Βάσεις Γεωγραφικών Δεδομένων Τμήμα Γεωγραφίας Εισαγωγή στην Πληροφορική Εισαγωγή στα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών Βάσεις Γεωγραφικών Δεδομένων

Αποθήκευση δεδομένων Σύστημα αρχείων (file system) Βάσεις δεδομένων (databases)

Σύστημα διαχείρισης αρχείων (file system) Χρήστης Λογισμικό Αρχείο MS Word name.doc Στενή αλληλεξάρτηση Λογισμικού-Τύπου Αρχείου

Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Πλεονασμός δεδομένων (data redundancy) Ασυνέπεια δεδομένων (data inconsistency) ΟΤΑ N. Λέσβου Δρομολόγια ΚΤΕΛ Ν. Λέσβου Χωροθέτηση σχολείων Ν. Λέσβου Πληθυσμός Δ. Μυτιλήνης 2001 ΝΟΜΑΡΧΙΑ ΛΕΣΒΟΥ

Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Δυσκολία ταυτόχρονης πρόσβασης (concurrent access) Διάβασε ποσό ανάληψης Χ Διάβασε υπόλοιπο Υ if X <= Y then ΝY = Y – X Ενημέρωσε Υ else «Ανεπαρκές υπόλοιπο» 40 Διάβασε ποσό ανάληψης Χ Διάβασε υπόλοιπο Υ if X <= Y then ΝY = Y – X Ενημέρωσε Υ else «Ανεπαρκές υπόλοιπο» 40 100 100 60 60

Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Δυσκολία στην εφαρμογή κανόνων ακεραιότητας (integrity rules)

Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Μειονεκτήματα συστήματος διαχείρισης αρχείων Δύσκολη αναζήτηση (search) Δυσκολία διαμοιρασμού (data sharing) Δυσκολία στην τήρηση αντιγράφων ασφαλείας (backup)

Βάση δεδομένων Χρήστης Λογισμικό ΒΔ Ανεξαρτησία Λογισμικού-Δεδομένων

ΟΡΙΣΜΟΣ Βάση δεδομένων (database - DB): συλλογή από συσχετιζόμενα δεδομένα που: - αναπαριστούν ένα τμήμα του πραγματικού κόσμου - έχουν κάποια προκαθορισμένη λογική συνοχή - απευθύνονται σε συγκεκριμένες κατηγορίες χρηστών

ΟΡΙΣΜΟΣ Σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (database management system - DBMS): Σύνολο προγραμμάτων λογισμικού (software) που επιτρέπουν τη δημιουργία, διαχείριση και συντήρηση βάσεων δεδομένων. Αποτελεί τον «μεσάζοντα» μεταξύ των βάσεων δεδομένων και των προγραμμάτων τελικών χρηστών.

. . . Λογισμικό Λογισμικό (client application) (client application) Access (Microsoft) Oracle SQL Server (Microsoft) DB2 (IMB) MySQL (open source) PostgreSQL (open source) … ΣΔΒΔ . . . Βάσεις δεδομένων

Πλεονεκτήματα συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων Πλεονεκτήματα συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων Ανεξαρτησία Λογισμικού Εφαρμογών-Δεδομένων Αποφυγή πλεονασμών-ασυνέπειας δεδομένων Υποστήριξη ταυτόχρονης πρόσβασης στα δεδομένα Επιβολή περιορισμών ορθότητας Υποστήριξη αναζητήσεων μέσω ευρετηρίων Έλεγχος πρόσβασης χρηστών Τήρηση αντιγράφων ασφαλείας

Τύποι δεδομένων «Επιχειρηματικά» δεδομένα (business data) (ή αλφαριθμητικά δεδομένα – alphanumeric data) Αριθμοί (Ακέραιοι, Μεγάλοι ακέραιοι, Πραγματικοί μονής και διπλής ακρίβειας) Συμβολοσειρές (ως 255 χαρακτήρες) Ημερομηνίες (Ημέρα / Μήνας / Έτος / Ώρα / Λεπτά / Δευτερόλεπτα / Δέκατα) “Boolean” (True/False, 0/1) BLOB (Binary Large Objects) Εικόνες (Raster) Γραφικά (Vector) Ήχος (Audio) Video Animation

Τύποι δεδομένων Χωρικά δεδομένα (spatial data) (ή γεωμετρικά δεδομένα – geometric data) Δεδομένα που αναφέρονται στον χώρο (συνήθως δύο ή τριών διαστάσεων: geo-spatial data) Θέση (δοθέντος ενός συστήματος αναφοράς) Σχήμα Προσανατολισμός Μέγεθος Χωρικές συσχετίσεις

Τύποι δεδομένων Χρονικά δεδομένα (temporal data) Οι χρονικές μεταβολές των δεδομένων Διατήρηση των μεταβολών, και όχι μόνο της «τρέχουσας κατάστασης»

Τύποι δεδομένων Χρονικά δεδομένα (temporal data) Οι χρονικές μεταβολές των δεδομένων Διατήρηση των μεταβολών, και όχι μόνο της «τρέχουσας κατάστασης»

Χωρο-χρονικά Δεδομένα Συνδυασμός χωρικών και χρονικών δεδομένων Δηλ.: Χωρικά δεδομένα που μεταβάλλονται στο χρόνο Κίνηση οχήματος Μέτωπο πυρκαγιάς Εξάπλωση πετρελαιοκηλίδας

Γεωγραφικά Δεδομένα Συνδυασμός: γεω-χωρικών (ή γεω-χωρο-χρονικών) και περιγραφικών δεδομένων (περιγραφικά δεδομένα = “business data”/BLOB)

Οπτική αναπαράσταση γεωγραφικών δεδομένων Γραφικά χαρακτηριστικά Σύμβολα Χρώμα Προσανατολισμός Θέση στο μέσο οπτικής μετάδοσης

Γεωγραφικά Δεδομένα Συνδυασμός γεω-χωρικών και περιγραφικών δεδομένων, των χρονικών μεταβολών τους και της οπτικής τους αναπαράστασης

Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών Οπτικοποίηση Επεξεργασία - Ανάλυση Αποθήκευση

Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών Οπτικοποίηση Οπτικοποίηση Επεξεργασία - Ανάλυση Επεξεργασία - Ανάλυση Σύστημα Αρχείων (χωρικά) Σύστημα Διαχείρισης ΒΔ (περιγραφικά) Σύστημα αρχείων

Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών Οπτικοποίηση Επεξεργασία - Ανάλυση Σύστημα Διαχείρισης ΒΔ

Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών Οπτικοποίηση Επεξεργασία – Ανάλυση Επεξεργασία Επεξεργασία Σύστημα Διαχείρισης ΒΔ

ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΒΑΣΕΩΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξάρτητα από ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Λειτουργία -Συντήρηση

ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΒΑΣΕΩΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξάρτητα από ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Λειτουργία -Συντήρηση

Μοντέλο Οντοτήτων - Συσχετίσεων (Entity-Relationship Model - ER model) Unified Modeling Language (UML) Διάγραμμα κλάσεων (class diagram)

Μοντέλο Οντοτήτων - Συσχετίσεων Τύπος οντότητας ΚΑΓ Χαρακτηρισμός Γεωτεμάχιο Γεωμετρία Τοποθεσία Κλειδί (Key): Το σύνολο των κατηγορημάτων ενός τύπου οντοτήτων που ο συνδυασμός των τιμών τους είναι μοναδικός για κάθε οντότητα του συνόλου οντοτήτων

Τύπος συσχέτισης Όνομα Επώνυμο ΚΑΓ [1, Ν] [1, Ν] Α.Φ.Μ. Τοποθεσία Μοντέλο Οντοτήτων - Συσχετίσεων Τύπος συσχέτισης Χαρακτηρισμός Όνομα Επώνυμο ΚΑΓ Ιδιοκτήτης Κατέχει Γεωτεμάχιο [1, Ν] [1, Ν] Α.Φ.Μ. Τοποθεσία Γεωμετρία Ποσοστό

Unified Modeling Language (UML) Σχεδιάστηκε από τους Grady Booch, James Rumbaugh και Ivar Jacobson το 1994 (Three Amigos) Αποτελεί το συνδυασμό και επέκταση παλαιότερων μοντέλων που είχαν σχεδιαστεί από τους ανωτέρω ανεξάρτητα Αποτελεί τη βάση για την έκφραση των προτύπων του ISO TC/211 και του OGC

Unified Modeling Language (UML) Κατηγορίες διαγραμμάτων Διάγραμμα κλάσεων (class diagram) Διάγραμμα αντικειμένων (object diagram) Διάγραμμα περιπτώσεων χρήσης (use-case diagram) Διάγραμμα συστατικών (component diagram) Διάγραμμα παράταξης (deployment diagram) Δομικά ή Στατικά Διαγράμματα Διάγραμμα ακολουθίας (sequence diagram) Διάγραμμα συνεργασίας (collaboration diagram) Διάγραμμα καταστάσεων (state diagram) Διάγραμμα δραστηριότητας (activity diagram) Δυναμικά Διαγράμματα ή Διαγράμματα Συμπεριφοράς

ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΒΑΣΕΩΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξάρτητα από ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Λειτουργία -Συντήρηση

Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων (Relational Data Model) Codd [1970]

Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων Τα δεδομένα οργανώνονται σε σχέσεις (πίνακες) Κάθε πίνακας αποτελείται από κατηγορήματα (πεδία) Κάθε πεδίο παίρνει τιμές από ένα πεδίο ορισμού, σύμφωνα με ένα σύνολο κανόνων Κάθε πίνακας έχει ένα πρωτεύον κλειδί, ώστε να ξεχωρίζουν οι εγγραφές του Συσχετίσεις μεταξύ πινάκων γίνονται μέσω ξένων κλειδιών

Σχήμα σχέσης (Πίνακας) Σχέση (στιγμιότυπο/δεδομένα) Σχεσιακό σχήμα Σχήμα σχέσης (Πίνακας) Φοιτητής (Επώνυμο, Όνομα, ΑΔΤ, Τηλέφωνο) dom(Επώνυμο) : varchar(30) dom(Όνομα) : varchar(25) dom(ΑΔΤ) : “[A-Ω] [0-9][0-9][0-9][0-9][0-9]” dom(Τηλέφωνο) : “[2|3|4][0-9][0-9][0-9][0-9]” Σχέση (στιγμιότυπο/δεδομένα)

Ξένο κλειδί Εργαζόμενος (Επώνυμο, Όνομα, ΑΦΜ, Μισθός, Τμήμα) Τμήμα (Κωδικός, Ονομασία, Τοποθεσία) Πρωτεύων κλειδί Ξένο κλειδί

Παράδειγμα πίνακα με χωρικό κατηγόρημα NOMOΣ Α/Α ΟΝΟΜΑ GEOMETRY ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ 1 ΛΕΣΒΟΥ <GEOMETRY> 100.000 2 ΧΙΟΥ 75.000 3 ΣΑΜΟΥ 40.000

Περιορισμοί στο Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων Περιορισμός πεδίου ορισμού Κάθε πεδίο παίρνει μία ατομική τιμή από το αντίστοιχο πεδίο ορισμού (ή την τιμή null, αν επιτρέπεται) Περιορισμός κλειδιού Κάθε συνδυασμός τιμών για τα πεδία που αποτελούν ένα κλειδί της σχέσης, μπορεί να εμφανίζεται μόνο μία φορά (μοναδικότητα κλειδιού) Ακεραιότητα κλειδιού Η τιμή του πρωτεύοντος κλειδιού δεν μπορεί να είναι null Αναφορική ακεραιότητα Η τιμή ενός ξένου κλειδιού είτε εμφανίζεται ως τιμή του κλειδιού στον αντίστοιχο πίνακα, είτε είναι null (αν επιτρέπεται)

ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΒΑΣΕΩΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξάρτητα από ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Λειτουργία -Συντήρηση

Συστήματα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων με δυνατότητα διαχείρισης χωρικών δεδομένων ESRI ArcCatalog (+ MS Access) ESRI ArcSDE (+ Oracle, DB2, SQL-Server) Oracle/Oracle Spatial PostgreSQL/PostGIS …

ESRI Geodatabases ArcSDE MS Access SQL Server DB2 Oracle Geodatabase ArcCatalog ArcSDE MS Access SQL Server DB2 Oracle

ESRI Geodatabases Μια Geodatabase αποτελείται από παρακάτω είδη αντικειμένων [διανυσματικής (vector) μορφής]: Feature Classes Κλάσεις αντικειμένων που συγκροτούνται και από χωρικές και από θεματικές πληροφορίες (γεωγραφικά αντικείμενα). Προκαθορισμένο χωρικό σύστημα αναφοράς και γεωγραφική περιοχή Tables Κλάσεις αντικειμένων που έχουν μόνο περιγραφικές πληροφορίες Relationship Classes Δυαδικές συσχετίσεις μεταξύ Feature Classes και/ή Tables Feature Datasets: Ομάδες από feature και relationship classes που έχουν το ίδιο χωρικό σύστημα αναφοράς και αναφέρονται στην ίδια γεωγραφική περιοχή Geometric Networks Γεωμετρικά δίκτυα γραμμών. Υπάγονται σε ένα feature dataset

ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΒΑΣΕΩΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Ανάλυση απαιτήσεων Ανεξάρτητα από ΣΔΒΔ Εννοιολογικός σχεδιασμός Λογικός σχεδιασμός Εξάρτηση από ΣΔΒΔ Υλοποίηση Λειτουργία -Συντήρηση

SQL - Structured Query Language (Δομημένη Γλώσσα Επερωτήσεων)

Η εντολή SELECT Βασική συντακτική δομή: FROM <λίστα πινάκων δεδομένων> [WHERE <συνθήκη>] Παράδειγμα SELECT Πληθυσμός FROM Νομός WHERE Όνομα=“Λέσβου”

Join πινάκων ΠΟΛΗ ΝΟΜΟΣ SELECT Πόλη.Όνομα Α/Α ΟΝΟΜΑ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ 1 ΛΕΣΒΟΥ 100.000 2 ΧΙΟΥ 75.000 3 ΣΑΜΟΥ 40.000 Α/Α ΟΝΟΜΑ ΝΟΜΟΣ 90 ΜΥΤΙΛΗΝΗ 1 91 ΒΡΟΝΤΑΔΟΣ 2 92 ΣΑΜΟΣ 3 ΞΕΝΟ ΚΛΕΙΔΙ SELECT Πόλη.Όνομα FROM Νομός INNER JOIN Πόλη ON Νομός.ΑΑ = Πόλη.Νομός WHERE Νομός.Όνομα = “Χίου”

Χωρικές επερωτήσεις (Spatial queries)

Open Geospatial Consortium standard spatial operations Τρεις κατηγορίες: Συναρτήσεις για γεωμετρικούς τύπους SpatialReference, Envelope, Export, IsEmpty, IsSimple, Boundary Λογικές συναρτήσεις τοπολογικών συσχετίσεων Equal, Disjoint, Intersect, Touch, Cross, Within, Contains, Overlap Χωρικοί υπολογισμοί Distance, Buffer, Union, Intersection, ConvexHull, Differnece, SymDiff

Envelope() IsSimple() Input calculate output TRUE FALSE TRUE FALSE

Intersects(S1, S2) Touch(S1, S2) Disjoint(S1, S2) Cross(L1, R1) TRUE FALSE TRUE Disjoint(S1, S2) FALSE FALSE Cross(L1, R1) FALSE TRUE

Within(S1, S2) Contains(S2, S1) Overlap(S1, S1) S2 S2 S1 S1 TRUE FALSE

Buffer(S1, 23) Intersection(S1, S2) Union(S1, S2) input output S2 S1

Difference(S1, S2) SymmDiff (S1, S2) S2 S1 input output S1 input

Παράδειγμα χωρικού join Α/Α ΟΝΟΜΑ GEOMETRY ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ 1 ΛΕΣΒΟΥ <GEOMETRY> 100.000 2 ΧΙΟΥ 75.000 3 ΣΑΜΟΥ 40.000 ΝΟΜΟΣ Α/Α ΟΝΟΜΑ GEOMETRY 90 ΜΥΤΙΛΗΝΗ <GEOMETRY> 91 ΒΡΟΝΤΑΔΟΣ 92 ΣΑΜΟΣ ΠΟΛΗ SELECT Πόλη.Όνομα FROM Πόλη, Νομός WHERE Νομός.Όνομα = “Χίου” AND WITHIN(Πόλη.Geometry, Νομός.Geometry)

Βάσεις Γεωγραφικών Δεδομένων Περισσότερα… Βάσεις Γεωγραφικών Δεδομένων Κατ’ επιλογή υποχρεωτικό (ΚΕΥ) μάθημα της ομάδας μαθημάτων «Γεωπληροφορική» Β’ έτος / 4ο εξάμηνο (Εαρινό)