Schnittstelle zu relationalen Datenbanken

ArcSDE: Architektur

Proseminar: Geoinformation II Cornelia Lückenbach Bonn, Januar 2005

Motivation



Heute

: Geodatenerhaltung in Datenbanken eher die Ausnahme 

Zukunft

: Geodatenerhaltung in Datenbanken wird Standard sein  Unsere Chance: Wir können den Prozess mitverfolgen Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Motivation Gateway zu Geodatenbanken:

ArcSDE

31.01.2005

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Übersicht

 Datenbanken  Datenbankverwaltungssysteme  Oracle und Oracle Spatial  ArcSDE  Allgemein  Architektur  Datenspeicherung  Räumliche Anfragen Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Datenbanken

Relationale Datenbanken Datenbanken

Objektrelationale Datenbanken

Objektorientierte Datenbanken 31.01.2005

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Relationale Datenbanken

 Basiert auf relationalem Datenmodell  Daten werden auf die Struktur eines konkreten Datenbanksystems abgebildet  Siehe Vorlesung Geoinformation I 31.01.2005

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Relationales Datenmodell

Relation

Kunde

Primär Schlüssel

K.Nr

815 830 1213

Vorname

Peter Hans Maria Attribute

Name

Müller

Ort

Bonn Schmitz Schütz Bonn Bonn Relation

Auftrag

Primär schlüssel

A_Nr

1 2 Fremd schlüssel

K_Nr

815 830 3 1230 Attribute

A_Datum

05.10.2000

10.10.2000

11.10.2000

 Daten werden in Tabellen abgespeichert und verwaltet  Tabellen sind über Schlüssel miteinander verknüpft Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Objektorientierte Datenbanken

 Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert Realwelt – Modell – Programm Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Objektrelationale Datenbanken

 Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken Relationale Datenbanken Datenbanken

Objektrelationale Datenbanken

Objektorientierte Datenbanken Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Objektrelationale Datenbanken

 Einsatz: Wenn Mengen und Objekte in Beziehung zu anderen Daten oder Objekten gebracht werden müssen  Koordinaten miteinander verknüpfen oder referenzieren andere Daten Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Objektrelationale Datenbanken

Quelle: Beko Technologies  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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Datenbankverwaltungssystem

(DBMS)  Sammlung von Programmen  Ermöglichen dauerhafte Speicherung der Daten in einer Datenbank  Übernehmen die Verwaltung Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Datenverwaltungssystem

 Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten  Integritätssicherung  Autorisationsprüfung  Synchronisation  Datensicherungsmöglichkeiten Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Datenbankverwaltungssystem

 Sammlung von Programmen  Arbeitssprache SQL  Structured Query Language 31.01.2005

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Oracle

 Datenbankverwaltungssystem  Objekt-relational  Leistungsfähig  Keine hohe Standardkonformität  Läuft unter diversen Betriebsprogrammen  Unix, Linux, Windows, IBM Großrechner Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Oracle Spatial

 Erweiterung von Oracle  Zur Speicherung, Zugriff und Analysen von Geodaten  Geometrische Repräsentation der Form eines räumlichen Elements im Koordinatenraum Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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ArcSDE Allgemein

 Schnittstelle zu relationalen Datenbanken  Tool zum Speichern, Verwalten und Bearbeiten von Geodaten  ArcSDE von ESRI für ArcGIS Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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ArcSDE Allgemein

 Zentraler Baustein im GIS ArcGIS Desktop ArcView ArcEditor ArcInfo ArcSDE Gateway Relationale Geodaten ArcSDE 31.01.2005

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ArcSDE

 ArcSDE ist offen  Arbeitet mit diversen Datenbanken (Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle) 31.01.2005

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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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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ArcSDE - Architektur

 ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden 31.01.2005

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ArcSDE - Architektur



Two-tier Architektur

: Direkter Zugriff 

Three-tier Architektur

: ArcSDE als Applikationsserver 31.01.2005

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Direkter Zugriff

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ArcGIS Desktop + Server Relationale Geodaten bank  ArcGIS Desktop Anwendung hat dies bereits implementiert  Lesender Zugriff auf Geodatenbank möglich  Schreibender Zugriff nur mit Server Lizenz  Hohe Netzlast Cornelia Lückenbach 23

ArcSDE - Architektur



Two-tier Architektur

: Direkter Zugriff 

Three-tier Architektur

: ArcSDE als Applikationsserver Vorteil: Administration und Installation sind einfach Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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ArcSDE als Applikationsserver

ArcGIS Desktop ArcSDE Applikations server  Applikationsserver ist mit Datenbank installiert  Konfigurations- und Tuningmöglichkeiten am Applikationsserver  Versionen und lange Transaktionen  Optimierte Netzlast 31.01.2005

Relationale Geodaten bank Cornelia Lückenbach 25

Erinnerung

 Versionen und lange Transaktionen  Teil datenbestände temporär entkoppeln  Erhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung  Effiziente Arbeitsteilung Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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ArcSDE als Applikationsserver

ArcGIS Desktop  Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client ArcSDE Applikations server 31.01.2005

Relationale Geodaten bank Cornelia Lückenbach 27

ArcSDE - Architektur



Two-tier Architektur

: Direkter Zugriff 

Three-tier Architektur

: ArcSDE als Applikationsserver z.B. Zugriff auf Oracle z.B. auf eine Personal Geodatabase Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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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.

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Übung (Three-tier-Architektur)

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

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

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Übung (Three-tier-Architektur)

 Stellt nun selbst eine Verbindung zu Oracle her.

 Server: 131.220.71.184

 Service: 5151  Database: freilassen  User Name: seminar  Passwort: gis3 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Räumliche Anfragen (Übersicht)

 Räumliche Objekte  Query Model  Spatial Indexing  Quad-Tree-Indexing  R-Tree-Indexing Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Räumliche Objekte

 Hoher Speicherplatzbedarf  Komplexe Berechnungen Quelle: www.transa.de

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Räumliche Anfragen (Übersicht)

 Räumliche Objekte  Query Model  Spatial Indexing  Quadtree  R-tree Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Query Model

 Two-tier query model  Beantwortet spatial queries und spatial joins  Erster und Zweiter Filter (primary and secondary filter) Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Query Model

 Erster Filter (primary filter)  Schnelle Auswahl  Weitergabe an den zweiten Filter  Möglichst effektiv sein (spatial index)  Vergleicht geometrische Annährungen  Verringert die Berechnungskomplexität  lower-cost filter Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Query Model

Große Datenmenge Erster Filter Kleinere Auswahl 31.01.2005

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Query Model

 Zweiter Filter (secondary filter)  Exakte Berechnung der Geometrie  Antwort exakte  Berechnung ist teuer  Berechnung wird nur auf die Ergebnisse des ersten Filters angewendet Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Query Model

Große Datenmenge Erster Filter Kleinere Auswahl Zweiter Filter Exakte Ergebnis 31.01.2005

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Query Model

Große Datenmenge Erster Filter Kleinere Auswahl Zweiter Filter Exaktes Ergebnis  Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion  Implementierung des Ersten Filters:  Spatial index Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Räumliche Anfragen (Übersicht)

 Räumliche Objekte  Query Model  Spatial Indexing  Quadtree  R-tree Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Spatial Indexing

 Limitiert eine Suche  Ein räumlicher Index (spatial index) wird benötigt für  Window queries  Spatial join Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Spatial Indexing

 Window query  Finde alle Straßen die durch die Weststadt führen Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn 31.01.2005

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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 31.01.2005

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Quad-Tree-Indexing

 Anbringung eines Gitters an eine feature class  Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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y

R-Tree-Indexing

Außen

 MBR – minimum bounding rectangle  kleinstes umschließende Viereck Quelle: Geoinformation III, Vorlesung 4: Punkt-in-Polygon Verfahren von Prof.Plümer

x

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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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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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.

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Übung (Two-tier-Architektur)

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) Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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Übung (Two-tier-Architektur)

1.

2.

3.

4.

Erstellt eine Personal Geodatabase: Importiert V:\Lueckenbach\ Bundesländer.shp

Seht es euch in ArcMap an und lasst euch die Namen der Bundesländer anzeigen (Label-Feature).

Öffnet in Microsoft Access eure erstellte Geodatenbank und dann die Tabelle Deutschland_Bundesländer. Ändert z.B. Nordrhein Westfalen in NRW um.

Seht euch das Ergebnis in ArcMap an (Refresh-View).

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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 Cornelia Lückenbach 31.01.2005

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