Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis: Einführung in objektrelationale Geodatenbanken unter besonderer Berücksichtigung von Oracle Spatial
Gespeichert in:
| Beteilige Person: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg [u.a.]
Wichmann
2008
|
| Ausgabe: | 2., überarb. und erw. Aufl. |
| Schlagwörter: | |
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| Umfang: | XII, 492 S. graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 9783879074723 3879074720 |
Internformat
MARC
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort......................................................................................................................
V
1 Einleitung................................................................................................................... 1
1.1 Geoinformationssysteme..................................................................................... 2
1.1.1 Anwendungen......................................................................................... 3
1.1.2 Aufbau von Geoinformationssystemen.................................................. 4
1.1.3 Entwicklung zu offenen Geoinformationssystemen............................... 4
1.2 Datenbanksysteme.............................................................................................. 6
1.2.1 Aufbau von Datenbanksystemen............................................................ 6
1.2.2 Datenbanksysteme versus Dateien......................................................... 6
1.3 Relationale Datenbanksysteme........................................................................... 9
1.3.1 Tabellen.................................................................................................. 9
1.3.2 Beziehungen........................................................................................... 12
1.3.3 Anfragen................................................................................................. 14
1.4 Objektrelationale Datenbanksysteme.................................................................. 18
1.4.1 Objekte................................................................................................... 19
1.4.2 Vererbung und
Polymorphic
.................................................................. 20
1.4.3 Objekte in objektrelationalen Datenbanken........................................... 23
1.5 Geodatenbanksysteme......................................................................................... 24
1.5.1 Anforderungen an Geodatenbanksysteme.............................................. 25
1.5.2 Speicherung von Geodäten in relationalen Datenbanken....................... 25
1.5.3 Objektrelationale Geodatenbanksysteme............................................... 29
2 Oracle......................................................................................................................... 33
2.1 Struktur von Oracle............................................................................................. 33
2.1.1 Datenbank-Server................................................................................... 33
2.1.2 Physische Datenbankstruktur................................................................. 34
2.1.3 Logische Datenbankstruktur................................................................... 35
2.1.4 Verbindung zwischen Clients und Datenbank-Server............................ 36
2.2 Besonderheiten von Oracle SQL........................................................................ 36
2.2.1 RowID.................................................................................................... 37
2.2.2
Large Objects (LOBs)
............................................................................ 38
2.2.3 Sequenzgeneratoren................................................................................ 39
2.3 Programmierung und Datenimport..................................................................... 40
2.3.1 PL/SQL................................................................................................... 40
2.3.2 Trigger.................................................................................................... 43
2.3.3 Programmierung externer Routinen mit Java......................................... 44
2.3.4 SQL*Loader........................................................................................... 45
2.4 Objektrelationale Erweiterungen in Oracle........................................................ 48
2.4.1 Felder...................................................................................................... 48
2.4.2 Klassen................................................................................................... 50
2.4.3 Vererbung und
Polymorphic
.................................................................. 56
VIII Inhaltsverzeichnis
3 Modellierung von Geodäten..................................................................................... 59
3.1 Eigenschaften von Geodäten............................................................................... 60
3.1.1 Thematische Eigenschaften.................................................................... 60
3.1.2 Geometrische Eigenschaften.................................................................. 62
3.1.3
Topologische
Eigenschaften................................................................... 63
3.1.4 Metainformationen................................................................................. 64
3.2 Standardisierang von Geodäten.......................................................................... 64
3.3 Feature-Geometry-Modell.................................................................................. 65
3.3.1 Teilpakete............................................................................................... 66
3.3.2 Paket
„Geometry
root ...........................................................................
67
3.3.3 Geometrische Primitive.......................................................................... 67
3.3.4 Koordinatenbehaftete Geometrien......................................................... 69
3.3.5 Geometrieaggregate................................................................................ 71
3.3.6 Komplexe Geometrien........................................................................... 72
3.4 Simple-Feature-Modell....................................................................................... 73
3.4.1 Geometrieschema................................................................................... 73
3.4.2 Repräsentationsformen........................................................................... 78
3.4.3 Basismethoden........................................................................................ 79
3.4.4
Topologische
Prädikate.......................................................................... 80
3.4.5 Geometrische Funktionen....................................................................... 84
3.4.6 Informationsschema............................................................................... 86
3.5
SQL/MM Spatial
................................................................................................. 87
3.5.1 Geometrieschema................................................................................... 88
3.5.2 Repräsentationsformen........................................................................... 91
3.5.3 Informationsschema............................................................................... 92
3.6 Räumliche Bezugssysteme.................................................................................. 92
3.6.1 Kategorien von Koordinatensystemen................................................... 92
3.6.2 Beschreibung von räumlichen Bezugssystemen.................................... 94
3.7 Lineare Bezugssysteme....................................................................................... 96
4 Datenbankschema von Oracle
Spatial
.................................................................... 99
4.1 Geometrieschema................................................................................................ 99
4.1.1 Klasse SDOGEOMETR
Y
............................... .. ... . . . .. . ... .................. 99
4.1.2 Klasse STGEOMETRY....................................................................... 107
4.1.3 Informationsschema............................................................................... 109
4.2 Operationen.........................................................................................................
Ц2
4.2.1 Basismethoden und
-funktionen
............................................................. 113
4.2.2 Geometrische Funktionen....................................................................... 118
4.2.3 Geometrische Aggregatfunktionen......................................................... 131
4.3 Räumliche Bezugssysteme............................................................................. 134
4.3.1 Informationsschema............................................................................... 134
4.3.2 Verwendung von räumlichen Bezugssystemen...................................... 136
4.3.3 Koordinatentransformationen................................................................. 140
4.4 Lineare Bezugssysteme....................................................................................... 141
4.4.1 Repräsentation...................................................................................... 141
4.4.2 Anfragen................................................. 143
Inhaltsverzeichnis
IX
4.5
Import
von Geodäten.......................................................................................... 146
4.5.1 Import von Punktdaten........................................................................... 147
4.5.2 Import von Flächen................................................................................ 149
5 Anfragebearbeitung und Approximationen........................................................... 151
5.1 Räumliche Basisanfragen.................................................................................... 151
5.2 Mehrstufige Anfragebearbeitung........................................................................ 153
5.2.1
Charakteristika
von Geodäten................................................................ 153
5.2.2 Prinzip der mehrstufigen Anfragebearbeitung....................................... 153
5.3 Filterung über Approximationen......................................................................... 154
5.3.1 Konservative und progressive Approximationen................................... 155
5.3.2 Einelementige Approximationen............................................................ 156
5.3.3 Mehrelementige Approximationen......................................................... 158
5.4 Approximationen in Oracle
Spatial
.................................................................... 159
5.4.1
Fixed Indexing
........................................................................................ 159
5.4.2 Hybrid
Indexing
..................................................................................... 160
6 Indexierung von Geodäten....................................................................................... 161
6.1 Indexierung in Datenbanksystemen.................................................................... 161
6.1.1 B- und B+- Bäume.................................................................................. 163
6.1.2
Hash-
Verfahren...................................................................................... 168
6.2 Indexierung von Geodäten.................................................................................. 172
6.2.1
Clipping
.................................................................................................. 174
6.2.2 Transformation in den höherdimensionalen Raum................................ 175
6.2.3 Einbettung in den eindimensionalen Raum............................................ 177
6.2.4 Überlappende Blockregionen................................................................. 179
6.2.5 Mehrschichtentechnik............................................................................ 180
6.2.6 Fazit........................................................................................................ 180
6.3
Quadtrees
............................................................................................................ 181
6.3.1
PR-Quadtrees..........................................................................................
181
6.3.2 Lineare
Quadtrees
................................................................................... 182
6.3.3 Verwendung in Oracle
Spatial
............................................................... 187
6.4 Gridfiles.............................................................................................................. 192
6.4.1 Struktur und Suchanfragen..................................................................... 192
6.4.2 Dynamisches Verhalten.......................................................................... 192
6.4.3 Speicherung von Rechtecken................................................................. 196
6.4.4 Organisation des
Grid Directorys
........................................................... 198
6.5 R-Bäume............................................................................................................. 201
6.5.1 R-Baum.................................................................................................. 201
6.5.2 R*-Baum................................................................................................ 206
6.5.3 Weitere Varianten................................................................................... 210
6.5.4 Verwendung in Oracle
Spatial
............................................................... 212
6.6 Filterung in Oracle
Spatial
.................................................................................. 214
6.6.1 SDO_FILTER........................................................................................ 214
6.6.2 SDO
WITHIN DISTANCE..................................................................
217
X
Inhaltsverzeichnis
7
Geometrische
Algorithmen...................................................................................... 219
7.1 Algorithmische Geometrie.................................................................................. 219
7.1.1 Algorithmische Entwurfsmethoden........................................................ 220
7.1.2 Behandlung numerischer Probleme........................................................ 223
7.2 Konvexe Hülle.................................................................................................... 228
7.2.1 Berechnung der konvexen Hülle............................................................ 228
7.2.2 Minimal umgebende konvexe Polygone................................................ 234
7.3 Inklusionsprobleme............................................................................................. 234
7.3.1 Punkt-in-Polygon-Test........................................................................... 234
7.3.2 Polygon-in-Polygon-Test....................................................................... 236
7.4 Schnittprobleme.................................................................................................. 237
7.4.1 Schnitt von Rechtecken.......................................................................... 237
7.4.2 Schnitt von Strecken............................................................................... 242
7.4.3 Schnitt von Polygonen............................................................................ 247
7.5 Objektzerlegung.................................................................................................. 253
7.5.1 Trapezzerlegung..................................................................................... 253
7.5.2 Triangulation.......................................................................................... 254
7.5.3 Verwaltung der Zerlegungskomponenten.............................................. 257
7.6 Verfeinerungsschritt in Oracle
Spatial
................................................................ 258
7.6.1 SDO_RELATE....................................................................................... 258
7.6.2 SDO_WiTHINJDISTANCE.................................................................. 260
8 Verarbeitung komplexer Basisanfragen................................................................. 261
8.1 Räumlicher Verbund........................................................................................... 261
8.1.1 Räumlicher Verbund ohne Index........................................................... 262
8.1.2 Räumlicher Verbund zwischen R-Bäumen............................................ 263
8.1.3 Räumlicher Verbund mittels z-Ordnung................................................ 267
8.1.4 Anwendung in Oracle
Spatial
................................................................. 269
8.2 Nächste-Nachbarn-Anfrage................................................................................ 272
8.2.1 Algorithmus von Hjaltason und
Samet
.................................................. 273
8.2.2 Anwendung in Oracle Spatial................................................................. 275
9 Anwendungsprogrammierung................................................................................. 279
9.1 Zugriff auf Datenbanken..................................................................................... 279
9.1.1 Datenbankzugriffsschnittstellen............................................................. 279
9.1.2 Datenbankkopplung an eine Programmiersprache................................. 280
9.1.3 Zugriff auf die Daten.............................................................................. 280
9.2 Java und JDBC.................................................................................................... 282
9.2.1 JDBC-Treiber......................................................................................... 283
9.2.2 JDBC-API.............................................................................................. 285
9.3 Zugriff auf Geodäten........................................................................................... 292
9.3.1 Zugriff auf SQL-Objekte........................................................................ 292
9.3.2 Bibliothek oracle.spatial......................................................................... 294
9.3.3 Zugriff über GeoTools............................................................................ 301
Inhaltsverzeichnis
XI
10 Repräsentation von Geodäten mit XML................................................................ 303
10.1 Bestandteile von XML........................................................................................ 303
10.1.1
Extensible
Markup
Language
(XML).................................................... 303
10.1.2
Document
Type Definition..................................................................... 308
10.1.3 XML Schema......................................................................................... 309
10.1.4
XSL-Transformation (XSLT)
................................................................. 312
10.1.5 Verarbeitung von XML-Dokumenten.................................................... 314
10.2
Geography
Markup
Language (GML)
................................................................ 315
10.2.1
Geometry
Schema.................................................................................. 315
10.2.2 Feature Schema...................................................................................... 321
10.2.3 Nutzung.................................................................................................. 322
10.3 Datenbanken und XML....................................................................................... 325
10.3.1 Grundsätzliche Verfahren....................................................................... 325
10.3.2 XPath...................................................................................................... 326
10.3.3 XQuery................................................................................................... 329
10.3.4 Oracle..................................................................................................... 330
10.4 GML in Oracle.................................................................................................... 341
10.4.1 Erzeugung von GML.............................................................................. 342
10.4.2 GML-Konstruktoren............................................................................... 343
10.4.3 Bearbeitung räumlicher Anfragen auf GML-Dokumenten.................... 343
11
Topologie
.................................................................................................................... 349
11.1 Grundbegriffe...................................................................................................... 349
11.1.1 Netzwerke und Graphen......................................................................... 350
11.1.2 Mosaike und Gebietsaufteilungen.......................................................... 351
11.2
Topologische
Datenmodelle............................................................................... 352
11.2.1 Feature-Geometry-Modell...................................................................... 352
11.2.2
SQL/MM Spatial
.................................................................................... 355
11.2.3 TIGER/Line-Datenmodell...................................................................... 356
11.3 Netzwerkdatenbanken......................................................................................... 358
11.3.1 Analyseoperationen................................................................................ 358
11.3.2 Physische Organisation.......................................................................... 365
11.4 Oracle
Spatial
...................................................................................................... 367
11.4.1 Netzwerk-Datenbankschema.................................................................. 367
11.4.2 Allgemeines Topologie-Datenbankschema............................................ 375
12 Rasterdaten................................................................................................................ 397
12.1 Konzepte............................................................................................................. 397
12.2 Speicherung von Rasterdaten durch BLOBs...................................................... 399
12.2.1 Abspeichern von Rasterdaten................................................................. 399
12.2.2 Georeferenzierang.................................................................................. 401
12.2.3 Lesen von Rasterdaten............................................................................ 402
12.3 Oracle
Spatial GeoRaster
.................................................................................... 403
12.3.1 Datenmodell........................................................................................... 403
12.3.2 Einsatz.................................................................................................... 405
XII Inhaltsverzeichnis
13 SD-Geodatenbanken................................................................................................. 417
13.1 Datenmodelle...................................................................................................... 418
13.1.1 Feature-Geometry-Modell...................................................................... 419
13.1.2 Simple-Feature-Modell und
SQL/MM Spatial
....................................... 420
13.2 Anfragebearbeitung............................................................................................. 420
13.2.1 Räumliche Basisanfragen und Indexstrukturen...................................... 420
13.2.2 Algorithmische Geometrie..................................................................... 421
13.3 3D in Oracle
Spatial
............................................................................................ 421
13.3.1 Datenrepräsentation und Anfragen......................................................... 421
13.3.2 Punktwolken........................................................................................... 427
13.3.3 Dreiecksvermaschungen......................................................................... 431
14 Aktuelle Trends......................................................................................................... 435
14.1
Spatio-temporale
Datenbanken........................................................................... 435
14.1.1 Datenbankschema................................................................................... 435
14.1.2 Basisanfragen......................................................................................... 438
14.1.3 Indexe..................................................................................................... 439
14.1.4 TPR-Baum.............................................................................................. 440
14.2
Spatial Data
Mining............................................................................................ 442
14.2.1 Data Mining............................................................................................ 442
14.2.2
Spatial Data
Mining................................................................................ 443
14.2.3 Oracle
Spatial
......................................................................................... 444
14.3 Mobile Geodatenbanken..................................................................................... 447
14.4 Sensornetzwerke und Datenströme..................................................................... 448
Literaturverzeichnis................................................................................................. 451
Abkürzungsverzeichnis............................................................................................ 459
Übersetzung englischer Begriffe.............................................................................. 465
SQL-Index................................................................................................................. 469
Java-Index................................................................................................................. 475
Stichwortverzeichnis................................................................................................ 477
Prof. Dr. Thomas Brinkhoff stu¬
dierte Informatik an der Universi¬
tät Bremen. Nach dem Studium
war er wissenschaftlicher Mitar¬
beiter am Institut für Informatik
der Ludwig-Maximilians-Universi-
tät München. Er promovierte dort
1994 mit einer Arbeit auf dem Ge¬
biet der räumlichen Anfragebear¬
beitung. Im
Anschluss war
er Pro¬
jektleiter für GIS-basierte Ver-
kehrstelematiksysteme bei der
Mannesmann Autocom GmbH in
Düsseldorf. Seit 1999 ist er Profes¬
sorfür Geoinformatik an der FH Ol-
denburg/Ostfriesland/Wiihelms-
haven. Seine Forschungsschwer¬
punkte liegen in der Anfragebear¬
beitung in Geodatenbanken und
der Entwicklung ortsbezogener
Dienste und mobiler Geoinforma-
tionssysteme. Er ist Autor von
rund 50 Veröffentlichungen und
Gutachter für zahlreiche wissen¬
schaftliche Konferenzen und Zeit¬
schriften.
Geodatenbanken sind essenzieller Bestandteil von Geoinfor-
mationssystemen und anderen Anwendungen, die räumliche
Daten verarbeiten. Sie dienen der Modellierung, Speicherung
und Anfrage von Geodäten. Im Rahmen des Übergangs zu of¬
fenen Geoinformationssystemen werden dateibezogene und
proprietäre Datenverwaltungskomponenten durch standar¬
disierte objektrelationale Geodatenbanksysteme ersetzt. Da¬
mit wird eine integrierte Datenhaltung von Sach- und Geodä¬
ten möglich und ein Datenaustausch zwischen verschiede¬
nen Anwendungsprogrammen vereinfacht. Inzwischen er¬
lauben objektrelationale Geodatenbanksysteme nicht nur die
Speicherung von einfachen ZD-Vektordaten, sondern auch
von dreidimensionalen Geometrien, von georeferenzierten
Rasterkarten, von XML-basierten Geodäten und von topolo-
gischen Datenmodellen. Dabei stellen solche Geodatenbank¬
systeme auch geometrische und
topologische Verschnei-
dungs- und Analysefunktionalitäten zur Verfügung, die bis¬
lang nur Geoinformationssysteme aufwiesen.
Dieses Lehrbuch bringt allen, die sich mit Geodäten beschäf¬
tigen, die Grundkenntnisse für einen kompetenten Umgang
mit Geodatenbanksystemen näher. Dabei wird neben theore¬
tischen Grundlagen auch die Praxis unter besonderer Berück¬
sichtigung von Oracle
Spatial
11g vermittelt. Nach einer Ein¬
führung in die Grundprinzipien objektrelationaler (Geo-)Da-
tenbanken werden ISO 19107
Spatial
Schema, das Simple-
Feature-Modell (ISO 19125) und
SQL/MM Spatial
als Geoda-
tenmodelle und deren konkrete Umsetzung vorgestellt. Im
Weiteren behandelt das Buch Theorie und Praxis der räumli¬
chen Anfragebearbeitung und Indexierung sowie Verfahren
der Algorithmischen Geometrie. Darauf basierend werden
die
(Geo-)Datenbankprogrammierung
mit Java und die
Geo¬
graphy
Markup
Language
sowie Raster-, Netzwerk-,
Topolo¬
gie-
und BD-Geodatenbanken konzeptionell und praktisch
dargestellt. Zum Schluss zeigt das Buch Themen wie mobile
Geodatenbanken,
spatio-temporale
Datenbanken und
Sensornetzwerke als aktuelle Entwicklungstrends auf.
Angereichert wird der Text durch viele konkrete SQL- und
Java-Beispiele, die auch auf der Website zum Buch -
http://www.geodbs.de
- als Download bereitstehen.
Das Buch richtet sich an Praktiker, Studierende und Lehrende
der Fachrichtungen Geoinformatik, Informatik, Geodäsie,
Geographie und Geowissenschaften. Es eignet sich gleicher¬
maßen für die Ausbildung wie auch zum Selbststudium.
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Inhaltsverzeichnis
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Bibliotheksmagazin
| Signatur: |
0001 2006 A 971(2) Lageplan |
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |