Räumliche Datenbanken

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1 Räumliche Datenbanken Datenbankentwurf 6. Vortrag zum Oberseminar Moderne Datenbanken von Jörg Winkler

2 Übersicht Einleitung Geo-Informationssysteme (GIS) Topologische Beziehungen Erweiterungsansätze Constraints Mehrfachrepräsentation Standards

3 Einleitung Wozu räumliche Datenbanken? Abbildung von Aspekten der Wirklichkeit mit Raumbezug in ein Modell

4 Einleitung Und womit? Mit der Hilfe von raumbezogenen Informationssystemen. Definition: Ein raumbezogenes Informationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden.

5 Geo-Informationssysteme (GIS) Einen großen Bereich nehmen dabei die Informationssysteme ein, die Daten mit geographischen Bezug verwalten. Definition: Geographische Informationssysteme (GIS) umfassen alle raumbezogenen Daten der Erdoberfläche, der Lithosphäre und Atmosphäre bis hin zu fachthematischen Sachverhalten wie zum Beispiel der Wirtschafts- und Sozialgeographie.

6 Geo-Informationssysteme (GIS) Welchen Arten von Daten unterscheidet man? Raster-, Vektor- sowie Hybride Daten (Vektordaten + Rasterdaten)

7 Geo-Informationssysteme (GIS) Dimensionen: Zweidimensional (2D) Geometriedaten lediglich x,y-koordinaten (Planimetrie) ohne Höhenangaben Zwei-plus-eindimensional (2D + 1D) Planimetrie + Digitales Geländemodell (DGM). I.d.R. ein Flächenmodell, das nicht mit der Lagegeometrie verknüpft ist. Zweieinhalbdimensional (2.5D) Speicherung der Höhe z als Attribut der Lagegeometrie. (In Bereichen ohne Lagegeometrie erfolgt keine Aussage)

8 Geo-Informationssysteme (GIS) Dimensionen: Dreidimensional (3D) Speicherung der x,y,z-koordinaten in hinreichender Dichte. Weitere Unterscheidung in Linienmodell, Flächenmodell und Volumenmodell Vierdimensional (4D) Zusätzliche Speicherung des Zeitparameters t neben den x,y,z-koordinaten. Anwendung: Zeitliche (kinematische) Dokumentation geowissenschaftliche Fragen

9 Topologische Beziehungen

10 Topologische Beziehungen

11 Erweiterungsansatz Auf Grund der Vielfalt und Komplexität der der topologischen Beziehungen ist eine Erweiterung der UML-Notation für den Datenbankentwurf erforderlich Entity-Symbol für räumliche Objekte

12 UML Stereotypes Erweiterungsansatz Entity Relationship Attribute Spatial ERD

13 Erweiterungsansatz räumliche Beziehung beschreibende Verben übliche GIS Implementation ER-Modell- Symbol Verbindung verbunden, verknüpft Struktur unmittelbare Nachbarschaft angrenzend, anliegend Struktur Eingrenzung enthält, beinhaltet, innerhalb x, y Koordinatenoperation Nachbarschaft nächste x, y Koordinatenoperation Zusammenfall übereinstimmend, zusammenfallend x, y Koordinatenoperation

14 Constraints Beispiele für räumliche Integritätsbedingungen: Topologische Korrektheit Strassen müssen an Kreuzungen miteinander verbunden sein Strassen dürfen nur auf Brücken einen Fluss überqueren Bahnhöfe müssen an einer Bahnstrecke liegen. Allgemeine Integritätsbedingungen Strassen haben eine Breite über 160 cm. Alle Flurstücke haben eine Flurstücksnummer

15 Constraints Topologische Fehler:

16 Mehrfachrepräsentation Beispiel: Suche einer Route von einer Stadt in eine Andere benötigt werden einen großmaßstäbiger Stadtplan, um aus der Stadt zur Autobahn zur kommen, dort wird dann ein kleinerer Maßstab genutzt, um schließlich den Zielort wieder mit einem Stadtplan zu finden Diese Funktionalität auf einem digitalen System zu bieten ist Ziel der Forschungen im Bereich der Mehrfachrepräsentation.

17 Mehrfachrepräsentation Formen: Unterschiedliche Datenmodelle Unterschiedliche Datenstrukturen (Raster, Vektor) Bilder unterschiedlicher Spektralkanäle eine Bildpyramide (Maßstabsraum) Forschungsaspekte: den Wechsel der Maßstäbe zu automatisieren Daten auf mehreren Maßstabsebenen simultan vorzuhalten den Einfluss des Maßstabs auf Analyse und Schlussfolgerungsoperationen zu untersuchen den optimalen Maßstab für eine gegebene Aufgabe zu bestimmen die Verbindung von geometrischem und attributivem Generalisieren zu untersuchen

18 Standards Was ist ein Standard: Ein Text der beschreibt wie etwas sein soll(te). Ein solcher Text der von offizieller Seite zum Standard erklärt wurde Etwas das bei allen Softwareanbietern immer gleich ist (de fakto Standard) Eine gesetzlich Festlegung, wie etwas sein sollte. Typen von Standards: Internationale Standards (ISO) Nationale Standards (DIN) Standards von Firmen (.shp) De facto Standards (Windows)

19 Standards Wer setzt Geodatenstandards? Open GIS Consortium (ogc, GML (Geographic Markup Language) Open GIS Abstract Specification Open GIS Implementation Specification für verschiedene Basistechnologien ISO (International Standardization Organisation, ISO insbesondere ISO (Geodaten) ISO/TC 211 (Metadaten)

20 Standards Wozu überhaupt Standards? Verschiedene Softwareprodukte sollen gut zusammenarbeiten. Daten sollen zwischen Verschiedene Gruppen austauschbar bleiben. Daten sollen wieder verwendbar sein. Standards: Simple Features / Spatial Schema Modellierung der Geometrie raumbezogener Objekte sowohl von ISO als auch von OGC verabschiedet

21 Standards Simple Features: nur 2D keine Topologie nur gerade Linien nur ebene Polygone Spatial Schema: auch 3D (Volumen) Topologie auch Kreisbögen, Splines,.. auch gekrümmte Flächen (Zylinder-, BSplineflächen,...) Dreiecksvermaschungen

22 Ende Ich danke für die Aufmerksamkeit. Noch Fragen?