Тема №4 «Базы данных»

Вопросы:

1 Признаки описания объектов

2 Модели баз данных

3 Требования при выборе СУБД

4 Форматы и стандарты пространственных данных

5 Библиотека условных знаков

1 Признаки описания объектов

Формальное представление всех объектов осуществляется с помощью их описания конечным набором характеристик, а их хранение - в соответствующих графических и параметрических базах данных. Как правило, выделяют три группы признаков (характеристик) описания объектов:

1 Идентификационные характеристики

2 Классификационные характеристики

3 Выходные характеристики

Идентификационные характеристики служат для однозначного определения местоположения объекта на карте и его опознания. К ним относятся названия географических объектов, его географические или прямоугольные координаты, род объекта и т.д.

Классификационные характеристики служат для количественного и качественного описания объекта и используются для получения производных характеристик путем математической обработки (качественный и количественный анализ, моделирование и т.д.)

Выходные характеристики содержат информацию об источниках и датах получения соответствующих данных по каждой группе признаков является обеспечение возможности определения достоверности поступающей информации.

Содержание баз данных и методы их организации могут быть различны и зависят от их назначения. Формирование баз данных осуществляется в процессе цифрования исходной информации и ввода соответствующей семантической информации.

Графическая информация хранится в графических базах данных, как в векторном, так и в растровом форматах. Параметрическая информация хранится в символьных базах данных. Графические базы данных представляют собой совокупность файлов с графическими данными, то для создания параметрических баз данных, как правило, используется одна из известных СУБД.

2 Модели баз данных

Ядром любой базы данных является ее модель. Различают три основные модели данных:

· иерархическая,

· сетевая

· реляционная.

Иерархические модели получили широкое распространение в начале шестидесятых годов. Входящие в состав такой модели записи образуют древовидную структуру - каждая из них связана с одной записью, находящейся на более высоком уровне иерархии. Доступ к любой из записей осуществляется путем прохода по строго определенной цепочке узлов дерева с последующим просмотром соответствующих этим узлам записей.

Для достаточно простых задач эта система эффективна, но она практически непригодна для использования в сложных системах с оперативной обработкой запросов и распределенной архитектурой. Она не может обеспечить быстродействие, необходимое для работы в условиях одновременного модифицирования файлов несколькими прикладными системами.

Сетевые модели устранили некоторые недостатки иерархических. В этой модели каждый узел имеет не один, а несколько узлов-родителей. Записи, входящие в состав сетевой структуры, содержат в себе указатели, определяющие местоположение других записей, связанных с ними. Такая модель позволила ускорить доступ к данным, но одна важная задача осталась нерешенной - изменение структуры базы по-прежнему требовало значительных усилий и времени. Операции модификации и удаления данных требовали перестановки указателей, а манипулирование данными осталось ориентированным на записи и описывалось языком процедурного типа.

Для поиска отдельной записи в иерархической или сетевой структуре программист вначале должен определить путь доступа, а затем просмотреть все записи, лежащие на этом пути. На каждом шагу приходится определить индивидуальные управляющие команды и условия, с помощью которых обрабатываются исключительные ситуации (например, обнаружение конца набора просматриваемых записей).

В современных ГИС наиболее распространенной является реляционная модель данных. Ее особенностью является то, что все данные представляются в виде двумерных таблиц (отношений), где строка содержит описание свойств какого-либо объекта, а столбец таблицы ассоциируется с определенной характеристикой объектов, представленных в таблице. Каждая клетка таблицы содержит элементарную характеристику описываемого объекта и не является структурой. Связи между объектами определяются также как и сами объекты через значения клеток семантически однородных столбцов связываемых таблиц.

В реляционных БД имеется механизм блокировки, предотвращающий переход системы в противоречивое состояние в результате одновременного доступа двух или более запросов к одному и тому же элементу данных.

Реляционные модели данных достаточно просты. Они собирают данные в унифицированные таблицы и позволяют работать с ними, не вдаваясь в подробности механизма их хранения. Пользователь может:

· заносить в базу новые данные;

· создавать и уничтожать таблицы;

· добавлять строки и столбцы к ранее созданным таблицам;

· создавать и уничтожать индексы;

· определять и отменять представления хранимых данных;

· изменять привилегии различных пользователей

Графические и параметрические базы данных должны быть связаны между собой для обеспечения корректной и синхронной работы с информацией. Примерами таких операций являются: удаление объекта на экране влечет за собой удаление информации о нем в параметрической БД.

Таким образом, базой данных ГИС является форма компьютерного представления картографической информации, когда объекты базы данных представляются в виде их графических образов и связанной с ними описательной или атрибутивной информации. Так, например, объект базы данных «река» может быть представлен в виде графического объекта - линия, а атрибутивная информация, содержащая, например, название реки, данные о скорости течения и т.д. - в виде структурированных таблиц.

Программные средства ГИС позволяют структурировать входную информацию в любых объектах реального мира, которые можно представить в графическом представлении в виде точки, линии или площадного объекта. В случае использования полностью реляционных СУБД, допускаются связи типа «один к одному», « многие к одному», « один ко многим» и «многие ко многим», то есть, в общем случае, один и тот же графический объект может иметь различную атрибутивную информацию. Например, в случае прохождения административной границы по реке нет необходимости иметь в системе два полностью идентичных графических объекта, достаточно одному и тому же графическому объекту присвоить два разных атрибута. И наоборот, если несколько графических объектов имеют одинаковые атрибуты, то нет необходимости для каждого графического объекта иметь строку в таблице базы данных, достаточно связать все графические объекты с одной строкой в таблице.

Каждый описанный в базе данных объект должен иметь уникальные наименование, код, тип (точка, линия, полигон), имя таблицы для хранения атрибутивной информации, располагаться на своем уникальном слое в графическом файле и иметь свои уникальные атрибуты отображения (цвет, тип и толщина линии, условный знак). Объекты близкие по своей тематической принадлежности объединяют в слои. Так, например, к слою «Гидрография» могут относится объекты «Река», «Береговая линия», «Озеро» и т.д.

3 Требования при выборе СУБД

В настоящее время при проектировании ГИС руководствуются, как правило, следующими требованиями при выборе СУБД:

n возможность оперировать данными разного типа;

n иметь язык запросов высокого уровня;

n хранить данные в одном из стандартных форматов или иметь конвертор для соответствующих преобразований;

n наличие возможностей работы в сетях;

n возможность обработки больших объемов информации;

n иметь систему защиты данных от потерь из-за технических сбоев

В ГИС применяют различные СУБД. Часть ГИС реализуют собственные встроенные СУБД, другие пользуются готовыми системами, такими, как PARADOX, Dbase и др., третьи применяют смешанный способ - внутренние СУБД, пока общий объем баз не превышает определенной величины, и СУБД, предназначенные для больших объемов данных (обычно ORACLE), если информации очень много.

4 Форматы и стандарты пространственных данных

Вне зависимости от того, какая конкретно СУБД используется в ГИС, в системе должны быть средства, позволяющие перевести данные в один из стандартных форматов БД или считать тематическую информацию из популярных баз. К числу таких форматов принадлежат DBF, SQL, INGRES, SYBASE, MIMER ,RDB и др. Практически все зарубежные ГИС обладают такими средствами, чего, к сожалению, нельзя сказать о многочисленных отечественных системах, которые таким образом сильно ограничивают свои возможности применения накопленной ими информации в других системах.

Для обмена электронными и цифровыми картами разработан стандарт «Пространственные данные, цифровые и электронные карты» с его Техническим описанием. В стандарте изложена область применения, нормативные ссылки, определения, обозначения и сокращения, требования к системе классификации и кодирования, требования к цифровому описанию, требования к форматам обмена данными, требования системе условных знаков и библиографические данные. В Техническом описании рассмотрены: классификатор справочно-технологических параметров (коды смысловых значений параметров, особенности его формирования, описание типов пространственно-логических связей), классификатор топографической информации (общее описание, структура, перечень наименований объектов классификационной группировки «Подписи на карте» и их кодовых обозначений, определения объектов классификации), правила цифрового описания картографической информации (общее описание, структура правил цифрового описания, особенности цифрового описания элементов картографического изображения - математической основы, рельефа, гидрографии, населенных пунктов, промышленных, с/х и культурно-социальных объектов, дорожной сети, растительного покрова и грунтов, границ), формат обмена данными электронных и цифровых карт, требования к обменным носителям информации, система условных знаков электронных карт.

При разработке Стандарта использован отечественный, а также зарубежный опыт: стандарты А2260 (Австрия), SAIF(Канада),EgiGeo (Франция),ATKIS (Германия), IEF91 (Израиль),MT (Япония),STFGI (Нидерланды), SOSI (Норвегия),NES (Южная Африка), NTF (Великобритания),SDTS (США), DX-90 (Международная гидрографическая организация), ETF (Европейский комитет стандартов), а также DIGEST (НАТО).

5 Библиотека условных знаков

Библиотека условных знаков состоит из четырех разделов по типам условных знаков: линейные, площадные, точечные, условно-линейные. Разделы содержат таблицы названий объектов электронной карты и номера условных знаков, которыми они отображаются.

Размеры условных знаков заданы в пикселях. Изображения знаков на бумаге даны с увеличением.