ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΜΕΡΟΣ Ι: ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ...1 1. Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...3 Κατηγορίες των Γεωγραφικών εδοµένων...3 Γεωγραφικές οντότητες...3 ιαστάσεις των Γεωγραφικών Οντοτήτων...5 Ταυτότητα...5 Χωρική ιάσταση...6 Γεωγραφική θέση...6 Γεωµετρία...6 Γραφικά Χαρακτηριστικά...7 Χωρικές Σχέσεις...7 Θεµατική ιάσταση...7 υναµικές Γεωγραφικές Οντότητες...8 Ζωή και Κίνηση των Γεωγραφικών Οντοτήτων...10 Χρονικές Σχέσεις Μεταξύ των Γεωγραφικών Οντοτήτων...10 Ποιότητα των εδοµένων...11 Γεωγραφικές Πληροφορίες...11 Επίπεδα Μετρήσεων...12 Ονοµαστικό Επίπεδο Μέτρησης...12 Ταξινοµικό Επίπεδο Μέτρησης...13 ιαστηµικό Επίπεδο Μέτρησης...13 Αναλογικό Επίπεδο Μέτρησης...14 Ένα Παράδειγµα: Ανάθεση Τιµών στους ροµείς ενός Μαραθωνίου ρόµου...15 Άλλα Επίπεδα Μέτρησης...16 Μονάδες Μέτρησης Ποσοτικών Μεγεθών...17 Πηγές Γεωγραφικών εδοµένων...18 Βιβλιογραφικές Αναφορές...20 2. ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ...21 Εισαγωγή...21
xii Αρχιτεκτονική των Πληροφοριακών Συστηµάτων...22 Η ιεπαφή του Χρήστη...23 Η Βάση εδοµένων...24 Ο ιαχειριστής εδοµένων...25 Ο Αναλυτής εδοµένων...26 Κατηγορίες Πληροφοριακών Συστηµάτων...26 Βιβλιογραφικές Αναφορές...27 3. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ...29 Εισαγωγή...29 Απαιτήσεις των Χρηστών και των Εφαρµογών...30 Κατηγορίες Λειτουργιών Επεξεργασίας των Γεωγραφικών εδοµένων...30 Συστατικά Μέρη ενός Συστήµατος Γεωγραφικών Πληροφοριών...32 Τα Γεωγραφικά εδοµένα...32 Το Υλικό...32 Το Λογισµικό...33 Βιβλιογραφικές Αναφορές...36 ΜΕΡΟΣ ΙΙ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...37 4. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...39 Εισαγωγή...39 Συστήµατα ιαχείρισης Βάσεων εδοµένων...41 Ένα Παράδειγµα...42 Πλεονεκτήµατα των Συστηµάτων ιαχείρισης Βάσεων εδοµένων...43 Μοντέλο εδοµένων...46 Αρχιτεκτονική των Συστηµάτων ιαχείρισης Βάσεων εδοµένων 47 Ανάπτυξη ενός Συστήµατος Βάσης εδοµένων...49 Βιβλιογραφικές Αναφορές...51 5. ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...52 Εισαγωγή...52 Σχεδίαση του Εννοιολογικού Σχήµατος...54 Μοντέλο Οντοτήτων-Συσχετίσεων...54 Σχεδίαση του Λογικού Σχήµατος...61 Το Σχεσιακό Μοντέλο...62 Απεικόνιση του Εννοιολογικού Σχήµατος στο Λογικό Σχήµα...66 Κανόνας 1 ος...66 Κανόνας 2 ος...66 Κανόνας 3 ος...69 Κανόνας 4 ος...69
xiii Κανόνας 5 ος...71 Σχολιασµός των Κανόνων Απεικόνισης...73 1 ος Κανόνας...73 2 ος Κανόνας...73 3 ος Κανόνας...74 4 ος Κανόνας...74 5 ος Κανόνας...77 Κανονικοποίηση των Σχέσεων...77 1 ος Κανόνας Κανονικοποίησης...80 2 ος Κανόνας Κανονικοποίησης...80 3 ος Κανόνας Κανονικοποίησης...81 Σχεσιακή Άλγεβρα...83 H ΓΛΩΣΣΑ SQL...85 Γλώσσα Ορισµού εδοµένων...86 Γλώσσα Χειρισµού εδοµένων...86 Παραδείγµατα Εντολών SQL...88 Βιβλιογραφικές Αναφορές...96 6. ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕ ΙΑΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...98 Εισαγωγή...98 Ειδικές Περιπτώσεις ιαγραµµάτων Οντοτήτων-Συσχετίσεων...98 Ρόλοι Οντοτήτων και Αναδροµικοί Τύποι Συσχετίσεων...99 Υποτακτικός Τύπος Οντοτήτων και Υποτακτικός Τύπος Συσχετίσεων...100 Τύποι Συσχετίσεων Βαθµού Μεγαλύτερου του ύο...102 Εκτεταµένο Μοντέλο Οντοτήτων-Συσχετίσεων...105 Υπερκλάσεις και Υποκλάσεις...106 Κληρονοµικότητα Κλάσεων...107 Εξειδίκευση Γενίκευση...110 Κατηγορίες...116 Απεικόνιση του ιαγράµµατος ΕΟΣ στο Σχεσιακό Σχήµα...118 Κανόνας 6 ος...118 Κανόνας 7 ος...118 Αντικειµενοστρεφή Συστήµατα Βάσεων εδοµένων...121 Αδυναµίες του Σχεσιακού Μοντέλου...122 Μειωµένη απόδοση...122 Περιορισµένη Σηµασιολογία...123 Περιορισµένη Επεκτασιµότητα...123 Ασαφής Ταυτοποίηση Οντοτήτων...124 Αναποτελεσµατικές ιεπαφές µε Εξωτερικά Προγράµµατα...124 Βασικές Έννοιες των Αντικειµενοστρεφών Βάσεων εδοµένων.125 Ταυτότητα ενός Αντικειµένου...125
xiv Κατάσταση ενός Αντικειµένου...126 Συµπεριφορά ενός Αντικειµένου...129 Κλάσεις Αντικειµένων και Συσχετίσεις Κλάσεων Αντικειµένων...130 Κληρονοµικότητα...134 Πλεονεκτήµατα του Αντικειµενοστρεφούς Μοντέλου...136 Σχεδιασµός Αντικειµενοστρεφών Βάσεων εδοµένων...137 Το Μοντέλο Αντικειµένων...137 Γλώσσα Ορισµού Αντικειµένων...143 Γλώσσα Ερωτήσεων Αντικειµένων...144 Απεικόνιση του Σχήµατος ΕΟΣ στο Σχήµα Αντικειµένων...148 Κανόνας 1 ος...149 Κανόνας 2 ος...150 Κανόνας 3ος...151 Κανόνας 4ος...153 Εννοιoλογικός Σχεδιασµός Βάσεων εδοµένων µε UML...153 Βασικές Έννοιες των ιαγραµµάτων Κλάσεων της UML...154 ιαγράµµατα Κλάσεων UML και ιαγράµµατα ΕΟΣ...159 Βιβλιογραφικές Αναφορές...161 7. ΟΜΕΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ...163 Εισαγωγή...163 Αλγόριθµοι...164 οµές εδοµένων...166 Πίνακες...167 Εγγραφές...169 Συνδεδεµένες Λίστες...170 Στοίβες...172 Ουρές...173 ένδρα...174 Αναδροµή...179 Ανάλυση Αλγορίθµων...180 Κατηγοριοποίηση Αλγορίθµων...181 Αλγόριθµοι Ταξινόµησης...182 Ταξινόµηση µε Καταµέτρηση...183 Ταξινόµηση µε Επιλογή...183 Γρήγορη Ταξινόµηση...184 Αλγόριθµοι Αναζήτησης...185 Σειριακή Αναζήτηση...186 υαδική Αναζήτηση...186 ενδρικές οµές που Υποστηρίζουν τη Γρήγορη Αναζήτηση...188 ένδρα 2-3...189 Β + ένδρα...192
Στοιχεία από τη Θεωρία των Γράφων...194 Ορισµός ενός Γράφου...195 Η Έννοια του Πολυγώνου...197 Επίπεδοι και Μη-επίπεδοι Γράφοι...198 Κριτήριο του Euler...198 Αναπαράσταση ενός Γράφου στον Η/Υ...199 Αλγόριθµοι σε Γράφους...201 Ο Αλγόριθµος του Dijkstra...202 Το Πρόβληµα του Πλανόδιου Πωλητή...205 Χρωµατισµός Πολυγώνων σε Θεµατικούς Χάρτες...206 Βιβλιογραφικές Αναφορές...207 ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...209 8. ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...211 Εισαγωγή...211 Μοντέλα Αναπαράστασης της Πραγµατικότητας...213 Μοντέλα Αναπαράστασης του Χώρου...214 Ο Χώρος σαν Σύνολο ιακριτών Οντοτήτων...214 Ο Χώρος σαν Συνεχές Πεδίο...216 Θεµατικά Επίπεδα...216 Το Μοντέλο κατά Tomlin...218 Χωρικές Συσχετίσεις...218 Τοπολογικές Σχέσεις...220 Μοντέλα Αναπαράστασης του Χωρο-Χρόνου...223 Χωρο-Χρονικές Εφαρµογές...223 Χρονόσηµα...225 Χρονικές Συσχετίσεις...226 Ένα Μοντέλο του Χωρο-Χρόνου...226 Μοντέλα Αναπαράστασης της Ασάφειας των Γεωγραφικών εδοµένων...230 Αβεβαιότητα και Κλασσική Θεωρία Συνόλων...232 Θεωρία των Ασαφών Συνόλων...233 Άλγεβρα των Ασαφών Συνόλων...237 Αναπαράσταση της Ασάφειας και Επέκταση του Χωρικού Μοντέλου...239 Αναπαράσταση Ασαφών υναµικών εδοµένων...242 Βιβλιογραφικές Αναφορές...245 9. ΜΟΝΤΕΛΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...246 Εισαγωγή...246 Μοντέλα Χωρικών εδοµένων...246 xv
xvi ιανυσµατικό Μοντέλο εδοµένων...248 Απλές ιανυσµατικές Οντότητες...249 ιακριτές Γεωµετρικές Βάσεις...251 Μοντέλο εδοµένων Ψηφιδωτού...255 Ψηφίδες Κανονικού Σχήµατος...256 Ψηφίδες Ακανόνιστου Σχήµατος...257 Μοντέλα εδοµένων Ψηφιδωτού για Μη-Επίπεδες Επιφάνειες...262 Γεωγραφικός Κάναβος...262 Ιεραρχική οµή Σφαιρικών Τριγώνων...263 Βιβλιογραφικές Αναφορές...264 10. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...266 Εισαγωγή...266 Λειτουργίες Ανάλυσης στο Μοντέλο κατά Tomlin...267 Τοπικές Λειτουργίες...267 Κεντρικές Λειτουργίες...269 Λειτουργίες Ζώνης...271 Παράδειγµα Χωροθέτησης...271 Λειτουργίες Ανάλυσης Χωρο-Χρονικών εδοµένων...278 Λειτουργία Χρονικής Επίθεσης...278 Λειτουργία Χρονικής Απόστασης...280 Λειτουργία Χρονικής Επιλογής...282 Λειτουργίες Ανάλυσης Ασαφών Χωρικών εδοµένων...283 Λειτουργία Ασαφούς Επίθεσης...284 Λειτουργία Ασαφούς Απόστασης...285 Λειτουργία Ασαφούς Επιλογής...288 Παράδειγµα Χωροθέτησης µε Εφαρµογή του Ασαφούς Συλλογισµού...288 Λειτουργίες Ανάλυσης Ασαφών υναµικών εδοµένων...290 Βιβλιογραφικές Αναφορές...291 11. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ...293 Εισαγωγή...293 Εµβαδόν Πολυγώνου...293 Τοµή Ευθυγράµµων Τµηµάτων...294 Τοµές Πολυγωνικών Γραµµών...295 Τοµή Ορθογωνίων Παραλληλογράµµων µε Παράλληλες Πλευρές..295 Σηµείο-Εντός-Πολυγώνου...298 Τοµή Πολυγώνων...300 Εύρεση του Κυρτού Περιγράµµατος ενός Συνόλου Σηµείων...300 Απλοποίηση Πολυγωνικών Γραµµών...302 Βασικές Μέθοδοι Απλοποίησης Γραµµών...302
xvii Αλγόριθµος Απλοποίησης των Douglas-Peucker...303 ηµιουργία ικτύου Ακανόνιστων Τριγώνων κατά Delaunay...304 ηµιουργία Πολυγώνων κατά Thiessen...309 Υπολογισµός Υψοµέτρου Σηµείου στο ίκτυο Ακανόνιστων Τριγώνων...309 Λύση 1 η...311 Λύση 2 η...312 Λύση 3 η...312 Οµαδοποίηση Σηµειακών Αντικειµένων...313 Βιβλιογραφικές Αναφορές...315 12. ΟΜΕΣ ΧΩΡΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...317 Εισαγωγή...317 οµές Ψηφιδωτού...317 Κωδικοποίηση κατά Γραµµές...318 Τετραδικό ένδρο...319 ιανυσµατικές οµές...321 k-d-δένδρο...324 οµή του Κανάβου...329 Τετραδικό ένδρο (διανυσµατική έκδοση)...332 R-δένδρο...334 Υποστήριξη Χωρικών Λειτουργιών µε το R-δένδρο...341 Τοπολογικές οµές εδοµένων...341 Βιβλιογραφικές Αναφορές...344 13. ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ...346 Εισαγωγή...346 Ευρετικοί Κανόνες...348 Συστηµατική Εκτίµηση Κόστους...349 Μοντέλα Κόστους για Αναζητήσεις Περιοχής...350 Ένα Μοντέλο Κόστους για Χωρικές Συνδέσεις...351 Αξιολόγηση των Μοντέλων Κόστους...353 Προϋπολογισµός των Χωρικών Γνωρισµάτων και Σχέσεων...354 Βιβλιογραφικές Αναφορές...355 14. ΕΜΠΟΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ...357 Εισαγωγή...357 Αρχιτεκτονικές ΣΓΠ...358 Αντικειµενο-Σχεσιακή Τεχνολογία και το Λογισµικό της Oracle...361 Oracle Spatial...363 Μοντέλο εδοµένων...364 Μοντέλο Ερωτήσεων...366
xviii Το Αντικειµενο-Σχεσιακό Μοντέλο...367 Μια Απλοποιηµένη Βάση Γεωγραφικών εδοµένων στην Oracle Spatial...369 Βιβλιογραφικές Αναφορές...377 15. ΤΡΕΧΟΥΣΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ...378 Εισαγωγή...378 Ενοποίηση Συλλογών Γεωγραφικών εδοµένων...378 Οµοσπονδιακές Βάσεις εδοµένων...379 Συγκεντρωτικές Αποθήκες εδοµένων...379 Μεσολαβητές εδοµένων...381 Ενοποίηση εδοµένων στην Πράξη...382 Εξόρυξη Γεωγραφικών εδοµένων...383 Βάσεις Γεωγραφικών εδοµένων και η Γλώσσα XML...385 Η Γλώσσα XML...386 Βάσεις εδοµένων και XML...389 Οργάνωση εδοµένων σε Κείµενο XML...391 ιαχείριση Κειµένων XML...393 Η Γλώσσα GML...396 Σηµασιολογικό Γεωγραφικό ιαδίκτυο...398 Βιβλιογραφικές Αναφορές...400