Geoinfo II Relationale Datenbanken die Architektur von ArcSDE C a r s t e n H i m p l e r B o n n, 0 3. 0 2. 2 0 0 3 P r o s e m i n a r

Geoinfo IIGeoinfo II

Relationale DatenbankenRelationale Datenbanken

die Architektur von ArcSDEdie Architektur von ArcSDE

C a r s t e n H i m p l e rC a r s t e n H i m p l e r B o n n , 0 3 . 0 2 . 2 0 0 3 B o n n , 0 3 . 0 2 . 2 0 0 3

P r o s e m i n a rP r o s e m i n a r

ÜbersichtÜbersicht

Relationale DatenbankenRelationale Datenbanken

ArcSDEArcSDE

ArchitekturArchitektur

DatenintegritätDatenintegrität

DatenspeicherungDatenspeicherung

Räumliche Räumliche

AnfragenAnfragen

RRELATIONALEELATIONALEGGEODATENBANKEN EODATENBANKEN

Was ist eine relationale Geodatenbank?Was ist eine relationale Geodatenbank?

Datenbank, die räumlich bezogene geographische Daten Datenbank, die räumlich bezogene geographische Daten enthältenthält



Repräsentation von Dingen als Objekte mit Eigenschaften, Repräsentation von Dingen als Objekte mit Eigenschaften, Verhalten und räumlichen Beziehungen;Verhalten und räumlichen Beziehungen;

Name, Gesamtlänge…

Flussrichtung

Breite (x,y), Tiefe (x,y),…

Rhein



Repräsentation von Dingen als Objekte mit Eigenschaften, Repräsentation von Dingen als Objekte mit Eigenschaften, Verhalten und räumlichen Beziehungen;Verhalten und räumlichen Beziehungen;

Definition von Beziehungsregeln zwischen Objekten Definition von Beziehungsregeln zwischen Objekten möglichmöglich

(referentielle Integrität)(referentielle Integrität)

Name, Gesamtlänge…

Flussrichtung

Breite (x,y), Tiefe (x,y),…

Rhein

Mindestabstand Gebäude - Ufer

Inhalte und Daten in einer GeodatenbankInhalte und Daten in einer Geodatenbank

GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes

Relationship classes

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Objekt:Objekt: nichträumlich nichträumlich

z.B.Grundstückseigentümerz.B.Grundstückseigentümer

Objekt class:Objekt class:

Datentabelle von ObjektenDatentabelle von Objekten

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Feature:Feature: räumlich, koordiniert (x,y) räumlich, koordiniert (x,y)

Typen: Typen: Punkt, Linie, Kurve, Polygon, FlächePunkt, Linie, Kurve, Polygon, Fläche

z.B. Grundstückz.B. Grundstück

Feature Class:Feature Class:

Tabelle von Features des gleichen TypesTabelle von Features des gleichen Types

enthält feature attributes (Adresse, m²,..)enthält feature attributes (Adresse, m²,..)

unabhängig von anderen f.classesunabhängig von anderen f.classes

Alle feature classes eines featuredatasets Alle feature classes eines featuredatasets haben das gleiche Koordinatensystem!haben das gleiche Koordinatensystem!

(spatial reference)

Domains

Validation rules


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Relationship:Relationship: verlinkt räumliche und verlinkt räumliche und nicht räumliche Dingenicht räumliche Dinge

z.B. Zuordnung von z.B. Zuordnung von Grundstück und EigentümerGrundstück und Eigentümer

Relationship class:Relationship class:

speichert Beziehungen zwischen classes speichert Beziehungen zwischen classes in Tabellenin Tabellen

Domains

Validation rules


Geometric networks:Geometric networks:

Benutzerdefinierte Sammlung von feature Benutzerdefinierte Sammlung von feature classesclasses

feature classes bilden ein geometrisches feature classes bilden ein geometrisches Netzwerk ausNetzwerk aus

Kanten, Knoten und Schritten („turn“)Kanten, Knoten und Schritten („turn“)

GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Planar topologies:

verbinden faetures zu kontinuierlichen Flächenobjekten

erlauben faetures gemeinsame Grenzen


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Domains:

Definition von wahren Attributwerten

(text, numerisch)


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Validation rules:

erzwingen Datenintegrität durch Domänen, relationship rules, connectivity rules

Bsp.: Verbindungsregeln für verschieden dicke Wasserleitungen


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Raster data:Raster data:

kopierte Karte, Oberfläche, Gitterdaten (Temp.), kopierte Karte, Oberfläche, Gitterdaten (Temp.), LuftbilderLuftbilder

PyramidenformPyramidenform

Problem: Datengrösse!!!Problem: Datengrösse!!!

Speicherform: TabelleSpeicherform: Tabelle


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

TIN datasets:TIN datasets:

trianguliert, unregelmäßig verteilte Punkte mit z-trianguliert, unregelmäßig verteilte Punkte mit z-WertenWerten

Speicherungsform: in coverage workspacesSpeicherungsform: in coverage workspaces

Speicherung noch nicht in Speicherung noch nicht in Geodatenbanken!!!Geodatenbanken!!!


GEODATENBANK

feature datasets

(spatial reference)

Objekt classes

Feature classes


Geom. networks

Planar topologies

Domains

Validation rules

Raster datasets

Rasters

TIN datasets

Locators

Locators:

Definition von Konvertierungsprozessen, die alphanumerische Beschreibungen geographischen features zuordnen

(Bsp.: Zuordnung Adresstabelle - Orte)

ArcSDEArcSDE

Was ist ArcSDE?Was ist ArcSDE?

ArcSDE ist keine Datenbank!ArcSDE ist keine Datenbank!

Schnittstelle zu relationalen DatenbankenSchnittstelle zu relationalen Datenbanken

Tool zum Speichern, Verwalten und BearbeitenTool zum Speichern, Verwalten und Bearbeiten

von eigenen und fremden Datenvon eigenen und fremden Daten

ArcView ArcEditor ArcInfo ArcExplorer

(Java edition)

HTML

Viewer

ArcSDE Gateway

Dateien Datenbank

ArcIMS Server

ArcGIS ArcGIS DesktopDesktop ArcIMS

ArcSDEArcSDE

Hauptproblem:Hauptproblem:

Wie verwalte und bearbeite ich eine so Wie verwalte und bearbeite ich eine so

große Datenmenge bei gleichzeitiger große Datenmenge bei gleichzeitiger

Reduzierung des Rechenaufwands?Reduzierung des Rechenaufwands?

ArcSDEArcSDE

Hauptproblem:Hauptproblem:

Wie verwalte und bearbeite ich eine so Wie verwalte und bearbeite ich eine so

große Datenmenge bei gleichzeitiger große Datenmenge bei gleichzeitiger

Reduzierung des Rechenaufwands?Reduzierung des Rechenaufwands?

Lösung:Lösung: Systemorientierte DatenverwaltungSystemorientierte Datenverwaltung

Die ArcSDE ArchitekturDie ArcSDE Architektur

Three-tier-ArchitekturThree-tier-Architektur(application server)(application server)

Two-tier-ArchitekturTwo-tier-Architektur(direct connection)(direct connection)

Die Three-tier-ArchitekturDie Three-tier-Architektur

client client applicationapplication

ArcSDE ArcSDE application application

serverserver

ErgebnisErgebnisAnfrageAnfrage

DBMSDBMS




serverserver


DBMSDBMS

Verteilung der Verteilung der Anwendungen auf Anwendungen auf server und clientserver und client

cooperative processingcooperative processing




serverserver


DBMSDBMS

Probleme:Probleme:ServerausfallServerausfallDatenklammerungDatenklammerung

Viele Clients:Viele Clients:VersionenVersionen

Two-tier-ArchitekturTwo-tier-Architektur

ArcSDE Client ArcSDE Client (+ server)(+ server)

DBMSDBMS

direct connectiondirect connection

Two-tier-ArchitekturTwo-tier-Architektur

ArcSDE Client ArcSDE Client (+ server)(+ server)

DBMSDBMS

direct connectiondirect connection

Performance-VorteilePerformance-Vorteile

bezüglichbezüglich

Zugriff Zugriff Verwaltungsaufwand Verwaltungsaufwand

ServerausfallServerausfall

ABER: ABER: HardwareanforderungenHardwareanforderungen

Die ArcSDE ArchitekturDie ArcSDE Architektur

Vorteil dieser Architekturen:Vorteil dieser Architekturen:

Datenverwaltung auf dir zur Verfügung Datenverwaltung auf dir zur Verfügung stehende Hardwareleistung abstimmbar.stehende Hardwareleistung abstimmbar.

DatenspeicherungDatenspeicherungArcSDE DatenintegritätArcSDE Datenintegrität

Integritätsverwaltung von:Integritätsverwaltung von:

a) Punkt, Linie, Bogen, Polygona) Punkt, Linie, Bogen, Polygon

b) speziellen Beschränkungenb) speziellen Beschränkungen

(in Datenbank nicht sinnvoll)(in Datenbank nicht sinnvoll)

z.B. Mindestbandbreitez.B. Mindestbandbreite

oderoder

Polygon mit höchstens 5 SeitenPolygon mit höchstens 5 Seiten


in Datenbank: in Datenbank: indizierte Tabellenindizierte Tabellen

bisher:bisher: nur FID (siehe GIS I: Redundanzfreiheit) nur FID (siehe GIS I: Redundanzfreiheit)

jetzt:jetzt: FID + Typenindex zur Suchbeschleunigung FID + Typenindex zur Suchbeschleunigung


Binary Large Object (BLOB)Binary Large Object (BLOB)BinärcodeBinärcode

Normalized SchemaNormalized SchemaKoordinatenKoordinaten

Geometry TypeGeometry TypeGeometrieGeometrie

Räumliche AnfragenRäumliche Anfragen

Eigenschaften räumlicher Objekte: Eigenschaften räumlicher Objekte: i.d.R. hoher Speicherplatzbedarfi.d.R. hoher Speicherplatzbedarf

komplexe Berechnungen (steigende Kosten und komplexe Berechnungen (steigende Kosten und CPU-Anforderungen) CPU-Anforderungen)




Prinzip:Prinzip: angenäherte Repräsentation eines Objektes angenäherte Repräsentation eines Objektes

Filter- und Verfeinerungstechniken Filter- und Verfeinerungstechniken

(umgesetzt durch SQL)(umgesetzt durch SQL)




Prinzip:Prinzip: angenäherte Repräsentation eines Objektes angenäherte Repräsentation eines Objektes

Filter- und Verfeinerungstechniken Filter- und Verfeinerungstechniken

(umgesetzt durch SQL)(umgesetzt durch SQL)

Ergebnis:Ergebnis: Lieferung eines wahrscheinlichen Ergebnisses Lieferung eines wahrscheinlichen Ergebnisses

schnellere und effektivere Sucheschnellere und effektivere Suche


Window queriesWindow queries Finde alle Bonner Straßen, die den Hofgarten durchquerenFinde alle Bonner Straßen, die den Hofgarten durchqueren

Join queriesJoin queries Finde alle öffentlichen Gebäude der Stadt Bonn, die mehr als Finde alle öffentlichen Gebäude der Stadt Bonn, die mehr als

8000 m² Büroflächen haben, und innerhalb von 10 min vom 8000 m² Büroflächen haben, und innerhalb von 10 min vom Hauptbahnhof mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreichbar sind.Hauptbahnhof mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreichbar sind.

Problem:Problem:

Wegen Größe der Ergebnismenge exakte Fragestellung notwendig!Wegen Größe der Ergebnismenge exakte Fragestellung notwendig!


Window queriesWindow queries Finde alle Bonner Straßen, die den Hofgarten durchquerenFinde alle Bonner Straßen, die den Hofgarten durchqueren

Join queriesJoin queries Finde alle öffentlichen Gebäude der Stadt Bonn, die mehr als Finde alle öffentlichen Gebäude der Stadt Bonn, die mehr als

8000 m² Büroflächen haben, und innerhalb von 10 min vom 8000 m² Büroflächen haben, und innerhalb von 10 min vom Hauptbahnhof mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreichbar sind.Hauptbahnhof mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreichbar sind.

Problem:Problem:

Wegen Größe der Ergebnismenge Wegen Größe der Ergebnismenge exakte Fragestellungexakte Fragestellung notwendig! notwendig!


SELECT SELECT ParksParks.Name FROM Parks, Roads WHERE.Name FROM Parks, Roads WHERE

MDSYS.SDO_RELATE (MDSYS.SDO_RELATE (ParksParks..GeometryGeometry, , RoadsRoads..GeometryGeometry, ,

‘MASK=OVERLAPBDYINTERSECT‘) = TRUE‘MASK=OVERLAPBDYINTERSECT‘) = TRUE

AND Roads.AND Roads.NameName = ‚A555‘ = ‚A555‘

Umsetzung:Umsetzung: Spatial Indexing Spatial Indexing (SQL)(SQL)

Spatial IndexingSpatial Indexing

Ziel:Ziel: schnelle Lieferung eines Datenpfades durch schnelle Lieferung eines Datenpfades durch Erleichterung räumlicher SelektionErleichterung räumlicher Selektion


Ziel:Ziel: schnelle Lieferung eines Datenpfades durch schnelle Lieferung eines Datenpfades durch Erleichterung räumlicher SelektionErleichterung räumlicher Selektion

Prinzip:Prinzip: Durchsuchung von TeildatensätzenDurchsuchung von Teildatensätzen

1. Hinzufügen von best. räuml. Datenstrukturen zum System 1. Hinzufügen von best. räuml. Datenstrukturen zum System

(vgl. Binärer Suchbaum bei Standartattributen)(vgl. Binärer Suchbaum bei Standartattributen)

2. Kartierung von räuml. Objekten in einem eindimensionalen 2. Kartierung von räuml. Objekten in einem eindimensionalen Raum Raum

Speicherung in einem eindimensionalen Index, wieSpeicherung in einem eindimensionalen Index, wie

binärer Suchbaumbinärer Suchbaum

Räumliche Anfragen erfolgen nur anhand von TabellenRäumliche Anfragen erfolgen nur anhand von Tabellen


Umsetzung: Umsetzung:

Quad-Tree-IndexingQuad-Tree-Indexing

R-Tree-IndexingR-Tree-Indexing


Vorraussetzung:Vorraussetzung:

kontinuierliches Datenmodel , d.h. keine Datenaufspaltungkontinuierliches Datenmodel , d.h. keine Datenaufspaltung

Bsp.: Speicherung eines Grundstückes als Polygon Bsp.: Speicherung eines Grundstückes als Polygon

oder oder

Speicherung mehrerer Polygone zu einer kontinuierlichen feature classSpeicherung mehrerer Polygone zu einer kontinuierlichen feature class

Quad-Tree-IndexingQuad-Tree-IndexingPrinzip:Prinzip: Anbringung eines eines numerierten Gitters an eine feature classAnbringung eines eines numerierten Gitters an eine feature class

Anlegung einer IndextabelleAnlegung einer Indextabelle

Inhalt: welches feature in welchen Quadranten fälltInhalt: welches feature in welchen Quadranten fällt

Index GridIndex Grid

QUADQUAD





hierarchiches hierarchiches MusterMuster

TREETREE





INDEXINGINDEXING


Prinzip:Prinzip: kleinstes umschließendes Viereck kleinstes umschließendes Viereck

sinnvoll bei n-dimensionaler Datenindizierung (dynamisch)sinnvoll bei n-dimensionaler Datenindizierung (dynamisch)

Bsp.: Ölförderung (zeitabhängig)Bsp.: Ölförderung (zeitabhängig)


aa bb

cc

dd ee

rootroot

rootroot

AA BB

aa bb cc dd ee

AA

BB

ResuméResuméWas ist anders als bisher?Was ist anders als bisher?

InformationsmengeInformationsmenge

Genauere SuchergebnisseGenauere Suchergebnisse

Schnellere (bzgl. Datenmenge) SuchergebnisseSchnellere (bzgl. Datenmenge) Suchergebnisse

Datenverwaltung auf Hardware abstimmbarDatenverwaltung auf Hardware abstimmbar

Projektbildung (Versionen)Projektbildung (Versionen)

ABER: höhere HardwareanforderungenABER: höhere Hardwareanforderungen

Documents

Geoinfo II Relationale Datenbanken die Architektur von ArcSDE C a r s t e n H i m p l e r B o n n, 0 3. 0 2. 2 0 0 3 P r o s e m i n a r