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Räumliche Anfragen GIS-Seminar WS04/05 Marius Zirngibl FBI, Universität Hamburg.

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Präsentation zum Thema: "Räumliche Anfragen GIS-Seminar WS04/05 Marius Zirngibl FBI, Universität Hamburg."—  Präsentation transkript:

1 Räumliche Anfragen GIS-Seminar WS04/05 Marius Zirngibl FBI, Universität Hamburg

2 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 2 Übersicht 1.Motivation 2.Konzepte von Anfragesprachen 3.Grundlagen der Datenauswertung 4.Anfrageoptimierung 5.Praktisches Beispiel

3 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 3 Motivation These: Der Wert eines Informationssystems wird auch und besonders daran gemessen, welche Fragen an das System gestellt werden können. => Ohne geeignete Abfragemöglichkeit sind gespeicherte Daten wertlos.

4 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 4 Grundsätzliche Fragen Wie mächtig ist die benutzte Sprache? Wie formuliere ich meinen Wunsch? Für welche Benutzergruppen ist die Abfragemethode geeignet? Wie effizient ist die Auswertung?

5 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 5 Anfragesprachen Schnittstelle für den Benutzer, um Informationen aus einem System zu bekommen, ohne die interne Struktur der Datenbank genau zu kennen sehr verschiedene Arten von Anfragesprachen Zwei Hauptkriterien zur Beurteilung der Qualität einer Anfragesprache: Benutzerfreundlichkeit Funktionsumfang

6 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 6 Konzepte von Anfragesprachen Grundsätzliche Unterscheidung von Anfragesprachen: - nach Art der Interaktion zwischen Benutzer und System - nach Art der möglichen Operationen - nach Art der angefragten Daten

7 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 7 Unterscheidung von Anfragesprachen Nach Art der Interaktion: - Graphische Anfragesprachen - Dialogsysteme - Formale Anfragesprachen - Natürliche Anfragesprachen

8 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 8 Unterscheidung von Anfragesprachen Nach der Art der Operationen: - reine Abfragesprache - Data Manipulation Language (DML): auch Veränderung der Daten - Data Definition Language (DDL): auch Definition der Daten

9 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 9 Unterscheidung von Anfragesprachen Nach der Art der Daten: - Graph-Anfragesprachen - Räumliche Anfragesprachen (Spatial Query Language, SpQL) - Geographische Anfragesprachen (Geographical Query Language, GQL)

10 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 10 GEOQL – Beispiel einer formalen geographischen Anfragesprache GEOQL ist eine Erweiterung von SQL Funktionalität und Syntax sehr ähnlich SQL Zusätzlich spezielle räumliche Operatoren

11 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 11 Beispiel für eine räumliche Anfrage mit GEOQL Fragestellung: Finde alle Städte mit einer Einwohnerzahl über 5000 im Umkreis von 200 km um den Bodensee Problem mit reinem SQL: keine Möglichkeit, Entfernungen zwischen Objekten abzufragen

12 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 12 Räumliche Anfrage mit GEOQL Formulierung der Frage in GEOQL: SELECTCITY.Name FROMCITY, LAKE WHERELAKE.Name = ´Bodensee´ and CITY.Population >= 5000 and CITY within 200 km of LAKE.

13 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 13 Räumliche Operatoren von GEOQL intersects adjacent joins ends_at contains situated_at within closest furthest

14 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 14 Grundlagen der Datenauswertung Man unterscheidet grundsätzlich zwei Methoden der Datenauswertung: -Thematische Datenselektion -Geometrische Datenselektion

15 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 15 Thematische Datenselektion In den meisten Datenbanken zu finden, nicht nur in GIS Selektion bestimmter Objekttypen mit bestimmten Attributen Formale Struktur einer thematischen Selektionsanfrage:

16 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 16 Geometrische Datenselektion Nur in raumbezogenen Informationssystemen zu finden Selektion von geometrischen Objekten, die zu anderen geometrischen Figuren in einer bestimmten topologischen Beziehung stehen Formale Struktur einer geometrischen Selektionsanfrage:

17 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 17 Topologische Beziehungen

18 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 18 Unterarten geometrischer Datenselektion m nearest neighbour query: Abfrage der m nächsten Objekte zu einem vorgegebenen Objekt Homöomorphismen: geometrische Ähnlichkeit zwischen Objekten

19 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 19 Anfrageoptimierung Große Datenmengen => hoher Rechenaufwand bei komplexen Anfragen Deshalb Unterteilung des Raumes mittels eines räumlichen Index

20 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 20 Quadtree Algorithmus basiert auf der rekursiven Zerlegung einer Fläche in vier Teile Entstandene Teilflächen werden durchnumeriert (indiziert) Grad der Zerlegung abhängig von der Objektdichte

21 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 21 Quadtree Erstellung des Quadtree auf Grundlage einer bestehenden Datenbasis Position im DB-System zwischen Datenbasis und Anfragesystem Fungiert als Zwischenspeicher (cache) Speicherung als Baumstruktur mit genau vier Blättern je Knoten (daher Quadtree)

22 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 22 Quadtree

23 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 23 Anfrage im Quadtree

24 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 24 Einfügen neuer Knoten

25 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 25 Octree

26 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 26 Beispiel für räumliche Indizierung Frage: Wie viele Windkraftwerke gibt es in Hamburg, und wo liegen sie?

27 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 27 Beispiel für räumliche Indizierung

28 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 28

29 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 29

30 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 30 Darstellung der Auswertungsergebnisse Verschiedene Möglichkeiten der Datenausgabe: - textuelle Darstellung (Listen, Tabellen) - graphische Darstellung (Diagramme) - kartographische Darstellung Kombinationen häufig und nützlich => Übersicht vs. Detailgenauigkeit

31 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 31 Literaturverzeichnis Dirk Findeisen: Datenstruktur und Abfragesprachen für raumbezogene Informationen, Kirchbaum Verlag, Bonn, 1990 [FIN90] Beng Chin Ooi: Efficient query processing in geographic information systems, Springer Verlag, Berlin, 1990 [OOI90] Matthias Ziegler: Untersuchung geographischer Anfragesprachen auf der Basis relationaler und objektrelationaler Datenbankmanagementsysteme, München, 2001 [ZIE01] Nabil Adam, Aryya Gangopadhyay: Database Issues in Geographic Information Systems, Kluwer, Boston,1997 [ADA97] Philippe Rigaux, Michel Scholl, Agnes Voisard: Spatial Databases with Apllication to GIS, Morgan Kaufmann, 2002 [RIG02] Hanan Samet: Neighbor finding in images represented by Octrees, University of Maryland, 1988 [SAM88]

32 Räumliche AnfragenMarius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg 32 Diskussion Wie könnten graphische Anfragesprachen aussehen und wie sinnvoll ist deren Einsatz? Wie effizient können natürliche Anfragesprachen sein?


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