Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis

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1 Thomas Brinkhoff Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis Einführung in objektrelationale Geodatenbanken unter besonderer Berücksichtigung von Orade Spatial 3., überarbeitete und erweiterte Wichmann

2 Vorwort V 1 Einleitung I 1.1 Geoinformationssysteme und -dienste... I Geoinformationssysteme Offene Geoinformationssysteme Geodienste Datenbanksysteme Aufbau von Datenbanksystemen Datenbanksysteme versus Dateien Relationale Datenbanksysteme Tabellen Beziehungen Anfragen ObjektreIationale Datenbanksysteme Objekte Vererbung und Polymorphie Objekte in objektrelationalen Datenbanken Geodatenbanksysteme Anforderungen an Geodatenbanksysteme Speicherung von Geodaten in relationalen Datenbanken Objektrelationale Geodatenbanksysteme Konkrete Geodatenbanksysteme Oracle Struktur von OracIe Datenbank-Server Physische Datenbankstruktur Logische Datenbankstruktur Verbindung zwischen Clients und Datenbank-Server Besonderheiten von OracIe 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 57 VII

3 3 Modellierung von Geodaten Eigenschaften von Geodaten Thematische Eigenschaften Geometrische Eigenschaften Topologische Eigenschaften Metainformationen Standardisierung von Geodaten Feature-Geometry-Mode1I Teilpakete Paket "Geometry root" Geometrische Primitive Koordinatenbehaftete Geometrien Geometrieaggregate Geometriekomplexe Simple-Feature-Modell Geometrieschema Repräsentationsformen Basismethoden Geometrische Funktionen Topologische Prädikate Informationsschema SQL/MM Spatial Geometrieschema Repräsentationsformen Informationsschema Räumliche Bezugssysteme Kategorien von Koordinatensystemen Beschreibung von Bezugssystemen : Lineare Bezugssysteme ISO Maßzahlen Datenbankschema von Oracle 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 147 VIII

4 4.4 Lineare Bezugssysteme Repräsentation Anfragen Import von Geodaten Import von Punktdaten Import von Flächen Anfragebearbeitung und Approximationen Räumliche Basisanfragen Mehrstufige Anfragebearbeitung I Charakteristika von Geodaten Prinzip der mehrstufigen Anfragebearbeitung Filterung über Approximationen Konservative und progressive Approximationen Einelementige Approximationen Mehrelementige Approximationen Approximationen in Oracle Spatial Fixed Indexing Hybrid Indexing Approximationsfunktionen Indexierung von Geodaten Indexierung in Datenbanksystemen B-undB+-Bäume Hash-Verfahren Indexierung von Geodaten I Clipping Transformation in den höherdimensionalen Raum Einbettung in den eindimensionalen Raum 19 I 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 R*-Baum Weitere Varianten Verwendung in Oracle Spatial 226 IX

5 6.6 Filterung in Orade Spatial SOO FILTER SOO WITHIN DISTANCE Geometrische Algorithmen Aigorithmische Geometrie Aigorithmische Entwurfsmethoden Behandlung numerischer Probleme Konvexe Hülle I 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 Objektzeriegung Trapezzerlegung Triangulation Verwaltung der Zeriegungskomponenten Verfeinerungsschritt in OracIe Spatial SOO RELATE SOO WITHIN DISTANCE Verarbeitung komplexer Basisanfragen Räumlicher Verbund Räumlicher Verbund ohne Index Räumlicher Verbund zwischen R-Bäumen Räumlicher Verbund mittels z-ordnung Anwendung in OracIe Spatial Nächste-Nachbarn-Anfrage Algorithmus von Hjaltason und Samet Anwendung in OracIe Spatial Anwendungsprogrammierung Zugriff auf Oatenbanken Datenbankzugriffsschnittstellen Oatenbankkopplung an eine Programmiersprache I.3 Zugriff auf die Daten Java und JOBC JOBC-Treiber JOBC-API 304 x

6 9.3 Zugriff auf Geodaten Zugriff auf SQL-Objekte Bibliothek oracle.spatial Zugriff über GeoTools Repräsentation von Geodaten mit XML Bestandteile von XML Extensible Markup Language(XML) XML Schema XSL-Transformation (XSLT) Verarbeitung von XML-Dokumenten Datenbanken und XML Grundsätzliche Verfahren XPath XQuery Oracle Geography Markup Language (GML) Geometry Schema Feature Schema Verwendung GML in SQL/MM Spatial GML in Oracle KML Datenmodell KML in Oracle Spatial Topologie Grundbegriffe Netzwerke und Graphen Flächenhafte Modelle Topologische Datenmodelle Feature-Geometry-Modell SQL/MM Spatial Netzwerkdatenbanken Analyseoperationen Physische Organisation Oracle Spatial Netzwerk-Datenbankschema Allgemeines Topologie-Datenbankschema Rasterdaten Konzepte Speicherung von Rasterdaten durch BLOBs Abspeichem von Rasterdaten Georeferenzierung Lesen von Rasterdaten 404 XI

7 12.3 Gracle Spatial GeoRaster Datenmodell Einsatz D-Geodatenbanken Datenmodelle Feature-Geometry-Model Simple-Feature-Modell SQLIMM Spatial Anfragebearbeitung Räumliche Basisanfragen und Indexstrukturen Algorithmische Geometrie D in Oracle Spatial Datenrepräsentation und Anfragen Punktwolken Dreiecksvermaschungen ZugritTüber die Java-API Aktuelle Trends Anfragesprachen rur Geodienste Web Feature Service und Filter Encoding Web Coverage Service Spatio-temporale Datenbanken Datenbankschema Basisanfragen Indexe TPR-Baum Spatial Data Mining Data Mining Spatial Data Mining Gracle Spatial Abfrage von Sensordaten Mobile Geodatenbanken 473 Literaturverzeichnis 477 Abkürzungsverzeichnis 487 Übersetzung englischer Begriffe SQL-Index 499 Java-Index 505 Stichwortverzeichnis 507 XII

Inhaltsverzeichnis. Vorwort...

Inhaltsverzeichnis. Vorwort... Vorwort... V 1 Einleitung... 1 1.1 Geoinformationssysteme und -dienste... 1 1.1.1 Geoinformationssysteme... 1 1.1.2 Offene Geoinformationssysteme... 4 1.1.3 Geodienste... 5 1.2 Datenbanksysteme... 7 1.2.1

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