Schnittstelle zu relationalen Datenbanken ArcSDE: Architektur

1. Schnittstelle zu relationalen DatenbankenArcSDE: Architektur Proseminar: Geoinformation II Cornelia Lückenbach Bonn, Januar 2005

2. Motivation • Heute: Geodatenerhaltung in Datenbanken eher die Ausnahme • Zukunft: Geodatenerhaltung in Datenbanken wird Standard sein • Unsere Chance: Wir können den Prozess mitverfolgen Cornelia Lückenbach

3. Motivation Gateway zu Geodatenbanken: ArcSDE Cornelia Lückenbach

4. Übersicht • Datenbanken • Datenbankverwaltungssysteme • Oracle und Oracle Spatial • ArcSDE • Allgemein • Architektur • Datenspeicherung • Räumliche Anfragen Cornelia Lückenbach

5. Datenbanken Cornelia Lückenbach

6. Relationale Datenbanken • Basiert auf relationalem Datenmodell • Daten werden auf die Struktur eines konkreten Datenbanksystems abgebildet • Siehe Vorlesung Geoinformation I Cornelia Lückenbach

7. Relationales Datenmodell Relation • Daten werden in Tabellen abgespeichert und verwaltet • Tabellen sind über Schlüssel miteinander verknüpft Attribute Primär- Schlüssel Relation Attribute Primär- schlüssel Fremd- schlüssel Cornelia Lückenbach

8. Objektorientierte Datenbanken • Erst kommen die Daten, an denen sich die Datenstruktur dann orientiert Realwelt – Modell – Programm Cornelia Lückenbach

9. Objektrelationale Datenbanken • Bindeglied zwischen klassischen relationalen Datenbanken und objektorientierte Datenbanken Cornelia Lückenbach

10. 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

11. Objektrelationale Datenbanken • 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 Quelle: Beko Technologies Cornelia Lückenbach

12. Datenbankverwaltungssystem (DBMS) • Sammlung von Programmen • Ermöglichen dauerhafte Speicherung der Daten in einer Datenbank • Übernehmen die Verwaltung Cornelia Lückenbach

13. Datenverwaltungssystem • Bereitstellung verschiedener Sichten auf die Daten • Integritätssicherung • Autorisationsprüfung • Synchronisation • Datensicherungsmöglichkeiten Cornelia Lückenbach

14. Datenbankverwaltungssystem • Sammlung von Programmen • Arbeitssprache SQL • Structured Query Language Cornelia Lückenbach

15. Oracle • Datenbankverwaltungssystem • Objekt-relational • Leistungsfähig • Keine hohe Standardkonformität • Läuft unter diversen Betriebsprogrammen • Unix, Linux, Windows, IBM-Großrechner Cornelia Lückenbach

16. Oracle Spatial • Erweiterung von Oracle • Zur Speicherung, Zugriff und Analysen von Geodaten • Geometrische Repräsentation der Form eines räumlichen Elements im Koordinatenraum Cornelia Lückenbach

17. ArcSDE Allgemein • Schnittstelle zu relationalen Datenbanken • Tool zum Speichern, Verwalten und Bearbeiten von Geodaten • ArcSDE von ESRI für ArcGIS Cornelia Lückenbach

18. ArcSDE Allgemein • Zentraler Baustein im GIS ArcGIS Desktop ArcView ArcEditor ArcInfo ArcSDE Gateway Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach ArcSDE

19. ArcSDE • ArcSDE ist offen • Arbeitet mit diversen Datenbanken (Infomix, IBM, DB2, Microsoft, Oracle) Cornelia Lückenbach

20. 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

21. ArcSDE - Architektur • ArcSDE kann auf zwei verschiedene Arten als Gateway in die Datenbank verwendet werden Cornelia Lückenbach

22. ArcSDE - Architektur • Two-tier- Architektur: Direkter Zugriff • Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver Cornelia Lückenbach

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

24. Two-tier- Architektur: Direkter Zugriff Vorteil: Administration und Installation sind einfach Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver ArcSDE - Architektur Cornelia Lückenbach

25. ArcSDE als Applikationsserver • Applikationsserver ist mit Datenbank installiert • Konfigurations- und Tuningmöglichkeiten am Applikationsserver • Versionen und lange Transaktionen • Optimierte Netzlast ArcGIS Desktop ArcSDE Applikations- server Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach

26. Erinnerung • Versionen und lange Transaktionen • Teildatenbestände temporär entkoppeln • Erhalt der Datenintegrität bei Bearbeitung  Effiziente Arbeitsteilung Cornelia Lückenbach

27. ArcSDE als Applikationsserver • Cooperative processing: Verteilung der Anwendungen auf server und client ArcGIS Desktop ArcSDE Applikations- server Relationale Geodaten- bank Cornelia Lückenbach

28. ArcSDE - Architektur • Two-tier- Architektur: Direkter Zugriff z.B. auf eine Personal Geodatabase • Three-tier-Architektur: ArcSDE als Applikationsserver z.B. Zugriff auf Oracle Cornelia Lückenbach

29. 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. Cornelia Lückenbach

30. 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. Cornelia Lückenbach

31. 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

32. Räumliche Anfragen (Übersicht) • Räumliche Objekte • Query Model • Spatial Indexing • Quad-Tree-Indexing • R-Tree-Indexing Cornelia Lückenbach

33. Räumliche Objekte • Hoher Speicherplatzbedarf • Komplexe Berechnungen Quelle: www.transa.de Cornelia Lückenbach

34. Räumliche Anfragen (Übersicht) • Räumliche Objekte • Query Model • Spatial Indexing • Quadtree • R-tree Cornelia Lückenbach

35. Query Model • Two-tier query model • Beantwortet spatial queries und spatial joins • Erster und Zweiter Filter (primary and secondary filter) Cornelia Lückenbach

36. 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

37. Query Model Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl Cornelia Lückenbach

38. Query Model • Zweiter Filter (secondary filter) • Exakte Berechnung der Geometrie  exakte Antwort • Berechnung ist teuer • Berechnung wird nur auf die Ergebnisse des ersten Filters angewendet Cornelia Lückenbach

39. Query Model Zweiter Filter Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl Exakte Ergebnis Cornelia Lückenbach

40. Query Model Zweiter Filter Erster Filter Große Datenmenge Kleinere Auswahl Exaktes Ergebnis • Schnelle und effektive Suche durch räumliche Selektion • Implementierung des Ersten Filters:  Spatial index Cornelia Lückenbach

41. Räumliche Anfragen (Übersicht) • Räumliche Objekte • Query Model • Spatial Indexing • Quadtree • R-tree Cornelia Lückenbach

42. Spatial Indexing • Limitiert eine Suche • Ein räumlicher Index (spatial index) wird benötigt für • Window queries • Spatial join Cornelia Lückenbach

43. Spatial Indexing • Window query • Finde alle Straßen die durch die Weststadt führen Quelle: Institut für Landtechnik, Uni Bonn Cornelia Lückenbach

44. 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 Cornelia Lückenbach

45. Quad-Tree-Indexing • Anbringung eines Gitters an eine feature class • Indextabelle: In welchen Quadranten befindet sich welches feature Cornelia Lückenbach

46. R-Tree-Indexing y Außen • MBR – minimum bounding rectangle  kleinstes umschließende Viereck Quelle: Geoinformation III, Vorlesung 4: Punkt-in-Polygon-Verfahren von Prof.Plümer x Cornelia Lückenbach

47. 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 Auswahl: R-Tree oder Quadtree Cornelia Lückenbach

48. 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

49. 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

50. 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. Cornelia Lückenbach