Schnittstelle zu relationalen Datenbanken ArcSDE: Architektur

Präsentation zum Thema: "Schnittstelle zu relationalen Datenbanken ArcSDE: Architektur"—  Präsentation transkript:

1 Schnittstelle zu relationalen Datenbanken ArcSDE: Architektur
Proseminar: Geoinformation II Cornelia Lückenbach Bonn, Januar 2005 Schnittstelle zu relationalen Datenbanken

2 Motivation Heute: Geodatenerhaltung in Datenbanken eher die Ausnahme
Zukunft: Geodatenerhaltung in Datenbanken wird Standard sein Unsere Chance: Wir können den Prozess mitverfolgen Cornelia Lückenbach

3 Gateway zu Geodatenbanken:
Motivation Gateway zu Geodatenbanken: ArcSDE Cornelia Lückenbach

4 Übersicht Datenbanken Datenbankverwaltungssysteme ArcSDE
Oracle und Oracle Spatial ArcSDE Allgemein Architektur Datenspeicherung Räumliche Anfragen Cornelia Lückenbach

5 Datenbanken Cornelia Lückenbach

6 Relationale Datenbanken
Basiert auf relationalem Datenmodell Daten werden auf die Struktur eines konkreten Datenbanksystems abgebildet Siehe Vorlesung Geoinformation I Cornelia Lückenbach

7 Relationales Datenmodell
Kunde K.Nr Vorname Name Ort 815 Peter Müller Bonn 830 Hans Schmitz 1213 Maria Schütz Relation Daten werden in Tabellen abgespeichert und verwaltet Tabellen sind über Schlüssel miteinander verknüpft Attribute Primär- Schlüssel Auftrag A_Nr K_Nr A_Datum 1 815 2 830 3 1230 Relation Attribute Primär- schlüssel Fremd- schlüssel Cornelia Lückenbach

8 Objektorientierte Datenbanken
Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert Realwelt – Modell – Programm Cornelia Lückenbach

9 Objektrelationale Datenbanken
Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken Cornelia Lückenbach

10 Objektrelationale Datenbanken
Einsatz: Wenn Mengen und Objekte in Beziehung zu anderen Daten oder Objekten gebracht werden müssen Koordinaten miteinander verknüpfen oder referenzieren andere Daten Cornelia Lückenbach

11 Objektrelationale Datenbanken
Beispiel zum Einsatz Mehrere Objektkoordinaten gehören zu einer Autobahn Koordinaten stehen in Relation mit dem Namen der Autobahn Koordinaten sind selbst Objekte, die zueinander in Relation stehen Quelle: Beko Technologies Cornelia Lückenbach

12 Datenbankverwaltungssystem (DBMS)
Sammlung von Programmen Ermöglichen dauerhafte Speicherung der Daten in einer Datenbank Übernehmen die Verwaltung Cornelia Lückenbach

13 Datenverwaltungssystem
Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten Integritätssicherung Autorisationsprüfung Synchronisation Datensicherungsmöglichkeiten Cornelia Lückenbach

14 Datenbankverwaltungssystem
Sammlung von Programmen Arbeitssprache SQL Structured Query Language Cornelia Lückenbach

15 Oracle Datenbankverwaltungssystem Objekt-relational Leistungsfähig
Keine hohe Standardkonformität Läuft unter diversen Betriebsprogrammen Unix, Linux, Windows, IBM-Großrechner Cornelia Lückenbach

16 Oracle Spatial Erweiterung von Oracle
Zur Speicherung, Zugriff und Analysen von Geodaten Geometrische Repräsentation der Form eines räumlichen Elements im Koordinatenraum Cornelia Lückenbach

17 ArcSDE Allgemein Schnittstelle zu relationalen Datenbanken
Tool zum Speichern, Verwalten und Bearbeiten von Geodaten ArcSDE von ESRI für ArcGIS Cornelia Lückenbach

18 ArcSDE Allgemein Zentraler Baustein im GIS ArcGIS Desktop ArcView
ArcEditor ArcInfo ArcSDE Gateway Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach ArcSDE

19 ArcSDE ArcSDE ist offen Arbeitet mit diversen Datenbanken
(Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle) Cornelia Lückenbach

20 ArcSDE - Architektur Nach dem Ende des Kommunismus soll nun Moskau ein einheitliches städtisches Katasterinformationssystem bekommen.  Zentrale Geodatenbank muss eingerichtet werden, so dass verschiedene Behörden auf die Daten zugreifen können Cornelia Lückenbach

21 ArcSDE - Architektur ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden Cornelia Lückenbach

22 ArcSDE - Architektur Two-tier- Architektur: Three-tier-Architektur:
Direkter Zugriff Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver Cornelia Lückenbach

23 Direkter Zugriff ArcGIS Desktop Anwendung hat dies bereits implementiert Lesender Zugriff auf Geodatenbank möglich Schreibender Zugriff nur mit Server Lizenz Hohe Netzlast ArcGIS Desktop + Server Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach

24 ArcSDE - Architektur Two-tier- Architektur: Three-tier-Architektur:
Direkter Zugriff Vorteil: Administration und Installation sind einfach Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver Cornelia Lückenbach

25 ArcSDE als Applikationsserver
ArcGIS Desktop Applikationsserver ist mit Datenbank installiert Konfigurations- und Tuningmöglichkeiten am Applikationsserver Versionen und lange Transaktionen Optimierte Netzlast ArcSDE Applikations- server Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach

26 Erinnerung Versionen und lange Transaktionen
Teildatenbestände temporär entkoppeln Erhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung  Effiziente Arbeitsteilung Cornelia Lückenbach

27 ArcSDE als Applikationsserver
ArcGIS Desktop Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client ArcSDE Applikations- server Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach

28 ArcSDE - Architektur Two-tier- Architektur: Three-tier-Architektur:
Direkter Zugriff z.B. auf eine Personal Geodatabase Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver z.B. Zugriff auf Oracle Cornelia Lückenbach

29 Übung (Three-tier-Architektur)
Stellt euch vor, ihr werdet im Rahmen eines Universitätsaustausches nach Moskau geschickt. Dort bittet man euch ein ArcGIS-Projekt zu betreuen. Eure Aufgabe ist es Informationen über die Infrastruktur mit denen über die Eigentümer von Grundstücken und deren Lage zu kombinieren. Die Daten befinden sich in einem Datenbankverwaltungssystem. Cornelia Lückenbach

30 Übung (Three-tier-Architektur)
Frage: Wie kann ich eine Verbindung zu dem Datenbankverwaltungssystem herstellen? In unserem Fall handelt es sich dabei um eine Verbindung zu Oracle. Cornelia Lückenbach

31 Übung (Three-tier-Architektur)
Stellt nun selbst eine Verbindung zu Oracle her. Server: Service: 5151 Database: freilassen User Name: seminar Passwort: gis3 Cornelia Lückenbach

32 Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quad-Tree-Indexing R-Tree-Indexing Cornelia Lückenbach

33 Räumliche Objekte Hoher Speicherplatzbedarf Komplexe Berechnungen
Quelle: Cornelia Lückenbach

34 Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quadtree R-tree Cornelia Lückenbach

35 Query Model Two-tier query model
Beantwortet spatial queries und spatial joins Erster und Zweiter Filter (primary and secondary filter) Cornelia Lückenbach

36 Query Model Erster Filter (primary filter) Schnelle Auswahl
Weitergabe an den zweiten Filter Möglichst effektiv sein (spatial index) Vergleicht geometrische Annährungen Verringert die Berechnungskomplexität  lower-cost filter Cornelia Lückenbach

37 Query Model Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl 31.01.2005
Cornelia Lückenbach

38 Query Model Zweiter Filter (secondary filter)
Exakte Berechnung der Geometrie  exakte Antwort Berechnung ist teuer Berechnung wird nur auf die Ergebnisse des ersten Filters angewendet Cornelia Lückenbach

39 Query Model Zweiter Erster Filter Große Filter Kleinere Datenmenge
Auswahl Exakte Ergebnis Cornelia Lückenbach

40 Query Model Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion
Zweiter Filter Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl Exaktes Ergebnis Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion Implementierung des Ersten Filters:  Spatial index Cornelia Lückenbach

41 Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quadtree R-tree Cornelia Lückenbach

42 Spatial Indexing Limitiert eine Suche
Ein räumlicher Index (spatial index) wird benötigt für Window queries Spatial join Cornelia Lückenbach

43 Spatial Indexing Window query
Finde alle Straßen die durch die Weststadt führen Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn Cornelia Lückenbach

44 Spatial Indexing Spatial join
Finde alle Festhallen, die mehr als 2000 Quadratmeter haben und die von der Universität innerhalb von 20 Minuten zu Fuß zu erreichen sind Quelle: Dänisches Kulturinstitut, Bonn Cornelia Lückenbach

45 Quad-Tree-Indexing Anbringung eines Gitters an eine feature class
Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature Cornelia Lückenbach

46 R-Tree-Indexing MBR – minimum bounding rectangle
y Außen MBR – minimum bounding rectangle  kleinstes umschließende Viereck Quelle: Geoinformation III, Vorlesung 4: Punkt-in-Polygon-Verfahren von Prof.Plümer x Cornelia Lückenbach

47 Auswahl: R-Tree oder Quadtree
Weniger Speicherplatz Tuning ist einfacher No fine-tuning Keine großen Updates Index für vier Dimensionen Quadtree Mehr Speicherplatz Tuning ist schwieriger Fine-tuning Große Updates Index nur für zwei Dimensionen Cornelia Lückenbach

48 Zukunftsaussichten GIS Dateiformate beherrschten lange Jahre die Szene  Shapefiles, Coverage.. Zur Zeit Einsatz von Datenbanksystemen im Geodaten-Umfeld eher die Ausnahme Größere GIS Installationen speichern Sachdatentabellen bereits in einem RDBMS und beginnen Geodaten dort einzufügen Cornelia Lückenbach

49 Zukunftsaussichten In Zukunft wird die Geodatenerhaltung in einer Datenbank Standard sein ArcSDE ist dafür notwendig ArcSDE stellt die Integration der Geodaten in das RDBMS und damit in die Unternehmens-IT sicher Aktuelle Version: ArcSDE 9 Cornelia Lückenbach

50 Übung (Two-tier-Architektur)
Nachdem ihr bei der ersten Übung eine Three-tier-Architektur verwendet habt, wollt ihr sicherlich auch ein Beispiel für die Two-tier-Architektur, weil nicht jedes Unternehmen z.B. mit Oracle arbeitet. Cornelia Lückenbach

51 Übung (Two-tier-Architektur)
Bei einem Praktikum in einer kleinen Firma sollt ihr in eine Personal Geodatabase eine Deutschlandkarte importieren und für ein Schul-Projekt die ausgeschriebenen Namen durch Abkürzungen ersetzen (z.B. NRW) Cornelia Lückenbach

52 Übung (Two-tier-Architektur)
Erstellt eine Personal Geodatabase: Importiert V:\Lueckenbach\Bundesländer.shp Seht es euch in ArcMap an und lasst euch die Namen der Bundesländer anzeigen (Label-Feature). Öffnet in Microsoft Access eure erstellte Geodatenbank und dann die Tabelle Deutschland_Bundesländer. Ändert z.B. Nordrhein-Westfalen in NRW um. Seht euch das Ergebnis in ArcMap an (Refresh-View). Cornelia Lückenbach

53 Quellen Understanding ArcSDE (GIS by ESRI)
Oracle Spatial: User‘s Guide and Refernce Homepage von ESRI Germany arcaktuell von ESRI (Ausgabe 4/2004) Hompage von Oracle Nachschlagewerk: Wikipedia University of Arizona Geoinformation I und III Diskrete Mathematik Cornelia Lückenbach