ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚ. ΜΗΧ. ΚΑΙ ΜΗΧ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΒΑΣΕΙΣ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Χωρικά Δεδομένα και Εφαρμογές Βάσεις Χωρικών Δεδομένων - Γενικά Μοντέλα / Γλώσσες / Δομές Αρχιτεκτονική Συστημάτων ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 2

2 Χωρικά Δεδομένα και Εφαρμογές χωρικά δεδομένα, όπως σημεία (π.χ. πόλεις στο χάρτη) γραμμές (π.χ. ποτάμια) πολύγωνα (π.χ. όρια κρατών) εφαρμογές παραδοσιακές εφαρμογές, όπως τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) αλλά και προχωρημένες εφαρμογές ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 3 Εφαρμογές GIS Κοινωνικό-οικονομικές εφαρμογές Χωροταξικός σχεδιασμός βελτιστοποίηση πορείας Περιβαλλοντικές εφαρμογές Παρακολούθηση πυρκαγιών (μόλυνσης κλπ.) Διαχειριστικές εφαρμογές δημόσια δίκτυα (ηλεκτρικό, τηλεφωνικό κλπ.) πλοήγηση οχημάτων ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 4

3 Προχωρημένες εφαρμογές Βασεις εικόνων και πολυμέσων ιατρικές Β.Δ. Video on Demand (VoD) με κοινό χαρακτηριστικό τον μεγάλο όγκο δεδομένων π.χ. Η NASA αποθηκεύει δορυφορικές εικόνες αρκετών Tbytes ημερησίως ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 5 Βάσεις Χωρικών Δεδομένων Απαίτηση για ειδική διαχείριση των μηαλφαριθμητηικών δεδομένων κατάλληλες γλώσσες επερωτήσεων ειδικές μέθοδοι δεικτοδότησης θέματα βελτιστοποίησης ερωτήσεων Υποστήριξη χωρικών τελεστών βρες το κοντινότερο νοσοκομείο βρες όλες τις πόλεις που βρίσκονται σε απόσταση 5Km από ακτές ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 6

4 Βάσεις Χωρικών Δεδομένων Αναλυτικά για... Μοντέλα Δεδομένων Γλώσσες Επερωτήσεων Μέθοδοι Δεικτοδότησης Αρχιτεκτονική Συστημάτων ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 7 Μοντέλα Δεδομένων Δύο βασικές προσεγγίσεις - raster model - vector model H Y-Axis iver House X-Axis ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 8

5 Μοντέλα Δεδομένων aster model υποδιαίρεση του χώρου με βάση ένα πλέγμα (τετραγωνι-κό, τριγωνικό, εξαγωνικό κλπ.) κάθε κελί λαμβάνει μία τιμή και για συγκεκριμένο χαρακτηριστικό (attribute) διαφορετικά χαρακτηριστικά αποθηκεύονται σε διαφορετικά αρχεία - στρώματα (layers) ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 9 Μοντέλα Δεδομένων Vector model υποδιαίρεση του χώρου με βάση τις θέσεις των αντικειμένων σημεία, γραμμές, πολύγωνα ορισμένα βάσει ενός συστήματος κοινών συντεταγμένων ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 10

6 Γλώσσες Επερωτήσεων Πρέπει να είναι αρκετά πλούσιες ώστε να εκφράζουν ερωτήσεις που εμπλέκουν αλφαριθμητικά και χωρικά δεδομένα και τελεστές αρκετά απλές ώστε ο χρήστης να τις χρησιμοποιεί εύκολα Εναλλακτικές προσεγγίσεις Νέες γλώσσες εξ αρχής Επεκτάσεις παραδοσιακών γλωσσών (όπως η SQL) ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 11 Γλώσσες Επερωτήσεων Ενδεικτικό παράδειγμα: Pictorial SQL (PSQL) επέκταση της κλασσικής SQL ώστε να υποστηρίζει τοπολογικούς (π.χ. τέμνει) και κατευθυντήριους (π.χ. βόρεια) τελεστές Σύνταξη PSQL SELECT < attribute-list > FOM < relation-list > ON < picture-list > WHEE < condition > ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 12

7 Γλώσσες Επερωτήσεων Παράδειγμα ερώτησης με PSQL Στο χάρτη των Η.Π.Α. βρες τις πολιτείες (και εμφάνισε όνομα, όριο, πληθυσμό) που βρίσκονται σε απόσταση 1500 Km από την πόλη Washington, D.C. PSQL SELECT state, state_region, population FOM states, cities ON us_map WHEE state_region overlap circle (location, 1500) AND city_name = Washington, D.C. ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 13 Μέθοδοι Δεικτοδότησης Απαίτηση για... Ειδικές μεθόδους δεικτοδότησης και μεθόδους προσπέλασης χωρικών δεδομένων Οργάνωση σημειακών και μη σημειακών αντικειμένων Υποστήριξη ποικίλων χωρικών τελεστών τελεστές επιλογής με βάση την τοπολογία (π.χ. επικάλυψη σημείου, τομή περιοχής, κοντινότερος γείτονας) τελεστές επιλογής με βάση την κατεύθυνση (βόρεια κλπ.) τελεστές σύνδεσης με βάση τοπολογία ή κατεύθυνση ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 14

8 Μέθοδοι Δεικτοδότησης Εναλλακτικές προσεγγίσεις κατάλληλες για το raster model: Quadtrees κατάλληλες για το vector model (ενδεικτικά): για σημεία: Grid file, BANG file, buddy Tree, K-D-B-tree, hb-tree, LSD-tree για μη-σημειακά αντικείμενα (ορθογώνια, πολύγωνα): - tree, +-tree, *-tree, Cell tree, P-tree, BV-tree, extended KD-tree, PLOP-hashing, Multi-layer grid file ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 15 Μέθοδοι Δεικτοδότησης Για μη σημειακά αντικείμενα συνήθως αποθηκεύεται μια προσέγγιση πιο δημοφιλής: Minimum Bounding ectangle (MB) NO FI IC SW Παράδειγμα: ο χάρτης της Ευρώπης I UK F DE GE NL BE LU AU CH HU CZ PL O BU YU PO SP IT AL G ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 16

9 Μέθοδοι Δεικτοδότησης Η σχέση μεταξύ δυο προσεγγίσεων δεν συνεπάγεται και τη σχέση μεταξύ των πραγματικών αντικειμένων Αρα η επεξεργασία γίνεται σε δύο βήματα 1ο βήμα (φιλτράρισμα): ο δείκτης επιστρέφει πιθανές απαντήσεις 2ο βήμα (διύλιση): για κάθε πιθανή απάντηση ελέγχεται η πραγματική γεωμετρία του αντικειμένου ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 17 Μέθοδοι Δεικτοδότησης Quadtree Χάρτης Quadtree root (NW, NE, SW, SE) Αναπαράσταση (NW, NE, SW, SE) ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 18

10 Μέθοδοι Δεικτοδότησης -tree A D F E G H J K I B A B C M D E F G H I J K L M N N L C ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 19 Αρχιτεκτονική Συστημάτων Εναλλακτικές προσεγγίσεις Υβριδικό σύστημα παραδοσιακού ΣΔΒΔ + ειδικού λογισμικού (π.χ. GIS) Επεκτάσιμο ΣΔΒΔ με ειδικούς τύπους δεδομένων, μεθόδους δεικτοδότησης, τεχνικές βελτιστοποίησης ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 20

11 Αρχιτεκτονική Συστημάτων Υβριδικό σύστημα ΕΙΔΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Επεκτάσιμο ΣΔΒΔ ΕΙΔΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΟ ΣΔΒΔ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΛΦ/ΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΕΚΤΑΣΙΜΟ ΣΔΒΔ ΒΑΣΗ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΒΑΣΗ ΑΛΦ/ΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΒΑΣΗ ΑΛΦ/ΚΩΝ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 21 ΕΠΙΛΟΓΟΣ Τρέχοντα θέματα ενδιαφέροντος / έρευνας Γραφικές γλώσσες ερωταποκρίσεων π.χ. Επέκταση της QBE Θέματα βελτιστοποίησης ερωτήσεων ιστογράμματα, μοντέλα κόστους κλπ. Υποστήριξη κινουμένων αντικειμένων (Βάσεις χωροχρονικών δεδομένων) νέοι (χωροχρονικοί) τύποι δεδομένων, τροποποιημένες γλώσσες επερωτήσεων, μέθοδοι δειδκτοδότησης κλπ. ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 22

12 ΕΠΙΛΟΓΟΣ Μελλοντικά θέματα ενδιαφέροντος / έρευνας Διαχείριση ασαφούς χωρικής πληροφορίας ασαφείς χωρικοί τελεστές (π.χ. κοντά, βόρεια) ασαφή όρια αντικειμένων Συνέργια συστημάτων net DSS GIS SDBMS ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ - 23