Anfragesprachen für Raumbezogene Daten Institut Für Kartographie und Geoinformation Bonn Projektgruppe Vertiefer Kartographie Sascha Rudolph.

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1 Anfragesprachen für Raumbezogene Daten Institut Für Kartographie und Geoinformation Bonn Projektgruppe Vertiefer Kartographie Sascha Rudolph

2 weiterzurück Relationale Datenbank - Management - Systeme (RDBMS) Structured Query Language (SQL) Unterstützung bei der Formulierung von Anfragen Räumliche Erweiterung von SQL Möglichkeiten und Grenzen von ArcInfo Gliederung des Vortrags Gliederung des Vortrags

3 weiterzurück Relationale Datenbanken Relation ist mathematischer Begriff für Tabelle Relationale Datenbank-Management-Systeme (RDBMS) –Tabellen als Repräsentation von Eigenschaftsgruppen (Entitäten) –Felder sind atomar In jedem Attribut befindet sich eine Information –Festlegung von Gültigkeitsregeln für Felder einer Tabelle (zusätzlich zum Datentyp)

4 weiterzurück Relationale Datenbanken –Eindeutige Attribute werden als „Candidate Key“ bezeichnet –Datensätze werden mit einem eindeutigen Primärschlüssel (Primary Key) versehen (z.B. ID) Kann auch aus mehreren Feldern bestehen, die zusammen eindeutig sind –Verknüpfungen der Attribute verschiedener Entitäten über Primär- Fremdschlüssel Liefert eine Verknüpfung von Entitäten, die in einer logischen Beziehung zu einander stehen Beispiel : Kanten - Knoten

5 weiterzurück Relationale Datenbanken –Referentielle Integrität Erstellen von Beziehungen zwischen Datensätzen auch bzw. besonders verschiedener Tabellen, deren Einhaltung die RDBMS überprüft –Indizierung von Feldern zur Steigerung der Geschwindigkeit bei der Datensatzsuche (Aufbau einer Baumstruktur) –Erstellung von virtuellen Tabellen „Views“ mit Hilfe der Anfragesprache SQL –Relationale Datenbanken: Oracle 8i, MS SQL Server, DBase, MS Access

6 weiterzurück Grenzen der RDBMS ? Relationale Datenbanken enthalten atomare (unteilbare) Felder –Felder haben bestimmten Datentyp und feste Länge –Indizierung von Feldern und keinen Inhalten von Feldern –Operationen beschränken sich auf das Attribut als ganzes Keine Operationen mit Objekten möglich Beispiel GIS : (Körper, (Flächen, (Kanten, Knoten)))

7 weiterzurück S Q L Was ist SQL ? Was gibt es für Hilfsmittel bei der Formulierung von Anfragen ? Grenzen von SQL

8 weiterzurück Was ist SQL ? Ursprünglich von IBM entwickelte Datenbankanfragesprache Standardsprache der RDBMS - Ziel Datenbankunabhängigkeit –Erstellen von Tabellen - Methode „ CREATE TABLE “ –Modifizieren von Tabellen - Methoden „ DELETE FROM “ ; „ INSERT INTO “ –Selektieren von Datensätzen, die bestimmten Kriterien entsprechen - Methode SELECT.. FROM.. WHERE –Indizieren von Feldern - Methode „CREATE INDEX“

9 weiterzurück S Q L –Verknüpfung von Entitäten - Methode „JOIN“ etc. –Aggregatfunktionen SUM, MIN, MAX, AVG, Count, GROUP Beispiel

10 weiterzurück Hilfsmittel für SQL Query by Example (QEB)

11 weiterzurück Grafische Hilfsmittel für SQL MS Access Designer ~ MS SQL Server

12 weiterzurück Grenzen von SQL ? Keine Rekursiven Anfragen Keine Anfragen an Unterobjekte Anfragen werden bei einer Vielzahl von Tabellen mit vielen „Joins“ sehr unübersichtlich Beispiel Keine SQL Designer, die verschachtelte Anweisungen erzeugen können - Anfragen können sich aber auf Anfragen beziehen Existenz vieler Dialekte –Datenbankunabhängigkeit bei komplexeren Anfragen nicht mehr gesichert Programme mit SQL-Code müssen an die verwendete Datenbank angepaßt werden z.B. MS Access Anfrage SELECT * FROM.. funktioniert mit MS SQL Server nicht

13 weiterzurück Speicherung von Objektdaten Geometrie + Attribute 011010010111000111001 Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS 1 1 Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten 2 2 Speicherung der Objekte in Binärfeldern einer RDBMS Speicherung der Objekte in Binärfeldern einer RDBMS 3 3 Objektorientierte Datenbank 4 4 Shapefile Attribute

14 weiterzurück Teilobjekte in verschiedenen Tabellen Beispiel Flächen –Tabelle Flächen –Tabelle FlächenKanten –Tabelle Kanten (Linien) –Tabelle Knoten –Speichern der Koordinaten der einzelnen Knoten in den Spalten x,y,z A B C D –Mit vorhandenen Standarddatenbanken (RDBMS) realisierbar Vorteile:

15 weiterzurück Teilobjekte in verschiedenen Tabellen –Nutzer interessieren keine Kanten oder Knoten, sondern Flächen - umständliche Handhabung –z.T. Redundante Speicherung (FlächenKanten) –Sehr langsam, da zur Darstellung der Flächen zunächst „FlächenKanten“ und schließlich Anfangs- und Endpunkte gesucht werden Probleme bei der Speicherung von „Arcs“ –zusätzliche Spalten in der Kantentabelle oder Approximation durch sehr viele Kanten Keine räumlichen Operationen über Anfragen –umständliche und langsame Zusatzprogrammierung Nachteile:

16 weiterzurück Geometrie und Attribute getrennt –Realisierung mit RDBMS möglich –Speicherung von Objekten in Shapefiles –Zusatzprogrammierung für Laden, Ändern und Speichern der Objekte aus den Shapefiles –Programmierung der Verknüpfung von Attributen und Geometrie nötig –Gefahr der Inkonsistenz ! –Keine räumlichen Operationen über Anfragen möglich Nachteile: Vorteile:

17 weiterzurück Objekte in Binärfeldern Beispiel Flächen –Tabelle Flächen –Speichern der Koordinaten der einzelnen Punkte der Fläche und zusätzlicher Attribute wie z.B. „Bounding Box“ hintereinander in einem Binärfeld –Weitere Attribute der Flächen werden in zusätzlichen Spalten abgelegt A B C D –Nur eine Tabelle für die Speicherung eines Objekts –Modellierung entspricht Speicherung –Realisierung mit RDBMS möglich Vorteile:

18 weiterzurück Objekte in Binärfeldern –Anfragen über SQL - keine direkten räumlichen Anfragen –Sollen Unterobjekte wie Kanten & Knoten zügig bearbeitet werden, ist deren Speicherung (redundant) in zusätzlichen Tabellen erforderlich Gefahr der Inkonsistens ! –Laden und speichern der Objekte aus dem Binärfeld über Zusatzprogramme Nachteile:

19 weiterzurück Objektorientierte Datenbank Eigenschaften –Bereitstellung von z.T. frei definierbaren Objekten zur Speicherung in einem Feld einer DB –Möglichkeit der Vererbung von Eigenschaften –Erweiterung und Optimierung von SQL mit Räumlichen Anfragen –Speicherung entspricht Modellierung –schnellere, benutzerfreundliche Anfragen ohne Zusatzprogrammierung über erweiterte Anfragesprache Vorteile:

20 weiterzurück Objektorientierte Datenbank –kaum objektorientierte Datenbanken vorhanden z.B. in Support GIS –vorhandene Datenbanken sind meistens nicht 100% objektorientiert bzw. räumlich optimiert –kein Standard wie SQL bei den relationalen Datenbanken vorhanden Nachteile:

21 weiterzurück Objekte in GIS - Systemen Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS 1 1 Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten 2 2 Speicherung der Objekte in Binärfeldern einer RDBMS Speicherung der Objekte in Binärfeldern einer RDBMS 3 3 Objektorientierte Datenbank 4 4 ArcView, ArcInfo Alte GIS - Systeme ArcInfo, GeoDB Support GIS

22 weiterzurück Erweiterung von SQL Ziel ist die zusätzliche Bereitstellung von sinnvollen Funktionen zur Anfrage von Räumlichen Informationen Kein Standard vorhanden Anforderungen an eine räumliche Anfragesprache nach Egenhofer: –Datentyp „Objekt“ muß vorhanden sein –Grafische Visualisierung von Anfrageergebnissen ( Tabellen sind ungeeignet ) –Kombination mehrerer Anfragen muß möglich sein –Möglichkeit des Auswählens von Objekten durch anklicken auf dem Bildschirm

23 weiterzurück Erweiterung von SQL –Eine Legende zur Erläuterung der Objektklassen muß vorhanden sein –Anfragesprache muß dem Nutzer Möglichkeit zur Beschränkung der Daten geben, auf die sich die Anfrage bezieht

24 weiterzurück Spatial SQL Kombination aus Erweiterung von SQL & GPL GPL (Graphical Presentation Language) Erweiterungen –Festlegung eines Räumlichen Datentyps 4 Typen von Unterobjekten –0, 1, 2, 3 - dimensional –Beziehungen zwischen räumlichen Objekten unterscheiden sich von Standardrelationen topologisch oder metrisch

25 weiterzurück Spatial SQL Methoden –INTERSECT - Schnitt von Objekten –REMOVE - Löschanfrage –OVERLAY - Ergebnisse der Anfrage über Kartenelemente legen –HIGHLIGHT - Hervorheben der Ergebnisse in der Graphik

26 weiterzurück Spatial SQL Beispiel : Wie weit ist die nächste Feuerwehrstation von dem ausgewählten Gebäude entfernt ? SET MODE alpha; SELECT distance(buildings.geometry, firestations.geometry), firestations.adress FROMbuilding, building firestation WHEREbuilding = PICK and firestation.Type = „Fire Station“;

27 weiterzurück Möglichkeiten von ArcInfo „Objektorientiert“, es können vom Nutzer Objekte definiert werden (Feature) Bietet grafische Visualisierung der Anfrageergebnisse Additive Anfragen sind möglich Direkte Auswahl durch Anklicken von Objekten ist möglich Beschränkung der Operationen auf Teile der Objekte möglich (z.B. nur Kanten Anfragen) Beschränkung der Anfragen auf ein Teilgebiet nicht möglich

28 weiterzurück Anfragen in ArcInfo Select by Attribute Select by Location Select by Graphics Statistics Attribute Location Graphics

29 weiterzurück Buffering in ArcInfo Auswahl von „Features“, die einen bestimmten Abstand von einem ausgewählten Objekt haben

30 weiterzurück Anwendungen der Funktionen Bereitstellung der Kanten und Attribute über Anfragen für die Wegsuche Keine Zuordnung von Sehenswürdigkeiten zu Straßen notwendig –Bilden von Buffern um die Straßen zur Unterstützung bei der Wegfindung Machbarkeitsstudie

31 weiterzurück Selection Statistics ArcInfo <<

32 weiterzurück Selection By Attribute ArcInfo <<

33 weiterzurück Selection By Location <<