ΕΝΟΤΗΤΑ 4 ΒΑΣΕΙΣ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ. 4. Βάσεις Χωρικών Δεδομένων

4. Βάσεις Χωρικών Δεδομένων Αθήνα Απρίλιος 2017 1

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΠΙΜΟΡΦΩΣΗΣ-ΙΝΕΠ A/A ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ 4 ΤΙΤΛΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Βασεις Χωρικών Δεδομένων ΚΩΔΙΚΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ 4.1 ΕΙΔΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ 2.2.Α.3 - Ασύγχρονη εξ αποστάσεως εκπαίδευση ΩΡΕΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ 4 2

Περιεχόμενα ΕΝΟΤΗΤΑ 4 ΒΑΣΕΙΣ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 4 4.1 ΓΕΝΙΚΑ... 4 4.1.1 Δυνατότητες Συστημάτων Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων... 4 4.1.2 Τύποι Συστημάτων διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων... 5 4.1.2.1 Σχεσιακό (RDBMS)... 5 4.1.2.2 Αντικειμενοστραφή (ODBMS)... 6 4.1.2.3 Αντικειμενοστραφή-Σχεσιακά (ORDBMS).... 6 4.1.3 Γεωβάσεις... 8 4.1.3.1 Δομή Γεωβάσεων... 8 4.1.3.2 Μορφές Γεωβάσης... 10 4.1.4 Τρόποι σχεδιασμού Γεωβάσης... 15 4.1.5 Τοπολογία... 16 4.1.5.1 Γενικά... 16 4.1.5.2 Τοπολογικοί κανόνες... 17 3

ΕΝΟΤΗΤΑ 4 ΒΑΣΕΙΣ ΧΩΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Μολονότι τα αρχεία αποτελούν μια βασική μονάδα οργάνωσης των στοιχείων σε ένα ΓΣΠ, εντούτοις οι ανάγκες διαχείρισής τους απαιτούν μια οργανωτική μονάδα ανωτέρου επιπέδου, αυτής της Βάσης Δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, οι Βάσεις Δεδομένων περιλαμβάνουν πολλά αρχεία με στοιχεία που αναφέρονται σε σχετιζόμενα χαρακτηριστικά των ίδιων οντοτήτων ή στοιχείων για οντότητες οι οποίες εξαιτίας της χωρικής τους εγγύτητας ή της χωρικής τους σύνδεσης απαιτείται να ενωθούν ή να ομαδοποιηθούν. Επομένως μία Βάση Δεδομένων, θεωρείται μια ολοκληρωμένη σειρά δεδομένων σχετικών με ένα συγκεκριμένο θέμα. Μία Γεωγραφική Βάση Δεδομένων, η οποία σε πολλές περιπτώσεις καλείται και χωρική, είναι απλώς μια Βάση Δεδομένων που περιέχει γεωγραφικά δεδομένα για μία συγκεκριμένη περιοχή και ένα συγκεκριμένο θέμα. Ένα τέτοιο παράδειγμα χωρικής βάσης δεδομένων αποτελεί αναμφισβήτητα ο έντυπος αναλογικός χάρτης. Σε έναν χάρτη, υπάρχουν γεωγραφικά δεδομένα όπως δρόμοι, ποτάμια, διοικητικά όρια κλπ, τα οποία αφενός μεν έχουν συντεταγμένες σε κάποιο σύστημα αναφοράς αφετέρου διαθέτουν περιγραφικά γνωρίσματα όπως ονόμα, είδος κλπ. Επιπλέον όμως, είναι απαραίτητο να οργανωθεί η διαδικασία με την οποία τα αρχεία μιας Βάσης Δεδομένων αποθηκεύονται και συνδέονται μέσα στον υπολογιστή ώστε να διασφαλισθεί η αποτελεσματική αποθήκευση και ανάκτηση των δεδομένων τους. Το λογισμικό το οποίο έχει σχεδιασθεί για την αποθήκευση και διαχείριση μεγάλου όγκου αρχείων και επιπλέον για την εξασφάλιση της συνεκτικότητας και της ακεραιότητας των δεδομένων είναι το Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (Σ.Δ.Β.Δ.). Επομένως, ένα Σ.Δ.Β.Δ., αποτελεί την εφαρμογή ενός λογισμικού, κατάλληλα σχεδιασμένου για να οργανώνει, να δημιουργεί και να χειρίζεται δεδομένα με παραγωγικό και αποτελεσματικό τρόπο. 4.1.1 Δυνατότητες Συστημάτων Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων Για να μπορεί ένα Σ.Δ.Β.Δ. να επιτυγχάνει τέτοιους στόχους, θα πρέπει να έχει τις ακόλουθες δυνατότητες: Να επιτρέπει την αποθήκευση, την ανάκληση καθώς και την επιλογή των δεδομένων με βάση ένα ή περισσότερα χαρακτηριστικά ή και σχέσεις. Να διαθέτει, δηλαδή εργαλεία όπως: Μοντέλο Δεδομένων, Φόρτωση Δεδομένων, Ευρετήρια (Index). Να διαχωρίζει την αποθήκευση και ανάκληση των δεδομένων από τη χρήση τους σε προγράμματα εφαρμογών, εξασφαλίζοντας την ανεξαρτησία μεταξύ των διαδικασιών αυτών (Γλώσσα αναζήτησης - Query language). 4

Να παρέχει δίαυλο επικοινωνίας (interface) μεταξύ της Βάσης Δεδομένων και των προγραμμάτων εφαρμογών που βασίζονται στη λογική περιγραφή των δεδομένων (Προγραμματιστικό περιβάλλον διεπαφών - Application Programming Interface API). Να ανεξαρτητοποιεί τις λειτουργίες πρόσβασης των δεδομένων κατά τη διαδικασία των εφαρμογών από την ίδια τη δομή αποθήκευσής τους, έτσι ώστε πιθανές αλλαγές στα μέσα και τους τρόπους αποθήκευσής τους να μην τις επηρεάζει (Εργαλεία διαχείρισης - Administration tools). Να επιτρέπει την πρόσβαση στα δεδομένα σε περισσότερους από έναν χρήστες ταυτόχρονα. Να τυποποιεί τη διαδικασία πρόσβασης στα δεδομένα, ομογενοποιώντας την. (Εργαλεία διαχείρισης - Administration tools) Να προστατεύει τη Βάση Δεδομένων από παράνομες και άστοχες επεμβάσεις και τροποποιήσεις. (αντίγραφα ασφαλείας και ανάκτησης δεδομένων) Να θέτει αυστηρούς κανόνες σχετικά με τη συνοχή και τη συνέπεια των δεδομένων οι οποίοι να εφαρμόζονται αυτόματα. Αυτοί οι κανόνες είναι ένας έξοχος τρόπος εξάλειψης των λαθών, των παραλήψεων και των ανακολουθιών από τη Βάση Δεδομένων. 4.1.2 Τύποι Συστημάτων διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων Τα σύγχρονα Σ.Δ.Β.Δ. χρησιμοποιούν μια ποικιλία μεθόδων για αποτελεσματική αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων, αλλά κυρίως βασίζονται σε τρεις θεμελιώδεις μεθόδους οργάνωσης της πληροφορίας, που παράλληλα απεικονίζουν και τα λογικά πρότυπα που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της δομής του πραγματικού κόσμου. Τα κύρια ΣΔΒΔ που χρησιμοποιούνται σε ένα Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών είναι: το σχεσιακό (RDBMS), το αμιγώς αντικειμενοστραφές (ODBMS) και το σχεσιακό με αντικειμενοστραφή υποστήριξη (ORDBMS). 4.1.2.1 Σχεσιακό (RDBMS). Η σχεσιακή δομή βασίζεται στο θεωρητικό υπόβαθρο της σχεσιακής άλγεβρας, γεγονός που επιτρέπει να γίνεται η δόμηση των στοιχείων με τρόπο γενικό και ταυτόχρονα με έννοιες που δεν συνδέονται άμεσα με κάποια γλώσσα προγραμματισμού. Βασικό πλεονέκτημα αυτού του τρόπου οργάνωσης είναι ότι τα δεδομένα δομούνται όπως αυτά είναι στην πραγματικότητα, ενώ, παράλληλα, μειώνονται και απλοποιούνται οι σχέσεις ανάμεσα στα στοιχεία. Η βασική μορφή αποθήκευσης δεδομένων σε μια σχεσιακή δομή είναι ένας πίνακας εγγραφών, ο 5

οποίος αναφέρεται ως "σχέση" (relation). Η δόμηση των δεδομένων γίνεται με σχέσεις, έτσι ώστε κάθε εγγραφή του πίνακα που αντιστοιχεί σε μια οντότητα να προσδιορίζεται μονοσήμαντα μέσω ενός πεδίου που αποκαλείται πρωτεύον κλειδί (primary key). Το 90% περίπου των αποθηκευμένων δεδομένων στα Σ.Δ.Β.Δ., χρησιμοποιεί το σχεσιακό μοντέλο. Παραδείγματα τέτοιων λογισμικών είναι Microsoft Access και Microsoft SQL Server, Oracle, Informix και IBM DB2. 4.1.2.2 Αντικειμενοστραφή (ODBMS). Η ανάγκη για μια περισσότερο έξυπνη διαχείριση των χωρικών οντοτήτων που είναι περισσότερο σύνθετες από τις απλές σημείο, γραμμή, πολύγωνο, φατνίο, αλλά και τα προβλήματα τροποποίησης των Βάσεων Δεδομένων όταν εφαρμόζονται διαδικασίες ανάλυσης, οδήγησε στην εφαρμογή της αντικειμενοστραφούς λογικής στις Βάσεις Δεδομένων των Γ.Σ.Π.. Στην αντικειμενοστραφή δομή, τα δεδομένα ορίζονται από μία σειρά μοναδικών οντοτήτων τα οποία οργανώνονται σε ομάδες σύμφωνα με οποιαδήποτε φυσική διάταξη. Επιπλέον, οι σχέσεις μεταξύ διαφορετικών οντοτήτων και διαφορετικών ειδών οντοτήτων ορίζονται με καθορισμένους συνδέσμους. Επομένως, τα χαρακτηριστικά μιας οντότητας μπορούν να περιγραφούν μέσα στη Βάση Δεδομένων μέσω των ιδιοτήτων της (που απεικονίζουν την κατάστασή της) και μέσω ενός συνόλου διαδικασιών που περιγράφουν τη συμπεριφορά της (και ονομάζονται ενέργειες ή μέθοδοι). Επιπλέον, όλα τα περιγραφικά χαρακτηριστικά εμπεριέχονται στην οντότητα που αποτελεί τη θεμελιώδη μονάδα της αντικειμενοστραφούς λογικής και η οποία προσδιορίζεται από έναν μοναδικό δείκτη αναγνώρισης μέσα στη Βάση Δεδομένων. 4.1.2.3 Αντικειμενοστραφή-Σχεσιακά (ORDBMS). Η σχεσιακή προσέγγιση είναι κατάλληλη για την ανάκληση οντοτήτων με βάση τα χαρακτηριστικά τους ή για τη δημιουργία νέων χαρακτηριστικών και των τιμών τους από υπάρχοντα δεδομένα, ενώ η αντικειμενοστραφής σχεδίαση είναι χρήσιμη όταν οι οντότητες μοιράζονται κοινά χαρακτηριστικά ή αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένους και εξειδικευμένους τρόπους. Επομένως, μια βέλτιστη αντιμετώπιση των παραπάνω μεθόδων είναι να χρησιμοποιούνται από κοινού στα Γ.Σ.Π., έτσι ώστε να αλληλοσυμπληρώνονται. Με βάση τα παραπάνω δημιουργήθηκαν τα αντικειμενοστραφή-σχεσιακά συστήματα το βασικό χαρακτηριστικό των οποίων είναι ότι εισάγουν την έννοια της οντότητας καθώς και τη δυνατότητα δημιουργίας νέων, οι οποίες αποθηκεύονται σε σχεσιακούς πίνακες, αλλά έχουν και τη δυνατότητα να εμπεριέχουν συναρτήσεις υλοποιημένες σε κάποια αντικειμενοστραφή γλώσσα προγραμματισμού (Visual Basic, Java κλπ). Το ιδανικό Αντικειμενο-Σχεσιακό Σύστημα Βάσεων Δεδομένων, είναι αυτό που διαθέτει για γεωγραφικές οντότητες τουλάχιστον τις εξής λειτουργίες: 6

Αναλυτή ερωτημάτων (query parser) Λειτουργία που χρησιμοποιείται για να μεταφράζει τα SQL ερωτήματα, δηλαδή να μπορεί να υποστηρίζει τόσο γεωγραφικές οντότητες όσο και συναρτήσεις. Βελτιστοποιητή ερωτημάτων (query optimizer) Λογισμικό βελτιστοποίησης αναζήτησης που χειρίζεται με ευχέρεια χωρικές και μη χωρικές αναζητήσεις. Για παράδειγμα μπορεί να απαντήσει στην ερώτηση: βρείτε όλους τους γειτονικούς Δήμους του Δήμου Αθηναίων με πληθυσμό άνω των 60000 κατοίκων. Η επιλογή των Δήμων με πληθυσμό άνω των 60000 κατοίκων, είναι μια αναζήτηση σε περιγραφικά δεδομένα, ενώ η επιλογή των διπλανών Δήμων (πολύγωνα που γειτνιάζουν με πολύγωνο) είναι μία χωρική αναζήτηση. Γλώσσα Αναζήτησης SQL Προφανώς η συνήθης SQL γλώσσα δεν δύναται να καλύψει τη χωρική διάσταση του συστήματος. Επομένως θα πρέπει να επεκταθεί και να συμπληρωθεί με γεωγραφικές δυνατότητες. Μια τέτοια προσπάθεια αποτελεί η Γλώσσα SQL3/SQL 1999, της εταιρείας ORACLE. Ευρετήρια Τα τυπικά ευρετήρια θα πρέπει να αντικατασταθούν με ευρετήρια που μπορούν να υποστηρίξουν γεωγραφικά δεδομένα με πολλαπλές διαστάσεις. Διαχείριση Αποθηκευτικών μέσων Επειδή η δομή αποθήκευσης των χωρικών δεδομένων απαιτεί μεγάλους αποθηκευτικούς χώρους, ιδίως για τις τοπολογικές και γεωμετρικές σχέσεις, θα πρέπει να είναι διαθέσιμος ένας διαφορετικός τρόπος αποθήκευσης δεδομένων, δηλαδή περισσότερο παραγωγικός. Υπηρεσίες συναλλαγών. (Transaction Services) Τα κλασικά Συστήματα Σχεσιακών Βάσεων Δεδομένων είναι εστιασμένα σε χρονικά σύντομες συναλλαγές (π.χ. λογαριασμοί καταθέσεων, κρατήσεις θέσεων κλπ, όπου η ενημέρωση επιτυγχάνεται σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο). Αντίθετα, στην αντιμετώπιση χωρικών καταστάσεων είναι συνήθεις οι συναλλαγές μεγάλων χρονικών διαστημάτων. Για παράδειγμα, η ψηφιοποίηση ενός χάρτη μπορεί να κρατήσει ακόμη και μία εβδομάδα. Επομένως, είναι απαραίτητη η ύπαρξη συστημάτων με τέτοιες δυνατότητες. 7

4.1.3 Γεωβάσεις Αυτό που πρέπει να σημειωθεί εδώ είναι ότι ο συνδετικός κρίκος για τη διαχείριση από το ArcGIS όλων των μορφών αρχείων που υποστηρίζει είναι η έννοια της ομάδας οντοτήτων (feature class), η οποία ορίζεται ως ένα σύνολο οντοτήτων (σημεία, γραμμές ή πολύγωνα) που αντιπροσωπεύουν γεωγραφικά αντικείμενα ή έννοιες (δρόμοι ή όρια δήμων). Επομένως, το καθοριστικό γνώρισμα μιας ομάδας οντοτήτων είναι η γεωμετρία (αν είναι σημεία, γραμμές ή πολύγωνα) και όχι ο αριθμός των οντοτήτων που περιλαμβάνει ή οτιδήποτε άλλο. Έτσι, το σύνολο των πολυγώνων που εκπροσωπούν τα νησιά της Ελλάδας είναι μια ομάδα οντοτήτων που καθορίζεται από το γεγονός ότι όλα τα μέλη της (νησιά) έχουν την ίδια γεωμετρία (πολύγωνα). Με βάση την έννοια αυτή, τα διάφορα αρχεία που χρησιμοποιούνται από το ArcGIS διαφοροποιούνται ως εξής: τα σχηματικά αρχεία αποτελούνται από μία μόνο ομάδα οντοτήτων, ενώ τα αρχεία θεματικών επιπέδων και CAD, καθώς και οι Γεωβάσεις, περιλαμβάνουν περισσότερες της μιας ομάδες. Επομένως, οι Γεωβάσεις (Geodatabases) είναι μια νέα μορφή αποθήκευσης χωρικών δεδομένων, ειδικά σχεδιασμένη για το ArcGIS, και αποτελείται από ένα σύνολο ομάδων οντοτήτων το οποίο συνήθως καλείται και θεματικό επίπεδο (layer). Με τη βοήθειά τους, έχετε τη δυνατότητα να αναπτύξετε από απλά μέχρι πολύπλοκα μοντέλα γεωγραφικών δεδομένων. Τα απλά μοντέλα αναπαριστούν σημεία γραμμές ή πολύγωνα. Τα πιο πολύπλοκα μοντέλα περιλαμβάνουν δίκτυα, τοπολογία, εξελιγμένα χαρακτηριστικά, όπως: διαστάσεις, σχέσεις ανάμεσα σε ομάδες οντοτήτων και άλλες αντικειμενοστραφείς οντότητες (object features). 4.1.3.1 Δομή Γεωβάσεων Σε μία Γεωγραφική Βάση Δεδομένων - Γεωβάση η ομάδα οντοτήτων (layer) αποθηκεύεται σε έναν πίνακα δύο διαστάσεων. Κάθε γραμμή του πίνακα αντιστοιχεί σε μία οντότητα (ένα γεωλογικό σχηματισμό ή ένα οικόπεδο) και κάθε στήλη αναφέρεται σε μία ιδιότητα της οντότητας ή, όπως συχνά καλείται, ένα περιγραφικό χαρακτηριστικό (attribute). Η τομή μιας στήλης και μίας γραμμής καθορίζει την τιμή (Value) ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού μιας συγκεκριμένης οντότητας. Οι πίνακες των γεωγραφικών δεδομένων διαφέρουν από αυτούς των μη γεωγραφικών, λόγω της παρουσίας μίας επιπλέον στήλης στην οποία αποθηκεύεται η γεωμετρία της οντότητας και καλείται στήλη σχήματος ((shape column). Για να εξοικονομηθεί χώρος και να βελτιωθεί η απόδοση, οι πραγματικές τιμές των συντεταγμένων αποθηκεύονται σε μία συμπιεσμένη δυαδική μορφή, μη αναγνωρίσιμων από το ανθρώπινο μάτι. 8

Τα γεωγραφικά δεδομένα μιας Γεωβάσης συνδέονται μεταξύ τους είτε με τη βοήθεια της γεωμετρικής τους θέσης (γραμμή να τέμνει πολύγωνο, σημεία εντός πολυγώνου κλπ), το οποίο καλείται και χωρική σύνδεση (spatial join), είτε βάσει κάποιου κοινού πεδίου των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων (κωδικός δρόμου, οικοπέδου, ΟΤΑ κλπ), που καλείται απλώς σύνδεση (join). Στην απλή σύνδεση οι πίνακες συνδέονται μεταξύ τους με τη χρήση ενός κοινού πεδίου που απαντάται και στους δύο πίνακες. Στην περίπτωση της χωρικής σύνδεσης, που αποτελεί και σημείο υπεροχής των Γεωγραφικών Βάσεων Δεδομένων, η σύνδεση των πινάκων μπορεί να γίνει χωρίς την ύπαρξη κοινού πεδίου. Για παράδειγμα, στη διπλανή εικόνα μπορούμε να συνδέσουμε χωρικά τους δύο πίνακες περιγραφικών χαρακτηριστικών των επιπέδων, Σεισμοί και Νομοί Πελοποννήσου, βάσει της χωρικής σχέσης «σημεία μέσα σε πολύγωνα». Το αποτέλεσμα θα είναι ένα νέο σημειακό επίπεδο το οποίο θα περιέχει τα περιγραφικά χαρακτηριστικά και των δύο αρχικών επιπέδων, όπως φαίνεται παρακάτω: Στον πίνακα αυτόν δηλαδή περιέχονται εκτός από τις ιδιότητες των πολυγώνων των Νομών (Sum AREA, Min NOM DE) και οι ιδιότητες του επιπέδου των Σεισμών, όπως αριθμός σεισμών (Count), μέσο μέγεθος σεισμού (Avg_ΜΕΓΕΘΟΣ) κλπ. 9

4.1.3.2 Μορφές Γεωβάσης Μια Γεωγραφική βάση μπορεί να αποθηκευτεί στο λογισμικό ArcGIS με τις παρακάτω μορφές: Προσωπική Γεωβάση (Personal Geodatabase) Γεωβάση σε Αρχείο (File Geodatabase) ARCSDE Γεωβάση (ARC Spatial Database Engine) Τα δεδομένα μπορούν να εισαχθούν στις παραπάνω μορφές είτε κατά τη διάρκεια της ψηφιοποίησης είτε από πρωτογενείς πηγές. Σε μία Γεωβάση μπορείτε να αποθηκεύσετε εκτός από τα διανυσματικά και ψηφιδωτά δεδομένα, διάφορους άλλους πίνακες, καθώς και τις σχέσεις μεταξύ τους, όπως οι διάφοροι τοπoλογικοί κανόνες. Όλες οι έννοιες μιας Γεωβάσης παρουσιάζονται υπό μορφή επεξηγηματικού κειμένου στην παρακάτω εικόνα: 10

Σε μια Γεωβάση αποθηκεύονται τα θεματικά επίπεδα των ομάδων οντοτήτων (Feature Classes) οργανωμένα σε ομοειδείς ομάδες δεδομένων (Feature Dataset). Με τη διάταξη αυτή μπορείτε να υλοποιείτε τον εννοιολογικό σχεδιασμό του συστήματός σας, με ευκολία και με τρόπο που να πλησιάζει στην ανθρώπινη λογική και όχι με μια απλή αλληλουχία γραμμών, πολυγώνων και σημείων. 4.1.3.3 Βήματα Σχεδιασμού Γεωβάσης Η εμπειρία έχει δείξει ότι ακολουθώντας πέντε απλά βήματα μπορείτε να σχεδιάσετε μια επιτυχημένη Γεωβάση. Τα βήματα αυτά φαίνονται στο παρακάτω σχήμα και παρουσιάζονται σύντομα στα επόμενα. ΒΗΜΑ 1: Μοντελοποίηση της Άποψης του Χρήστη Στο βήμα αυτό προσδιορίζονται: Οι λειτουργίες που εξυπηρετούν τους σκοπούς και τους στόχους του έργου. Επιπλέον για κάθε λειτουργία πρέπει να δοθεί μια γενική περιγραφή των διεργασιών που ανήκουν σε αυτή την λειτουργία. Τα δεδομένα για την υποστήριξη των λειτουργιών αυτών. Είναι σημαντικό να αποσαφηνισθεί αν μία λειτουργία δημιουργεί ή απλώς χρησιμοποιεί τα δεδομένα, τα οποία διακρίνονται σε δεδομένα που χρησιμοποιούνται ως υπόβαθρο και σε αυτά που αφορούν στο υπό εξέταση θέμα. Η βασική ερώτηση που πρέπει να απαντηθεί σε αυτό το 11

στάδιο είναι με ποιον ή τι κάνει αυτή τη λειτουργία να αλληλεπιδρά και ποια είναι η φύση της αλληλεπίδρασης αυτής.. Η οργάνωση των δεδομένων σε λογικές ομάδες οντοτήτων. Η ομαδοποίηση αυτή θα πρέπει να αντιπροσωπεύει συστήματα όπως «Οδικό Δίκτυο», «Γεωλογικό υπόβαθρο» κλπ. και να ορίζεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να μεταδίδει ή να λαμβάνει πληροφορία από μια άλλη ομάδα. Τέλος, καθεμία από αυτές τις ομάδες πρέπει να έχει κοινό σύστημα αναφοράς και τοπολογίας και γενικά να αλληλεπιδρούν. ΒΗΜΑ 2 Προσδιορισμός των Οντοτήτων και των Σχέσεων τους Στο βήμα αυτό: Προσδιορίζονται και περιγράφονται οι οντότητες και οι σχέσεις μεταξύ τους. Ο προσδιορισμός αυτός αναφέρεται στη μετατροπή λεκτικών δηλώσεων σε λειτουργίες του Η/Υ. Γενικά τα ουσιαστικά έχουν την τάση να είναι οντότητες και τα ρήματα ορίζουν σχέσεις μεταξύ των οντοτήτων. Για παράδειγμα οι δηλώσεις: «Μία βάνα ελέγχει τη ροή του νερού». Η δήλωση αυτή περιγράφει μία οντότητα (βάνα). Η δήλωση «Τα όρια δύο γεωλογικών σχηματισμών δεν επικαλύπτονται ποτέ», περιγράφει μια δομική σχέση μεταξύ οντοτήτων. «Μία ιδιοκτησία αποτελείται από ένα οικόπεδο, ένα κτήριο και εμπράγματα δικαιώματα», περιγράφει το γεγονός ότι πολλές οντότητες συνδυάζονται και δημιουργούν μια νέα σύνθετη οντότητα. «Ένα πιθανό ρήγμα είναι μία γεωλογική γραμμή», περιγράφει ένα υποσύνολο της οντότητας γεωλογική γραμμή (Subclass). Τεκμηριώνονται οι οντότητες και οι σχέσεις με UML διαγράμματα. Ένας περιεκτικός και ξεκάθαρος τρόπος για να τεκμηριωθούν οι οντότητες και οι σχέσεις τους είναι τα διαγράμματα UML, όπως φαίνεται στην παρακάτω οθόνη. Το διάγραμμα αυτό δηλώνει ότι: Μία γραμμή νερού είναι του τύπου «γραμμή δικτύου». Μία κύρια γραμμή και μία παράπλευρη συνιστούν τον τύπο «γραμμή νερού». Μία κύρια γραμμή μπορεί να συνδέεται με καμία (0) έως πολλές προστατευτικές διατάξεις, ενώ μία προστατευτική διάταξη μπορεί να συνδέεται με καμία ή μία κύρια γραμμή. Μία Κύρια Υπό πίεση και μία Κύρια Βαρυτική, είναι τύπου Κύρια γραμμή. 12

ΒΗΜΑ 3: Προσδιορισμός Αναπαράστασης Οντοτήτων Στο βήμα αυτό καθορίζεται η μορφή αναπαράστασης των υπό εξέταση οντοτήτων (σημείο, γραμμή, επιφάνεια, φατνίο). Στον καθορισμό αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη η δυνατότητα μιας οντότητας να: Αναπαρασταθεί σε χάρτη τόσο σε οθόνη όσο και σε χαρτί Συμμετέχει σε χωρικές αναλύσεις Μπορεί να γίνει η πρόσβαση και η εμφάνισή του με βάση τη σχέση του με άλλα χαρακτηριστικά. Τέλος οι πληροφορίες που αναπτύχθηκαν στο βήμα αυτό καταγράφονται ως μέρος του ευρετηρίου δεδομένων.. ΒΗΜΑ 4: Εφαρμογή Αναπαράστασης στη Γεωβάση Ο σκοπός του βήματος αυτού είναι να προσδιοριστεί η αναπαράσταση των δεδομένων στη γεωβάση με τη βοήθεια του ArcGIS. Δηλαδή, για κάθε τύπο χωρικών δεδομένων που προσδιορίστηκαν στο προηγούμενο βήμα, θα πρέπει να γίνει αντιστοίχηση με μία αναπαράσταση στο ArcGIS. Το ArcGIS επιτρέπει την αποθήκευση διακριτών οντοτήτων ως εξής: Εάν ο χωρικός τύπος είναι σημείο Για ένα ασύνδετο σημείο, όπως ένα μνημείο, δημιουργείται ένα σημειακό χαρακτηριστικό. Για ένα συνδεδεμένο σημείο, όπως μία διασταύρωση συνδεδεμένη σε ένα τμήμα δρόμου, δημιουργείται ένα απλό χαρακτηριστικό συνδέσμου. Εάν ο χωρικός τύπος είναι γραμμή Για μία γραμμή όπως ένα ρήγμα, δημιουργείται μια γραμμική οντότητα. Για μία γραμμική οντότητα που συμμετέχει σε ένα σύστημα οντοτήτων (πχ. οδικό δίκτυο), δημιουργείται ένας κόμβος. Για μία γραμμική οντότητα με συνδεδεμένα τμήματα, όπως ένα μέρος δικτύου κοινής ωφέλειας, δημιουργείται μια κορυφή Εάν ο χωρικός τύπος είναι επιφάνεια Για μία αυτόνομη περιοχή όπως ένα πάρκο, δημιουργείται μια πολυγωνική οντότητα. Για περιοχές κάλυψης χώρου όπως βλάστηση, δημιουργείται μια πολυγωνική οντότητα. Εάν ο χωρικός τύπος είναι εικόνα (φωτογραφία, σαρωμένος χάρτης, δορυφορική εικόνα), δημιουργείται μια ψηφιδωτή δομή. Εάν ο χωρικός τύπος είναι συνεχής επιφάνεια Για επιφάνειες όπου η ακρίβεια του ανάγλυφου είναι σημαντική, δημιουργείται ένα ΤΙΝ. 13

Για επιφάνειες που καλύπτουν μεγάλες περιοχές και χρησιμοποιούν υπάρχοντα ψηφιακά μοντέλα εδάφους, δημιουργείται μια ψηφιδωτή δομή. ΒΗΜΑ 5: Οργάνωση σε Ομάδες και Υποομάδες Δεδομένων Ο σκοπός του βήματος αυτού είναι να προσδιοριστούν και να δοθούν ονόματα στις γεωγραφικές ομάδες και υποομάδες οι οποίες περιέχουν τις διάφορες οντότητες. Πιο συγκεκριμένα, θα πρέπει να καθοριστεί η δομή των χαρακτηριστικών σε ομάδες και υποομάδες. Προσπάθεια πρέπει να καταβάλλεται, ώστε ο αριθμός των ομάδων να ελαχιστοποιείται και η απόδοση των Γεωβάσεων να βελτιστοποιείται. Παρακάτω δίνονται μερικές χαρακτηριστικές περιπτώσεις καθορισμού ομάδων: Όταν μια ομάδα συσχετισμένων οντοτήτων παρουσιάζει ξεχωριστή συμπεριφορά Όταν μια ομάδα ιδιοτήτων των οντοτήτων διαφοροποιείται ουσιαστικά (όλες οι οντότητες στην ομάδα έχουν τις ίδιες χαρακτηριστικές ιδιότητες). Όταν είναι αναγκαία η πρόσβαση για κάθε ομάδα χαρακτηριστικών Όταν ορισμένα χαρακτηριστικά χρειάζεται να είναι προσβάσιμα μέσω διαφορετικών εκδόσεων Εάν ο τύπος της οντότητας είναι, για παράδειγμα μία απλή ή σύνθετη κορυφή, όπως και ένας απλός ή σύνθετος κόμβος, τότε πρέπει να ανήκει σε ένα γεωμετρικό δίκτυο και είναι αναγκαίο να τοποθετηθεί σε μία ομάδα δεδομένων οντοτήτων (Feature dataset). Αυτό εξασφαλίζει ότι μοιράζονται και ένα κοινό σύστημα αναφοράς. Δηλαδή, αν η οντότητα είναι γραμμή ή πολύγωνο και καλύπτει μία ολόκληρη περιοχή (π.χ. γεωτεμάχια), πρέπει να ανήκει σε μία κοινή ομάδα οντοτήτων και αυτή με τη σειρά της σε μια κοινή ομάδα δεδομένων οντοτήτων. Αυτό καλείται και επίπεδη τοπολογία. Οι υποκατηγορίες είναι ένα υποσύνολο μιας ομάδας οντοτήτων ή οντότητες οι οποίες μοιράζονται την ίδια ιδιότητα (τιμή) σε έναν πίνακα περιγραφικών χαρακτηριστικών. Είναι μια πολύ χρήσιμη μέθοδος για την κατηγοριοποίηση των δεδομένων σας αφού επιτρέπει να κάνετε τα ακόλουθα. Αύξηση της απόδοσης της Γεωβάσης σας, αφού μπορείτε να αναπαραστήσετε ποικιλία αντικειμένων, φαινομένων κλπ. του πραγματικού κόσμου ως μέλος μιας ομάδας οντοτήτων χωρίς να παραστεί η ανάγκη να δημιουργήσετε νέες ομάδες οντοτήτων. Για παράδειγμα η ομάδα: γεωλογικές γραμμές μιας περιοχής, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε οντότητες όπως ρήγματα, όρια σχηματισμού, ρήγμα και όριο σχηματισμού και άλλες γεωλογικές γραμμές. Ενώ δηλαδή θα έπρεπε να δημιουργήσετε τέσσερις ομάδες οντοτήτων σε ξεχωριστά επίπεδα θεματικά μέσα στη Γεωβάση, τώρα δημιουργείτε μία ομάδα οντοτήτων και ορίζετε τέσσερις υποκατηγορίες (subtypes). Αυτόματη εφαρμογή αρχικής τιμής (default) όταν δημιουργείτε νέες οντότητες. Δηλαδή όταν ψηφιοποιείτε μία νέα γεωλογική γραμμή αυτή παίρνει αυτόματα την τιμή «όριο σχηματισμού». 14

Απάλειψη λαθών στο χαρακτηρισμό οντοτήτων με τον ορισμό όρια τιμών (Domains) για κάθε υποκατηγορία έτσι ώστε κατά τη δημιουργία της βάσης σας και την εισαγωγή των οντοτήτων να υπάρχουν επιτρεπόμενες τιμές. Για παράδειγμα, μία γραμμή που είναι ρήγμα και όριο σχηματισμού πρέπει να παίρνει μόνο τις τιμές FLB (Ρήγμα και Όριο σχηματισμού) και PFB (Πιθανό ρήγμα και Όριο σχηματισμού). Οποιαδήποτε άλλη τιμή δεν επιτρέπεται από το σύστημα. Δημιουργία τοπολογικών κανόνων μεταξύ των υποκατηγοριών και των άλλων ομάδων οντοτήτων που συμμετέχουν σε μια τοπολογία. Για παράδειγμα η πολυγωνική ομάδα των γεωλογικών σχηματισμών αφορά στις γεωλογικές γραμμές, αλλά μόνο τις υποκατηγορίες των γραμμών Όριο σχηματισμού και Ρήγμα και Όριο σχηματισμού. Άλλος τοπολογικός κανόνας μπορεί να είναι ότι η υποκατηγορία Όριο σχηματισμού πρέπει να συμπίπτει με την ομάδα πολυγώνων των Γεωλογικών σχηματισμών. 4.1.4 Τρόποι σχεδιασμού Γεωβάσης Υπάρχουν τρεις τρόποι για να δημιουργηθεί μία νέα Γεωβάση. Και οι τρεις φαίνονται στην παρακάτω εικόνα: Ο πρώτος τρόπος είναι να δημιουργηθεί κατευθείαν όλη η δομή Γεωβάσης με το, ArcCatalog. Ο δεύτερος είναι με την εισαγωγή έτοιμων αρχείων στη Γεωβάση, οπότε η δομή της διαμορφώνεται από αυτά τα αρχεία. 15

O τρίτος είναι με τη χρήση των εργαλείων CASE. 4.1.5 Τοπολογία 4.1.5.1 Γενικά Η τοπολογία σε ένα ΓΣΠ συνίσταται από μία σειρά κανόνων και διαδικασιών που μοντελοποιούν τον τρόπο που οι διάφορες οντότητες (σημεία, γραμμές ή πολύγωνα) συμμετέχουν στη συνολική γεωμετρία, δημιουργώντας χωρικές σχέσεις (συνέχεια, περιεκτικότητα και γειτνίαση) μεταξύ τους. Το κλασικό τοπολογικό μοντέλο που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα αποτελεί ουσιαστικά και το βασικό θεμέλιο της ύπαρξης των ΓΣΠ. Στο μοντέλο αυτό υπάρχουν κόμβοι (σημεία που συναντώνται δύο γραμμές), πλευρές τα οποία αρχίζουν από κόμβο και τελειώνουν σε κόμβο με κάποια φορά και πολύγωνα τα οποία αποτελούνται από πλευρές. Επομένως το πολύγωνο Α της εικόνας αποτελείται από τις πλευρές 1, 2 και 4 και η πλευρά 4 ξεκινά από τον κόμβο 3 τελειώνει στον κόμβο 2 και έχει αριστερά το πολύγωνο Α και δεξιά το πολύγωνο Β. Η τοπολογία αυτή αποτελούσε για πολλά χρόνια τη βάση όλων των ΓΣΠ αφού αποτελούσε μια δομή που εξασφάλιζε την ακεραιότητα των δεδομένων και τη συνεκτικότητα της Γεωγραφικής βάσης. Είχε, όμως, ως τίμημα την αποθήκευση μεγάλου όγκου πληροφορίας. Στο ArcGIS η δομή αυτή έχει αντικατασταθεί από σύγχρονους τοπολογικούς κανόνες οι οποίοι αποθηκεύονται μαζί με τα χωρικά δεδομένα σε μία Γεωβάση. Ως αποτέλεσμα, το ArcGIS διέπεται από τις παρακάτω βασικές αρχές: Η Γεωβάση περιλαμβάνει ένα τοπολογικό μοντέλο το οποίο χρησιμοποιεί μια ανοικτή μορφή αποθήκευσης οντοτήτων (π.χ. ομάδα σημείων, γραμμών και πολυγώνων), οντότητες που μοιράζονται τη γεωμετρία και τους τοπολογικούς κανόνες. Έτσι αυτό το τοπολογικό μοντέλο έχει τη δυνατότητα να ορίζει τους κανόνες συνεκτικότητας και την τοπολογική συμπεριφορά των οντοτήτων που συμμετέχουν στην τοπολογία. Το ArcMap περιλαμβάνει τοπολογικά επίπεδα στον πίνακα περιεχομένων ώστε να εμφανίζονται οι τοπολογικές σχέσεις, τα σφάλματα και οι εξαιρέσεις των τοπολογικών κανόνων. 16

Το ArcMap περιλαμβάνει ένα πλούσιο περιβάλλον διόρθωσης δεδομένων και ανίχνευσης των τοπολογικών οντοτήτων (σημείων, γραμμών και πολυγώνων). Υπάρχουν, δηλαδή, τα κατάλληλα εργαλεία για επαλήθευση, ανίχνευση, διόρθωση τόσο των τοπολογικών γραφημάτων, όσο και των συντεταγμένων των οντοτήτων. Το ArcToolBox περιλαμβάνει πληθώρα εργαλείων για δημιουργία, ανάλυση και επαλήθευση τοπολογίας. Επιπλέον σε μια Γεωβάση και για κάθε τοπολογία ορίζονται τα ακόλουθα: Το όνομα της τοπολογίας που θα δημιουργηθεί. Η ανοχή στην τοπολογική διαδικασία, που συνήθως είναι 10 φορές μεγαλύτερη της ανάλυσης των συντεταγμένων. Ο πίνακας με τις ομάδες οντοτήτων που συμμετέχουν στην τοπολογία. Σημειωτέον ότι οι ομάδες αυτές πρέπει να ανήκουν στην ίδια ομάδα δεδομένων (Feature Dataset), ώστε να βρίσκονται στο ίδιο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Η σειρά προτεραιότητας που καθορίζεται από την ακρίβεια των συντεταγμένων. Για παράδειγμα, η μετακίνηση οντοτήτων γίνεται σύμφωνα με τη σειρά προτεραιότητάς τους (πρώτα αυτές με υψηλότερη προτεραιότητα και μετά οι υπόλοιπες). Δηλαδή οντότητες με υψηλή προτεραιότητα ακρίβειας δεν θα μετακινηθούν, αλλά θα μετακινηθούν οι οντότητες χαμηλότερης ακρίβειας. Ο πίνακας με τους τοπολογικούς κανόνες και ο τρόπος με τον οποίο οι ομάδες των οντοτήτων μοιράζονται τη γεωμετρία. 4.1.5.2 Τοπολογικοί κανόνες Οι τοπολογικοί κανόνες ορίζουν τις επιτρεπόμενες χωρικές σχέσεις μεταξύ οντοτήτων. Οι κανόνες που ορίζονται για μία τοπολογία ελέγχουν τις σχέσεις μεταξύ οντοτήτων της ίδιας ομάδας, μεταξύ οντοτήτων διαφορετικών ομάδων και μεταξύ των υποομάδων μίας ομάδας οντοτήτων. Μερικές από αυτές μπορεί να είναι: Οικόπεδα δεν αλληλοεπικακαλύπτονται. Γειτονικά οικόπεδα έχουν κοινά όρια. Ποτάμια δεν επικαλύπτονται και πρέπει να συνδέονται το ένα με το άλλο στις κορυφές τους (endpoints). Για παράδειγμα ο κανόνας "Must not overlap" ισχύει για οντότητες της ίδιας ομάδας οντοτήτων (πολύγωνα). Δηλαδή οι οντότητες οικόπεδα δεν πρέπει να αλληλοεπικαλύπτονται. Άλλο παράδειγμα τοπολογικού κανόνα μεταξύ υποομάδων μίας ομάδας οντοτήτων (γραμμές) είναι η περίπτωση που ένα ρήγμα δεν πρέπει να επικαλύπτει μία γραμμή ορίου σχηματισμού, όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα. 17