AnfragesprachenAnfragesprachenfür für

Raumbezogene DatenRaumbezogene Daten

Institut Für Kartographie und Geoinformation Bonn

Projektgruppe Vertiefer Kartographie

Sascha RudolphSascha Rudolph

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Relationale Datenbank - Management - Systeme (RDBMS)

Structured Query Language (SQL)

Unterstützung bei der Formulierung von Anfragen

Räumliche Erweiterung von SQL

Möglichkeiten und Grenzen von ArcInfo

Gliederung des VortragsGliederung des Vortrags

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Relationale DatenbankenRelationale Datenbanken

Relation ist mathematischer Begriff für Tabelle Relationale Datenbank-Management-Systeme (RDBMS)

– Tabellen als Repräsentation von Eigenschaftsgruppen(Entitäten)

– Felder sind atomar• In jedem Attribut befindet sich eine Information

– Festlegung von Gültigkeitsregeln für Felder einer Tabelle (zusätzlich zum Datentyp)

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Relationale DatenbankenRelationale Datenbanken

– Eindeutige Attribute werden als „Candidate Key“ bezeichnet

– Datensätze werden mit einem eindeutigen Primärschlüssel (Primary Key) versehen (z.B. ID)

• Kann auch aus mehreren Feldern bestehen, die zusammen eindeutig sind

– Verknüpfungen der Attribute verschiedener Entitäten über Primär- Fremdschlüssel

• Liefert eine Verknüpfung von Entitäten, die in einer logischen Beziehung zu einander stehenBeispiel : Kanten - Knoten

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Relationale DatenbankenRelationale Datenbanken

– Referentielle Integrität • Erstellen von Beziehungen zwischen Datensätzen auch

bzw. besonders verschiedener Tabellen, deren Einhaltung die RDBMS überprüft

– Indizierung von Feldern zur Steigerung der Geschwindigkeit bei der Datensatzsuche(Aufbau einer Baumstruktur)

– Erstellung von virtuellen Tabellen „Views“ mit Hilfe der Anfragesprache SQL

– Relationale Datenbanken: Oracle 8i, MS SQL Server, DBase, MS Access

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Grenzen der RDBMS ?Grenzen der RDBMS ?

Relationale Datenbanken enthalten atomare (unteilbare) Felder– Felder haben bestimmten Datentyp und feste Länge– Indizierung von Feldern und keinen Inhalten von Feldern– Operationen beschränken sich auf das Attribut als ganzes

• Keine Operationen mit Objekten möglich• Beispiel GIS : (Körper, (Flächen, (Kanten, Knoten)))

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S Q L S Q L

Was ist SQL ?

Was gibt es für Hilfsmittel bei der Formulierung von Anfragen ?

Grenzen von SQL

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Was ist SQL ?Was ist SQL ?

Ursprünglich von IBM entwickelte Datenbankanfragesprache Standardsprache der RDBMS - Ziel Datenbankunabhängigkeit

– Erstellen von Tabellen - Methode „ CREATE TABLE “

– Modifizieren von Tabellen - Methoden „ DELETE FROM “ ; „ INSERT INTO “

– Selektieren von Datensätzen, die bestimmten Kriterien entsprechen - MethodeSELECT .. FROM .. WHERE

– Indizieren von Feldern - Methode„CREATE INDEX“

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S Q LS Q L

– Verknüpfung von Entitäten - Methode „JOIN“ etc.

– Aggregatfunktionen SUM, MIN, MAX, AVG, Count, GROUP

Beispiel

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Hilfsmittel für SQLHilfsmittel für SQL

Query by Example (QEB)

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Grafische Hilfsmittel für SQLGrafische Hilfsmittel für SQL

MS Access Designer ~ MS SQL Server

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Grenzen von SQL ?Grenzen von SQL ?

Keine Rekursiven Anfragen Keine Anfragen an Unterobjekte Anfragen werden bei einer Vielzahl von Tabellen mit

vielen „Joins“ sehr unübersichtlich Beispiel Keine SQL Designer, die verschachtelte Anweisungen erzeugen können - Anfragen

können sich aber auf Anfragen beziehen Existenz vieler Dialekte

– Datenbankunabhängigkeit bei komplexeren Anfragen nicht mehr gesichert• Programme mit SQL-Code müssen an die verwendete Datenbank angepaßt werden• z.B. MS Access Anfrage SELECT * FROM.. funktioniert mit

MS SQL Server nicht

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Speicherung von ObjektdatenSpeicherung von Objektdaten

Geometrie + Attribute

011010010111000111001

Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS1

Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten2

Speicherung der Objekte inBinärfeldern einer RDBMS3

Objektorientierte Datenbank4

ShapefileAttribute

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Teilobjekte in verschiedenen TabellenTeilobjekte in verschiedenen Tabellen

Beispiel Flächen – Tabelle Flächen– Tabelle FlächenKanten– Tabelle Kanten (Linien)– Tabelle Knoten– Speichern der Koordinaten der einzelnen Knoten

in den Spalten x,y,z

A

BC

D

– Mit vorhandenen Standarddatenbanken (RDBMS) realisierbar

Vorteile:

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Teilobjekte in verschiedenen TabellenTeilobjekte in verschiedenen Tabellen

– Nutzer interessieren keine Kanten oder Knoten, sondern Flächen - umständliche Handhabung

– z.T. Redundante Speicherung (FlächenKanten)– Sehr langsam, da zur Darstellung der Flächen zunächst

„FlächenKanten“ und schließlich Anfangs- und Endpunkte gesucht werden

Probleme bei der Speicherung von „Arcs“– zusätzliche Spalten in der Kantentabelle oder Approximation

durch sehr viele Kanten Keine räumlichen Operationen über Anfragen

– umständliche und langsame Zusatzprogrammierung

Nachteile:

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Geometrie und Attribute getrenntGeometrie und Attribute getrennt

– Realisierung mit RDBMS möglich– Speicherung von Objekten in Shapefiles

– Zusatzprogrammierung für Laden, Ändern und Speichern der Objekte aus den Shapefiles

– Programmierung der Verknüpfung von Attributen und Geometrie nötig

– Gefahr der Inkonsistenz !– Keine räumlichen Operationen über Anfragen möglich

Nachteile:

Vorteile:

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Objekte in BinärfeldernObjekte in Binärfeldern

Beispiel Flächen – Tabelle Flächen– Speichern der Koordinaten

der einzelnen Punkte der Fläche und zusätzlicher Attribute wie z.B. „Bounding Box“ hintereinander in einem Binärfeld

– Weitere Attribute der Flächen werden in zusätzlichen Spalten abgelegt

A

BC

D

– Nur eine Tabelle für die Speicherung eines Objekts– Modellierung entspricht Speicherung– Realisierung mit RDBMS möglich

Vorteile:

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Objekte in BinärfeldernObjekte in Binärfeldern

– Anfragen über SQL - keine direkten räumlichen Anfragen

– Sollen Unterobjekte wie Kanten & Knoten zügig bearbeitet werden, ist deren Speicherung (redundant) in zusätzlichen Tabellen erforderlichGefahr der Inkonsistens !

– Laden und speichern der Objekte aus dem Binärfeld über Zusatzprogramme

Nachteile:

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Objektorientierte DatenbankObjektorientierte Datenbank

Eigenschaften– Bereitstellung von z.T. frei definierbaren Objekten zur

Speicherung in einem Feld einer DB– Möglichkeit der Vererbung von Eigenschaften– Erweiterung und Optimierung von SQL mit Räumlichen Anfragen

– Speicherung entspricht Modellierung– schnellere, benutzerfreundliche Anfragen ohne

Zusatzprogrammierung über erweiterte Anfragesprache

Vorteile:

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Objektorientierte DatenbankObjektorientierte Datenbank

– kaum objektorientierte Datenbanken vorhandenz.B. in Support GIS

– vorhandene Datenbanken sind meistens nicht 100% objektorientiert bzw. räumlich optimiert

– kein Standard wie SQL bei den relationalen Datenbanken vorhanden

Nachteile:

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Objekte in GIS - Systemen Objekte in GIS - Systemen

Speicherung in vielen Tabellen einer RDBMS1

Getrennte Speicherung von Geometrie und Sachdaten2

Speicherung der Objekte inBinärfeldern einer RDBMS3

Objektorientierte Datenbank4

ArcView, ArcInfo

Alte GIS - Systeme

ArcInfo, GeoDB

Support GIS

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Erweiterung von SQL Erweiterung von SQL

Ziel ist die zusätzliche Bereitstellung von sinnvollen Funktionen zur Anfrage von Räumlichen Informationen

Kein Standard vorhanden Anforderungen an eine räumliche Anfragesprache nach

Egenhofer:– Datentyp „Objekt“ muß vorhanden sein– Grafische Visualisierung von Anfrageergebnissen

( Tabellen sind ungeeignet )– Kombination mehrerer Anfragen muß möglich sein– Möglichkeit des Auswählens von Objekten durch

anklicken auf dem Bildschirm

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Erweiterung von SQL Erweiterung von SQL

– Eine Legende zur Erläuterung der Objektklassen muß vorhanden sein

– Anfragesprache muß dem Nutzer Möglichkeit zur Beschränkung der Daten geben, auf die sich die Anfrage bezieht

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Spatial SQL Spatial SQL

Kombination aus Erweiterung von SQL & GPLGPL (Graphical Presentation Language)

Erweiterungen– Festlegung eines Räumlichen Datentyps

• 4 Typen von Unterobjekten – 0, 1, 2, 3 - dimensional

– Beziehungen zwischen räumlichen Objekten unterscheiden sich von Standardrelationen

• topologisch oder metrisch

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Spatial SQL Spatial SQL

Methoden– INTERSECT - Schnitt von Objekten– REMOVE - Löschanfrage– OVERLAY - Ergebnisse der Anfrage über

Kartenelemente legen– HIGHLIGHT - Hervorheben der Ergebnisse in der

Graphik

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Spatial SQL Spatial SQL

Beispiel : Wie weit ist die nächste Feuerwehrstation von dem ausgewählten Gebäude entfernt ?

SET MODE alpha;SELECT distance (buildings.geometry,

firestations.geometry),firestations.adress

FROM building, building firestationWHERE building = PICK and

firestation.Type = „Fire Station“;

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Möglichkeiten von ArcInfo Möglichkeiten von ArcInfo

„Objektorientiert“, es können vom Nutzer Objekte definiert werden (Feature)

Bietet grafische Visualisierung der Anfrageergebnisse Additive Anfragen sind möglich Direkte Auswahl durch Anklicken von Objekten ist möglich Beschränkung der Operationen auf Teile der Objekte

möglich (z.B. nur Kanten Anfragen) Beschränkung der Anfragen auf ein Teilgebiet nicht

möglich

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Anfragen in ArcInfo Anfragen in ArcInfo

Select by Attribute Select by Location Select by Graphics

Statistics

Attribute Location Graphics

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Buffering in ArcInfo Buffering in ArcInfo

Auswahl von „Features“, die einen bestimmten Abstand von einem ausgewählten Objekt haben

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Anwendungen der Funktionen Anwendungen der Funktionen

Bereitstellung der Kanten und Attribute über Anfragen für die Wegsuche

Keine Zuordnung von Sehenswürdigkeiten zu Straßen notwendig– Bilden von Buffern um die Straßen zur Unterstützung

bei der Wegfindung

Machbarkeitsstudie

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Selection Statistics ArcInfo Selection Statistics ArcInfo

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Selection By Attribute ArcInfo Selection By Attribute ArcInfo

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Selection By Location Selection By Location

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