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CAPÍTULO 1 POSICIONADO GEOGRÁFICO1.1 CONCEPTO DE GPS

INTRODUCCIÓN

El SPG o GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS1 es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra,a20.200km,contrayectoriassincronizadasparacubrir toda lasuperficiedela Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señalesindicandolaidentificaciónylahoradelrelojdecadaunodeellos.Conbaseen estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante “triangulación” (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

En 1957, la Unión Soviética lanzó al espacio el satélite Sputnik I, que eramonitorizado mediante la observación del efecto Doppler de la señal que transmitía. Debido a este hecho, se comenzó a pensar que, de igual modo, la posición de un observador podría ser establecida mediante el estudio de la frecuencia Doppler de una señal transmitida por un satélite cuya órbita estuviera determinada con precisión.

Satélite NAVSTAR GPS

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La armada estadounidense rápidamente aplicó esta tecnología, para proveer a lossistemasdenavegacióndesusflotasdeobservacionesdeposicionesactualizadasyprecisas.AsísurgióelsistemaTRANSIT,quequedóoperativoen1964,yhacia1967estuvo disponible, además, para uso comercial.

Las actualizaciones de posición, en ese entonces, se encontraban disponibles cada40minutosyelobservadordebíapermanecercasiestáticoparapoderobtenerinformación adecuada.

Posteriormente, en esa misma década y gracias al desarrollo de los relojes atómicos, se diseñó una constelación de satélites, portando cada uno de ellos uno de estos relojes y estando todos sincronizados con base en una referencia de tiempo determinado.

En 1973 se combinaron los programas de la Armada y el de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (este último consistente en una técnica de transmisión codificadaqueproveíadatosprecisosusandouna señalmoduladaconuncódigode PRN (Pseudo-Random Noise: ruido pseudo-aleatorio), en lo que se conoció como Navigation Technology Program (programa de tecnología de navegación), posteriormente renombrado como NAVSTAR GPS.

Entre 1978 y 1985 se desarrollaron y lanzaron once satélites prototipo experimentales NAVSTAR, a los que siguieron otras generaciones de satélites, hasta completar la constelación actual, a la que se declaró con «capacidad operacional inicial» en diciembre de 1993 y con «capacidad operacional total» en abril de 1995.

En 2009, este país ofreció el servicio normalizado de determinación de laposición para apoyar las necesidades de la OACI, y ésta aceptó el ofrecimiento.

EVOLUCIÓN DEL SISTEMA GPS

El GPS está evolucionando hacia un sistema más sólido (GPS III), con una mayor disponibilidad y que reduzca la complejidad de las aumentaciones GPS. Algunas de las mejoras previstas comprenden:

• IncorporacióndeunanuevaseñalenL2parausocivil.• Adicióndeunaterceraseñalcivil(L5):1176,45MHz• Protecciónydisponibilidaddeunadelasdosnuevasseñalesparaserviciosde

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Seguridad Para la Vida (SOL).• Mejoraenlaestructuradeseñales.• Incrementoenlapotenciadeseñal(L5tendráunniveldepotenciade–154dB).• Mejoraenlaprecisión(1–5m).• Aumentoenelnúmerodeestacionesdemonitorización:12(eldoble)• PermitirmejorinteroperabilidadconlafrecuenciaL1deGalileo

El programa GPS III persigue el objetivo de garantizar que el GPS satisfaga requisitosmilitaresycivilesprevistospara lospróximos30años.Esteprogramaseestá desarrollando para utilizar un enfoque en 3 etapas (una de las etapas de transición eselGPSII);muyflexible,permitecambiosfuturosyreduceriesgos.EldesarrollodesatélitesGPS II comenzóen2005, y el primerode ellos estarádisponiblepara sulanzamientoen2012,conelobjetivodelograr latransicióncompletadeGPSIIIen2017.Losdesafíossonlossiguientes:

• Representarlosrequisitosdeusuarios,tantocivilescomomilitares,encuantoa GPS.• LimitarlosrequisitosGPSIIIdentrodelosobjetivosoperacionales.• Proporcionarflexibilidadquepermitacambiosfuturosparasatisfacerrequisitosdelosusuarioshasta2030.• Proporcionar solidez para la creciente dependencia en la determinación deposición y de hora precisa como servicio internacional.

El sistema ha evolucionado y de él han derivado nuevos sistemas de posicionamiento IPS-2 se refiere a Inertial Positioning System, sistema deposicionamiento inercial, un sistema de captura de datos, que permite al usuario realizar mediciones a tiempo real y en movimiento, el llamado Mobile Mapping. Este sistema obtiene cartografía móvil 3D basándose en un aparato que recoge un escáner láser, un sensor inercial, sistema GNSS y un odómetro a bordo de un vehículo. Se consiguen grandes precisiones, gracias a las tres tecnologías de posicionamiento: IMU + GNSS + odómetro, que trabajando a la vez dan la opción de medir incluso en zonas donde la señal de satélite no es buena.

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FUNCIONAMIENTO

La información que es útil al receptor GPS para determinar su posición se llama efemérides. En este caso cada satélite emite sus propias efemérides, en la que se incluye la salud del satélite (si debe o no ser considerado para la toma de la posición), su posición en el espacio, su hora atómica, información doppler, etc.

Mediante la trilateración se determina la posición del receptor:

• Cadasatéliteindicaqueelreceptorseencuentraenunpuntoenlasuperficiede la esfera, con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.• Obteniendoinformacióndedossatélitesquedadeterminadaunacircunferenciaque resulta cuando se intersecan las dos esferas en algún punto de la cual se encuentra el receptor.• Teniendoinformacióndeuncuartosatélite,seeliminael inconvenientedelafalta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3D exacta (latitud, longitud y altitud).

FIABILIDAD

Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los EE. UU. se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio, quepodíavariardelos15alos100m.Lallamadadisponibilidadselectiva(S/A)fueeliminadael2demayode2000.Aunqueactualmentenoapliquetalerrorinducido,laprecisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados.

Con un elevado número de satélites siendo captados (7, 8 ó 9 satélites), y si éstos tienen una geometría adecuada (están dispersos), pueden obtenerse precisiones inferiores a 2,5 metros en el 95% del tiempo. Si se activa el sistema DGPS llamado SBAS (WAAS-EGNOS-MSAS), la precisión mejora siendo inferior a un metro en el 97% de los casos. Estos sistemas SBAS no se aplican en Sudamérica, ya que esa zona no cuenta con este tipo de satélites geoestacionarios. La funcionabilidad de los satélites es por medio de triangulación de posiciones para brindar la posición exacta de los celulares, vehículos, etc.

Estación y Receptor GPS

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FUENTES DE ERROR

La posición calculada por un receptor GPS requiere en el instante actual, la posición del satélite y el retraso medido de la señal recibida. La precisión es dependiente de la posición y el retraso de la señal.

Al introducir el atraso, el receptor compara una serie de bits (unidad binaria) recibida del satélite con una versión interna. Cuando se comparan los límites de la serie, las electrónicas pueden meter la diferencia a 1% de un tiempo BIT, o aproximadamente 10nanosegundosporelcódigoC/A.DesdeentonceslasseñalesGPSsepropagana la velocidad de luz, que representa un error de 3 metros. Este es el error mínimo posibleusandosolamentelaseñalGPSC/A.

La precisión de la posición se mejora con una señal P(Y). Al presumir la misma precisión de 1% de tiempo BIT, la señal P(Y) (alta frecuencia) resulta en una precisión demásomenos30centímetros.Loserroresenlaselectrónicassonunadelasvariasrazones que perjudican la precisión.

Fuente Efecto• Ionosfera ±3m• Efemérides ±2,5m• Relojsatelital ±2m• Distorsiónmultibandas ±1m• Troposfera ±0,5m• Erroresnuméricos ±1momenos

• Retrasodelaseñalenlaionosferaylatroposfera.• Señalmultirruta,producidaporelrebotedelaseñalenedificiosymontañascercanos.• Errores de orbitales, donde los datos de la órbita del satélite no soncompletamente precisos.• Númerodesatélitesvisibles.• Geometríadelossatélitesvisibles.• ErroreslocalesenelrelojdelGPS.

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GPS DIFERENCIAL (DGPS)

El DGPS (Differential GPS), o GPS diferencial, es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites GPS, conelfindeproporcionarunamayorprecisiónenlaposicióncalculada.Seconcibiófundamentalmente debido la introducción de la disponibilidad selectiva (SA).

El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre sí. Los errores están fuertemente correlacionados en los receptores próximos.

Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente suposición basándose en otras técnicas, recibe la posición dada por el sistema GPS, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con la suya, conocida de antemano. Este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él, y así estos pueden, a su vez, corregir también los errores producidos por el sistema dentro del área de cobertura de transmisión de señales del equipo GPS de referencia.

VOCABULARIO BÁSICO EN GPS

• BRG(bearing):Rumboestimadoentredospuntosdereferencia(waypoints)• CMG(CourseMadeGood):rumboentreelpuntodepartidaylaposiciónactual• EPE(EstimatedPositionError):margendeerrorestimadoporelreceptor• ETE(EstimatedTimeEnroute):tiempoestimadoentredoswaypoints• DOP (Dilution Of Precision): medida de la precisión de las coordenadasobtenidas por GPS, según la distribución de los satélites, disponibilidad de ellos...• ETA(EstimatedTimetoArrival):horaestimadadellegadaaldestino

INTEGRACIÓN CON TECNOLOGÍA MÓVIL

Actualmente dentro del mercado de la telefonía móvil la tendencia es la de integrar, por parte de los fabricantes, la tecnología GPS dentro de sus dispositivos. El usoymasificacióndelGPSestáparticularmenteextendidoenlosteléfonosmóvilessmartphone, lo que ha hecho surgir todo un ecosistema de software para este tipo de dispositivos, así como nuevos modelos de negocios que van desde el uso del terminal móvil para la navegación tradicional punto-a-punto hasta la prestación de los llamados Servicios Basados en la Localización (LBS).

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Un buen ejemplo del uso del GPS en la telefonía móvil son las aplicaciones que permiten conocer la posición de amigos cercanos sobre un mapa base. Para ello basta con tener la aplicación respectiva para la plataforma deseada (Android, Bada, IOS, WP, Symbian) y permitir ser localizado por otros.

GPS Y LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD

Los relojes en los satélites GPS requieren una sincronización con los situados en tierra para lo que hay que tener en cuenta la teoría general de la relatividad y la teoría especial de la relatividad. Los tres efectos relativistas son: la dilatación del tiempo, cambio de frecuencia gravitacional, y los efectos de la excentricidad. La desaceleración relativista del tiempo debido a la velocidad del satélite es de aproximadamente 1 parte de1010,ladilatacióngravitacionaldeltiempohacequeelrelojdelsatélitealrededorde5partesentre1010másrápidoqueunrelojbasadoenlaTierra,yelefectoSagnacdebido a rotación con relación a los receptores en la Tierra. Si no se tuviese en cuenta el efecto que sobre el tiempo tiene la velocidad del satélite y su gravedad respecto a un observador en tierra, se produciría un corrimiento de 38 microsegundos por día, que a suvezprovocaríanerroresdevarioskilómetrosenladeterminacióndelaposición.

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1.2 MAPAS EN LA WEB: OSM Y GOOGLE MAPS

OPEN STREET MAPS (OSM)

OpenStreetMap (también conocido como OSM) es un proyecto colaborativo para crear mapas libres y editables.

Los mapas se crean utilizando información geográfica capturada condispositivos GPS móviles, ortofotografías y otras fuentes libres. Esta cartografía, tanto las imágenes creadas como los datos vectoriales almacenados en su base de datos, se distribuye bajo licencia abierta Open Database License (ODbL).

Enenerode2013elproyectoestabacercade1.000.000deusuariosregistrados,enfebrerode2011entornoa12.000realizanalgunaediciónenlabasededatoscadames.Elnúmerodeusuarioscreceun10%pormes.AlemaniayelReinoUnidosonlospaíses con las mayores comunidades locales, pero hay grupos de usuarios por todo el mundo.

Los usuarios registrados pueden subir sus trazas desde el GPS y crear y corregir datos vectoriales mediante herramientas de edición creadas por la comunidad OpenStreetMap.Cadasemanaseañaden90.000kmdenuevasdecarreterasconuntotaldecasi24.000.000kmdeviales (febrerode2011), esosincontarotros tiposde datos (pistas, caminos, puntos de interés, etc.). El tamaño de la base de datos (llamadaplanet.osm)sesituabaenfebrerode2011porencimadelos205gigabytes(14GBconcompresiónbzip2),incrementándosediariamenteenunos10megabytesde datos comprimidos.

HISTORIA

Los primeros datos del mapa fueron recopilados desde cero por voluntarios mediante un sistemático trabajo de campo a través de dispositivos GPS de mano y ordenadores portátiles o grabadoras de voz, información que posteriormente se incorporaban a la base de datos de OpenStreetMap.

Más recientemente la disponibilidad de fotografías aéreas y otras fuentes de datos comerciales y públicas ha aumentado considerablemente la velocidad de este trabajo, permitiendo que el levantamiento de información tenga una mayor precisión.

Captura de Open Street Maps de Londres

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Cuando se dispone de un gran conjunto de datos un equipo técnico se encarga de la conversión e importación de estos.

LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN

El levantamiento de información en campo es realizado por voluntarios, que consideran la contribución al proyecto un adictivo hobby. Aprovechando sus desplazamientos a pie, en bicicleta o en automóvil y utilizando un dispositivo GPS, van capturando las trazas y waypoints, utilizando además, para registrar la información asociada a esas trazas o puntos de interés, bloc de notas, grabadora de voz o una cámara de fotos digital. También suelen interrogar a los transeúntes por su conocimiento local sobre datos concretos del lugar que se desconocen (nombres de calles, sentidos de circulación, etc.). Posteriormente y frente al ordenador esta información es subida a la base de datos común del proyecto.

Algunos contribuidores comprometidos cartografían sistemáticamente la localidad donde residen durante largos periodos hasta ver completada su zona. Así mismo, se suelen organizar las denominadas mapping parties, en la que se organizan reunionesdecolaboradoresparacartografiarycompletarzonasdeterminadasdelasque se carece de información y compartir además experiencias. Estos eventos son una mezcla de LAN parties, beers & blogs y quedadas de las comunidades virtuales.Aparte de estas prospecciones de información organizadas, el proyecto se fundamenta principalmente en el gran número de pequeñas ediciones realizadas por la mayoría de los contribuyentes, que corrigen errores o añaden nuevos datos al mapa.

FUENTES DE DATOS PÚBLICAS

La existencia o liberación de datos públicos de instituciones gubernamentales con un tipo de licencia compatible con la de OpenStreetMap ha permitido importar esainformacióngeográficaenlabasededatosdelproyecto.Así,lamayorpartedela información relativa a Estados Unidos procede de este tipo de fuentes, donde las leyes obligan a que el gobierno federal haga públicos estos datos. Tal es el caso de:

• LasimágenesprovenientesdelsatéliteLandsat7.• LacoberturasvectorialesdelPrototypeGlobalShorelines(PGS).• LosdatosTIGERdelU.S.CensusBureau.

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Diversas autoridades locales han liberado también sus fotografías aéreas poniéndolas a disposición pública a través de OpenAerialMap.

EnEspañaelInstitutoGeográficoNacional(IGN),organismopúblicoencargadodelacreación,mantenimientoycomercializacióndelacartografíaoficialenelpaís,hamodificadoenabrilde2008lalicenciadeutilizacióndesusdatos,liberandopartedeestos de forma gratuita para cualquier tipo de uso.

Del mismo modo, aquella cartografía en papel o digital (esta última en menor medida) cuyos derechos de autor han caducado es susceptible de ser utilizada en el proyecto OpenStreetMap.

FUENTES DE DATOS COMERCIALES

Algunas empresas han donado datos al proyecto bajo licencias adecuadas para estefin.Enparticular,losdatosprovenientesdelacompañíaholandesaAutomotiveNavigation Data (AND), la cual donó la cobertura completa para los Países Bajos y las principales carreteras de China e India.

Así mismo, Yahoo! y Bing permitieron a OpenStreetMap poder hacer uso de sus fotografíasaéreas,lascualesestándisponiblesparautilizarlascomobasefotográficasobre la que poder “dibujar” mediante los diferentes software de edición del proyecto. Los contribuyentes pueden crear sus mapas vectoriales como una obra derivada, pero bajo una licencia libre y abierta.

FORMATO DE DATOS

OpenStreetMap utiliza una estructura de datos topológica. Los datos se almacenaneneldatumWGS84lat/lon(EPSG:4326)deproyeccióndeMercator.Loselementos básico de la cartografía OSM son:

• Losnodos(nodes).Sonpuntosquerecogenunaposicióngeográficadada.• Lasvías(ways).Sonunalistaordenadadenodosquerepresentaunapolilíneaopolígono(cuandounapolilíneaempiezayfinalizaenelmismopunto).• Lasrelaciones(relations).Songruposdenodos,caminosyotrasrelacionesalas que se pueden asignar determinadas propiedades comunes. Por ejemplo, todas aquellas vías que forman parte del Camino de Santiago.• Las etiquetas (tags). Se pueden asignar a nodos, caminos o relaciones y

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constandeunaclave(key)ydeunvalor(value).Porejemplo:highway=trunk

Los atributos de los datos siguen un modelo más elaborado que las folcsonomías de indexación social. La ontología de las características del mapa (principalmente el significadodelasetiquetas)semantienemedianteunawiki.

APLICACIONES

A partir de los datos del proyecto OpenStreetMap no sólo se puede producir mapas de carreteras, sino también para la creación de mapas de senderismo, mapas de vías ciclables, mapas náuticos, mapas de estaciones de esquí, etc. También se usan en aplicaciones para el cálculo de las rutas óptimas para vehículos y peatones. Gracias a su licencia abierta los datos brutos son de libre acceso para el desarrollo de otras aplicaciones.

Por lo general la cartografía de OSM contiene datos en dos dimensiones -esto es, no suele registrar la tercera dimensión, la altura o Z- lo que hace que, por ejemplo, no existan datos sobre líneas de altitud. La importación de datos de elevaciones en la base de datos de OpenStreetMap no está programada. No obstante, existen herramientas paralatransformaciónyrepresentacióndelosdatosdelaMisióntopográficaRadarShuttle(SRTM)paracrearmapastopográficosconisolíneasosombreadossobrelaque superponer los datos de OSM.

A medida que el proyecto ha ido madurando y su base de datos ha mejorado rápidamente en calidad y cobertura, ha ido surgiendo a su alrededor todo un ecosistema de herramientas informáticas y servicios, convirtiéndose en una fuente de datos factible para determinados proyectos complejos que hacen uso de estos datos «de una forma creativa, productiva o inesperada».

MAPAS EN LÍNEA

Existen diferentes servicios en sitios web que hacen uso de los datos de OpenStreetMap para mostrar a cartografía mediante mapas en línea con diferentes estilos de renderizado y visualización. Estos van desde el propio servicios aplicaciones de mapas en web que facilita la Fundación OpenStreetMap, hasta por ejemplo el ofrecido por Yahoo para ciudades como Bagdad, Pekín, Kabul, Sídney, Tokio oSantiagodeChileensusitiowebFlickr.

Aplicación BikeCityGuide para ciclistas que mapean la ciudad

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Por otro lado existe un proyecto de colaboración entre Wikimedia yOpenStreetMapcuyofinesintegrarlacartografíadeestedentrodelosproyectosdelaFundaciónWikimediayavanzarenlacreacióndemapassemánticos.

CÁLCULO DE RUTAS Y NAVEGACIÓN

El cálculo de las rutas óptimas utilizando los datos de OpenStreetMap no está totalmente desarrollado, sin embargo el avance en este sentido en los últimos meses ha sido muy importante. En numerosas regiones los datos existentes hasta la fecha todavíanosonsuficientementedetalladosparaquelleguenaserplenamentefiables,ya que a menudo se carece de información sobre nombres de calles o números de policía, por ejemplo.

Así mismo, pueden existir problemas de consistencia topológica al haber errores comunes de digitalización involuntarios o de etiquetado, como viales no conectados, crucesdecallessinnodoencomún,erroresdeflujomotivadosporelsentidodelasvías, etc. El proyecto OpenStreetMap y diversos usuarios facilitan a los colaboradores herramientas para poder detectar y corregir la mayoría de estos problemas.

Existen diferentes sitios web que ofrecen servicios de enrutamiento basados endatosOSMmedianteconocidosalgoritmosdebúsquedaengrafos(A*,Dijkstra,etc.). En la mayoría de los casos estas implementaciones no tratan necesariamente el camino más corto, sino el de menor impedancia en función de las etiquetas OSM tenidasencuenta.Hayalgunaexperienciaenelanálisisderutasóptimasmultimodalescon cartografía de OpenStreetMap.

También existen numerosas aplicaciones para dispositivos móviles destinadas al cálculo de caminos óptimos cuyo listado puede ser consultado en la web del proyecto. Algunos miembros de la comunidad también proporcionan mapas derivados de datos de OpenStreetMap en el formato .img de Garmin. Una gran variedad de modelos de GPS de esta marca pueden utilizar esta cartografía con capacidades para elcálculoderutas.Estosmapassepuedencrearconlaayudadelprogramamkgmap,lo que permite a cualquier usuario componer sus propios mapas personalizados para Garmin a partir de datos de OSM.

Para otros dispositivos de navegación GPS no es posible por ahora utilizar los mapas vectoriales de OpenStreetMap ya que, al ser en la mayoría de los casos formatos de archivos nativos cerrados, no existen conversores para ello.

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SOFTWARE CARTOGRÁFICO

OpenStreetMap facilita los datos en bruto para su descarga desde su propia páginaweb.Estospuedensermodificadosparacadaproyectoasícomopresentadoscon estilos de renderizado personalizados. Tal es el caso de aplicaciones como Marble oKosmos.

Por otro lado también existen varias páginas web que realizan conversiones y volcadosperiódicosdelosdatosdeOpenStreetMapaformatoshapefile,estándardefactodentrodelosSistemasdeInformaciónGeográfica(SIG).

SERVIDORES

Tanto los servidores principales como la infraestructura asociada al proyecto de la Fundación OpenStreetMap se alojan principalmente en la University College de Londres (UCL) y la Imperial College London (ILC), además de otros distribuidos geográficamente por varios continentes. Todos ellos dedicados a albergar la basede datos, las aplicaciones para el sitio web, aplicaciones para la API y el renderizado del mapa. Además, existen otros computadores de menores prestaciones destinados aserviciosauxiliares,talescomolawikidelproyecto,elrepositoriodecódigoylasfunciones de búsqueda del mapa. A los servidores de OpenStreetMap se les asigna internamentenombresdedragones ficticiosprovenientesde la culturapopular, deacuerdo a la práctica medieval de poner criaturas mitológicas en los mapas de zonas desconocidas(Hicsuntdracones).

El sitio y la API están programados en gran medida en Ruby on Rails. El servidor principal que alberga la base de datos de OpenStreetMap utiliza PostgreSQL como sistema de gestión de bases de datos, y aunque a través de su extensión espacial PostGISesposiblealmacenardiferentestiposdegeometríadeobjetosgeográficos,labase de datos principal del proyecto no hace uso de ello al utilizarse una representación propia de datos primitivos.

La base de datos contiene los datos espaciales, es decir, los atributos asociados a cada línea o punto. Estos datos se almacena en formato vectorial y es el producto principal del proyecto. No obstante, también se generan datos en formatos raster (PNG) destinados el visor cartográfico del proyecto. Esta cartografía rasterse crea usando, por un lado, los datos de la base de datos PostGIS, y por el otro el renderizadordeMapnik.Así, se rasterizan losdatosvectorialesenbrutoquese

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almacenanenlabasededatos-porlogeneralconunretrasode10minutosrespectoasuinclusiónenesta-,loquepermitevisualizarloscambiosenelvisorcartográficode forma casi inmediata. No obstante, en momentos de sobrecarga la visualización de datos recientes se puede retrasar. Para reducir la carga de trabajo del servidor, sólo sevuelvenarenderizaraquellasteselasenlasquehanexistidomodificacionesenlacartografía.

ElrenderizadomedianteMapnikofreceunestándardecalidadenlasemiologíagráfica del mapa, siendo esta supervisada por cartógrafos profesionales. Comocomplemento importante al renderizado se encuentra el proyecto Tiles@home de computación distribuida, el cual ayuda a renderizar las diferentes teselas del mapa.

FORMATO DE DATOS

La forma más común de capturar los datos espaciales es mediante el uso de dispositivos GPS. Así mismo, algunos navegadores GPS para vehículos permiten grabartrazasderutas.EstostrackssepuedencargarenelservidordeOpenStreetMap,aunque esto no es obligatorio. Para convertir los datos en un formato adecuado para el proyecto, por ejemplo de NMEA a GPX, se utilizan programas de conversión como GPSBabel, entre otros. Todos los datos son recopilados en formato GPX bajo el sistemadecoordenadascartográficasmundialWGS84lat.long.

El formato OSM es el formato de archivo XML propio de OpenStreetMap. Cada semana está disponible una copia actualizada de la base de datos llamada planet.osm.

HERRAMIENTAS DE EDICIÓN

Para editar los datos existen diferentes posibilidades, la gran mayoría de sencillo manejo. El usuario debe registrarse de manera gratuita mediante una dirección decorreoverificadaparaevitarelspamyvandalismo.Sinosevaarealizarediciónalguno y únicamente se desea visualizar la cartografía no es necesario realizar registro alguno.

Los datos en bruto -las trazas de ruta- que los contribuidores han capturado con sus dispositivos GPS sirven como guía para dibujar sobre ella las nuevas vías. Estos datos en bruto suelen cargarse desde el equipo local del usuario o bien solicitando al servidor de OSM que nos descargue aquellas trazas de la zona que vamos a editar y

Datos de para OSM previo a tratamiento (registro de ruta)

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que otros usuarios han subido previamente a OpenStreetMap.

Junto a estos datos en bruto en forma de trazas GPS las herramientas de edición también permiten descargar fotografías aéreas e imágenes de satélite libres sobre las que podemos trazar nuestro mapa.

Unaveztengamoslainformacióngeográficabásicasobrelaquepoderdibujares el momento de añadir los elementos del mapa que queremos representar mediante nodos, puntos que representan elementos puntuales, y vías, líneas que conectan variosnodosquepuedenrepresentarelementoslinealesosuperficies(silavíaempiezay termina en un mismo punto). A estos puntos y líneas se les asigna uno o varios atributos que los caracteriza. Por ejemplo, a una línea se le indica la etiqueta y la clave highway:motorway para señalar que es una autopista y name:Autovía del Cantábrico para indicar su nombre. En principio cualquiera puede asignar libremente cualquier atributo, pero lo más común y recomendado es que se tengan en cuenta la ontología aprobadaporlacomunidadydocumentadaenlawikidelproyecto.

Para editar los datos es necesario un editor. Con este fin el proyectoOpenStreetMap facilita a los contribuidores diferentes opciones:

• Eleditoron-lineiD.Actualmenteeseleditordereferenciaparaedicionesenlínea del proyecto OpenStreetMap en sustitución de Potlatch, que estaba desarrollado en tecnología Adobe Flash. iD está escrito en su totalidad en HTML5, buscandoespecialmente una interfaz intuitiva y clara que facilite la edición del mapa a cualquier persona que lo desee con una curva de aprendizaje muy baja.• El editor off-line JOSM. Es una aplicación de escritorio que el usuario sedescarga y ejecuta directamente en ordenador. Está basado en tecnología Java y es multiplataforma. Actualmente es el editor más avanzado que posee la comunidad por su versatilidad y características, y en el cual están involucradas en su desarrollo un mayor número de personas.• El editor off-line Merkaartor. Este editor multiplataforma posee un cuidadoentornográficohaciendousodelabibliotecaQt.

Estos son los principales editores. A parte existen otros desarrollados por terceros como Mapzen, iLOE para el iPhone, Vespucci para Android, extensiones para losSistemasdeInformaciónGeográficaQGISyArcGIS,etc.

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CARACTERÍSTICAS ACTUALES Y FUTURO DEL PROYECTO

UnestudiodelaempresaBeyonavdeenerode2011resaltabalassiguientescuestiones sobre el proyecto OpenStreetMap:

• Lacoberturadedatosseextiendealconjuntodetodoslospaísesdelmundo,siendo esta cada vez mayor en las regiones emergentes del planeta.• El crecimiento es sorprendentemente constante, lo que significa una grancantidad de personas trabajando activamente en aportar datos al mapa.• LagrancantidaddedatosquesoportalabasededatosdeOSMestállegandoa un nivel que hace que sea difícil procesarlos sin una infraestructura de servidores costosos. Esta es una de las razones por la que, según el informe, se ha incrementado el soporte por parte de empresas comerciales a la cartografía de OSM.• Apesardelfuerteaumentoderequerimientostécnicosporelgranvolumendedatos que se maneja, la infraestructura de servidores del proyecto parece ser aún muy estable.• Observandolatendenciasenlaexpansióndecoberturayelsoportequeseestá dando a los datos de OSM por terceros, el proyecto está listo para ser adoptado en servicios de navegación tradicional y aplicaciones LBS.

Interfaz del editor online Potlatch

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GOOGLE MAPS

Google Maps es el nombre de un servicio gratuito de Google. Es un servidor de aplicaciones de mapas en la web. Ofrece imágenes de mapas desplazables, así como fotografías por satélite del mundo e incluso la ruta entre diferentes ubicaciones oimágenesapiedecalleGoogleStreetView.Desdeel6deoctubrede2005,GoogleMaps es parte de Google Local. Existe una variante a nivel entorno de escritorio llamada Google Earth que ofrece Google también de forma gratuita.

DESARROLLO

Google Maps fue anunciado por primera vez en Google Blog el 8 de febrero de2005.OriginalmentesoportaríasoloalosusuariosdeInternetExploreryMozillaFirefox,peroelsoporteparaOperaySafarifueagregadoel25defebrerode2005.Elsoftware estuvo en su fase beta durante seis meses, antes de convertirse en parte de GoogleLocal,el6deoctubrede2005.

Como en las aplicaciones web de Google, se usan un gran número de archivos Javascript para crear Google Maps. Como el usuario puede mover el mapa, la visualización del mismo se baja desde el servidor. Cuando un usuario busca un negocio, la ubicación es marcada por un indicador en forma de pin, el cual es una imagen PNG transparente sobre el mapa. Para lograr la conectividad sin sincronía con el servidor, Google aplicó el uso de AJAX dentro de esta aplicación. Es una aplicación para el desarrollo de mapas.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Google Maps ofrece la capacidad de realizar acercamientos y alejamientos para mostrar el mapa. El usuario puede controlar el mapa con el mouse o las teclas de dirección para moverse a la ubicación que se desee. Para permitir un movimiento más rápido, las teclas “+” y “-” pueden ser usadas para controlar el nivel de zoom. Los usuarios pueden ingresar una dirección, una intersección o un área en general para buscar en el mapa.

Los resultados de la búsqueda pueden ser restringidos a una zona, gracias aGoogleLocal.Porejemplo,sialguienquiereconsultarpor“WafflesinOttawa”(enespañol, gofres en Ottawa) para encontrar restaurantes que sirven ese plato cerca de la ciudad. Las búsquedas pueden encontrar una amplia gama de restaurantes,

Interfaz de Google Maps

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hoteles, teatros y negocios generales.

Como otros servicios de mapa, Google Maps permite la creación de pasos para llegar a alguna dirección. Esto permite al usuario crear una lista paso a paso para saber cómo llegar a su destino, calculando el tiempo necesario y la distancia recorrida entre las ubicaciones.

Los desarrolladores pueden aplicar nuevas formas de ver el mundo gracias a estas APIS.

COORDENADAS

Las coordenadas de Google Maps están en el sistema WGS84 y se mostrará la latitud y la longitud, positiva para Norte y Este, negativa para Sur y Oeste.

Hayvariasformasdeobtenerlas,unavezquehemoslocalizadoellugarqueinteresa:• Sehaceclicenelicono“enlazar”ylosvaloresquehayacontinuaciónde?q=son las coordenadas.• Hacerclicconelbotónderechodel ratónenelpuntodeseadoenelmapapara que aparezca un menú con opciones. En el menú, se ha de selccionar “¿Qué hay aquí?”yhacerclicenlaflechadecolorverdeparaobtenerlascoordenadas.• Usandopáginascomohttp://www.agenciacreativa.net/coordenadas_google_maps.php• Poner el siguiente código en la barra de direcciones del navegador webjavascript:void(prompt(,gApplication.getMap().getCenter()))

Estos datos pueden ser usados para ingresarlos en Nasa World Wind o TerraServer-USA, los cuales, en algunos casos, tienen imágenes de mayor resolución.

CARACTERÍSTICAS AVANZADAS

En abril de 2005, Google añadió un Ride Finder (en español, indicador devehículo), en el cual una persona puede ubicar un taxi o un transporte público en una gran ciudad en tiempo real. La persona debe hacer clic en la barra de Update Position (en español, actualizar posición) para encontrar la nueva ubicación del auto.

Enjuniode2005,losmapasdecarreterasdelosEstadosUnidos,PuertoRico,

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Canadá y el Reino Unido fueron integrados en Google Maps.

Amediadosdejuliode2005,GooglecomienzalaversiónjaponesadeGoogleMaps y Google Local.

IMÁGENES OFRECIDAS POR SATÉLITE

En abril de 2005, se crea una vista alternativa a la que semostrabapor elsatélite. El mayor proveedor de imágenes satelitales de Google Maps es DigitalGlobe, quienproveelamayorpartedesusimágenesdelsatéliteQuickBird.

Enjuniode2005,lasimágenesdealtaresolución(oalamáximaampliación)ya estaban disponibles para la mayor parte de Canadá y Estados Unidos (incluyendo losestadosdeHawaiiyAlaska.Ademásabarcaotrospaísesenformaparcial,comoFrancia,Irlanda,Italia,Irak,Japón,Bahamas,Kuwait,México,Holanda,etc.

Sin embargo, algunas áreas fueron oscurecidas por motivos de seguridad nacional, como el Capitolio, la Casa Blanca y el área 51[cita requerida].

Para el resto del planeta las imágenes se encuentran disponible en baja resolución, excepto para los polos.

No todas las fotos mostradas son de satélites; algunas son Ortofotos de ciudadestomadasporavionesquevuelanabastantealtura(sobrelos10.000metros).

MULTIVISTAS

El22dejuliode2005,GooglelanzaunavistadualdesuGoogleMaps.Estavista combina el para y la vista satélital con mapas ilustrados y los nombres de calles en las imágenes del mundo real. Esto hace más fácil encontrar rutas entre dos puntos.

POPULARIDAD

Con la introducción de las herramientas de búsqueda y el movimiento en el mapa, ha hecho crecer el interés en el uso de las imágenes satelitales, tanto para la investigacióncomoparafinespersonales.

Junto con los usos, se han creado sitios que buscan crear la base de

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datos de lugares conocidos y vistos desde el espacio, como por ejemplo estadios, construcciones antiguas, etc.

Otro uso que se está dando al servicio es el intercambios de fotos (como Flickr),creando lacategoríademapasmemoriables,en losqueseusan lascopiasdelasimágenesdeKeyholeparamostrarlasfotosdeloshogaresdecadapersonauotros lugares de intéres.

PROGRAMA

Como apoyo al sitio web, Google lanzó Google Earth para permitir un uso más personalizado de los mapas, haciendo posible colocar nombres a las calles sobre los mapas, sin perder la información.

Como Google Maps está desarrollado casi por entero con JavaScript y XML, algunos usuarios han hecho la ingeniería inversa, y han desarrollado códigos para aumentar las capacidades de la interfaz de Google Maps.

Usando el núcleo de las imágenes almacenadas por Google, muchas herramientas pueden personalizar los iconos de localización, conocer la posición exacta en la Tierra, e incluso, personalizar las imágenes dentro de la interfaz de Google Maps.Algunosdelos“Hacks”deGoogleMapssoncomolaherramientaparaubicarlas propiedades en renta de la empresa Craigslist, las llamadas de Seattle al 911 o los datos de crímenes en Chicago.

Enjuniode2005GooglelanzósuAPIdeGoogleMaps,haciendooficialmentemodificablecasicualquieraspectodelainterfazoriginal.Conlacontraseñaoficialdedesarrollador, la API es libre de uso para cualquier sitio web.

GOOGLE EN GOOGLE MAPS

Google Local Google integra las vistas de Google Maps (en una imagen de menor tamaño) en las búsquedas locales. Se pueden buscar por cierto tipo de negocio en cualquier áreageográfica,dondeGoogleLocalestédisponible.

Google Ride Finder Google lanzó en forma experimental una herramienta basada en Google Maps

Entorno de edición de Google Maps

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llamada Ride Finder, el cual se basa en la localización permanente de taxis y limusinas mediante el uso de GPS. La herramienta muestra la ubicación actual de todos los vehículos permitidos de los servicios que participan en las principales ciudades de EE.UU., incluyendo Chicago y San Francisco, en un mapa de Google Maps. A partir de2009laherramientapareceserinterrumpida.

Google Moon El20dejuliode2005yenhonoral36°aniversariodelalunizajey,posterior,caminata lunar, del Apolo 11, Google hizo público el uso de las imágenes de la NASA acerca de la geografía lunar, siendo integrado a la interfaz de Google Maps. Sin embargo, se han deshabilitado ciertas utilidades.

Opciones:Apolo: mapa ampliable con las marcas de los puntos de aterrizaje de todas las misiones Apolo en la Luna.Visible: mapa ampliable quemuestra la superficie lunar, gracias a la unión de lasimágenes de la misión Clementine.Elevation: mapa de altura en colores, mostrando la profundidad y altitud del relieve lunar.Charts: imágenes de otros mapas anteriores sobre cada zona.

Google Mars Google Mars proporciona imágenes de satélite de Marte, al igual que Google Moon, pero además muestra imágenes infrarrojas e imágenes del relieve de Marte (elevación). Los usuarios pueden accionar los botones elevación, visible, y los datos infrarrojos, de manera semejante a como se cambia entre el mapa, el satélite, y los modoshíbridosdeGoogleMaps.Esteproyectoesunacolaboraciónentrecientíficosde la NASA y de la Universidad de Arizona. Para ello Google ha utilizado los datos públicos recogidos a partir de dos misiones de la NASA en Marte, la Mars Global Surveyor y Mars Odyssey.

Recientemente, Google ha incorporado un servicio experimental en Google Mapsquepermiteconocerelestadodeltráficoentiemporeal.Estepilotoestáenfasede pruebas en Estados Unidos.

Google Send-to-Car Esta aplicación permite enviar una dirección de Google Maps directamente al sistema de navegación del vehículo o GPS, sin necesidad de teclearla en el mismo.

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ACTUALIDAD DE GOOGLE MAPS

EnlaGoogleI/O2013,GooglepresentóunrediseñodeGoogleMapsparalaversión Web, mostrando nuevas funciones como:

• Elmapaocupatodalapantalla.• La barra de búsqueda esta en la parte superior izquierda y puedemostrarinformación sobre la ubicación.• Enlaesquinainferiorderechaestánubicadosloscontrolesdezoom.• Ahorahayunmodotierraelcualesunacombinaciónentrelavistasateliteygoogle earth, en donde podremos ver la ciudades en 3D y al alejar la imagen podremos ver la Tierra en 3D.• Alhacerclicenunlugar,nosmuestralasreseñas,fotos,númerosdeteléfonoyvereledificioenStreetView.• Alusarindicacionespodremosvervariasrutasycambiarlas,ademásdequese podrán ver las rutas en avión y reservar vuelos.

Actualmente Google maps aun no está disponible para el público, pero se puede pedir una invitación para probarlo.

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1.3 LIBRERÍA JAVA UNFOLDING MAPS

INTRODUCCIÓN

La librería de Java Unfolding Maps es la utilizada en la realización de la aplicación principal de este trabajo. En este apartado se va a describir la misma de forma general mientras que posteriormente en el capítulo 4 se tratará el uso que de la misma se ha realizado.

Unfolding Maps es el nombre de una librería usada para crear mapas interactivos así como geovisualizaciones en Java.

La visualización de datos con propiedades geoespaciales se hace cada vez más importante debido al amplio espectro de dispositivos tales como sensores, bases de datos y servicios aplicables a la vida diaria. En geovisualización se emplean técnicas preestablecidas pero para aplicaciones a medida es necesario realizar un tratamientodeestosdatosespecíficoparacadaaplicación.LossoftwareGISestándarno permiten habitualmente esta adaptación y simplificación. Por lo tanto se hacenecesario realizar un software personalizado. Algunas librerías de visualización de datos existentes soportan funcionalidad básica de gestión de mapas, pero tienen carencias con respecto a geovisualización. Con Unfolding Maps, se consigue establecer una pasarela entre visualizaciones tradicionales y modernas mediante la creación de forma rápidayeficientedeaplicacionesquetrabajancondatosgeoespaciales.

OBJETIVOS DE DISEÑO

Unfolding Maps es una librería de procesamiento, un lenguaje de programación paracreargráficosinteractivos,queseusaparaaprendizaje,prototiposyproyectosde aplicación. De la misma forma, Unfolding Maps fue creada con las metas de ser fácil de aprender, simple y extensible.

Para cumplir con la primera meta, la librería viene con una documentación extensa, mayoritariamente en forma de tutoriales y códigos de ejemplo. Usa una interfaz de programación (API) bastante simple para alcanzar la segunda meta. Es posible crear mapas interactivos mediante el uso de un número muy reducido de líneas de código. Por otro lado, la librería proviene de componentes reusables y emplea una arquitectura de software optimizada para extender su funcionalidad y conseguir desarrollar software de visualización personalizado, a la vez que avanzado y completo.

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Paracrearaplicacionessofisticadasdegeovisualización,unadelasrazonespor las que usar procesamiento en lugar de web scripting es la posibilidad de usar OpenGL para aplicaciones de visualización de alto rendimiento, y así poder crear aplicaciones públicas con posibilidad de interacción multitouch.

CARACTERÍSTICAS

Unfolding soporta las técnicas más básicas para trabajar con mapas interactivos, tales como zoom o vista panorámica, así como técnicas más avanzadas tales como la presentación de una vista general en una pantalla y los detalles de una zonaespecíficadelmapamostradoenlaotra.Facilitaasímismolavisualizacióndedatos tiempo espaciales.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

En algo tan simple como tres líneas de código, un desarrollador puede crear un mapa interactivo y mostrarlo a pantalla completa. La librería usa la técnica llamada “Slippy Map”.

ElmapaesmostradopordefectocondatoscartográficosdeOpenStreetMap.Parausarotroestilo,elusuariopuedeespecificarunproveedordiferentecomosegundoparámetro cuando se está construyendo un “Unfolding Map”. Unfolding proporciona deformapreconfiguradaochoproveedoresparaprópositoeducacional.Tambiénlosusuarios pueden crear su propio proveedor para usar mapas personalizados adaptados a los prerrequisitos de sus visualizaciones.

Pordefecto,losusuariosfinalespuedeninteractuardirectamenteconelmapa.Estos patrones de interacción se basan en técnicas estándar de manipulación de mapas.

VISUALIZACIÓN BÁSICA DE DATOS GEOESPACIALES

Es algo muy común el mostrar en pantalla datos geoespaciales pertenecientes a un mapa. Para ello, los desarrolladores pueden usar mecanismos de marcadores realizados con la librería Unfolding. Para mostrar un simpre marcador en una localización en la posición correcta de la pantalla, se puede crear un objeto de la clase SimplePointMarkeryañadirloalmapa.

Imagen de un a aplicación basada en Unfolding Maps

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Unfolding proporciona un estilo de marcador por defecto, que contiene puntos, líneas y polígonos. Así mismo, la librería también permite la lectura de datos en formato estándar,ylacreaciónautomáticadelarespectivarepresentacióngráfica.

A continuación se muestra un código de ejemplo cuya función es cargar y mostrar datos de terremotos en un mapa interactivo.

UnfoldingMap map; void setup() {

map = new UnfoldingMap(this); MapUtils.createDefaultEventDispatcher(this, map);List features =GeoRSSReader.loadData(this,“quakes.xml”);map.addMarkers(MapUtils.createSimpleMarkers(features));

}voiddraw(){

map.draw(); }

Con este código se muestra un mapa generado mediante el proveedor GeoRSSReader con marcadores añadidos mostrando zonas de terremotos.

El estilo de marcador puede ser personalizado, e incluso implementado completamente por el diseñador. Otra opción consiste en usar glifos de datos tales comográficosdedonutsocualquierotratécnicaposible.Porejemplo,mapeandounvalor al brillo de un marcador poligonal pueden llegar a realizarse mapas con un nivel importantedesofisticaciónenlainformaciónmostrada.

EVOLUCIÓN

El uso de la librería en cursos de técnicas básicas de visualización de datos geoespaciales permitió a los desarrolladores observar como los principiantes estaban usando la librería, con el objeto de simplificar la API ymejorar la documentación.Unfolding ha sido usada en un gran número de cursos universitarios, y en departamentos diversos desde ciencias de diseño por computador a estudios urbanos.

Unfolding fue lanzadapúblicamenteenagostode2011, suprimera versiónpúblicafue la0.8ytuvomasde3000descargasen losdocemesessiguientes.Lasiguienteversión,la0.9.sepublicóafinalesdeSeptiembrede2012ydescargadamásde1500vecesenlosprimerosdosmeses.Sehanrecolectadomasde40proyectosque están accesibles en la web y referenciados en el website de Unfolding, o han sido descritos en publicaciones.

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Actualmente se está realizando una encuesta online para usuarios. La encuesta sebasaenunestándarISOparaevaluarlacalidaddelsoftware,yhasidoinfluenciadapor encuestas relacionadas ( a pesar de existir muy pocos estudios referentes a librerías de visualización. Este cuestionario online consiste en la librería y su uso, así como la satisfacción en varios aspectos tales como facilidad de aprendizaje o disponibilidad de APIs para realizar lo que el usuario concreto desee.