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Schnittstelle zu relationalen Datenbanken
ArcSDE: Architektur
Proseminar: Geoinformation IICornelia Lückenbach
Bonn, Januar 2005
Cornelia Lückenbach 231.01.2005
Motivation
Heute: Geodatenerhaltung in Datenbanken eher die Ausnahme
Zukunft: Geodatenerhaltung in Datenbanken wird Standard sein
Unsere Chance: Wir können den Prozess mitverfolgen
Cornelia Lückenbach 331.01.2005
Motivation
Gateway zu Geodatenbanken: ArcSDE
Cornelia Lückenbach 431.01.2005
Übersicht
Datenbanken Datenbankverwaltungssysteme
Oracle und Oracle Spatial ArcSDE
Allgemein Architektur Datenspeicherung Räumliche Anfragen
Cornelia Lückenbach 531.01.2005
Datenbanken
Datenbanken
RelationaleDatenbanken
ObjektrelationaleDatenbanken
Objektorientierte Datenbanken
Cornelia Lückenbach 631.01.2005
Relationale Datenbanken Basiert auf relationalem Datenmodell Daten werden auf die Struktur eines konkreten
Datenbanksystems abgebildet Siehe Vorlesung Geoinformation I
Cornelia Lückenbach 731.01.2005
Relationales Datenmodell
Daten werden in Tabellen abgespeichert und verwaltet
Tabellen sind über Schlüssel miteinander verknüpft
Kunde K.Nr Vorname Name Ort
815 Peter Müller Bonn
830 Hans Schmitz Bonn
1213 Maria Schütz Bonn
Relation
Attribute
Primär-Schlüssel
Auftrag A_Nr K_Nr A_Datum
1 815 05.10.2000
2 830 10.10.2000
3 1230 11.10.2000
Relation Attribute
Primär-schlüssel
Fremd-schlüssel
Cornelia Lückenbach 831.01.2005
Objektorientierte Datenbanken
Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert
Realwelt – Modell – Programm
Cornelia Lückenbach 931.01.2005
Objektrelationale Datenbanken
Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken
Datenbanken
RelationaleDatenbanken
ObjektrelationaleDatenbanken
ObjektorientierteDatenbanken
Cornelia Lückenbach 1031.01.2005
Objektrelationale Datenbanken
Einsatz: Wenn Mengen und Objekte in Beziehung zu anderen Daten oder Objekten gebracht werden müssenKoordinaten miteinander verknüpfen oder
referenzieren andere Daten
Cornelia Lückenbach 1131.01.2005
Objektrelationale Datenbanken Beispiel zum Einsatz
Mehrere Objektkoordinaten gehören zu einer Autobahn
Koordinaten stehen in Relation mit dem Namen der Autobahn
Koordinaten sind selbst Objekte, die zueinander in Relation stehen
Quelle: Beko Technologies
Cornelia Lückenbach 1231.01.2005
Datenbankverwaltungssystem (DBMS)
Sammlung von ProgrammenErmöglichen dauerhafte Speicherung der
Daten in einer DatenbankÜbernehmen die Verwaltung
Cornelia Lückenbach 1331.01.2005
Datenverwaltungssystem
Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten
IntegritätssicherungAutorisationsprüfungSynchronisationDatensicherungsmöglichkeiten
Cornelia Lückenbach 1431.01.2005
Datenbankverwaltungssystem
Sammlung von Programmen Arbeitssprache SQL
Structured Query Language
Cornelia Lückenbach 1531.01.2005
Oracle
Datenbankverwaltungssystem Objekt-relational Leistungsfähig Keine hohe Standardkonformität Läuft unter diversen Betriebsprogrammen
Unix, Linux, Windows, IBM-Großrechner
Cornelia Lückenbach 1631.01.2005
Oracle Spatial
Erweiterung von OracleZur Speicherung, Zugriff und Analysen von
GeodatenGeometrische Repräsentation der Form eines
räumlichen Elements im Koordinatenraum
Cornelia Lückenbach 1731.01.2005
ArcSDE Allgemein
Schnittstelle zu relationalen Datenbanken Tool zum Speichern, Verwalten und
Bearbeiten von Geodaten ArcSDE von ESRI für ArcGIS
Cornelia Lückenbach 1831.01.2005
ArcSDE Allgemein
Zentraler Baustein im GIS
ArcView ArcEditor ArcInfo
ArcGIS Desktop
ArcSDE Gateway
RelationaleGeodaten-
bank ArcSDE
Cornelia Lückenbach 1931.01.2005
ArcSDE
ArcSDE ist offenArbeitet mit diversen Datenbanken
(Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle)
Cornelia Lückenbach 2031.01.2005
ArcSDE - Architektur
Nach dem Ende des Kommunismus soll nun Moskau ein einheitliches städtisches Katasterinformationssystem bekommen.
Zentrale Geodatenbank muss eingerichtet werden, so dass verschiedene Behörden auf die Daten zugreifen können
Cornelia Lückenbach 2131.01.2005
ArcSDE - Architektur
ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden
Cornelia Lückenbach 2231.01.2005
ArcSDE - Architektur
Two-tier-Architektur:
Direkter Zugriff
Three-tier-Architektur:ArcSDE als Applikationsserver
Cornelia Lückenbach 2331.01.2005
Direkter Zugriff ArcGIS Desktop
Anwendung hat dies bereits implementiert
Lesender Zugriff auf Geodatenbank möglich
Schreibender Zugriff nur mit Server Lizenz
Hohe Netzlast
ArcGISDesktop+ Server
RelationaleGeodaten-
bank
Cornelia Lückenbach 2431.01.2005
ArcSDE - Architektur
Two-tier-Architektur:
Direkter Zugriff
Vorteil:Administration undInstallation sind einfach
Three-tier-Architektur:ArcSDE als Applikationsserver
Cornelia Lückenbach 2531.01.2005
ArcSDE als Applikationsserver Applikationsserver ist
mit Datenbank installiert
Konfigurations- und Tuningmöglichkeiten am Applikationsserver
Versionen und lange Transaktionen
Optimierte Netzlast
ArcGISDesktop
RelationaleGeodaten-
bank
ArcSDEApplikations-
server
Cornelia Lückenbach 2631.01.2005
Erinnerung
Versionen und lange TransaktionenTeildatenbestände temporär entkoppelnErhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung Effiziente Arbeitsteilung
Cornelia Lückenbach 2731.01.2005
ArcSDE als Applikationsserver
Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client
ArcGISDesktop
ArcSDEApplikations-
server
RelationaleGeodaten-
bank
Cornelia Lückenbach 2831.01.2005
ArcSDE - Architektur
Two-tier-Architektur:
Direkter Zugriff
z.B. auf eine Personal Geodatabase
Three-tier-Architektur:ArcSDE als Applikationsserver
z.B. Zugriff auf Oracle
Cornelia Lückenbach 2931.01.2005
Übung (Three-tier-Architektur)
Stellt euch vor, ihr werdet im Rahmen eines Universitätsaustausches nach Moskau geschickt. Dort bittet man euch ein ArcGIS-Projekt zu betreuen. Eure Aufgabe ist es Informationen über die Infrastruktur mit denen über die Eigentümer von Grundstücken und deren Lage zu kombinieren. Die Daten befinden sich in einem Datenbankverwaltungssystem.
Cornelia Lückenbach 3031.01.2005
Übung (Three-tier-Architektur)
Frage: Wie kann ich eine Verbindung zu dem Datenbankverwaltungssystem herstellen?
In unserem Fall handelt es sich dabei um eine Verbindung zu Oracle.
Cornelia Lückenbach 3131.01.2005
Stellt nun selbst eine Verbindung zu Oracle her.Server: 131.220.71.184Service: 5151Database: freilassenUser Name: seminarPasswort: gis3
Übung (Three-tier-Architektur)
Cornelia Lückenbach 3231.01.2005
Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing
Quad-Tree-IndexingR-Tree-Indexing
Cornelia Lückenbach 3331.01.2005
Räumliche Objekte
Hoher Speicherplatzbedarf
Komplexe Berechnungen
Quelle: www.transa.de
Cornelia Lückenbach 3431.01.2005
Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing
QuadtreeR-tree
Cornelia Lückenbach 3531.01.2005
Query Model
Two-tier query model Beantwortet spatial queries und spatial
joins Erster und Zweiter Filter
(primary and secondary filter)
Cornelia Lückenbach 3631.01.2005
Query Model
Erster Filter (primary filter)Schnelle AuswahlWeitergabe an den zweiten Filter
Möglichst effektiv sein (spatial index)Vergleicht geometrische Annährungen
Verringert die Berechnungskomplexität lower-cost filter
Cornelia Lückenbach 3731.01.2005
Query Model
Große Datenmenge
Erster Filter KleinereAuswahl
Cornelia Lückenbach 3831.01.2005
Query Model
Zweiter Filter (secondary filter)Exakte Berechnung der Geometrie exakte
AntwortBerechnung ist teuerBerechnung wird nur auf die Ergebnisse des
ersten Filters angewendet
Cornelia Lückenbach 3931.01.2005
Query Model
Große Datenmenge
Erster Filter
KleinereAuswahl
Zweiter Filter
ExakteErgebnis
Cornelia Lückenbach 4031.01.2005
Query Model
Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion
Implementierung des Ersten Filters: Spatial index
Große Datenmenge
Erster Filter
KleinereAuswahl
Zweiter Filter
Exaktes Ergebnis
Cornelia Lückenbach 4131.01.2005
Räumliche Anfragen (Übersicht)
Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing
QuadtreeR-tree
Cornelia Lückenbach 4231.01.2005
Spatial Indexing
Limitiert eine Suche Ein räumlicher Index (spatial index) wird
benötigt fürWindow queriesSpatial join
Cornelia Lückenbach 4331.01.2005
Spatial Indexing
Window query Finde alle Straßen die
durch die Weststadt führen
Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn
Cornelia Lückenbach 4431.01.2005
Spatial Indexing
Spatial join Finde alle Festhallen,
die mehr als 2000 Quadratmeter haben und die von der Universität innerhalb von 20 Minuten zu Fuß zu erreichen sind
Quelle: Dänisches Kulturinstitut, Bonn
Cornelia Lückenbach 4531.01.2005
Quad-Tree-Indexing
Anbringung eines Gitters an eine feature class
Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature
Cornelia Lückenbach 4631.01.2005
R-Tree-Indexing
MBR – minimum bounding rectangle kleinstes umschließende Viereck
Quelle: Geoinformation III, Vorlesung 4: Punkt-in-Polygon-Verfahren von Prof.Plümer
y Außen
x
Cornelia Lückenbach 4731.01.2005
Auswahl: R-Tree oder Quadtree
R-Tree Weniger Speicherplatz Tuning ist einfacher No fine-tuning Keine großen Updates Index für vier
Dimensionen
Quadtree Mehr Speicherplatz Tuning ist schwieriger Fine-tuning Große Updates Index nur für zwei
Dimensionen
Cornelia Lückenbach 4831.01.2005
Zukunftsaussichten
GIS Dateiformate beherrschten lange Jahre die Szene Shapefiles, Coverage..
Zur Zeit Einsatz von Datenbanksystemen im Geodaten-Umfeld eher die Ausnahme
Größere GIS Installationen speichern Sachdatentabellen bereits in einem RDBMS und beginnen Geodaten dort einzufügen
Cornelia Lückenbach 4931.01.2005
Zukunftsaussichten
In Zukunft wird die Geodatenerhaltung in einer Datenbank Standard sein
ArcSDE ist dafür notwendig ArcSDE stellt die Integration der
Geodaten in das RDBMS und damit in die Unternehmens-IT sicher
Aktuelle Version: ArcSDE 9
Cornelia Lückenbach 5031.01.2005
Übung (Two-tier-Architektur)
Nachdem ihr bei der ersten Übung eine Three-tier-Architektur verwendet habt, wollt ihr sicherlich auch ein Beispiel für die Two-tier-Architektur, weil nicht jedes Unternehmen z.B. mit Oracle arbeitet.
Cornelia Lückenbach 5131.01.2005
Übung (Two-tier-Architektur)
Bei einem Praktikum in einer kleinen Firma sollt ihr in eine Personal Geodatabase eine Deutschlandkarte importieren und für ein Schul-Projekt die ausgeschriebenen Namen durch Abkürzungen ersetzen (z.B. NRW)
Cornelia Lückenbach 5231.01.2005
1. Erstellt eine Personal Geodatabase: Importiert V:\Lueckenbach\Bundesländer.shp
2. Seht es euch in ArcMap an und lasst euch die Namen der Bundesländer anzeigen (Label-Feature).
3. Öffnet in Microsoft Access eure erstellte Geodatenbank und dann die Tabelle Deutschland_Bundesländer. Ändert z.B. Nordrhein-Westfalen in NRW um.
4. Seht euch das Ergebnis in ArcMap an (Refresh-View).
Übung (Two-tier-Architektur)
Cornelia Lückenbach 5331.01.2005
Quellen Understanding ArcSDE (GIS by ESRI) Oracle Spatial: User‘s Guide and Refernce Homepage von ESRI Germany arcaktuell von ESRI (Ausgabe 4/2004) Hompage von Oracle Nachschlagewerk: Wikipedia University of Arizona Geoinformation I und III Diskrete Mathematik
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