Verfügbarkeit: Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis

Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis: Einführung unter besonderer Berücksichtigung von PostGIS und Oracle

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Brinkhoff, Thomas 1964- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Berlin Wichmann [2022]
Ausgabe:	4., überarbeitete und erweiterte Auflage
Schlagwörter:	ORACLE > Datenbanksystem Objektrelationales Datenbanksystem Räumliches Datenbanksystem Datenbank GIS Geodaten Geodatenbank Geodatenverarbeitung Geoinformationssystem MongoDB NoSQL Open Source Oracle PostGIS Raumbezug SQL Lehrbuch
Links:	http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=032882761&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Abstract:	Geodatenbanken sind essenzieller Bestandteil von Geoinformationssystemen und anderen Anwendungen, die räumliche Daten verarbeiten oder bereitstellen. Geodatenbanksysteme dienen der Modellierung und Speicherung von Geodaten. Im Rahmen von offenen Geoinformationssystemen ersetzen sie dateibezogene und proprietäre Datenverwaltungskomponenten, wodurch eine integrierte Verwaltung von Sach- und Geodaten möglich wird und sich der Datenaustausch zwischen verschiedenen Anwendungsprogrammen vereinfacht. So beruhen webbasierte Geodienste in der Regel direkt auf Geodatenbanken. Inzwischen erlauben Geodatenbanksysteme nicht nur die Speicherung von einfachen 2D-Vektordaten, sondern auch von dreidimensionalen Geometrien, von georeferenzierten Rasterkarten und von topologischen Datenmodellen. Dabei stellen Geodatenbanksysteme auch geometrische und topologische Verschneidungs- und Analysefunktionalitäten zur Verfügung.
Umfang:	624 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten
ISBN:	9783879076949

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT ................................................................................................................................ 5 1 EINLEITUNG ............................................................................................................................. 13 1.1 GEOINFORMATIONSSYSTEME UND-DIENSTE .................................................................... 13 1.1.1 GEOINFORMATIONSSYSTEME ........................................................................... 13 1.1.2 OFFENE GEOINFORMATIONSSYSTEME ............................................................... 15 1.1.3 GEODIENSTE .................................................................................................. 17 1.2 DATENBANKSYSTEME ................................................................................................... 19 1.2.1 AUFBAU VON DATENBANKSYSTEMEN ............................................................... 19 1.2.2 DATENBANKSYSTEME VERSUS DATEIEN ............................................................ 19 1.2.3 RELATIONALE DATENBANKSYSTEME ................................................................. 22 1.2.4 OBJEKTRELATIONALE DATENBANKSYSTEME ........................................................ 30 1.3 GEODATENBANKSYSTEME ............................................................................................ 34 1.3.1 ANFORDERUNGEN AN GEODATENBANKSYSTEME ................................................ 34 1.3.2 SPEICHERUNG VON GEODAETEN IN DATENBANKEN ............................................. 35 1.3.3 KONKRETE GEODATENBANKSYSTEME ............................................................... 39 2 SQL ........................................................................................................................................ 43 2.1 SQL FUER RELATIONALE DATENBANKEN .......................................................................... 43 2.1.1 DATENDEFINITION ........................................................................................... 43 2.1.2 DATENMANIPULATION ..................................................................................... 44 2.1.3 BEZIEHUNGEN ............................................................................................... 45 2.1.4 ANFRAGEN ..................................................................................................... 46 2.1.5 INDEXERZEUGUNG .......................................................................................... 52 2.2 POSTGRESQL .............................................................................................................. 52 2.2.1 DATENBANKSTRUKTUR ...................................................................................... 53 2.2.2 SQL ............................................................................................................. 56 2.3 ORACLE ....................................................................................................................... 63 2.3.1 DATENBANKSTRUKTUR ...................................................................................... 64 2.3.2 ORACLE SQL ................................................................................................. 66 2.3.3 PROZEDURALE ERWEITERUNGEN ....................................................................... 70 2.3.4 OBJEKTRELATIONALE ERWEITERUNGEN .............................................................. 72 3 DATENMODELLE FUER GEODAETEN ............................................................................................. 83 3.1 GEODAETEN .................................................................................................................. 84 3.1.1 THEMATISCHE EIGENSCHAFTEN ....................................................................... 84 3.1.2 GEOMETRISCHE EIGENSCHAFTEN ..................................................................... 86 3.1.3 TOPOLOGISCHE EIGENSCHAFTEN ..................................................................... 87 3.1.4 METAINFORMATIONEN ..................................................................................... 88 3.1.5 STANDARDISIERUNG VON GEODAETEN ................................................................ 88 3.2 FEATURE-GEOMETRY-MODELL ...................................................................................... 89 3.2.1 ISO 19107 SPATIAL SCHEMA ....................................................................... 89 3.2.2 GEOGRAPHY MARKUP LANGUAGE (GML) ...................................................... 90 7 INHALTSVERZEICHNIS 3.3 SIMPLE-FEATURE-MODELL ............................................................................................ 93 3.3.1 GEOMETRIESCHEMA ........................................................................................ 94 3.3.2 REPRAESENTATIONSFORMEN ............................................................................... 100 3.3.3 BASISMETHODEN ............................................................................................ 102 3.3.4 GEOMETRISCHE FUNKTIONEN .......................................................................... 103 3.3.5 TOPOLOGISCHE PRAEDIKATE .............................................................................. 105 3.3.6 INFORMATIONSSCHEMA .................................................................................... 110 3.4 SQL/MM SPATIAL ..................................................................................................... HO 3.4.1 GEOMETRIESCHEMA ........................................................................................ 112 3.4.2 REPRAESENTATIONSFORMEN ............................................................................... 115 3.4.3 INFORMATIONSSCHEMA .................................................................................... 117 3.5 RAEUMLICHE BEZUGSSYSTEME ...................................................................................... 117 3.5.1 KATEGORIEN VON KOORDINATENBEZUGSSYSTEMEN .......................................... 118 3.5.2 BESCHREIBUNG VON KOORDINATENBEZUGSSYSTEMEN ...................................... 120 3.6 LINEARE BEZUGSSYSTEME ........................................................................................... 122 3.6.1 ISO 19148 ................................................................................................... 123 3.6.2 MASSZAHLEN ................................................................................................... 125 4 MODELLIERUNG VON GEODAETEN IN SQL ................................................................................ 127 4.1 POSTGLS ..................................................................................................................... 127 4.1.1 DATENTYP GEOMETRY .............................................................................. 128 4.1.2 DATENTYP GEOGRAPHY ........................................................................... 147 4.1.3 LINEARE BEZUGSSYSTEME .............................................................................. 149 4.2 ORACLE SPATIAL ............................................................................................................ 153 4.2.1 KLASSE SDO GEOMETRY ........................................................................ 153 4.2.2 KLASSE ST GEOMETRY ........................................................................... 184 4.2.3 LINEARE BEZUGSSYSTEME .............................................................................. 193 5 RAEUMLICHE ANFRAGEBEARBEITUNG ....................................................................................... 201 5.1 RAEUMLICHE BASISANFRAGEN ........................................................................................ 201 5.2 MEHRSTUFIGE ANFRAGEBEARBEITUNG ............................................................................ 203 5.2.1 CHARAKTERISTIKA VON GEODAETEN .................................................................... 203 5.2.2 PRINZIP DER MEHRSTUFIGEN ANFRAGEBEARBEITUNG ......................................... 203 5.3 RAEUMLICHER INDEX .................................................................................................... 204 5.4 FILTERUNG UEBER APPROXIMATIONEN ............................................................................ 205 5.4.1 KONSERVATIVE UND PROGRESSIVE APPROXIMATIONEN ..................................... 206 5.4.2 EINELEMENTIGE APPROXIMATIONEN .............................................................. 207 5.4.3 MEHRELEMENTIGE APPROXIMATIONEN ........................................................... 209 5.5 RAEUMLICHE ANFRAGEN IN SQL .................................................................................. 211 5.5.1 ANFRAGEBEARBEITUNG IN POSTGLS ................................................................ 211 5.5.2 ANFRAGEBEARBEITUNG IN ORACLE SPATIAL ....................................................... 216 6 INDEXIERUNG VON GEODAETEN ................................................................................................ 223 6.1 INDEXIERUNG IN DATENBANKSYSTEMEN ....................................................................... 223 6.1.1 B-UND B + -BAEUME ....................................................................................... 225 6.1.2 GENERALIZED SEARCH TREE ............................................................................ 230 8 INHALTSVERZEICHNIS 6.1.3 HASH-VERFAHREN .......................................................................................... 232 6.1.4 BLOCK RANGE INDEX (BRIN) ....................................................................... 236 6.2 INDEXIERUNG VON GEODAETEN ...................................................................................... 237 6.2.1 CLIPPING ....................................................................................................... 239 6.2.2 TRANSFORMATION IN DEN HOEHERDIMENSIONALEN RAUM .................................. 240 6.2.3 EINBETTUNG IN DEN EINDIMENSIONALEN RAUM ............................................. 242 6.2.4 UEBERLAPPENDE BLOCKREGIONEN .................................................................... 244 6.2.5 MEHRSCHICHTENTECHNIK ................................................................................ 245 6.2.6 FAZIT ............................................................................................................. 245 6.3 BINAERE RAUMPARTITIONIERUNG UND QUADTREES .......................................................... 246 6.3.1 BINAERE RAUMPARTITIONIERUNG ...................................................................... 246 6.3.2 QUADTREES ..................................................................................................... 247 6.3.3 BUECKET BSP UND BUECKET QUADTREES ........................................................... 249 6.3.4 LINEARE QUADTREES ...................................................................................... 249 6.3.5 NUTZUNG IN POSTGLS ................................................................................... 254 6.3.6 NUTZUNG IN ORACLE SPATIAL .......................................................................... 257 6.4 GRIDFILES .................................................................................................................... 263 6.4.1 STRUKTUR UND SUCHANFRAGEN ........................................................................ 263 6.4.2 DYNAMISCHES VERHALTEN ............................................................................. 264 6.4.3 SPEICHERUNG VON RECHTECKEN .................................................................... 267 6.4.4 ORGANISATION DES GRID DIRECTORYS .............................................................. 269 6.5 R-BAEUME ................................................................................................................... 272 6.5.1 R-BAUM ....................................................................................................... 272 6.5.2 R*-BAUM ..................................................................................................... 277 6.5.3 WEITERE VARIANTEN ...................................................................................... 281 6.5.4 R-BAEUME IN POSTGLS .................................................................................. 283 6.5.5 R-BAEUME IN ORACLE SPATIAL ......................................................................... 285 7 KOMPLEXE BASISANFRAGEN ................................................................................................... 289 7.1 RAEUMLICHER VERBUND ................................................................................................ 289 7.1.1 RAEUMLICHER VERBUND OHNE INDEX .............................................................. 290 7.1.2 RAEUMLICHER VERBUND ZWISCHEN R-BAEUMEN .............................................. 291 7.1.3 RAEUMLICHER VERBUND MITTELS Z-ORDNUNG .................................................. 295 7.1.4 NUTZUNG IN DATENBANKEN ............................................................................ 296 7.2 NAECHSTE-NACHBAM-ANFRAGE .................................................................................... 300 7.2.1 ALGORITHMUS VON HJALTASON UND SAMET ..................................................... 301 7.2.2 NUTZUNG IN DATENBANKEN ............................................................................ 303 8 GEOMETRISCHE ALGORITHMEN .............................................................................................. 309 8.1 ALGORITHMISCHE GEOMETRIE ..................................................................................... 309 8.1.1 ALGORITHMISCHE ENTWURFSMETHODEN .......................................................... 310 8.1.2 BEHANDLUNG NUMERISCHER PROBLEME .......................................................... 313 8.2 KONVEXE HUELLE ......................................................................................................... 318 8.2.1 BERECHNUNG DER KONVEXEN HUELLE ............................................................... 318 8.2.2 MINIMAL UMGEBENDE KONVEXE POLYGONE .................................................. 324 9 INHALTSVERZEICHNIS 8.3 INKLUSIONSPROBLEME ................................................................................................. 324 8.3.1 PUNKT-IN-POLYGON-TEST ............................................................................... 324 8.3.2 POLYGON-IN-POLYGON-TEST ........................................................................... 326 8.4 SCHNITTPROBLEME ........................................................................................................ 327 8.4.1 SCHNITT VON RECHTECKEN .............................................................................. 327 8.4.2 SCHNITT VON STRECKEN .................................................................................. 332 8.4.3 SCHNITT VON POLYGONEN ............................................................................... 337 8.5 OBJEKTZERLEGUNG ........................................................................................................ 343 8.5.1 TRAPEZZERLEGUNG .......................................................................................... 343 8.5.2 TRIANGULATION ............................................................................................... 344 8.5.3 VERWALTUNG DER ZERLEGUNGSKOMPONENTEN ................................................. 350 9 ANWENDUNGSPROGRAMMIERUNG ........................................................................................ 351 9.1 ZUGRIFF AUF DATENBANKEN ......................................................................................... 351 9.1.1 DATENBANKZUGRIFFSSCHNITTSTELLEN ................................................................. 351 9.1.2 DATENBANKKOPPLUNG AN EINE PROGRAMMIERSPRACHE ................................... 351 9.1.3 ZUGRIFF AUF DIE DATEN ................................................................................... 352 9.2 JAVA UND JDBC ......................................................................................................... 354 9.2.1 JDBC-TREIBERTYPEN ..................................................................................... 355 9.2.2 VERSIONEN UND EINBINDUNG DER JDBC-API ............................................... 356 9.2.3 NUTZUNG DER JDBC-API ............................................................................. 357 9.3 ZUGRIFF AUF GEODAETEN ............................................................................................... 361 9.3.1 ZUGRIFF AUF GEODAETEN IN POSTGLS .............................................................. 361 9.3.2 ZUGRIFF AUF GEODAETEN IN ORACLE SPATIAL ..................................................... 364 9.3.3 ZUGRIFF AUF GEODAETEN UEBER GEOTOOLS ........................................................ 368 10 TOPOLOGIE ............................................................................................................................... 369 10.1 GRUNDBEGRIFFE ........................................................................................................... 369 10.1.1 NETZWERKE UND GRAPHEN ............................................................................. 370 10.1.2 FLAECHENHAFTE MODELLE ................................................................................. 371 10.2 TOPOLOGISCHE DATENMODELLE .................................................................................... 372 10.2.1 FEATURE-GEOMETRY-MODELL .......................................................................... 372 10.2.2 SQL/MM SPATIAL ......................................................................................... 373 10.3 NETZWERKDATENBANKEN ............................................................................................. 379 10.3.1 ANALYSEOPERATIONEN ..................................................................................... 379 10.3.2 PHYSISCHE ORGANISATION .............................................................................. 385 10.4 TOPOLOGIE IN POSTGLS .............................................................................................. 387 10.4.1 TOPOLOGIESCHEMA ........................................................................................ 388 10.4.2 DATENTYP TOPOGEOMETRY ............................................................................ 392 10.5 TOPOLOGIE IN ORACLE SPATIAL ..................................................................................... 396 10.5.1 NETZWERK-DATENBANKSCHEMA ...................................................................... 396 10.5.2 FLAECHENHAFTES TOPOLOGIE-DATENBANKSCHEMA ........................................... 403 10 INHALTSVERZEICHNIS 11 RASTERDATEN .......................................................................................................................... 423 11.1 KONZEPTE ................................................................................................................... 423 11.2 SPEICHERUNG VON RASTERDATEN DURCH BLOBS .......................................................... 426 11.2.1 ABSPEIEHERN VON RASTERDATEN .................................................................... 426 11.2.2 LESEN VON RASTERDATEN ............................................................................... 427 11.3 POSTGLS RASTER ......................................................................................................... 428 11.3.1 ERZEUGUNG UND SPEICHERUNG VON RASTERDATEN ......................................... 428 11.3.2 OPERATIONEN AUF RASTERDATEN ..................................................................... 433 11.4 ORACLE SPATIAL GEORASTER ........................................................................................ 441 11.4.1 DATENMODELL UND SPEICHERUNG VON RASTERDATEN ....................................... 441 11.4.2 OPERATIONEN AUF RASTERDATEN ..................................................................... 448 12 3D-GEODATENBANKEN ........................................................................................................... 457 12.1 DATENMODELLE ........................................................................................................... 458 12.1.1 FEATURE-GEOMETRY-MODELL .......................................................................... 459 12.1.2 SIMPLE-FEATURE-MODELL .............................................................................. 462 12.1.3 SQL/MM SPATIAL ........................................................................................ 464 12.2 ANFRAGEBEARBEITUNG ................................................................................................. 465 12.2.1 RAEUMLICHE BASISANFRAGEN UND INDEXSTRUKTUREN ........................................ 465 12.2.2 ALGORITHMISCHE GEOMETRIE ........................................................................ 466 12.3 3D IN POSTGLS .......................................................................................................... 466 12.3.1 DATENREPRAESENTATION UND FUNKTIONEN ........................................................ 466 12.3.2 DREIECKS VERMASCHUNGEN ............................................................................ 472 12.3.3 RAEUMLICHE ANFRAGEN .................................................................................. 478 12.4 3D IN ORACLE SPATIAL ................................................................................................ 482 12.4.1 DATENREPRAESENTATION UND ANFRAGEN ........................................................... 482 12.4.2 PUNKTWOLKEN ................................................................................................ 487 12.4.3 DREIECKSVERMASCHUNGEN ............................................................................ 491 12.4.4 ZUGRIFF UEBER DIE JAVA-API .......................................................................... 496 13 WEITERFUEHRENDE THEMEN ................................................................................................... 499 13.1 SPATIAL DATA MINING ................................................................................................ 499 13.1.1 DATA MINING ................................................................................................ 499 13.1.2 SPATIAL DATA MINING ................................................................................... 499 13.1.3 POSTGLS ....................................................................................................... 501 13.1.4 ORACLE SPATIAL ............................................................................................. 504 13.2 FREIFORMKURVEN ........................................................................................................ 507 13.2.1 FEATURE-GEOMETRY-MODELL .......................................................................... 508 13.2.2 SQL/MM SPATIAL ........................................................................................ 510 13.2.3 ORACLE SPATIAL ............................................................................................. 510 13.3 SPATIO-TEMPORALE DATENBANKEN ............................................................................... 513 13.3.1 DATENMODELLE ............................................................................................. 513 13.3.2 BASISANFRAGEN .............................................................................................. 518 13.3.3 INDEXE .......................................................................................................... 519 13.3.4 TPR-BAUM .................................................................................................. 520 13.3.5 TRAJEKTORIEN IN POSTGLS ............................................................................. 522 11 INHALTSVERZEICHNIS 13.4 GEODIENSTE ................................................................................................................ 525 13.4.1 WEB FEATURE SERVICE UND FILTER ENCODING ................................................ 525 13.4.2 WEB COVERAGE SERVICE ............................................................................... 529 13.4.3 GEODIENSTE UND MOBILE ANWENDUNGEN ..................................................... 529 13.5 INTERNET DER DINGE .................................................................................................... 530 13.5.1 EINGEBETTETE DATENBANKSYSTEME ................................................................. 532 13.5.2 OGC SENSOR WEB ENABLEMENT ................................................................... 532 13.5.3 OGC SENSORTHINGS API ............................................................................. 534 13.5.4 DATENSTROMMANAGEMENTSYSTEME ................................................................ 537 14 NOSQL-DATENBANKSYSTEME ............................................................................................. 539 14.1 EINFUEHRUNG ................................................................................................................ 539 14.1.1 BIG DATA ....................................................................................................... 539 14.1.2 CLOUD COMPUTING ........................................................................................ 540 14.1.3 SKALIERBARKEIT .............................................................................................. 542 14.1.4 NOSQL-DATENBANKSYSTEME ........................................................................ 546 14.2 MONGODB ................................................................................................................. 548 14.2.1 BSON ........................................................................................................... 548 14.2.2 GRUNDFUNKTIONALITAET ..................................................................................... 549 14.2.3 RAEUMLICHE ANFRAGEN .................................................................................. 552 14.2.4 GRUPPIERUNG UND AGGREGATION ................................................................... 554 14.3 NEO4J ......................................................................................................................... 559 14.3.1 DATENSPEICHERUNG UND EINFACHE ANFRAGEN ................................................ 559 14.3.2 NETZWERKANALYSEN ....................................................................................... 567 14.3.3 RAEUMLICHE ANFRAGEN .................................................................................. 570 LITERATURVERZEICHNIS ........................................................................................................... 573 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS ...................................................................................................... 583 UEBERSETZUNG ENGLISCHER BEGRIFFE ..................................................................................... 589 SQL-INDEX ............................................................................................................................. 595 STICHWORTVERZEICHNIS .......................................................................................................... 603 12
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Geodatenbanksysteme dienen der Modellierung und Speicherung von Geodaten. Im Rahmen von offenen Geoinformationssystemen ersetzen sie dateibezogene und proprietäre Datenverwaltungskomponenten, wodurch eine integrierte Verwaltung von Sach- und Geodaten möglich wird und sich der Datenaustausch zwischen verschiedenen Anwendungsprogrammen vereinfacht. So beruhen webbasierte Geodienste in der Regel direkt auf Geodatenbanken. Inzwischen erlauben Geodatenbanksysteme nicht nur die Speicherung von einfachen 2D-Vektordaten, sondern auch von dreidimensionalen Geometrien, von georeferenzierten Rasterkarten und von topologischen Datenmodellen. 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