Technische Grundlagen der Interoperabilität Objektrelationale raumbezogene Datenbanken Seminar Geoinformation WS 2001/2002 Referent: Dirk Fitting Betreuer: Dr. G. Gröger

Objektrelationale raumbezogene Datenbanken Überblick: 1) Was bedeutet „Objektorientiert“ 2) Was bedeutet „Raumbezogen“? 3) Wie sind relationale Datenbanken aufgebaut? 4) Von relationalen zum objektorientierten Datenbankmodell 5) SQL und SQL-Standard 6) Versuch der Standarisierung von Datenbanken für SQL vom „OpenGIS Consortium“ 7) Open GIS: Spezifikation für einfache räumliche objektrelationale Datenbanken und Nutzung als GIS 8) Beschreibung von Architektur und Normativen der Spezifikation

Objektorientierte Modellierung Objektorientierte Denkweise Ganzheitliche Betrachtung der Objekte mit ihren Beschreibungen (Attributen) und ihrer Funktionen bzw. Verhalten (Methoden) Das objektorientierte Datenbankmodell „objektorientiert“ Konzepte aus der Informatik: Identität Klassenbildung Kapselung (Integration von Daten und Methoden, Zugriff nur über Methoden) Vererbung (einfach, mehrfach) à Superklassen, Subklassen Der versuch zur obejktorientiertheit beinhaltet, das methoden, Funktionen zu den Objekten zählen. Bisher trennung von methoden und Objekten

Objektorientierte Modellierung Objektorientierte Datenbanken machen Objekte persistent sind eng verbunden mit objektorientierten Sprachen (ODL) ihnen vorausgegangen sind objektorientierte Programmiersprachen wie z.B. C++ (  Definition von abstrakten Datentypen (ADT)) „objektrelational“ im SQL - Standard kein neues Paradigma Setzt auf dem alten relationalen Modell auf und erweitert es erweitern vorhandene persistente (relationale) Datenhaltung um objektorientierte Modellierungsmittel

Raumbezogene Datenmodelle und -strukturen - Raumbezogene Daten versuchen die Realwelt zu modellieren - Realweltobjekte sind komplex strukturierte Objekte mit: zahlreichen raumbezogenen Eigenschaften (Attributen): Geometrie, Sachdaten, Aufgaben, etc. räumliche Beziehungen zwischen den Objekten: z.B. räumlich - topologisch: Gebäude steht auf Grundstück räumlich - geometrisch: Gebäude hat einen Abstand zu seinem Nachbargebäude

Aufbau und Struktur von relationalen Datenbanken* Attribute: Eigenschaften die in einer Datenbank gespeichert werden Domänen: Wertebereiche zur Beschreibung von Daten (integer, string, ...) Relationen (Menge von Tupeln) und Relationsschema (Definition) Tupel: Menge von Attributen Schlüssel, Primärschlüssel und Fremdschlüssel 1) Primärschlüssel identifiziert eindeutig ein Tupel einer Relation 2) Fremdschlüssel stellen Beziehungen zwischen Relationen her - Datenbankschema und Datenbank Schema für eine relationale Datenbank wird festgelegt durch: 1) Eine Menge von Bezeichnern für Relationen 2) Für jede Relation ein Relationsschema 3) Für jede Relation weitere Konsistenzbedingungen * G. Matthiessen / M. Unterstein: Relationale Datenbanken und SQL; Addison-Wesley Verlag

SQL und SQL-Standard (SQL – Structed Query Language) SQL hat sich als Standardabfragesprache für relationale Datenbanken etabliert Mit SQL lassen sich alle Operationen der Relationsalgebra realisieren - Sprachelemente von SQL lassen sich einteilen in: 1) DDL (Data Definition Language) 2) DML (Data Manipulation Language) - SQL und SQL92 (Entwicklungsstufe 1992)

Open GIS Simple Feature Spezifikation für SQL Architektur für SQL92 Implementation von Tabellen typisierter Klassen

Open GIS Consortium.Inc - Vereinigung Zusammenschluss mehrer GIS Hersteller, Universitäten, staatliche Institute, etc. Ziel: - Kompatibilität offene interoperable GIS- Systeme Nutzung von Geodaten auf der ganzem Welt Nutzung der Geodaten aller Interseenten überall auf der Welt Format? Vorraussetzung: Einheitlicher Aufbau der Datenbanken

Spezifikation - Spezifikation für interoperable Systeme: Standarisierung für SQL-Schema zur Speicherung, Verwaltung, Erweiterung und Bearbeitung raumbezogener Daten (GIS-Geoinformationssystem). Implementation beinhaltet keine Funktionen für Zugriff, Erhaltung oder Bearbeitung von geometrischen Objekten. Anwendungssprachen können diese Anfragen basierend auf SQL – Prozeduren übernehmen. Zugriff und Nutzung aller Interessenten durch Software- produkte: Small World, Oracle, Informix, Access etc.

Architektur – SQL Implementation von „Feature Tables“ Datenbankschema - Jedes „Feature table or view“ charakterisiert eine „Feature class“ jedes „Feature table or view“ besitzt eine Anzahl von „Features“, die als „rows“ in dem „view“ aufgeführt werden. 1) geometrischen „Features“, deren Geometrie in extra Vektor- tabellen, den sogenannten „Geometrie Columns“ aufgeführt sind 2) sonstigen „Features“, deren Datentyp einfacher oder benutzer- definierter Form ( z.B. in C++: Struct ,case, usw.) sind Jede Tabelle entwirft eien Klasse von Typen: Punkt, Polygon usw. Geometrische Features, die eine Speicherform für Geometrie in Tabellen Aufbewahren. Wier werenm sehen wie das nacher im einzelnen funktioniert Sonstige faeture, die Informationen enthalten z.B raumbezug: Polygon begrenzt einen See, die Linie ist Böschungsobverkante usw. Eindeutige Zuordnung) GID muss eindeutig sein, auch nach löschen eines Objekts darf dieser nicht wiederverwendet werden die Verbindung zwischen den geometrischen „Features“ und der „Feature table or view“ wird durch den GID (foreign key reference) hergestellt - eindeutige Zuordnung des GID

Datenbankschema (Open GIS) Geometrie Katalog: Allgemeiner SQL Standard. Datenbankschema gibt die Tabellenschema vor. Name Bezeichnet die Tabelle: Kann in SQL eine folge von Attributen sein die in den Zeilen aufgeführt werden( z.B. Kontonr. Name. Guthaben unter Tabellenschema Girokonto). Der Name ist dann z.b Kontonr. und Guthaben. Zusatz für die geometrischen Attribute: GID: Die eindeutige Identität von der Feature Tabelle, SRID: die Verbindung zum spatial reference System. Wird meistens bei Aufruf des Programm einmal vorher eingestellt. SRID istb kein SQL Standard!! - AUTH_Name: ( UTM, GK, Soldner etc.) - AUTH_SRID: Befugnisname - SRTEXT: Beschreibung des Referenzsystems Storage Type: Standardarisierte oder WBK Geometrie: Geometrie Type: Polygon, Punkt, Curve, Multipolygon, usw.

Standarisierte Geometrie WKB Geometrie (Binary Type) Standarisierte Geometrie (Numeric Type) GID ist der Schlüssel, der für ein einzelnes Objekt kennzeichnet ETYPE beschreibt den „Geometrietyp“ (Polygon, Punkt,etc) ESEQ kennzeichnet die Anzahl der Einzelsegmente, aus denen komplexere Objekte, die mit einem GID identifiziert werden, aufgebaut sind SEQ legt die eigentliche Reihenfolge innerhalb einer Tabelle und der einzelnen Elemente für ein komplexes Element fest es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der Elemente komplexer Objekte bzw. für die Anzahl der dafür benötigten Zeilen Bounding box

Architektur im SQL-Standard Drei Speicherungsformen für geometrische „Feature Tables“: SQL92 - Implementation für „Feature Tables“ 1) Vektormatrix – standarisierte Geometrie 2) Binäres Koordinaten-Tupel - WKBGeometry (Well - Known Binary- Representation for Geometry) SQL92 mit Geometrietypen-Implementation für „Feature Tables“ 3) Objektorientierte Speicherung mit Hierachietypen

standarisierte Geometrie für Polygone (0,60) (30,60) (60,60) Zu Null setzen Eindeutiges Objektkennzeichen Anzahl der Einzelsegmente Geometrietyp Reihenfolge (30,30) (GID 3) (GID 4) (60,30) (0,30) ESEQ 1 ESEQ 2 (GID 1) (GID 2) (0,0) (30,0) (60,0)

Analoge Überlegungen für Punkte und Linien ? Geht aus Spezifikation nicht hervor Punkte

WKB Geometrie für Polygone Datenformat Geometrietyp 3 = Polygon Besteht aus 2 Ringen Ring hat 3 Punkte B =1 T =3 NR=2 NP=3 X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3 ..... Ring 2 Ring 1 B=1 Storage Type, int char usw. NP= 3 Punkte T=3 Geometrietyp NR = 2 lineare Ringe Polygon

Objektorientierte Speicherung mit Geometrietypen Vererbung von Methoden steht im Vordergrund Geometrie Kapselung - Zugriff nur über Methoden Struktur und Speicherung der Daten nur sekundär von Interesse (numeric und binary type) Point Curve Surface GeometryCollection SQL muss abstrakte Datentypen (ADT) verarbeiten können Spezifikation standarisiert: Spezifikation standarisiert nicht : Typenhierarchie_> Vererbung, Assoziation, Spezialisierung Untertypen zur SQL ohne Geometrietypen Geometrie Values and Spatial Referece Systems Funktionen stellen die Kompatiblibität der Referenzsysteme zweier Geometrieobjekte her. Fehlermeldung falls der Check negativ nicht kompatibel. Nur in SQL mit geomtrietypen möglich! Sie fragen beim Entwurf neuer Objekte die gültigkeit SRID ab Abstrakte Datentypen gefordert für die Hierarchie: Regeln, Methoden und Attribute werden teilweise vererbt bzw. übernommen, genauso werden neue hinzugefügt. Hier wird der Bergriff objektorientiert zum erstenmal aufgeführt. Polygon MultiSurface MultiCurve MultiPoint LineString Namen und Geometrietypen- definition für Speicherung Name, Signaturen und Geo- metriedefinition für die Funktionen Syntax für die Speicherung und Funktionen Die physikalische Speicherform MultiPolygon MultiLineString

Probleme dieser Spezifikation Standarisierungen für Nutzer der Spezifikation zu undetailliert Vorschriften dieser Spezifikation sind mehrdeutig Auslegung der vorgeschlagenen Normativen kann unterschiedlich ausfallen

Seminar Geoinformation WS 2001/2002 Danke für die Aufmerksamkeit