica tantas veces como desees. No se puntúan y no afectan tu calificación de ninguna manera.

    4.5. Shapefiles

    Desde 2007, los extractos de Tiger/Line de la base de datos MAF/TIGER se han distribuido en formato shapefile. Esri introdujo shapefiles a principios de la década de 1990 como el formato nativo de datos vectoriales digitales de su producto de software ArcView. El formato shapefile es propietario, pero abierto; sus especificaciones técnicas se publican y se pueden implementar y utilizar libremente. En gran parte como resultado de la popularidad de ArcView, shapefile se ha convertido en un estándar de facto para la creación e intercambio de datos geoespaciales vectoriales. Por lo tanto, la adopción por parte de la Oficina del Censo de Shapefile como formato de distribución es consistente con su estrategia general de conformidad con las prácticas convencionales de tecnología de la información.

    ELEMENTOS DE UN CONJUNTO DE DATOS SHAPEFILE

    Lo primero que deben saber los profesionales de GIS sobre los shapefiles es que cada conjunto de datos de shapefile incluye un mínimo de tres archivos. Uno de los tres archivos requeridos almacena la geometría de las entidades digitales como conjuntos de coordenadas vectoriales. Un segundo archivo requerido contiene un índice que, al igual que el índice de un libro, permite un acceso más rápido a las características espaciales y, por lo tanto, acelera el procesamiento de una operación dada que involucra un subconjunto de entidades. El tercer archivo requerido almacena datos de atributos en formato DBase©, uno de los formatos de sistema de gestión de bases de datos digitales más antiguos y más utilizados. Todos los archivos que componen un conjunto de datos Shapefile tienen el mismo nombre raíz o prefijo, seguido de un sufijo de tres letras o extensión de archivo. La siguiente lista muestra los nombres de los tres archivos requeridos que componen un conjunto de datos shapefile llamado “condados”. Toma nota de las extensiones de archivo.

    • counties.shp: El archivo de forma principal, que contiene datos de coordenadas vectoriales
    • counties.shx: El archivo de índice
    • counties.dbf: La tabla dBase

    Esri enumera doce archivos opcionales adicionales, y los practicantes pueden incluir otros más. Dos de los archivos opcionales más importantes son el archivo “.prj”, que incluye la definición del sistema de coordenadas, y “.xml”, que almacena metadatos. (¿Por qué supone que algo tan esencial como la definición de un sistema de coordenadas se considera “opcional”?)

    ¡PRUEBA ESTO!

    DESCARGAR Y VER UN SHAPEFILE TIGER/LINE

    En esto ¡Prueba esto! (el segundo de 3 que trata de Tiger/Line Shapefile), descargará un conjunto de datos Tiger/Line Shapefile, investigará la estructura de archivos de un shapefile típico de Esri y lo verá en software SIG.

    Puede usar una aplicación de software libre llamada Global Mapper (originalmente conocida como dlgv32 Pro) para investigar los shapefiles Tiger/line. Originalmente desarrollado por el personal de la División de Mapeo de USGS en Rolla, Missouri como un visor de datos para datos de USGS, Global Mapper se ha comercializado desde entonces, pero está disponible en una versión de prueba gratuita. Las instrucciones a continuación le guiarán a través del proceso de instalación del software y apertura de los datos Tiger/Line.

    1. Descargando Tiger/Line Shapefiles: Vas a utilizar los Tiger/Line Shapefiles 2010.
      • Regresar a la página de descargas Tiger/Line Shapefiles 2010.
      • En la lista Seleccionar un tipo de capa, en Entidades, elija Todas las líneas y haga clic en enviar. (Le invitamos a descargar e investigar cualquier (s) Tiger/Line Shapefile (s), pero usaremos un conjunto de datos de Todas las líneas en la geocodificación Pruebe esto más adelante en el capítulo, por lo que su descarga uno aquí le hará más familiarizado con el contenido.)
      • En la lista de selección Todas las líneas seleccione un estado o territorio y haga clic en Enviar.
      • Seleccione un Condado de la siguiente lista de selección que aparece y haga clic en Descargar.
      • Guarde el archivo en su computadora.
        El archivo que descargue debe tener un nombre como tl_2010_42027_edges.zip. El nombre raíz de este archivo, tl_2010_ 42027 _edges en este ejemplo, también será el nombre del conjunto de datos shapefile. El 42027 es un código federal que representa a Pensilvania (estado 42) y al condado de Centre (condado 027). El código de cinco dígitos en su nombre de archivo dependerá del estado y condado que haya seleccionado.
      • Los datos se comprimen en un archivo.zip. Extraiga los datos a una nueva carpeta con nombre en una ubicación conocida. (Dentro de la jerarquía de archivos que se extrae puede haber un segundo archivo.zip que necesita ser descomprimido).
    2. Investigando el conjunto de datos shapefile:
      • Navegue hasta dentro de la carpeta en la que almacenó su dataset Tiger/Line Shapefile sin comprimir.
      • Observe los múltiples archivos que componen el dataset shapefile, incluyendo:
        • tl_2010_42027_edges.shp, que contiene los datos de coordenadas vectoriales
        • tl_2010_42027_edges.shp.xml, que contiene metadatos
        • tl_2010_42027_edges.shx, el archivo de índice
        • tl_2010_42027_edges.dbf, el archivo dBASE
        • tl_2010_42027_edges.prj, que contiene la proyección/referencia espacial
      • Todos los archivos funcionan en concierto para almacenar los componentes necesarios del conjunto de datos de shapefile de Esri. Es posible que esté familiarizado con algunos de los tipos de archivos individuales. El contenido de tres de ellos se puede ver fácilmente. Abramos esos tres. Puede hacer doble clic en el archivo y luego seleccionar “de una lista de programas instalados” o puede que deba abrir la aplicación sugerida y abrir el archivo desde dentro de él. Házmelo saber si necesitan ayuda, o ayudarse mutuamente en el Foro de Discusión ANGEL Capítulo 4 o en el área de Comentarios a continuación.
        • Abra el archivo.dbf usando Microsoft Excel.
          Tenga en cuenta la estructura típica de fila-columna de una base de datos de archivos planos. ¿Puedes encontrar las cuatro columnas, o campos, que contienen la información del rango de direcciones? Busque LFROMADD, etc. El nombre del campo LFROMADD es abreviado para Left From Address. La longitud de 10 caracteres del nombre del campo apunta hacia arriba una de las restricciones del formato dBASE; los nombres de campo están limitados a 10 caracteres.
        • Abra el archivo.xml usando su navegador web.
          Debería ver la información de metadatos entre corchetes por etiquetas contenidas entre corchetes direccionales < >. XML significa Lenguaje de marcado extensible, y es un conjunto común de reglas para codificar documentos. ¿Se puede localizar la porción del documento que tenga que ver con precisión espacial horizontal? (Los metadatos de precisión espacial están disponibles cuando haya elegido el archivo Todas las líneas como su shapefile candidato).
        • Abra el archivo.prj usando el Bloc de notas o cualquier editor de texto vainilla.
          Hay cinco piezas de información en este expediente, separadas por comas. ¿Qué son? Deberían reforzar algo de lo que aprendiste en el Capítulo 2 respecto a lo que define un sistema de coordenadas geográficas.
        • Los archivos.shp y .shx son propietarios y específicos de la funcionalidad del conjunto de datos shapefile.
      • Discuta lo que encuentre con sus compañeros de clase en los comentarios a continuación.
      • Tenga en cuenta que no se debe alterar el contenido de ninguno de estos archivos con ninguna aplicación que no sea un programa SIG que esté diseñado para esa tarea.
    3. Ver el conjunto de datos shapefile en Global Mapper:
      • Descargue e instale el software Global Mapper:
        1. Navegue al sitio de Blue Marble Global Mapper.
        2. Descargar la versión de prueba del software
        3. Haga doble clic en el archivo de instalación que descargó para instalar el programa
        4. Lanzar el programa Global Mapper
      • Después de abrir el software Global Mapper, elija Open Data File (s).. . en el menú Archivo, o haga clic en el botón “Abrir sus propios archivos de datos” en el centro de la ventana. Navegue hasta el conjunto de datos de shapefile extraído que descargó anteriormente y ábralo. (Recuerde, su conjunto completo de datos shapefile tendrá un nombre similar a tl_2010_42027_edges. Se mostrará en el cuadro de diálogo Abrir con una extensión .shp.)
      • Debería poder ver todas las entidades de línea (los bordes, de la base de datos MAF/TIGER) contenidas en su condado. Si está utilizando la versión más reciente de Global Mapper debería poder discernir carreteras de ríos/arroyos de límites administrativos, etc. En versiones anteriores de la aplicación, la vista predeterminada mostraba todas las entidades de línea en un solo color y peso de línea, por lo que el usuario necesitaba usar las herramientas de simbolización para hacer que las diferentes clases de características sean distinguibles.
        ¿Qué cree que tiene que entender la aplicación de mapeo para permitirle simbolizar automáticamente las entidades de manera diferente? Publica tus pensamientos a continuación.

    PRIMITIVAS SHAPEFILE

    Un único conjunto de datos shapefile puede contener uno de los tres tipos de primitivas de datos espaciales o entidades: puntos, líneas o polígonos (áreas). La especificación técnica los define de la siguiente manera:

    • Puntos: Un punto consiste en un par de coordenadas de doble precisión en el orden X, Y.
    • Líneas: Más específicamente una polilínea, es un conjunto ordenado de puntos, o vértices, que consta de una o más partes. Una parte es una secuencia conectada de dos o más puntos. Las piezas pueden o no estar conectadas entre sí. Las piezas pueden o no intersectarse entre sí.
    • Polígonos: Un polígono consta de uno o más anillos. Un anillo es una secuencia conectada de cuatro o más puntos, o vértices, que forman un bucle cerrado que no se cruza por sí mismo.
    • Otros: Se pueden crear versiones M (medidas; datos de ruta) y Z (3D; referencia vertical) de conjuntos de datos Shapefile de punto, polilínea y polígono, pero no se incluyen en los extractos Tiger/Line Shapefile.

    Diagrama que ilustra primitivas geométricas del formato Shapefile

    Tres conjuntos de datos Shapefile que podrían extraerse de los datos MAF/TIGER representados en la página anterior

    A la izquierda en la ilustración anterior, un conjunto de datos de Shapefile de polígono contiene los bloques del Censo en los que los bordes de la base de datos MAF/TIGER se han combinado para formar dos polígonos distintos, P1 y P2. El diagrama muestra los dos polígonos separados para enfatizar el hecho de que lo que es el único borde E12 en la base de datos MAF/TIGER (ver el diagrama en la página 4) ahora está presente en cada una de las entidades poligonales de bloque del Censo.

    En el centro de la ilustración, un conjunto de datos Shapefile de polilínea contiene siete entidades de línea (L1-7) que corresponden a los siete bordes de la base de datos MAF/TIGER. La direccionalidad de las entidades de línea que representan calles corresponde a los atributos de rango de direcciones en la tabla DBase© asociada. Los vértices definen la forma de un polígono o una línea, y los Nodos Inicio y Fin de la base de datos MAF/TIGER son ahora Primer y Último Vértices.

    Finalmente, a la derecha en la ilustración anterior, un conjunto de datos Shapefile de puntos contiene los tres nodos aislados de la base de datos MAF/TIGER.

    PRÁCTICA

    Los estudiantes registrados de Penn State deben regresar ahora a la carpeta Capítulo 4 en ANGEL (a través del menú Recursos a la izquierda) para realizar un cuestionario de autoevaluación sobre Shapefiles.

    Puedes tomar cuestionarios de práctica tantas veces como desees. No se puntúan y no afectan tu calificación de ninguna manera.

    4.6. Topología

    La topología es diferente a la topografía. (Te sorprendería la frecuencia con la que estos términos se confunden.) En el Capítulo 2 se lee sobre las diversas formas en que las posiciones absolutas de las entidades pueden especificarse en un sistema de coordenadas, y cómo esas coordenadas pueden proyectarse o transformarse de otra manera. La topología se refiere a las posiciones relativas de las entidades espaciales. Las relaciones topológicas entre entidades, como contención, conectividad y adyacencia, no cambian cuando se transforma un dataset. Por ejemplo, si un nodo aislado (que representa un hogar) se encuentra dentro de una cara (que representa un distrito congresional) en la base de datos MAF/TIGER, puede contar con que permanezca dentro de esa cara sin importar cómo proyecte, hoja de goma o de otra manera transforme los datos. La topología es de vital importancia para la Oficina del Censo, cuyo mandato constitucional es asociar con precisión los recuentos y características de la población con los distritos políticos y otras áreas geográficas.

    Como explica David Galdi (2005) en su white paper “Almacenamiento de datos espaciales y topología en el sistema rediseñado MAF/TIGER”, el “TI” en TIGER significa “Topologically Integrated”. Esto significa que las diversas entidades representadas en la base de datos MAF/TIGER, como calles, vías fluviales, límites y hitos (¡pero no elevación!) — no están codificados en “capas” separadas. En cambio, las entidades se componen de un pequeño conjunto de primitivas geométricas, que incluyen nodos y vértices de 0 dimensiones, bordes unidimensionales y caras bidimensionales, sin redundancia. Eso significa que donde una vía fluvial coincide con un límite, por ejemplo, MAF/TIGER los representa a ambos con un conjunto de aristas, nodos y vértices. Los atributos asociados con las primitivas geométricas permiten a los operadores de bases de datos recuperar conjuntos de entidades de manera eficiente con consultas espaciales simples. De esa manera se extrajeron de la base de datos MAF/TIGER los Shapefiles separados específicos de cada entidad publicados a nivel de condado (como puntos de referencia, hidrografía, límites de bloques censales y el archivo “Todas las líneas” que está utilizando en la multiparte “Prueba esto”). Observe, sin embargo, que cuando examina un shapefile de hidrografía y un shapefile de contorno, verá segmentos de línea redundantes donde coinciden las entidades. Ese hecho confirma que los Shapefiles Tiger/Line, a diferencia de la propia base de datos MAF/TIGER, no están integrados topológicamente. Las computadoras de escritorio ahora son lo suficientemente potentes como para calcular la topología “sobre la marcha” a partir de shapefiles u otros conjuntos de datos no topológicos. Sin embargo, los grandes procesos por lotes realizados por la Oficina del Censo aún se benefician de la topología persistente de la base de datos MAF/TIGER.

    La estructura de datos topológicos de MAF/TIGER también beneficia a la Oficina del Censo al permitirle automatizar los procesos de verificación de errores. Por definición, las características de los archivos Tiger/line se ajustan a un conjunto de reglas topológicas (Galdi 2005):

    1. Cada borde debe estar delimitado por dos nodos (nodos inicial y final).
    2. Cada borde tiene una cara izquierda y derecha.
    3. Cada cara tiene un límite cerrado que consiste en una secuencia alterna de nodos y bordes.
    4. Hay una secuencia cerrada alternante de aristas y caras alrededor de cada nodo.
    5. Los bordes no se cruzan entre sí, excepto en los nodos.

    El cumplimiento de estas reglas topológicas es un aspecto de la calidad de los datos llamado consistencia lógica. Además, los límites de las áreas geográficas que están relacionadas jerárquicamente, como bloques, grupos de bloques, tractos y condados, se representan con bordes comunes no redundantes. Las características que no se ajustan a las reglas topológicas pueden ser identificadas automáticamente, y corregidas por los geógrafos del Censo que editan la base de datos. Dado que la base de datos MAF/TIGER cubre todo Estados Unidos y sus territorios, e incluye muchos millones de primitivas, la capacidad de identificar errores en la base de datos de manera eficiente es crucial.

    Entonces, ¿cómo ayuda la topología a la Oficina del Censo a asegurar la precisión de los datos de población necesarios para la redistribución y redistribución de distritos? Para ello, la Mesa deberá agregar recuentos y características a diversas áreas geográficas, incluyendo bloques, tractos y distritos electorales. Esto implica un proceso llamado “coincidencia de direcciones” o “geocodificación de direcciones” en el que a los datos recopilados por el hogar se les asigna una ubicación geográfica topológicamente correcta. En las siguientes páginas se explica cómo funciona eso.

    PRÁCTICA

    Los estudiantes registrados de Penn State deben regresar ahora a la carpeta Capítulo 4 en ANGEL (a través del menú Recursos a la izquierda) para realizar un cuestionario de autoevaluación sobre Topología.

    Puedes tomar cuestionarios de práctica tantas veces como desees. No se puntúan y no afectan tu calificación de ninguna manera.

    4.7. Geocodificación

    La geocodificación es el proceso utilizado para convertir códigos de ubicación, como direcciones de calles o códigos postales, en coordenadas geográficas (u otras). Los términos “geocodificación de direcciones” y “mapeo de direcciones” se refieren al mismo proceso. La geocodificación de datos de población referenciados a direcciones es una de las principales responsabilidades de la Oficina del Censo. Sin embargo, como saben, también es una capacidad muy popular de servicios de mapeo y enrutamiento en línea. Además, la geocodificación es un elemento esencial de un conjunto de técnicas que se están conociendo como “inteligencia de negocios”. Veremos aplicaciones como estas más adelante en este capítulo, pero primero consideremos cómo realiza la Oficina del Censo la geocodificación de direcciones.

    GEOCODIFICACIÓN DE DIRECCIONES EN EL CENSO DE ESTADOS UNIDOS

    Antes del proyecto de modernización MAF/TIGER que condujo al censo decenal de 2010, la base de datos TIGER no incluía un conjunto completo de ubicaciones de puntos para los hogares estadounidenses. Al carecer de ubicaciones de puntos, TIGER fue diseñado para soportar la geocodificación de direcciones por aproximación. Como se ilustra a continuación, la base de datos TIGER premodernización incluía atributos de rango de direcciones para los bordes que representan las calles Los atributos de rango de direcciones también se incluyeron en los archivos Tiger/line extraídos de TIGER. Junto con los nodos Inicio y Fin que delimitan cada borde, los rangos de direcciones permiten a los usuarios estimar las ubicaciones de las direcciones de los hogares.

    Diagrama que muestra el mapa de vecindad con direcciones (arriba) y los datos de dirección que se registran en la ventana del programa (abajo)

    Cómo se codificaron los atributos de rango de direcciones en archivos Tiger/line (U.S. Census Bureau 1997). Los rangos de direcciones en los Shapefiles Tiger/Line contemporáneos son similares, excepto que los nodos “De” (FR) y “Hasta” ahora se llaman “Inicio” y “Fin”. Además, se han realizado cambios en los nombres de campo (columna) en las tablas de atributos. Compara los nombres de los campos de rango de direcciones que miraste en el segundo ejercicio Prueba este con los anteriores.

    Así es como funciona. El diagrama anterior resalta un borde que representa un segmento de una cuadra de Oak Avenue. El borde está delimitado por dos nodos, etiquetados como “Inicio” y “Fin”. Un registro correspondiente en una tabla de atributos incluye el número de identificación único (0007654320) que identifica el borde, junto con las direcciones inicial y final para los lados izquierdo (FRADDL, TOADDL) y derecho (FRADDR, TOADDR) de Oak Avenue. Tenga en cuenta también que los rangos de direcciones incluyen direcciones potenciales, no solo las existentes. Esto es para asegurar que los rangos seguirán siendo válidos a medida que se construyan nuevos edificios a lo largo de la calle.

    Un error de geocodificación común se produce cuando las designaciones Inicio y Fin se asignan a los nodos de conexión incorrectos. Es posible que haya leído en el white paper de Galdi (2005) “Almacenamiento y Topología de Datos Espaciales en el Sistema MAF/TIGER Rediseñado”, que en MAF/TIGER, “se asigna una dirección arbitraria a cada borde, permitiendo la designación de uno de los nodos como el Nodo de Inicio y el otro como el Nodo Final” (p. 3). Si la “dirección” de un borde no se corresponde con sus rangos de direcciones asociados, una ubicación familiar puede colocarse en el lado equivocado de una calle.

    Aunque muchos gobiernos locales en Estados Unidos han desarrollado sus propias “bases terrestres” SIG con mayor precisión geométrica que los archivos Tiger/Line previos a la modernización, aún ocurren errores similares de geocodificación de direcciones. Kathryn Robertson, una Técnica de SIG con la Ciudad de la Independencia, Missouri (y estudiante en la oferta de otoño del 2000 de este curso) señaló lo importante que es que los nodos Start (o “From”) y los nodos End (o “To”) se correspondan con las direcciones baja y alta en los rangos de direcciones. “Aprendí esto por las malas”, escribió, “geocodificando los 5.768 segmentos para la ciudad de la Independencia y obteniendo algunos segmentos hacia atrás. Cuando se realizó la coincidencia de direcciones, las ubicaciones no eran correctas. Por lo tanto, tuve que regresar y mirar la dirección de mis segmentos. Yo tenía una regla general, todas las calles este-oeste eran comenzar de poniente e ir hacia el este; todas las calles norte-sur debían comenzar desde el sur e ir hacia el norte” (comunicación personal).

    Si bien esta pudo haber sido una estrategia sensata para la Ciudad de la Independencia, ¿te imaginas una situación en la que la regla general de Kathryn podría no funcionar para otro municipio? Si es así, y si eres un estudiante registrado, por favor agrega un comentario a esta página.

    DESPUÉS DE LA MODERNIZACIÓN DE MAF/TIGER

    Si TIGER hubiera incluido ubicaciones de coordenadas precisas para cada hogar, y calles y límites administrativos correspondientemente precisos, los datos censales de geocodificación serían simples y menos propensos a errores. Muchos gobiernos locales digitalizan ubicaciones de unidades de vivienda individuales cuando construyen bases de tierra GIS para la evaluación de impuestos a la propiedad, despacho E-911 y otros fines. El proyecto de modernización MAF/TIGER iniciado en 2002 tuvo como objetivo lograr esto para toda la base de datos TIGER a nivel nacional a tiempo para el censo 2010. La siguiente ilustración muestra el resultado previsto del proyecto de modernización, incluyendo calles debidamente alineadas, costas y ubicaciones de hogares individuales, que se muestran aquí en relación con una imagen aérea ortorrectificada.

    Imagen que muestra ubicaciones modernizadas de hogares TIGER y calles alineadas

    Precisión e integridad intencionada de los datos TIGER modernizados en relación con el mundo real. Las calles TIGER (amarillas), las costas (azul) y las ubicaciones de las unidades habitacionales (rojas) se superponen sobre una imagen aérea ortorrectificada. (Oficina del Censo de Estados Unidos n.d.) La cobertura nacional de ubicaciones de unidades habitacionales y calles geométricamente precisas y otras características no estaban disponibles en 2000 o antes.

    La base de datos modernizada MAF/TIGER descrita por Galdi (2005) está actualmente en uso, incluyendo ubicaciones geográficas precisas de más de 100 millones de unidades domésticas. Sin embargo, debido a que las ubicaciones de los hogares se consideran confidenciales, los usuarios de Tiger/Line Shapefiles extraídos de la base de datos MAF/TIGER aún deben confiar en la geocodificación de direcciones usando rangos

    APROVECHAR LOS DATOS TIGER/LINE PARA EMPRESAS PRIVADAS

    Lanzado en 1996, MapQuest fue uno de los primeros servicios de mapeo, geocodificación y enrutamiento en línea. MapQuest combinó las capacidades de dos compañías: una firma de diseño cartográfico con larga experiencia en la producción de atlas viales, “TripTiks” para la American Automobile Association y otros productos de mapas, y una empresa de nueva creación que se especializó en aplicaciones de geocodificación personalizadas para negocios. Inicialmente, MapQuest se basó en parte en los datos de calles Tiger/Line extraídos de la base de datos TIGER previa a la modernización. MapQuest y otras firmas comerciales pudieron construir sus negocios con datos TIGER debido a la sabia decisión del gobierno de Estados Unidos de no restringir su reutilización. Se ha dicho que esta decisión desencadenó el rápido crecimiento de la industria geoespacial estadounidense.

    Más adelante en este capítulo visitaremos MapQuest y algunos de sus competidores más recientes. A continuación, sin embargo, tendrá la oportunidad de ver cómo se realiza la geocodificación utilizando datos Tiger/line en un SIG.

    4.8. Geocodificación con Tiger/Line Shapefiles

    ¡PRUEBA ESTO!

    GEOCODIFICACIÓN EN UN GIS

    Parte 3 de 3 en el Tiger/Line Shapefile ¡Prueba esto! series no es interactiva sino que ilustra cómo los rangos de direcciones codificados en Tiger/Line Shapefiles se pueden usar para identificar (¡más o menos!) las ubicaciones geográficas de las direcciones de calles en los EE. UU.

    El proceso de geocodificación de una ubicación dentro de un SIG comienza con un dataset de líneas (shapefile) con los atributos de rango de direcciones necesarios. La siguiente imagen es un ejemplo de la tabla de atributos de un shapefile Tiger/line.

    Captura de pantalla de tabla de atributos

    Visible en esta imagen son solo unas pocas filas, que representan un puñado de segmentos de carretera y sus correspondientes rangos de dirección. Este shapefile contiene más de 29,000 segmentos de carretera en total. Anote los nombres de algunos de los atributos:

    • FULLNAME — El nombre de la calle del segmento vial
    • LFROMADD — El número de dirección al inicio del segmento vial en el lado izquierdo de la calle
    • LTOADD — El número de dirección al final del segmento vial en el lado izquierdo de la calle
    • RFOMADD — El número de dirección al inicio del segmento vial en el lado derecho de la calle
    • RTOADD — El número de dirección al final del segmento vial en el lado derecho de la calle
    • ZIPL — El área de código postal que está presente al lado izquierdo del segmento vial
    • ZIPR — El área de código postal que está presente al lado derecho de la calle

    A continuación, el software SIG necesita saber cuál de estos atributos contiene cada pieza de la información necesaria del rango de direcciones. Algunos shapefiles utilizan diferentes nombres para sus atributos, por lo que el SIG no siempre puede saber qué atributo contiene la información del lado derecho desde la dirección, por ejemplo. En ArcGIS, por ejemplo, se configura algo llamado Localizador que mapea los atributos en el shapefile a la pieza correspondiente de información de dirección necesaria. La siguiente imagen ilustra cómo se ve este mapeo:

    Captura de pantalla de ArcGIS Locator

    Anote los ítems con un asterisco (*). Estos son los atributos mínimos requeridos que deben estar presentes en el shapfile para que funcione la geocodificación. Los elementos de la columna “Nombre de alias” corresponden a atributos en el shapefile.

    ¡Ahora estamos listos para encontrar una ubicación buscando una dirección postal! Geocodifiquemos la ubicación para “1971 Fairwood Lane, 16803″.

    Cuando se especifica una dirección, el SIG consulta la tabla de atributos para encontrar filas con un nombre de calle coincidente en el código postal correcto. Además, se identifica el segmento particular de la calle que contiene el número de dirección. La siguiente imagen muestra la selección correspondiente en la tabla de atributos:

    Captura de pantalla del atributo resaltado

    La siguiente imagen muestra el segmento vial correspondiente resaltado en un mapa. Se han agregado los valores de dirección A y From para el segmento vial para que pueda ver el rango de direcciones.

    Captura de pantalla del segmento de carretera

    Finalmente, el SIG interpola donde a lo largo del segmento de carretera se produce el valor de 1971 y lo coloca en el lado apropiado de la calle en base a los valores pares/impares indicados en la tabla de atributos. La siguiente imagen muestra el resultado final del proceso de geocodificación:

    Captura de pantalla del resultado final

    La precisión de una ubicación geocodificada depende de una serie de factores, incluyendo la calidad del trabajo de línea en un shapefile, la precisión de los atributos de rango de direcciones de cada segmento de carretera y la interpolación realizada por el software. Como puede ver en la siguiente sección, diferentes servicios de geocodificación pueden proporcionar diferentes resultados de ubicación debido a los datos y procedimientos particulares utilizados.

    4.9. Geocodificación en línea

    Sin duda está familiarizado con uno o más servicios populares de mapeo en línea. ¿Qué tan bien les va al geocodificar la ubicación de una dirección postal? Puede probarlo usted mismo en varios servicios de mapeo basados en la web, incluyendo MapQuest.com, Bing Maps de Microsoft y Tele Atlas/Tomtom's Geocode.com. Tele Atlas, por ejemplo, es un fabricante líder de datos digitales de calles para sistemas de navegación de vehículos. Para acomodar las tareas de enrutamiento que los sistemas de navegación están llamados a servir, las calles se codifican como entidades vectoriales cuyos atributos incluyen rangos de direcciones. (Para poder enviar una dirección para geocodificación en Geocode.com hay que configurar una cuenta de prueba a través de su herramienta web EZ-Locate Interactive o descargar el software EZ-Locate).

    Captura de pantalla de la ventana de envío de direcciones de Tele Atlas Geocode.com

    Enviar una dirección al servicio Geocode.com de Tele Atlas para geocodificación. © 2013 TomTom North America, Inc. Todos los derechos reservados.

    Arriba se muestra la forma mediante la cual se puede geocodificar una dirección a una ubicación en una base de datos de calles Tele Atlas. El resultado se muestra a continuación.

    Captura de pantalla de ventana de resultados de geocodificación Tele Atlas

    El servicio Geocode.com de Tele Atlas estima la ubicación de la dirección relativa a los atributos de rango de direcciones codificados en su base de datos. © 2013 TomTom North America, Inc. Todos los derechos reservados.

    Comparemos las capacidades de geocodificación de Mapquest.com para ubicar la dirección en un mapa real.

    Captura de pantalla de Mapquest Address Locator 2013

    Dirección geocodificada por MapQuest.com. © 2013 MapQuest.com, Inc. Todos los derechos reservados.

    El mapa Mapquest.com de 2013 estima que la dirección está cerca de su ubicación real. A continuación se muestra un producto similar de MapQuest creado en 1998, cuando este curso se estaba desarrollando por primera vez. En el mapa más antiguo se traza la misma dirección en el lado opuesto de la calle. ¿Qué supone que está mal con el atributo de rango de direcciones en ese caso?

    En el mapa de 1998, anotan también las formas de las calles. Se han mejorado las formas de las calles en el mapa de 2011. El producto de 1998 parece haber sido generado a partir de la versión 1990 de los archivos Tiger/line, que pudo haber sido todo lo que estaba disponible para esta parte relativamente remota del país. Ahora MapQuest otorga licencias de datos de calles a un socio comercial llamado NAVTEQ.

    Captura de pantalla de MapQuest 1998

    Misma dirección geocodificada por MapQuest.com en 1998. © 1998 MapQuest.com, Inc. (anteriormente GeoSystems Global Corp.) Todos los derechos reservados.

    El punto de esta sección es mostrar que la geocodificación con rangos de direcciones implica un proceso de estimación. Los Shapefiles Tiger/Line Shapefiles de la Oficina del Censo, como las bases de datos comerciales de calles producidas por Tele Atlas, Navigation Technologies y otras empresas privadas, representan las calles como segmentos de líneas vectoriales Los segmentos vectoriales están asociados con atributos de rango de direcciones, uno para el lado izquierdo de la calle, uno para el lado derecho. El proceso de geocodificación toma como entrada una dirección de calle, encuentra el segmento de línea que representa la calle especificada, verifica los rangos de direcciones para determinar el lado correcto de la calle, luego estima una ubicación en el punto apropiado entre la dirección mínima y máxima para ese segmento y asigna una coordenadas de latitud/longitud estimadas a esa ubicación. Por ejemplo, si la dirección mínima es 401, y la máxima es 421, un algoritmo de geocodificación localizaría la dirección 411 en el punto medio del segmento de calle.

    ¡PRUEBA ESTO!

    Pruebe uno de estos servicios de geocodificación para su dirección. Luego compara la experiencia, y el resultado, con Google Maps, lanzado en 2005. Aplica lo que hemos comentado en este capítulo para tratar de explicar imprecisiones en tus resultados, si las hubiere. Los estudiantes registrados pueden iniciar sesión y publicar comentarios directamente en esta página.

    PRÁCTICA

    Los estudiantes registrados de Penn State deben regresar ahora a la carpeta Capítulo 4 en ANGEL (a través del menú Recursos a la izquierda) para realizar un cuestionario de autoevaluación sobre Geocodificación.

    Puedes tomar cuestionarios de práctica tantas veces como desees. No se puntúan y no afectan tu calificación de ninguna manera.

    4.10. Aplicaciones más allá de la Oficina del Censo

    Dos características de los datos MAF/TIGER, atributos de rango de direcciones y topología explícita, los hacen, y los productos derivados, valiosos en muchos contextos. En consecuencia, firmas como NAVTEQ y Tele Atlas (ahora propiedad de TomTom) han surgido para proporcionar datos con características similares a las de MAF/TIGER, pero que están más actualizados, más detallados e incluyen clases de entidad adicionales. El propósito de la siguiente sección es esbozar algunas de las aplicaciones de datos similares a los datos MAF/TIGER más allá de la Oficina del Censo.

    ¡PRUEBA ESTO!

    Un artículo de febrero de 2006 de Peter Valdes-Dapena en CNNMoney.com describe el trabajo de dos empleados de NAVTEQ. Vea el enlace de arriba o busque en “de dónde provienen realmente esas direcciones de manejo”

    4.11. Geocodificación de sus clientes

    Las direcciones geocodificadas permiten a gobiernos y empresas mapear dónde viven y trabajan sus constituyentes y clientes. Las agencias de gobierno federal, estatal y local conocen dónde viven sus constituyentes en virtud de los censos, así como las solicitudes de licencias e inscripciones. Los bancos, las compañías de tarjetas de crédito y las empresas de telecomunicaciones también son ricos en datos de clientes referenciados a direcciones, incluidos los comportamientos de compra. Los negocios y servicios privados deben ser más ingeniosos.

    Algunas operaciones minoristas, por ejemplo, solicitan direcciones o códigos postales a los clientes, o capturan datos de direcciones de cheques. Las tarjetas de descuento y compras permiten a los minoristas relacionar directamente los comportamientos de compra con las direcciones. Las direcciones de los clientes también se pueden cosechar de placas de automóviles. Los dueños de negocios pagan para registrar los números de matrícula de los autos estacionados en sus estacionamientos o en sus competidores. Las direcciones de los propietarios registrados se pueden adquirir a organizaciones que adquieran registros de vehículos motorizados de los departamentos estatales de transporte.

    Las empresas con acceso a datos de clientes referenciados por direcciones, datos vectoriales de calles atribuidos con rangos de direcciones y software GIS y experiencia, pueden definir y analizar las áreas comerciales dentro de las cuales vive y trabaja la mayoría de sus clientes. Las empresas también pueden enfocar las campañas de publicidad por correo directo en sus propias áreas comerciales o en las de sus competidores. Además, los SIG pueden ser utilizados para analizar las características socioeconómicas de la población dentro de las áreas comerciales, permitiendo a las empresas asegurarse de que los productos y servicios que ofrecen satisfacen las necesidades y preferencias de las poblaciones objetivo.

    Los políticos utilizan las mismas herramientas para apuntar a las apariencias y promociones de campaña.

    ¡PRUEBA ESTO!

    Consulta el sistema de geocodificación que mantiene el Consejo Examinador de la Institución Financiera Federal. El sistema de geocodificación FFIEC permite a los usuarios ingresar una dirección y obtener un reporte demográfico del censo o un mapa de calles (Usando datos de Tele Atlas). El sistema está destinado a ser utilizado por instituciones financieras que están cubiertas por la Ley de Divulgación de Hipotecas de Vivienda (HMDA) y la Ley de Reinversión Comunitaria (CRA) para cumplir con su obligación de informar.

    4.12. Entregando Productos y Servicios

    Las operaciones como la entrega de correo y paquetes, la distribución de alimentos y bebidas y los servicios médicos de emergencia necesitan saber no solo dónde se encuentran sus clientes, sino cómo entregar productos y servicios a esas ubicaciones de la manera más eficiente posible. Los productos de datos geográficos como Tiger/Line Shapefiles son valiosos para los analistas responsables de prescribir las rutas de entrega más eficientes. Cuanto más grandes y complejas sean las áreas de servicio de dichas organizaciones, más incentivo tendrán para automatizar sus procedimientos de enrutamiento.

    En su forma más simple, el enrutamiento implica encontrar el camino más corto a través de una red desde un origen hasta un destino. Aunque los algoritmos de ruta más corta se implementaron originalmente en marcos ráster, las redes de transporte ahora normalmente se representan con datos de entidades vectoriales, como Tiger/Line Shapefiles. Los segmentos de calle se representan como segmentos de línea digitales, cada uno formado por dos puntos, un nodo de “inicio” y un nodo “final”. Si los nodos se especifican dentro de sistemas de coordenadas geográficas o planas, la distancia entre ellos se puede calcular fácilmente. Los procedimientos de enrutamiento suman las longitudes de cada secuencia plausible de segmentos de línea que comienza y termina en las ubicaciones especificadas. La secuencia de segmentos asociados a la suma más pequeña representa la ruta más corta.

    Para comparar varias secuencias posibles de segmentos, los datos deben indicar qué segmento de línea sigue inmediatamente después de otro segmento de línea. En otras palabras, el procedimiento necesita saber sobre la conectividad de las características. Como se discutió anteriormente, la conectividad es un ejemplo de una relación topológica. Si la topología no está codificada en el producto de datos, puede ser calculada por el software SIG en el que se codifica el procedimiento.

    Captura de pantalla de MapQuest 1998

    Formulario de entrada para una versión temprana de la utilidad de enrutamiento MapQuest. © 1998 MapQuest.com, Inc. Todos los derechos reservados.

    Varios servicios de planificación de viajes en línea, incluyendo Mapquest.com y Google Maps, proporcionan capacidades de enrutamiento. Ambos toman direcciones de origen y destino como entrada, y producen rutas óptimas como salida. Estos servicios se basan en bases de datos de entidades vectoriales en las que se atribuyen segmentos de calles con rangos de direcciones, así como con otros datos que describen el tipo y condiciones de las carreteras que representan.

    Captura de pantalla de la ventana Opciones de MapQuest

    Una interfaz temprana para las opciones de enrutamiento de MapQuest. Se requieren diferentes algoritmos para calcular las rutas más cortas y rápidas. Los atributos específicos deben estar codificados en la base de datos para proporcionar las opciones para evitar carreteras de acceso limitado, carreteras de peaje y carriles de ferry. © 1998 MapQuest.com, Inc. Todos los derechos reservados.

    La ruta más corta no siempre es la mejor. En el contexto de los servicios médicos de emergencia, por ejemplo, se prefiere la ruta más rápida, aunque implique distancias más largas que otras. Para determinar las rutas más rápidas, se deben codificar datos de atributos adicionales, como límites de velocidad, volúmenes de tráfico, calles unidireccionales y otras características.

    Captura de pantalla de mapas de MapQuest

    Solución de enrutamiento MapQuest. © 1998 MapQuest.com, Inc. Todos los derechos reservados.

    Luego hay problemas de enrutamiento que involucran múltiples destinos, un caso especial complejo de enrutamiento llamado problema de vendedor ambulante. Los despachadores de autobuses escolares, los gerentes de servicios de entrega de correo y paquetes y los distribuidores de alimentos y bebidas buscan minimizar los costos de transporte involucrados en el servicio de múltiples destinos dispersos. A medida que aumenta el número de destinos y los costos de los viajes, el alto costo de comprar datos de red actualizados y debidamente atribuidos se vuelve más fácil de justificar.

    PRUEBA ESTO

    El Instituto de Tecnología de Georgia publica una extensa colección de recursos sobre el problema del vendedor ambulante.

    4.13. Delineación de Áreas de Servicio

    La necesidad de redibujar los límites de los distritos electorales cada diez años fue una de las motivaciones que llevaron a la Oficina del Censo a crear su base de datos MAF/TIGER. Al igual que los distritos electorales, muchos otros tipos de límites de área de servicio necesitan ser revisados periódicamente. Los distritos escolares son un buen ejemplo. El estado de Massachusetts, por ejemplo, ha adoptado leyes de distritación escolar que son similares en efecto a los criterios constitucionales utilizados para orientar la redistribución de distritos en el Congreso. La Política de Equilibrio Racial del Distrito Escolar de Framingham (Massachusetts) declaró una vez que “cada escuela primaria y media inscribirá a un cuerpo estudiantil que sea racialmente equilibrado.... cada cuerpo estudiantil deberá incluir un porcentaje de estudiantes minoritarios, lo que refleja el porcentaje de estudiantes minoritarios en todo el sistema, más o menos diez por ciento.... El equilibrio racial requerido por esta política se establecerá redibujando las áreas de matrícula escolar” (Framingham Public Schools 1998). Y las rutas de autobús deben redibujarse a medida que cambian los límites del área de inscripción

    El distrito escolar público Charlotte-Mecklenberg (Carolina del Norte) también utilizó el equilibrio racial como criterio de distritación (aunque su política fue posteriormente impugnada en los tribunales). Charlotte-Mecklenberg consta de 133 escuelas, a las que asisten más de 100 mil alumnos, alrededor de un tercio de los cuales viajan en autobús a la escuela todos los días. Los administradores de distrito son responsables de enrutar 3,600 rutas de autobús, recorriendo un total de 82,000 millas diarias. Un staff de ocho personas utiliza rutinariamente SIG para gestionar estas tareas. Los SIG no se podían utilizar a menos que se dispusiera de datos actualizados, debidamente atribuidos y codificados topológicamente.

    Otro ejemplo de análisis del área de servicio es proporcionado por la Ciudad de Beaverton, Oregón. En 1997, funcionarios de Beaverton se dieron cuenta de que el 25 por ciento del volumen de desechos sólidos que se transportaban a rellenos de tierra consistía en desechos de patio, como recortes de pasto y hojas. Beaverton decidió establecer un programa de reciclaje de desechos de patio, pero sabía que el programa no tendría éxito si a los residentes les resultaba inconveniente participar. Se utilizó un procedimiento SIG llamado asignación para dividir la red de calles de Beaverton en áreas de servicio que minimizaron el tiempo de manejo de los hogares de los residentes a las instalaciones de reciclaje. Los procedimientos de asignación requieren datos en formato vectorial que incluyan las características, los atributos y la topología necesarios para calcular los tiempos de viaje desde todas las residencias hasta las instalaciones más cercanas.

    Captura de pantalla del centro de Seattle GeoMap

    Áreas comerciales definidas por una distancia de recorrido de 3 millas (azul) y un tiempo de viaje de 8 minutos (amarillo). (Francica n.d.). Usado con permiso.

    Naturalmente, las empresas privadas que se ocupan de entregar productos y servicios están muy interesadas en la delineación del área de servicio. La captura de pantalla anterior muestra dos áreas comerciales que rodean una ubicación de tienda minorista (“Seattle Downtown”) en una base de datos de red.

    La exalumna Saskia Cohick (Invierno 2006), quien entonces era directora de GIS para el condado de Tioga, Pensilvania, aportó otro problema de área de servicio: “Este es un tema que los gobiernos locales están empezando a tratar... Para convertirse en la Fase 2 con capacidad inalámbrica (es decir, capaz de encontrar una ubicación de celular desde una llamada al 911 centro dentro de 200 pies de la ubicación real), los centros de llamadas del condado deben tener una capa llamada ESZs (Zonas de Servicio de Emergencia). Esta capa le dirá al despachador a quién enviar a la emergencia (policía, bomberos, médicos, etc). El problema mayor es llegar a un acuerdo entre cuatro empresas de bomberos (por ejemplo) en cuanto a dónde responden o no”.

    4.14. Resumen

    Para cumplir con su misión de ser el productor preeminente de datos de atributos sobre la población y economía de Estados Unidos, la Oficina del Censo de Estados Unidos también se convirtió en un productor innovador de datos geográficos digitales. La Oficina diseñó su base de datos MAF/TIGER para apoyar la geocodificación automática de datos censales referenciados a direcciones, así como procedimientos automáticos de control de calidad de datos. Las características clave de Tiger/Line Shapefiles, incluido el uso de entidades vectoriales para representar entidades geográficas y atributos de rango de direcciones para habilitar la geocodificación de direcciones, ahora son características comunes de las bases de datos geográficas patentadas que se utilizan para el análisis de áreas de comercio, distribución de distritos, enrutamiento y asignación.

    QUIZ

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    4.15. Bibliografía

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