Geografické informační systémy. Databázové systémy pro GIS

Transkript

1 Geografické informační systémy Databázové systémy pro GIS

2 Databázové systémy pro GIS Struktura a funkce databázových systémů/uložení dat v GIS. Různé varianty uložení. Především: Atributové údaje. V předchozí přednášce se probíraly datové modely uložení vektorových a rastrových dat. Jedno z pojetí GIS (až příliš technokratické): GIS je databáze

3 Základní dělení souborové systémy tradiční přístup soubory + databáze současný přístup databáze k tomu se blížíme...(včetně ras trů) metadata informace o podobě dat (data o datech)

4 Co potřebujeme ukládat Vektor Rastr metadata komentáře prostorová informace geometrie, topologie atributy metadata rozměr prostoru, způsob dělení prostoru,... posloupnost buněk (atributů) fakticky řada čísel

5 Metadata v rastru

6 Souborové systémy Uložení prostorových a atributových dat (pokud jsou) v souborech. GIS obsahuje sadu funkcí pro manipulaci s daty v souborech (podpora formátů). Problém při víceuživatelském přístupu. Nebezpečí poškození dat (integrita, nezávislost, bezpečnost) GRASS: soubory a lokace. Řešení je ve využívání databázového přístupu (organizovaného, specializovaného) ke zpracování údajů. Báze dat + systém řízení báze dat database manage

7 Položka, záznam, soubor, databáze,... Entitně relační přístup modelování vztahů mezi objekty. K ER a objektu se pojí množina atributových úda jů. Databázový soubor množina záznamů (datový záznam) stejného druhu Víc souborů pro jednu aplikaci (oblast zájmu) databáze. Příklad: každá meteorologická stanice je definována svou polohou, včetně nadmořské výšky. Záznam obsahuje: x souřadnice, y souřadnice, výška (Sliač:450000, ,320).

8 Organizace dat (schéma dat) Další vrstva abstrakce. Interní konkrétní uložení dat na médiích (disk). Optimalizace na efektivnost přístupu. Externí uživatelský pohled na data vir tuální pohled. Konceptuální vymezuje celkovou logickou strukturu dat, jejich vlastnosti a vnitřní vaz by. Měl by to být nejobecnější pohled na realitu (strukturu dat), který by se neměl měnit příliš rychle.

9 Vrstvy, schemata

10 SŘBD Vlastnosti: Přístup k datům pro všechny aplikace bez vícenásobného ukládání (redundance) Současný přístup více uživatelů Různé vyhledávací metody Ochrana dat neoprávněný přístup, chyby HW a SW Prostředky pro centrální správu dat Nezávislost aplikací na datech Možnost vytvářet i složité datové struktury Ukrytí mechanismu struktur a ukládání dat

11 SŘBD

12 Poznámky Jazyk pro manipulaci s daty (např. SQL) Architektury klient server Distribuované db systémy Role uživatelů správce dat, aplikační pro gramátoři, znalí/pasivní uživatelé

13 Databázové modely (Hierarchický, síťový) zastaralé omezená forma vazeb, prohledávání Relační operace nad relacemi, klíče (známé z předchozích předmětů) Objektově orientované modely GIS nástroj SmallWorld

14 OO model Gemstone, Smalltalk, Self. Každá entita je modelována jako objekt s vlastní identitou. Tato identita je poskytována OODBMS a je trvalá po celou dobu existence objektu. Každý objekt je zapouzdřený, má vlastní struktu ru a vlastní chování. Objekty komunikují mezi sebou zasíláním zpráv. Objekty se stejnou strukturou a chováním jsou popsány jako třída objektů. Odvozování tříd

15 Dotazovací/řídicí jazyky Databáze má svoji strukturu uživatel ji zná/nezná. Procedurální dotazovací jazyky jazyky, které vyžadují, aby uživatel poznal hierarchii v DB váže se na ty "zastaralé" db modely. Neprocedurální (SQL), relační db velká možnost (volnost) ve tvorbě dotazů. geosql součástí formování dotazu jsou dotazy na prostorové vztahy (topologie, geometrie)

16 GIS architektury Generace GIS komputerizované mapovací systémy s hlavním cílem v produkci map. Soubory, žádné atributové údaje. s atributovými údaji, neexistují standardy uložení uložení v relačních databázích objektově orientované přístupy Postrelační rozšířené relační přístupy, OO.

17 geosql select... where distance(o1,o2), buffer(obj, dist) o1 inside o2 o1 contain o2 o1 cross o2...

18 První generace GIS Systémy bez atributových souborů. Čistě rastrový přístup neodděluje polohové a atributové informace. Rastr=jeden soubor. Nepřítomnost DB systému v rastrovém přís tupu není omezující, naopak uložení je jednodušší... Problém nastává při kombinování více ra trových vrstev mnoho souborů (počet souborů je dán počtem potřebných atributů)

19 První generace GIS Flat soubory Flat soubory jednoduché tabulky údajů. Všechny mají stejnou strukturu. prostorové údaje se nemusí opakovat Individuální tabulky v relačním modelu se mo hou nazývat flat soubory. náznak druhé generace soubor s polohami + sada souborů s atributy,... GIS nástroj IDRISI

20 Druhá generace GIS, duální systémy Relační přístup. V podstatě nejrozšířenější příst up (Arc/Info, Systém 9, Geo/SQL). V tabulkách se ukládájí: pouze atributové údaje, veškerá data Arc/Info je typický příklad GIS systému, který uk ládá do tabulek pouze atributové údaje (duální architektura). GIS systémy implementují rozhraní na různé DBMS nebo mají vlastní (ArcSDE). Případně DB podporu již obsahují.

21 Pak se nabízí dvojí použití spojení polo hová/atributová data: k objektům dodávají popisky (jména řek...) systém zobrazuje objekty na základě DB dotazu (zobraz města s počtem obyvatel...) Více v přednášce o analýzách (prostorové, atributové dotazy)

22 Duální s., DBMS implementovaný do GIS

23 Duální systémy, externí DBMS

24 Vektory + atributy

25

26 II. generace GIS, integrované sys témy integrují prostorové a atributové údaje do stejné db struktury (System 9) problém nestejně dlouhé řetězce liniových ob jektů rozdělit do více tabulek (implementovat uložení vektorového formátu v DB)

27 integrita robustnost profesionálního produktu DBMS formování dotazů problém pouze s formováním dotazů pro prostorové údaje (geosql) ulehčování vytváření distribuovaných databází (GIS systémy beztak směřují k propojování, In ternetu,...)

28 III. generace GIS (postrelační) Relační datový model je poměrně omezený. Novinky: (ideální požadavky na rozšíření) možnost používat záznamy různé délky možnost definovat komplexní objekty možnost vyměňovat kompletní GIS databáze mezi různými GIS systémy podporuje rastrovou i vektorovou reprezenaci prostorové operátory jako například vzdálenost, plocha, obvod možnost prostorových indexových souborů

29 III. generace GIS (objektová) snad východisko...pro moderní nároky na infor mační systém snahou je dosáhnout vyšší úrovně abstrakce síla a současně slabost relačního přístupu je v jednochosti reprezentace reality komplexnost reality se pak rozpustí do množství tabulek. Pak je tu ještě hledisko teorie mode lování v tabulkách modelujeme elementy, které neexistují (identifikační číslo řeky...)

30 objekty zahrnují i příslušné operace identita objektu je jiná než u tabulek (jedinečnost údajů). Objekt vyjadřuje fyz ickou existenci věci. OO je pohodlnější pro zavádění nových da tových typů

31 OO přístup, závěr Důvody atraktivity OO přístupu pro GIS shrneme takto: V GIS pracujeme s komplexními objekty. OO příst up je vhodnější než relační. Neexistuje rozdíl mezi atributovým a prostorovým údajem. Variabilita délky záznamu (přínos!) Vhodnost pro grafické operace. Integrovaný příkazový jazyk. Alternativní geografická reprezentace. Polytémat ické vrstvy nejsou v OO problém. Smallworld, Argus, Intergraph MG Dynamo

32 Relace, objekty

33

34 PostgreSQL + PostGIS (použity materiály Antonína Orlíka, VŠB) Postrelační DB systém se spatial nádstavbou datové typy (bod, linie, polygon) implementace referenčních elipsoidů, souřadných systémů analytické funkce (vzdálenost, průniky,...)

35 PostgreSQL

36 PostGIS Napojené SW: MapServer, GeoTools, GeoServer, GRASS, JUMP, QGIS, OGR geometrie bod, linie, polygon,...?ukládání topologie? další.sql rozšíření

37 Instalace/použití Instalujte Postgres Instalujte PostGIS instalace spočívá v provedení konfiguračních SQL skriptů skripty zavedou tabulky tabulka souřadných systémů (spatial_ref_sys) tabulka tabulek s prostorovým rozšířením (geometry_columns)

38 Instalace PostGISu createdb mojedb createlang U postgres plpgsql mojedb cd /usr/local/pgsql/lib/ (typicky) psql U postgres d mojedb f lwpostgis.sql psql U postgres d mojedb f spatial_ref_sys.sql psql U postgres d mojedb f esri_extra.sql

39 psql c 'GRANT ALL ON TABLE geometry_columns TO login' U postgres d mojedb psql c 'GRANT ALL ON TABLE spatial_ref_sys TO login' U postgres d mo jedb

40 Zavedení PostGISu

41 Příklad

42 Příklad tabulky CREATE TABLE mereni(id int4, name VARCHAR(128)); SELECT AddGeometryColumn('public', 'mereni', 'the_geom', 4326, 'POINT', 2); INSERT INTO mereni (id, name, the_geom) VAL UES (1, 'Bod c. 1', GeometryFromText('POINT( )', 4326)); SELECT id, name, the_geom FROM mereni;

43 Příklad SELECT id, name, the_geom FROM mereni; id name the_geom + 1 Bod c E B D3240D578E9263

44 SELECT id, name, AsText(the_geom) from mereni; id name astext Bod c. 1 POINT( )

45 Vytvoření tabulky Vytvoření tabulky (fakticky atributová část) Zadání nového sloupce s prostorovým rozšířením (pomocí funkce postgisu) Vkládání dat... Dotazy

46 Import dat Data import/export by utility shp2pgsql and pgsql2shp: shp2pgsql s 4326 mereni mereni psql U user name h localhost d gdb pgsql2shp f mereni h localhost u username gdb mereni Data import/export by utility ogr2ogr: ogr2ogr f PostgreSQL PG:'dbname=gdb user=username' mereni.shp ogr2ogr f "MapInfo File" mereni PG:'dbname=gdb user=username' sql "SELECT * FROM mereni"

47 Prostorové dotazy SELECT h.name, p.name FROM hospitals h, pubs p WHERE Distance(h.the_geom, p.the_geom) < 250; SELECT nazev, y(transform(the_geom,4326)) AS latitude FROM mesta_cr ORDER BY latitude ASC LIMIT 1; SELECT * from mtable where the_geom && 'POLYGON(...)';

48 Dotazy suma délky všech silnic plocha vybraného města SELECT sum(length(the_geom))/1000 AS km_roads FROM bc_roads; SELECT area(the_geom)/10000 AS hectares FROM bc_municipality WHERE name = 'PRINCE GEORGE'; největší město (plochou) SELECT name, area(the_geom)/10000 AS hectares FROM bc_municipality ORDER BY hectares DESC LIMIT 1;

49 SELECT m.name, sum(lengthr.the_geom))/1000 as roads_km FROM bc_roads AS r,bc_municipality AS m WHERE r.the_geom && m.the_geom AND contains(m.the_geom,r.the_geom) GROUP BY m.name ORDER BY roads_km;

50 Výstup do MapServeru LAYER CONNECTIONTYPE postgis NAME "widehighways" CONNECTION "user=dbuser dbname=gisdatabase host=bigserver" DATA "geom from roads" STATUS ON TYPE LINE FILTER "type = 'highway' and numlanes >= 4"

51 Další navazující přednášky Vstup údajů Analýza a syntéza údajů Vizualizace údajů