Technische Grundlagen der Interoperabilität

Technische Grundlagen der Interoperabilität Objektrelationale raumbezogene Datenbanken Seminar Geoinformation WS 2001/2002 Referent: Dirk Fitting Betreuer: Dr. G. Gröger

Objektrelationale raumbezogene Datenbanken Überblick: 1) Was bedeutet „Objektorientiert“ 2) Was bedeutet „Raumbezogen“? 3) Wie sind relationale Datenbanken aufgebaut? 4) Von relationalen zum objektorientierten Datenbankmodell 5) SQL und SQL-Standard 6) Versuch der Standarisierung von Datenbanken für SQL vom „OpenGIS Consortium“ 7) Open GIS: Spezifikation für einfache räumliche objektrelationale Datenbanken und Nutzung als GIS 8) Beschreibung von Architektur und Normativen der Spezifikation

Objektorientierte Modellierung Objektorientierte Denkweise Ganzheitliche Betrachtung der Objekte mit ihren Beschreibungen (Attributen) und ihrer Funktionen bzw. Verhalten (Methoden) Das objektorientierte Datenbankmodell • „objektorientiert“ Konzepte aus der Informatik: • Identität • Klassenbildung • Kapselung (Integration von Daten und Methoden, Zugriff nur über • Methoden) • Vererbung (einfach, mehrfach) à Superklassen, Subklassen

Objektorientierte Modellierung Objektorientierte Datenbanken • machen Objekte persistent • sind eng verbunden mit objektorientierten Sprachen (ODL) • ihnen vorausgegangen sind objektorientierte Programmiersprachen • wie z.B. C++ (  Definition von abstrakten Datentypen (ADT)) • „objektrelational“ • im SQL - Standard kein neues Paradigma • Setzt auf dem alten relationalen Modell auf und erweitert es • erweitern vorhandene persistente (relationale) Datenhaltung um objektorientierte Modellierungsmittel

Raumbezogene Datenmodelle und -strukturen - Raumbezogene Daten versuchen die Realwelt zu modellieren - Realweltobjekte sind komplex strukturierte Objekte mit: • zahlreichen raumbezogenen Eigenschaften (Attributen): • Geometrie, Sachdaten, Aufgaben, etc. • räumliche Beziehungen zwischen den Objekten: • z.B. • räumlich - topologisch: Gebäude steht auf Grundstück • räumlich - geometrisch: Gebäude hat einen Abstand zu seinem Nachbargebäude

Aufbau und Struktur von relationalen Datenbanken* • Attribute: Eigenschaften die in einer Datenbank gespeichert werden • Domänen: Wertebereiche zur Beschreibung von Daten (integer, string, ...) • Relationen (Menge von Tupeln) und Relationsschema (Definition) • Tupel: Menge von Attributen • Schlüssel, Primärschlüssel und Fremdschlüssel 1) Primärschlüssel identifiziert eindeutig ein Tupel einer Relation 2) Fremdschlüssel stellen Beziehungen zwischen Relationen her - Datenbankschema und Datenbank Schema für eine relationale Datenbank wird festgelegt durch: 1) Eine Menge von Bezeichnern für Relationen 2) Für jede Relation ein Relationsschema 3) Für jede Relation weitere Konsistenzbedingungen * G. Matthiessen / M. Unterstein: Relationale Datenbanken und SQL; Addison-Wesley Verlag

SQL und SQL-Standard (SQL – Structed Query Language) • SQL hat sich als Standardabfragesprache für relationale • Datenbanken etabliert • Mit SQL lassen sich alle Operationen der Relationsalgebra • realisieren - Sprachelemente von SQL lassen sich einteilen in: 1) DDL (Data Definition Language) 2) DML (Data Manipulation Language) - SQL und SQL92 (Entwicklungsstufe 1992)

Open GISSimple Feature Spezifikationfür SQL Architektur für SQL92 Implementation von Tabellen typisierter Klassen

Open GIS Consortium.Inc • - Vereinigung • Zusammenschluss mehrer GIS Hersteller, Universitäten, • staatliche Institute, etc. • Ziel: • - Kompatibilität • offene interoperable GIS- Systeme • Nutzung von Geodaten auf der ganzem Welt • Vorraussetzung: Einheitlicher Aufbau der Datenbanken

Spezifikation - Spezifikation für interoperable Systeme: Standarisierung für SQL-Schema zur Speicherung, Verwaltung, Erweiterung und Bearbeitung raumbezogener Daten (GIS-Geoinformationssystem). Implementation beinhaltet keine Funktionen für Zugriff, Erhaltung oder Bearbeitung von geometrischen Objekten. • Anwendungssprachen können diese Anfragen basierend auf • SQL – Prozeduren übernehmen. Zugriff und Nutzung aller Interessenten durch Software- produkte: Small World, Oracle, Informix, Access etc.

Architektur – SQL Implementation von „Feature Tables“ Datenbankschema - Jedes „Feature table or view“ charakterisiert eine „Feature class“ • jedes „Feature table or view“ besitzt eine Anzahl von „Features“, • die als „rows“ in dem „view“ aufgeführt werden. 1) geometrischen „Features“, deren Geometrie in extra Vektor- tabellen, den sogenannten „Geometrie Columns“ aufgeführt sind 2) sonstigen „Features“, deren Datentyp einfacher oder benutzer- definierter Form ( z.B. in C++: Struct ,case, usw.) sind • die Verbindung zwischen den geometrischen „Features“ und der • „Feature table or view“ wird durch den GID (foreign key • reference) hergestellt • - eindeutige Zuordnung des GID

Datenbankschema (Open GIS)

WKB Geometrie (Binary Type) Standarisierte Geometrie (Numeric Type) Bounding box

Architektur im SQL-Standard Drei Speicherungsformen für geometrische „Feature Tables“: SQL92 - Implementation für „Feature Tables“ 1) Vektormatrix – standarisierte Geometrie 2) Binäres Koordinaten-Tupel - WKBGeometry (Well - Known Binary- Representation for Geometry) SQL92 mit Geometrietypen-Implementation für „Feature Tables“ 3) Objektorientierte Speicherung mit Hierachietypen

standarisierte Geometrie für Polygone (0,60) (30,60) (60,60) Zu Null setzen Eindeutiges Objektkennzeichen Anzahl der Einzelsegmente Geometrietyp Reihenfolge (30,30) (GID 3) (GID 4) (60,30) (0,30) ESEQ 1 ESEQ 2 (GID 1) (GID 2) (0,0) (30,0) (60,0)

Analoge Überlegungen für Punkte und Linien Linien ? Geht aus Spezifikation nicht hervor Punkte

WKB Geometrie für Polygone Datenformat Geometrietyp 3 = Polygon Besteht aus 2 Ringen Ring hat 3 Punkte Ring 2 Ring 1 Polygon

Objektorientierte Speicherung mit Geometrietypen Vererbung von Methoden steht im Vordergrund Geometrie Kapselung - Zugriff nur über Methoden Struktur und Speicherung der Daten nur sekundär von Interesse (numeric und binary type) Curve Point Surface GeometryCollection SQL muss abstrakte Datentypen (ADT) verarbeiten können Spezifikation standarisiert: Spezifikation standarisiert nicht : MultiPoint Polygon MultiSurface MultiCurve LineString • Namen und Geometrietypen- • definition für Speicherung • Name, Signaturen und Geo- • metriedefinition für die • Funktionen • Syntax für die Speicherung • und Funktionen • Die physikalische Speicherform MultiLineString MultiPolygon

Probleme dieser Spezifikation • Standarisierungen für Nutzer der Spezifikation zu • undetailliert • Vorschriften dieser Spezifikation sind mehrdeutig • Auslegung der vorgeschlagenen Normativen kann • unterschiedlich ausfallen

Seminar Geoinformation WS 2001/2002 Danke für die Aufmerksamkeit

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