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GF0604 Procesamiento de datos geográficos 2022-I

4 Ejemplo de interfaz de línea de comandos - GDAL/OGR: biblioteca para lectura y escritura de datos geoespaciales

4.1 Resumen

Se introduce la biblioteca GDAL/OGR para lectura y escritura de datos geoespaciales y se muestran varios ejemplos de su uso a través de los programas para la línea de comandos del sistema operativo.

4.2 Trabajo previo

4.2.1 Lecturas

Pebesma, E., Wagner, W., Verbesselt, J., Goor, E., Briese, C., & Neteler, M. (2016). OpenEO: a GDAL for Earth Observation Analytics. https://r-spatial.org/2016/11/29/openeo.html

4.2.2 Tutoriales

Gandhi, U. (2020). Mastering GDAL Tools. Spatial Thoughts. https://spatialthoughts.com/courses/mastering-gdal-tools/

4.3 Descripción general

Geospatial Data Abstraction Library (GDAL) es una biblioteca para leer y escribir datos geoespaciales en formatos raster y vectoriales. GDAL se refiere a la funcionalidad para datos raster y OGR (sigla antes usada para OpenGIS Simple Features Reference Implementation) a la correspondiente a datos vectoriales. En ocasiones, se utiliza la sigla GDAL (sin OGR) para referirse a la funcionalidad para ambos modelos de datos. GDAL es distribuida por la Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) con una licencia X/MIT.

GDAL/OGR cuenta con un único modelo abstracto de datos raster y un único modelo abstracto de datos vectoriales, lo que permite programar aplicaciones geoespaciales sin tener que ocuparse de las particularidades de cada formato que se utilice (GeoTIFF, NetCDF, ESRI Shapefile, GeoPackage, GeoJSON, etc.).

A pesar de que GDAL/OGR está programada en C/C++, cuenta con una interfaz de programación de aplicaciones (API, en inglés, Application Programming Interface) para varios lenguajes de programación, incluyendo C, C++, Python y Java. Además, ofrece un conjunto de programas para la línea de comandos del sistema operativo cuyas distribuciones binarias están disponibles para varios sistemas operativos, incluyendo Windows, macOS y Linux. Estas API y los programas también están incluídos en la plataforma de ciencia de datos Anaconda, la cual puede instalarse en todos los sistemas operativos mencionados.

4.4 Programas para la línea de comandos del sistema operativo

Los programas de GDAL/OGR para la línea de comandos del sistema operativo permiten ejecutar tareas de geoprocesamiento y de conversión entre formatos geoespaciales sin utilizar una interfaz gráfica o un lenguaje de programación.

4.4.1 Instalación

En el sitio web de GDAL se describen varias opciones para su descarga e instalación, incluyendo archivos binarios ejecutables para varias plataformas.

En el caso del sistema operativo Windows, estos programas se incluyen en la aplicación OSGeo4W, la cual puede instalarse junto con el sistema de información geográfica de escritorio QGIS. Se recomienda usar el instalador de red OSGeo4W.

4.4.2 Consideraciones generales

Los programas de GDAL comparten una serie de opciones comunes para datos raster y de opciones comunes para datos vectoriales que pueden visualizarse con la opción -- help-general. Por ejemplo:

ogrinfo --help-general
Generic GDAL utility command options:
  --version: report version of GDAL in use.
  --license: report GDAL license info.
  --formats: report all configured format drivers.
  --format [format]: details of one format.
  --optfile filename: expand an option file into the argument list.
  --config key value: set system configuration option.
  --debug [on/off/value]: set debug level.
  --pause: wait for user input, time to attach debugger
  --locale [locale]: install locale for debugging (i.e. en_US.UTF-8)
  --help-general: report detailed help on general options.

Para obtener ayuda acerca de un comando particular, puede usarse la opción -- help. Por ejemplo:

ogrinfo --help
Usage: ogrinfo [--help-general] [-ro] [-q] [-where restricted_where|@filename]
               [-spat xmin ymin xmax ymax] [-geomfield field] [-fid fid]
               [-sql statement|@filename] [-dialect sql_dialect] [-al] [-rl] [-so] [-fields={YES/NO}]
               [-geom={YES/NO/SUMMARY}] [[-oo NAME=VALUE] ...]
               [-nomd] [-listmdd] [-mdd domain|`all`]*
               [-nocount] [-noextent] [-nogeomtype] [-wkt_format WKT1|WKT2|...]
               [-fielddomain name]
               datasource_name [layer [layer ...]]

4.4.3 Ejemplos de uso

En esta sección, se presentan ejemplos de uso de los programas, tanto para datos vectoriales como para datos raster.

4.4.3.1 Programas para datos vectoriales

4.4.3.1.1 ogrinfo

El programa ogrinfo despliega información acerca de una fuente de datos vectoriales.

Los siguientes comandos despliegan información sobre la capa de países de Natural Earth, tanto para el formato comprimido (ZIP) como para el formato shapefile (SHP). En el caso comprimido, note el uso de /vsizip/, para sistemas de archivos virtuales.

  • Cree una nueva carpeta (ej. ejemplos-uso-gdal) para almacenar los archivos con los que trabajará.
  • Descargue en la nueva carpeta la capa de paises desde la dirección https://www.naturalearthdata.com/http//www.naturalearthdata.com/download/110m/cultural/ne_110m_admin_0_countries.zip.
  • Descomprima el archivo ZIP (no lo borre).
  • Con una herramienta de escritorio (ej. QGIS), visualice tanto el archivo ZIP como el SHP.
  • Desde una interfaz de línea de comandos (ej. OSGeo4W Shell), ubíquese en la carpeta que creó y ejecute los siguientes comandos para obtener información sobre ambos archivos:
 # Información sobre la capa comprimida en formato ZIP
ogrinfo -al -so /vsizip/ne_110m_admin_0_countries.zip

# Información sobre la capa descomprimida en formato shapefile
ogrinfo -al -so ne_110m_admin_0_countries.shp
  • ¿Qué información despliegan ambos comandos? ¿Qué efectos produce el uso de las opciones -al y -so? Revise la documentación sobre estas opciones y pruebe los comandos omitiendo cada una y ambas.
  • Ejecute los siguientes comandos para filtrar registros de acuerdo con expresiones lógicas (booleana).
# Registros (países y otros territorios) del continente 'Oceania' (se omite el campo de la geometría)
ogrinfo -al -where "CONTINENT='Oceania'" -geom=NO ne_110m_admin_0_countries.shp

# Registros de Oceanía de tipo país ('Country')
ogrinfo -al -where "CONTINENT='Oceania' AND TYPE='Country'" -geom=NO ne_110m_admin_0_countries.shp
  • Note el uso del operador AND (y), el cuál es un operador lógico, como también lo son el OR (o) y el NOT (no).
4.4.3.1.2 ogr2ogr

El programa ogr2ogr realiza conversiones entre formatos de fuentes de datos vectoriales. A la vez, puede ejecutar otras operaciones como selección de atributos y geometrías, filtrado por criterios espaciales y no espaciales, reproyección y validación de geometrías, entre otras.

  • Ejecute el siguiente comando para desplegar la lista de formatos (drivers) vectoriales soportados por OGR:
# Despliegue de la lista de formatos vectoriales soportados por GDAL/OGR
ogr2ogr --formats
Supported Formats:
  FITS -raster,vector- (rw+): Flexible Image Transport System
  PCIDSK -raster,vector- (rw+v): PCIDSK Database File
  netCDF -raster,multidimensional raster,vector- (rw+vs): Network Common Data Format
  PDS4 -raster,vector- (rw+vs): NASA Planetary Data System 4
  VICAR -raster,vector- (rw+v): MIPL VICAR file
  JP2OpenJPEG -raster,vector- (rwv): JPEG-2000 driver based on OpenJPEG library
  PDF -raster,vector- (rw+vs): Geospatial PDF
  MBTiles -raster,vector- (rw+v): MBTiles
  BAG -raster,multidimensional raster,vector- (rw+v): Bathymetry Attributed Grid
  EEDA -vector- (ro): Earth Engine Data API
  OGCAPI -raster,vector- (rov): OGCAPI
  ESRI Shapefile -vector- (rw+v): ESRI Shapefile
...
  • Ejecute los siguientes comandos para convertir la capa de países (en SHP) a otros formatos y cambiar su nombre:
# Conversión de SHP a GeoJSON
ogr2ogr paises.geojson ne_110m_admin_0_countries.shp

# Conversión de SHP a GeoPackage
ogr2ogr paises.gpkg ne_110m_admin_0_countries.shp
  • Ejecute el siguiente comando para desplegar la lista de capas en el WFS “IGN Cartografía 1:5mil” del Instituto Geográfico Nacional (IGN):
# Lista de capas en el WFS "IGN Cartografía 1:5mil"
ogrinfo WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs"
INFO: Open of `WFS:http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs'
      using driver `WFS' successful.
Metadata:
  ABSTRACT=This is the reference implementation of WFS 1.0.0 and WFS 1.1.0, supports all WFS operations including Transaction.
  PROVIDER_NAME=The Ancient Geographers
  TITLE=SNIT Web Feature Service
1: IGN_5:forestal2017_5k (title: ARBOLES 2017 1:5MIL)
2: IGN_5:indice_5000 (title: Cobertura Ortofoto 1:5mil)
3: IGN_5:cultivos2017_5k (title: Cultivos 2017 1:5mil)
4: IGN_5:curvas_5000 (title: Curvas de Nivel 10m (5000))
5: IGN_5:delimitacion2017_5k (title: Delimitación territorial 2017 1:5mil)
6: IGN_5:edificaciones2017_5k (title: Edificaciones 2017 1:5mil)
7: IGN_5:hidrografia_5000 (title: Hidrografía 1:5mil)
8: IGN_5:limitecantonal_5k (title: Límite Cantonal 1:5mil)
9: IGN_5:limitedistrital_5k (title: Límite Distrital 1:5mil)
10: IGN_5:limiteprovincial_5k (title: Límite Provincial 1:5mil)
11: IGN_5:linea_costa_5000 (title: Línea de Costa 1:5mil)
12: IGN_5:pastos2017_5k (title: Pastos 2017 1:5mil)
13: IGN_5:urbano_5000 (title: Urbano 1:5mil)
14: IGN_5:vias_5000 (title: Vías 1:5mil)
  • Ejecute el siguiente comando para descargar la capa de cantones del WFS “IGN Cartografía 1:5mil” del Instituto Geográfico Nacional (IGN) en formato GeoPackage:
# Descarga y validación de geometrías
ogr2ogr -makevalid cantones.gpkg WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"

# Descarga, validación de geometrías y reproyección a WGS84
ogr2ogr -t_srs EPSG:4326 -makevalid cantones-wgs84.gpkg WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"

4.4.4 Ejercicios

  1. De la capa de países de Natural Earth, extraiga los registros con población estimada superior a mil millones. En la capa resultante, incluya solamente los campos de nombre del país en español y población estimada. ¿Cuál opción debe utilizar para especificar los campos que desea incluir en el archivo de salida?
# La opción -select especifica la lista de campos que se copian al archivo de salida
ogr2ogr -select "NAME_ES, POP_EST" -where "POP_EST >= 1000000000" paises-muy-poblados.gpkg ne_110m_admin_0_countries.shp
  1. De la capa de cantones de Costa Rica, extraiga en un archivo GeoJSON los cantones de las provincia de Guanacaste, Puntarenas y Limón.
ogr2ogr -where "provincia = 'Guanacaste' OR provincia = 'Puntarenas' OR provincia = 'Limón'" cantones-guanacaste-puntarenas-limon.geojson WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"
  1. De la capa de cantones de Costa Rica, extraiga en un archivo GeoJSON los cantones con área mayor o igual a 2000 km2.
ogr2ogr -where "area >= 2000" cantones-grandes.geojson WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"
  1. De la capa de cantones de Costa Rica, extraiga en un archivo GeoJSON los cantones con área mayor o igual a 2000 km2 de la provincia de Limón.
# El operador lógico AND se utiliza para buscar los registros que cumplen dos condiciones simultáneamente
ogr2ogr -where "area >= 2000 AND provincia = 'Limón'" cantones-grandes-limon.geojson WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"
  1. De la capa de cantones de Costa Rica, extraiga en un archivo GeoJSON los cantones con área mayor o igual a 2000 km2 de las provincias de Guanacaste, Puntarenas y Limón.
# En este caso, deben utilizarse paréntesis para alterar el orden de precedencia de los operadores lógicos AND y OR
ogr2ogr -where "area >= 2000 AND (provincia = 'Guanacaste' OR provincia = 'Puntarenas' OR provincia = 'Limón')" cantones-grandes-guanacaste-puntarenas-limon.geojson WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"
  1. De la capa de cantones de Costa Rica, extraiga en un archivo GeoPackage, los cantones de Guanacaste, con la excepción de Liberia.
# El operador NOT se utiliza para excluir el cantón de Liberia.
ogr2ogr -where "provincia = 'Guanacaste' AND NOT(canton = 'Liberia')" cantones-guanacaste-excepto-liberia.gpkg WFS:"http://geos.snitcr.go.cr/be/IGN_5/wfs" "IGN_5:limitecantonal_5k"

4.5 Recursos de interés

Codecademy. (s. f.). Command Line Tutorial: Learn The Command Line. Codecademy. Recuperado 19 de marzo de 2022, de https://www.codecademy.com/learn/learn-the-command-line

SS64 Command line reference. (s. f.). Recuperado 3 de abril de 2022, de https://ss64.com/