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

Motivation Heute: Geodatenerhaltung in Datenbanken eher die Ausnahme Zukunft: Geodatenerhaltung in Datenbanken wird Standard sein Unsere Chance: Wir können den Prozess mitverfolgen 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Gateway zu Geodatenbanken: Motivation Gateway zu Geodatenbanken: ArcSDE 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Übersicht Datenbanken Datenbankverwaltungssysteme ArcSDE Oracle und Oracle Spatial ArcSDE Allgemein Architektur Datenspeicherung Räumliche Anfragen 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Datenbanken 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Relationale Datenbanken Basiert auf relationalem Datenmodell Daten werden auf die Struktur eines konkreten Datenbanksystems abgebildet Siehe Vorlesung Geoinformation I 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 05.10.2000 2 830 10.10.2000 3 1230 11.10.2000 Relation Attribute Primär- schlüssel Fremd- schlüssel 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Objektorientierte Datenbanken Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert Realwelt – Modell – Programm 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Objektrelationale Datenbanken Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Objektrelationale Datenbanken Einsatz: Wenn Mengen und Objekte in Beziehung zu anderen Daten oder Objekten gebracht werden müssen Koordinaten miteinander verknüpfen oder referenzieren andere Daten 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Datenbankverwaltungssystem (DBMS) Sammlung von Programmen Ermöglichen dauerhafte Speicherung der Daten in einer Datenbank Übernehmen die Verwaltung 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Datenverwaltungssystem Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten Integritätssicherung Autorisationsprüfung Synchronisation Datensicherungsmöglichkeiten 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Datenbankverwaltungssystem Sammlung von Programmen Arbeitssprache SQL Structured Query Language 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Oracle Datenbankverwaltungssystem Objekt-relational Leistungsfähig Keine hohe Standardkonformität Läuft unter diversen Betriebsprogrammen Unix, Linux, Windows, IBM-Großrechner 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Oracle Spatial Erweiterung von Oracle Zur Speicherung, Zugriff und Analysen von Geodaten Geometrische Repräsentation der Form eines räumlichen Elements im Koordinatenraum 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE Allgemein Schnittstelle zu relationalen Datenbanken Tool zum Speichern, Verwalten und Bearbeiten von Geodaten ArcSDE von ESRI für ArcGIS 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE Allgemein Zentraler Baustein im GIS ArcGIS Desktop ArcView ArcEditor ArcInfo ArcSDE Gateway Relationale Geodaten- bank 31.01.2005 Cornelia Lückenbach ArcSDE

ArcSDE ArcSDE ist offen Arbeitet mit diversen Datenbanken (Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle) 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE - Architektur ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE - Architektur Two-tier- Architektur: Three-tier-Architektur: Direkter Zugriff Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE - Architektur Two-tier- Architektur: Three-tier-Architektur: Direkter Zugriff Vorteil: Administration und Installation sind einfach Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Erinnerung Versionen und lange Transaktionen Teildatenbestände temporär entkoppeln Erhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung  Effiziente Arbeitsteilung 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

ArcSDE als Applikationsserver ArcGIS Desktop Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client ArcSDE Applikations- server Relationale Geodaten- bank 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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. 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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. 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Übung (Three-tier-Architektur) Stellt nun selbst eine Verbindung zu Oracle her. Server: 131.220.71.184 Service: 5151 Database: freilassen User Name: seminar Passwort: gis3 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Räumliche Anfragen (Übersicht) Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quad-Tree-Indexing R-Tree-Indexing 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Räumliche Objekte Hoher Speicherplatzbedarf Komplexe Berechnungen Quelle: www.transa.de 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Räumliche Anfragen (Übersicht) Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quadtree R-tree 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Query Model Two-tier query model Beantwortet spatial queries und spatial joins Erster und Zweiter Filter (primary and secondary filter) 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Query Model Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Query Model Zweiter Erster Filter Große Filter Kleinere Datenmenge Auswahl Exakte Ergebnis 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Räumliche Anfragen (Übersicht) Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing Quadtree R-tree 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Spatial Indexing Limitiert eine Suche Ein räumlicher Index (spatial index) wird benötigt für Window queries Spatial join 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Spatial Indexing Window query Finde alle Straßen die durch die Weststadt führen Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

Quad-Tree-Indexing Anbringung eines Gitters an eine feature class Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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. 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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) 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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). 31.01.2005 Cornelia Lückenbach

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 31.01.2005 Cornelia Lückenbach