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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


Motivation

Gateway zu Geodatenbanken: ArcSDE


Übersicht

Datenbanken Datenbankverwaltungssysteme

Oracle und Oracle Spatial ArcSDE

Allgemein Architektur Datenspeicherung Räumliche Anfragen


Datenbanken

Datenbanken

RelationaleDatenbanken

ObjektrelationaleDatenbanken

Objektorientierte Datenbanken


Relationale Datenbanken Basiert auf relationalem Datenmodell Daten werden auf die Struktur eines konkreten

Datenbanksystems abgebildet Siehe Vorlesung Geoinformation I


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


Objektorientierte Datenbanken

Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert

Realwelt – Modell – Programm


Objektrelationale Datenbanken

Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken

Datenbanken

RelationaleDatenbanken

ObjektrelationaleDatenbanken

ObjektorientierteDatenbanken


Objektrelationale Datenbanken

Einsatz: Wenn Mengen und Objekte in Beziehung zu anderen Daten oder Objekten gebracht werden müssenKoordinaten miteinander verknüpfen oder

referenzieren andere Daten


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


Datenbankverwaltungssystem (DBMS)

Sammlung von ProgrammenErmöglichen dauerhafte Speicherung der

Daten in einer DatenbankÜbernehmen die Verwaltung


Datenverwaltungssystem

Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten

IntegritätssicherungAutorisationsprüfungSynchronisationDatensicherungsmöglichkeiten


Datenbankverwaltungssystem

Sammlung von Programmen Arbeitssprache SQL

Structured Query Language


Oracle

Datenbankverwaltungssystem Objekt-relational Leistungsfähig Keine hohe Standardkonformität Läuft unter diversen Betriebsprogrammen

Unix, Linux, Windows, IBM-Großrechner


Oracle Spatial

Erweiterung von OracleZur Speicherung, Zugriff und Analysen von

GeodatenGeometrische Repräsentation der Form eines

räumlichen Elements im Koordinatenraum


ArcSDE Allgemein

Schnittstelle zu relationalen Datenbanken Tool zum Speichern, Verwalten und

Bearbeiten von Geodaten ArcSDE von ESRI für ArcGIS


ArcSDE Allgemein

Zentraler Baustein im GIS

ArcView ArcEditor ArcInfo

ArcGIS Desktop

ArcSDE Gateway

RelationaleGeodaten-

bank ArcSDE


ArcSDE

ArcSDE ist offenArbeitet mit diversen Datenbanken

(Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle)


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



ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden



Two-tier-Architektur:

Direkter Zugriff

Three-tier-Architektur:ArcSDE als Applikationsserver


Direkter Zugriff ArcGIS Desktop

Anwendung hat dies bereits implementiert

Lesender Zugriff auf Geodatenbank möglich

Schreibender Zugriff nur mit Server Lizenz

Hohe Netzlast

ArcGISDesktop+ Server


bank




Direkter Zugriff

Vorteil:Administration undInstallation sind einfach



ArcSDE als Applikationsserver Applikationsserver ist

mit Datenbank installiert

Konfigurations- und Tuningmöglichkeiten am Applikationsserver

Versionen und lange Transaktionen

Optimierte Netzlast

ArcGISDesktop


bank

ArcSDEApplikations-

server


Erinnerung

Versionen und lange TransaktionenTeildatenbestände temporär entkoppelnErhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung Effiziente Arbeitsteilung


ArcSDE als Applikationsserver

Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client

ArcGISDesktop

ArcSDEApplikations-

server


bank




Direkter Zugriff

z.B. auf eine Personal Geodatabase


z.B. Zugriff auf Oracle


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.



Frage: Wie kann ich eine Verbindung zu dem Datenbankverwaltungssystem herstellen?

In unserem Fall handelt es sich dabei um eine Verbindung zu Oracle.


Stellt nun selbst eine Verbindung zu Oracle her.Server: 131.220.71.184Service: 5151Database: freilassenUser Name: seminarPasswort: gis3



Räumliche Anfragen (Übersicht)

Räumliche Objekte Query Model Spatial Indexing

Quad-Tree-IndexingR-Tree-Indexing


Räumliche Objekte

Hoher Speicherplatzbedarf

Komplexe Berechnungen

Quelle: www.transa.de




QuadtreeR-tree


Query Model

Two-tier query model Beantwortet spatial queries und spatial

joins Erster und Zweiter Filter

(primary and secondary filter)


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


Query Model

Große Datenmenge

Erster Filter KleinereAuswahl


Query Model

Zweiter Filter (secondary filter)Exakte Berechnung der Geometrie exakte

AntwortBerechnung ist teuerBerechnung wird nur auf die Ergebnisse des

ersten Filters angewendet


Query Model

Große Datenmenge

Erster Filter

KleinereAuswahl

Zweiter Filter

ExakteErgebnis


Query Model

Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion

Implementierung des Ersten Filters: Spatial index

Große Datenmenge

Erster Filter

KleinereAuswahl

Zweiter Filter

Exaktes Ergebnis




QuadtreeR-tree


Spatial Indexing

Limitiert eine Suche Ein räumlicher Index (spatial index) wird

benötigt fürWindow queriesSpatial join


Spatial Indexing

Window query Finde alle Straßen die

durch die Weststadt führen

Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.frankreichforum.org/stadtplan-bonn.gif&imgrefurl=http://www.frankreichforum.org/anfahrt.htm&h=408&w=521&sz=55&tbnid=7V9HPsEaxu8J:&tbnh=101&tbnw=128&start=8&prev=/images%3Fq%3Dstadtplan%2Bbonn%26hl%3Dde%26lr%3D%26sa%3DG


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

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.dankultur.de/images/bonn_stadtplaene/Karte_Bonn-City_090503.jpg&imgrefurl=http://www.dankultur.de/stadtplan_bonn.htm&h=946&w=700&sz=107&tbnid=KOIKmloW17YJ:&tbnh=145&tbnw=108&start=15&prev=/images%3Fq%3Dstadtplan%2Bbonn%26hl%3Dde%26lr%3D%26sa%3DG


Quad-Tree-Indexing

Anbringung eines Gitters an eine feature class

Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature


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


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


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


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


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.



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)


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).



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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