Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis

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1 Themas Brinkheff Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis Einführung in objektrelationale Geodatenbanken unter besonderer Berücksichtigung von Grade Spatial 2., überarbeitete und erweiterte Wichmann. Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis vorwort... V 1 Einleitung.. I 1.1 Geoinformationssysteme Anwendungen Aufbau von Geoinformationssystemen Entwicklung zu offenen Geoinformationssystemen Datenbanksysteme Aufbau von Datenbanksystemen Datenbanksysteme versus Dateien Relationale Datenbanksysteme Tabellen Beziehungen Anfragen Objektrelationale Datenbanksysteme Objekte Vererbung und Polymorphie Objekte in objektrelationalen Datenbanken Geodatenbanksysteme Anforderungen an Geodatenbanksysteme Speicherung von Geodaten in relationalen Datenbanken Objektrelationale Geodatenbanksysteme 29 2 Oracle StrukturvonOracle Datenbank-Server Physische Datenbankstruktur Logische Datenbankstruktur Verbindung zwischen Clients und Datenbank-Server Besonderheiten von Oracle SQL RowID Large Objects (LOBs) Sequenzgeneratoren Programmierung und Datenimport PL/SQL Trigger Programmierung externer Routinen mit Java SQL*Loader Objektrelationale Erweiterungen in Oracle Felder Klassen Vererbung und Polymorphie 56

3 VIII Inhaltsverzeichnis 3 Modellierung von Geodaten \ Eigenschaften von Geodaten Thematische Eigenschaften Geometrische Eigenschaften Topologische Eigenschaften Metainformationen Standardisierung von Geodaten Feature-Geometry-Modell Teilpakete Paket "Geometry root" Geometrische Primitive Koordinatenbehaftete Geometrien Geometrieaggregate Komplexe Geometrien Simple-Feature-Modell Geometrieschema Repräsentationsformen Basismethoden Topologische Prädikate Geometrische Funktionen Informationsschema SQL/MM Spatial Geometrieschema Repräsentationsformen Informationsschema Räumliche Bezugssysteme Kategorien von Koordinatensystemen Beschreibung von räumlichen Bezugssystemen Lineare Bezugssysteme Datenbankschema von Orade Spatial Geometrieschema Klasse SDO GEOMETRY Klasse ST GEOMETRY Informationsschema Operationen Basismethoden und -funktionen Geometrische Funktionen Geometrische Aggregatfunktionen Räumliche Bezugssysteme Informationsschema Verwendung von räumlichen Bezugssystemen Koordinatentransformationen Lineare Bezugssysteme Repräsentation Anfragen 143

4 Inhaltsverzeichnis IX 4.5 Import von Geodaten Import von Punktdaten Import von Flächen Anfragebearbeitung und Approximationen Räumliche Basisanfragen Mehrstufige Anfragebearbeitung Charakteristika von Geodaten Prinzip der mehrstufigen Anfragebearbeitung Filterung über Approximationen Konservative und progressive Approximationen Einelementige Approximationen Mehrelementige Approximationen Approximationen in Orac1e Spatial Fixed Indexing Hybrid Indexing Indexierung von Geodaten Indexierung in Datenbanksystemen B- und B+- Bäume Hash-Verfahren Indexierung von Geodaten Clipping Transformation in den höherdimensionalen Raum Einbettung in den eindimensionalen Raum Überlappende Blockregionen Mehrschichtentechnik Fazit Quadtrees PR-Quadtrees Lineare Quadtrees Verwendung in Oracle Spatial Gridfiles Struktur und Suchanfragen Dynamisches Verhalten Speicherung von Rechtecken Organisation des Grid Directorys R-Bäume R-Baum 20 I R*-Baum Weitere Varianten Verwendung in Orac1e Spatial Filterung in Orac1e Spatial SDO FILTER SDO WITHIN DISTANCE

5 x Inhaltsverzeichnis 7 Geometrische Algorithmen Aigorithmische Geometrie Aigorithmische Entwurfsmethoden Behandlung numerischer Probleme Konvexe Hülle Berechnung der konvexen Hülle Minimal umgebende konvexe Polygone Inklusionsprobleme Punkt-in-Polygon-Test Polygon-in-Polygon-Test Schnittprobleme Schnitt von Rechtecken Schnitt von Strecken Schnitt von Polygonen Objektzerlegung Trapezzerlegung Triangulation Verwaltung der Zerlegungskomponenten Verfeinerungsschritt in Orac\e Spatial SDO_RELATE SDO_WJTHIN_DISTANCE Verarbeitung komplexer Basisanfragen Räumlicher Verbund Räumlicher Verbund ohne Index Räumlicher Verbund zwischen R-Bäumen Räumlicher Verbund mittels z-ordnung Anwendung in Oracle Spatial Nächste-Nachbam-Anfrage Algorithmus von Hjaltason und Samet Anwendung in Oracle Spatial Anwendungsprogrammierung Zugriff auf Datenbanken Oatenbankzugriffsschnittstellen Oatenbankkopplung an eine Programmiersprache Zugriff auf die Daten Java und JOBC JOBC-Treiber JOBC-API ZugritI auf Geodaten Zugriff auf SQL-Objekte Bibliothek oracle.spatial Zugriff über GeoTools 301

6 Inhaltsverzeichnis XI 10 Repräsentation von Geodaten mit XML Bestandteile von XML Extensible Markup Language (XML) Document Type Definition XML Schema XSL-Transformation (XSLT) Verarbeitung von XML-Dokumenten Geography Markup Language (GML) Geometry Schema Feature Schema 32 I Nutzung Datenbanken und XML Grundsätzliche Verfahren XPath XQuery Oracle GML in Oracle Erzeugung von GML GML-Konstruktoren Bearbeitung räumlicher Anfragen auf GML-Dokumenten Topologie Grundbegriffe Netzwerke und Graphen Mosaike und Gebietsaufteilungen Topologische Datenmodelle Feature-Geometry-Modell SQL!MM Spatial TIGER/Line-Datenmodell Netzwerkdatenbanken ) Analyseoperationen Physische Organisation Oracle Spatial Netzwerk-Datenbankschema Allgemeines Topologie-Datenbankschema Rasterdaten Konzepte Speicherung von Rasterdaten durch BLOBs Abspeichem von Rasterdaten Georeferenzierung 40 I Lesen von Rasterdaten Oracle Spatial GeoRaster Datenmodell Einsatz 405

7 XII 1nhaltsverzeichnis 13 3D-Geodatenbanken Datenmodelle Feature-Geometry-Modell Simple-Feature-Modell und SQL/MM Spatial Anfragebearbeitung Räumliche Basisanfragen und Indexstrukturen Algorithmische Geometrie D in Grade Spatial Datenrepräsentation und Anfragen Punktwolken Dreiecksvermaschungen Aktuelle Trends Spatio-temporale Datenbanken \ Datenbankschema Basisanfragen Indexe TPR-Baum Spatial Data Mining Data Mining Spatial Data Mining Grade Spatial Mobile Geodatenbanken Sensornetzwerke und Datenströme. 448 Literaturverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 459 Übersetzung englischer Begriffe. 465 SQL-Index 469 Java-Index. 475 Stichwortverzeichnis. 477