Romlig database

En romlig database er en generell database (vanligvis en relasjonsdatabase) som har blitt forbedret til å inkludere romlige data (geografiske data) som representerer objekter definert i et geometrisk rom, sammen med verktøy for å spørre og analysere slike data.

De fleste romlige databaser tillater representasjon av enkle geometriske objekter som punkter, linjer og polygoner. Noen romlige databaser håndterer mer komplekse strukturer som 3D-objekter, topologiske dekninger, lineære nettverk og triangulerte irregulære nettverk (TIN). Mens typiske databaser har utviklet seg for å administrere ulike numeriske og tegntyper av data krever slike databaser tilleggsfunksjonalitet for å behandle romlige datatyper effisient, og utviklere har ofte lagt til datatyper for geometri eller egenskap.

En geografisk database (eller geodatabase) er en georeferert romlig database, brukt til å lagre og manipulere geografiske data (geodata, altså data assosiert med et sted på jorden), særlig i geografiske informasjonssystemer (GIS). Nesten alle nåværende relasjons- og objektrelasjonelle databasehåndteringssystemer har nå romlige utvidelser, og noen GIS-programvareleverandører har utviklet sine egne romlige utvidelser til databasestyringssystemer.

Open Geospatial Consortium (OGC) utviklet Simple Features- spesifikasjonen (først utgitt i 1997)^[1] og setter standarder for å legge til romlig funksjonalitet til databasesystemer.^[2] SQL/MM Spatial ISO/IEC-standarden er en del av det SQL og multimediestandarden som utvider Simple Features.^[3]

Kjennetegn

Kjernefunksjonaliteten som legges til av en romlig utvidelse til en database er én eller flere romlige datatyper, som tillater lagring av romlige data som attributtverdier i en tabell. ^[4] Oftest vil en enkelt romlig verdi være en geometrisk primitiv (punkt, linje, polygon, etc.) basert på vektordatamodellen . Datatypene i de fleste romlige databaser er basert på OGC Simple Features- spesifikasjonen for å representere geometriske primitiver. Noen romlige databaser støtter også lagring av rasterdata . Fordi alle geografiske steder må spesifiseres i henhold til et romlig referansesystem, må romlige databaser også tillate sporing og transformasjon av koordinatsystemer. I mange systemer, når en romlig kolonne er definert i en tabell, inkluderer den også et valg av koordinatsystem, valgt fra en liste over tilgjengelige systemer som er lagret i en oppslagstabell.

Den andre store funksjonalitetsutvidelsen i en romlig database er tillegget av romlige muligheter til spørringsspråket (f.eks. SQL ); disse gir den romlige databasen de samme spørrings-, analyse- og manipulasjonsoperasjonene som er tilgjengelige i tradisjonell GIS-programvare. I de fleste relasjonsdatabaseadministrasjonssystemer er denne funksjonaliteten implementert som et sett med nye funksjoner som kan brukes i SQL SELECT-setninger. Flere typer operasjoner er spesifisert av Open Geospatial Consortium- standarden:

Måling: Beregner linjelengde, polygonareal, avstanden mellom geometrier, og så videre
Geoprosessering: Endrer eksisterende funksjoner for å lage nye, for eksempel ved å lage en buffer rundt dem, kryssende funksjoner, og så videre
Predikater: Tillater sann/usann-spørringer om romlige relasjoner mellom geometrier. For eksempel "overlapper to polygoner?" eller "er det en bolig innenfor en kilometer fra området vi planlegger å bygge deponiet?" (se DE-9IM)
Geometrikonstruktører: Skaper nye geometrier, vanligvis ved å spesifisere toppunktene (punktene eller nodene) som definerer formen
Observatørfunksjoner: Spørringer som returnerer spesifikk informasjon om en funksjon, for eksempel plasseringen av midten av en sirkel

Noen databaser støtter bare forenklede eller modifiserte mengder av disse operasjonene, særlig i tilfeller med NoSQL-systemer som MongoDB og CouchDB.

Romlig indeks

En romlig indeks brukes av en romlig database for å optimere romlige spørringer. Databasesystemer bruker indekser for raskt å slå opp verdier ved å sortere dataverdier i en lineær (for eksempel alfabetisk) rekkefølge. Denne måten å indeksere data på er imidlertid ikke optimal for romlige spørringer i 2- eller 3-dimensjonale rom. I stedet bruker romlige databaser en romlig indeks designet spesielt for flerdimensjonal sortering.^[5] Vanlige romlig indeksmetoder inkluderer:

Binær rompartisjonering (BSP-tre): Underinndeling av rom etter hyperplan
Bounding volume hierarchy (BVH)
Geohash
Grid (romlig indeks)
HHCode
Hilbert R-tree
kd-tree
m-tree, en m-treindeks kan brukes for effisient løsing av similaritetsspørringer på komplekse objekter sammenlignet med en vilkårlig metrikk
Octree
PH-tre
Quadtree
R-tre: Vanligvis den foretrukne metoden for indeksering av romlige data.^[6] Objekter (former, linjer og punkter) grupperes ved å bruke minste begrensende rektangel (MBR). Objekter legges til en MBR innenfor indeksen som vil føre til den minste økningen i størrelsen.
R+ tre
R* tre
UB-tre
X-tre
Z-orden (kurve)

Romlig spørring

En romlig spørring er en spesiell type databasespørring som støttes av romlige databaser, inkludert geodatabaser. Spørringene skiller seg fra ikke-romlige SQL-spørringer på flere viktige måter. To av de viktigste er at de tillater bruk av geometridatatyper som punkter, linjer og polygoner, og at disse spørringene tar hensyn til den romlige relasjonen mellom disse geometriene.

Funksjonsnavnene for spørringer varierer på tvers av geodatabaser. Følgende er noen av funksjonene innebygd i PostGIS, en gratis geodatabase som er en PostgreSQL-utvidelse (begrepet "geometri" refererer til et punkt, linje, boks eller annen 2- eller 3-dimensjonal form): ^[7]

Function prototype: functionName (parameter(s)) : return type

ST_Distance(geometry, geometry) : number
ST_Equals(geometry, geometry) : boolean
ST_Disjoint(geometry, geometry) : boolean
ST_Intersects(geometry, geometry) : boolean
ST_Touches(geometry, geometry) : boolean
ST_Crosses(geometry, geometry) : boolean
ST_Overlaps(geometry, geometry) : boolean
ST_Contains(geometry, geometry) : boolean
ST_Length(geometry) : number
ST_Area(geometry) : number
ST_Centroid(geometry) : geometry
ST_Intersection(geometry, geometry) : geometry

Dermed kan en romlig skjøt mellom et punktlag av byer og et polygonlag av land utføres i et romlig utvidet SQL-uttrykk som:

SELECT * FROM cities, countries WHERE ST_Contains(countries.shape, cities.shape)

Vektoroverleggs-operasjonen Intersect (et kjerneelement i GIS-programvare) kan replikeres som:

SELECT ST_Intersection(veg.shape, soil.shape) int_poly, veg. *, soil. * FROM veg, soil where ST_Intersects(veg.shape, soil.shape)

Se også

Referanser

^ McKee, Lance. «OGC History (detailed)». OGC. Arkivert fra originalen 2. juli 2016. Besøkt 12. juli 2016.
^ OGC Homepage
^ Kresse, red. (2010). Springer handbook of geographic information (1. utg.). Berlin: Springer. ISBN 9783540726807.
^ Yue, P. «DM-03 - Relational DBMS and their Spatial Extensions». UCGIS. Besøkt 5. januar 2023.
^ Zhang, X. «DM-66 Spatial Indexing». UCGIS. Arkivert fra originalen 5. januar 2023. Besøkt 5. januar 2023.
^ Güting, Ralf Hartmut; Schneider, Markus. Moving Objects Databases (på engelsk). Morgan Kaufmann. ISBN 9780120887996.
^ «PostGIS Function Reference». OSGeo. Besøkt 4. januar 2023.

[1] McKee, Lance. «OGC History (detailed)». OGC. Arkivert fra originalen 2. juli 2016. Besøkt 12. juli 2016.

[2] OGC Homepage

[Kresse2012-3] Kresse, red. (2010). Springer handbook of geographic information (1. utg.). Berlin: Springer. ISBN 9783540726807.

[GISTBOK-4] Yue, P. «DM-03 - Relational DBMS and their Spatial Extensions». UCGIS. Besøkt 5. januar 2023.

[GISTBOK_indexing-5] Zhang, X. «DM-66 Spatial Indexing». UCGIS. Arkivert fra originalen 5. januar 2023. Besøkt 5. januar 2023.

[6] Güting, Ralf Hartmut; Schneider, Markus. Moving Objects Databases (på engelsk). Morgan Kaufmann. ISBN 9780120887996.

[7] «PostGIS Function Reference». OSGeo. Besøkt 4. januar 2023.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]