Bases de Datos
Espaciales
1.
¿Porqué surgen?
2.
Características de las bases de datos
espaciales
3.
Sistemas de Información Geográfica
Bases de datos espaciales
3.
Sistemas de Información Geográfica
4.Modelos de datos espaciales
5.
Operadores espaciales, Tipos de consulta
6.Indexación
SGBD tradicionales proporcionan
Persistencia de los datos frente a fallos
Permiten acceso concurrente a los datos
Recuperar información de grandes conjuntos de datos
Consultas eficientes para datos no espaciales
Ejemplo de consultas no espaciales:
1. ¿Porqué surgen SGBDE?
Ejemplo de consultas no espaciales:
1.
Lista de los nombres de todas las librerías con mas de
10.000 títulos.
2.
Lista de los 10 clientes, en términos de venta, en el año
2001.
Ejemplo de consultas espaciales:
1.
Lista de nombres de todas las librerías que están a 200 m.
Ejemplos de datos no-espaciales
Nombre, números de teléfono, dirección e-mail.
Ejemplos de datos espaciales
Datos del censo
1. ¿Porqué surgen SGBDE?
Datos del censo
Imágenes satélite
Tiempo y climatología
Ríos, Granjas, impacto ecológico
Imágenes médicas
2. Características de las BD Espaciales
Las bases de datos espaciales almacenan objetos que
tienen características espaciales referenciadas dentro de
un sistema de referencia espacial (SRE).
Para ello se necesita:
Para ello se necesita:
1.
Extensión del modelo de datos
2.Manipulación y consulta
2. Características de las BD Espaciales
Ejemplos:
Gestión medioambiental, de emergencias o combate
Bases de datos de información meteorológica
Control aéreo, de transportes
Demografía, recursos mineros
¿porqué son importantes?
¿porqué son importantes?
El 80% de la información manejada por la empresas tiene relación con
localizaciones geográficas o coordenadas espaciales
¿diferencias entre un GIS y una BD espacial?
Los GIS utilizan BD espaciales para gestionar de una manera más
homogénea los datos.
2. Características de las BD Espaciales
Algunas referencias:
1.http://gis.sopde.es/cursosgis/DHTML/que_2.html
2.http://www.multimap.com/static/photoinfo.htm
3.http://www.esri.com/news/pressroom/hurricanemaps.
html#hurmaps
Estándar
http://www.opengis.com
3. Sistemas de Información Geográfica
Un
SIG
es
una
herramienta
informática para la manipulación y
análisis de datos georreferenciados
orientada a la toma de decisiones.
La IG maneja tres componentes:
espacial, temática y temporal
espacial, temática y temporal
La metodología para conceptualizar
este tipo de información es a través
de capas temáticas.
3. Sistemas de Información Geográfica
Los modelos de representación vienen dados por los marcos
de medida (es decir, de la adquisición de datos)
Se divide la zona de estudio en celdas Se representa cada objeto geográfico estudio en celdas (píxeles) y se le asigna un valor según la temática que represente. Basada en las relaciones de vecindad.
Objetos con límites difusos.
objeto geográfico según pares de
coordenadas dentro de un SRE.
Se utiliza para objetos
cuyos límites están bien definidos.
4. Modelos de datos espaciales
El modelo de representación IG utilizado es el vectorial y
se modelará en el modelo de datos objeto relacional
Tipos de
objetos
espaciales
Ejemplo
Punto
Ciudad
Curva
Río
Superficie
País
Colección de
Geometrias
Mapa España con comun.
Autonomas
Por lo tanto, la extensión vendrá dada por la creación de
un nuevo tipo de datos y
laimplantación de un SRE
5. Operaciones espaciales
Podemos clasificar las operaciones espaciales
en:
Basadas en la teoría de conjuntos
. Unión,
Intersección, etc.
Relaciones topológicas
. Disjuntas (Disjoint), solapadas
Relaciones topológicas
. Disjuntas (Disjoint), solapadas
(Overlaps), están_en_contacto (Touches)..
Direcciones
. Este, Oeste, Norte, Sur,..
Consulta de rango
:
Encontrar los objetos de un tipo concreto que están dentro de
un área espacial determinada.
Encontrar objetos que se encuentran a una distancia específica
de una localización determinada.
5. Tipos de consulta
de una localización determinada.
Ejemplos:
Encontrar todos los institutos dentro del área de
Leganés.
Consulta de vecindad
:
Encuentra el objeto, de un tipo concreto, más cercano a una
localización dada:
Encontrar la ambulancia más cercana al lugar de un
accidente.
Reunión o superposición de objetos espaciales
:
5. Tipos de consulta
Reúne los objetos de dos tipos basándose en una condición espacial
específica, como cercanía, superposición, coincidencia, etc..:
Encontrar todas las playas de una determinada ciudad
Carreteras que pasan por un pueblo.
Edificios cercanos a un río a menos de 500 metros en
Técnicas de indexación espacial
Para la eficiencia de las consultas espaciales,
por ejemplo:
Árboles R
y sus variedades.
Agrupan en los mismos nodos hoja de un índice estructurado en
árbol, los objetos que se hayan en proximidad física espacial
6. Indexación
árbol, los objetos que se hayan en proximidad física espacial
cercana.
Teniendo en cuenta que un nodo hoja sólo puede señalar un
número de objetos determinado, se necesitan algoritmos para
gestionar el espacio físico y tener en cuenta además que distintos
objetos pueden solaparse en áreas espaciales.
6. Indexación
Menor precisión7. Spatial ORACLE 10g
El Oracle Spatial proporciona un meta - esquema que facilita el almacenamiento, la recuperación, la actualización y las consultas espaciales
Sus componentes son:
• Un meta - esquema (MDSYS) que recoge la sintaxis y la • Un meta - esquema (MDSYS) que recoge la sintaxis y la semántica de los tipos de datos geométricos soportados. • Un mecanismo espacial de indexación.
• Funciones específicas para realizar consultas topológicas • Utilidades administrativas
7. Spatial ORACLE 10g
Modelo de datos.
El modelo de datos de Oracle Spatial es una jerarquía consistente en:
• Elementos:
Un elemento es la unidad de información básica de la geometría. Los tipos espaciales apoyados del elemento son puntos, líneas, y polígonos.
• Geometrías:
Es la representación de una característica espacial, modelada como conjunto ordenado de elementos primitivos. Puede consistir en un solo elemento o una colección (homogénea o heterogénea) de elementos • Capas:
Una capa es una colección de geometrías que tienen el mismo conjunto de atributos.
7. Spatial ORACLE 10g
Sistema Referencia
Permite la interpretación de un sistema de coordenadas como representación de una posición en un espacio verdadero del mundo.
Cualquier dato espacial tiene un sistema coordinado asociado a él.
él.
El sistema coordinado puede ser:
georreferencenciado (relacionado con una representación específica de la tierra).
no georreferenciado (es decir, cartesiano, y no relacionado con una representación específica de la tierra).
7. Spatial ORACLE 10g
Tipos de datos espaciales que soporta ORACLE
CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT ( SDO_GTYPE NUMBER, SDO_SRID NUMBER,
7. Spatial ORACLE 10g
Modelo de consultas
Spatial utiliza un modelo de pregunta de dos niveles para resolver consultas
espaciales. La salida de las dos consultas combinadas es el resultado.
El filtro primario compara aproximaciones de la geometría para reducir complejidad del cómputo y tiene bajo-coste. El resultado es un sobre conjunto del conjunto exacto del
resultado.
El filtro secundario aplica cómputos exactos a las geometrías que resultan del filtro primario. La operación secundaria del filtro es de cómputo costosa.
7. Spatial ORACLE 10g
Indexación de datos espaciales
Un índice espacial, como cualquier otro índice,
proporciona un mecanismo para limitar la búsqueda,
pero en este caso basado en criterios espaciales tales
como intersección y contención.
Spatial utiliza por defecto una estructura de índice
Spatial utiliza por defecto una estructura de índice
espacial
R-tree
.
Un índice del R-árbol aproxima cada geometría a un
solo rectángulo (llamado el rectángulo de limitación
Spatial Databases: A Tour
Prentice Hall, 2003 (ISBN 013-017480-7)
http://www.cs.umn.edu/Research/shashi-group/Book/
Bibliografía
Shashi Shekhar, Sanjay Chawla
http://www.cs.umn.edu/Research/shashi-group/Book/
Ejemplo
Se quiere almacenar en una base de datos la distribución de las cajas, en las que pagan los usuarios, y de las estanterías, en las que compran, del supermercado que se muestra en la figura para poder realizar estudios posteriores.
posteriores.
Pasos que se deben seguir cuando se tienen problemas con datos espaciales:
• Realizar el esquema relacional • Crear las tablas
• Definir el SRE • Insertar datos
Ejemplo: Esquema relacional
ESTANTERIAS (ID_Est, Geo_Est)
EST_USR (ID_Est, ID_Usr)
USUARIO (ID_Usr, ID_Caja)
Ejemplo: Creación de tablas
CREATE TABLE ESTANTERIA (
ID_EST NUMBER(10) PRIMARY KEY,
GEO_EST MDSYS.SDO_GEOMETRY NOT NULL
);
CREATE TABLE CAJA (
ID_CAJA NUMBER(10) PRIMARY KEY,
GEO_CAJA MDSYS.SDO_GEOMETRY NOT NULL
);
Ejemplo: Definición del SRE
INSERT INTO USER_SDO_GEOM_METADATA VALUES ('CAJA', ‘GEO_CAJA', MDSYS.SDO_DIM_ARRAY( MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('X', 0, 10, 0.005), MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('Y', 0, 20, 0.005)), NULL); y
INSERT INTO USER_SDO_GEOM_METADATA VALUES ('ESTANTERIA', ‘GEO_EST', MDSYS.SDO_DIM_ARRAY( MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('X', 0, 10, 0.005), MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('Y', 0, 20, 0.005)), NULL); X
Ejemplo: Inserción de datos
INSERT INTO CAJA VALUES( 1, MDSYS.SDO_GEOMETRY(2001, NULL, MDSYS.SDO_POINT_TYPE(1,19,NULL), NULL, NULL) X=1, Y=19 X=2 NULL, NULL) );
INSERT INTO ESTANTERIA VALUES( 1,
MDSYS.SDO_GEOMETRY(2003, NULL, NULL,
MDSYS.SDO_ELEM_INFO_ARRAY(1,1003,3), MDSYS.SDO_ORDINATE_ARRAY(0,3,2,8)) ); X=0, Y=3 X=2 Y=8