Основа БД это модель данных - фиксированная система понятий и правил представления данных структуры, состояния и динамики проблемной области в базе данных..
Модель данных включает в себя:
инфологическая -емко и лаконично отображает предметную область в виде совокупности инф. Объектов и их структурныхвещей.
Деталогическая -поддерживает конкретный уровень СУБД обобщенным выражением датологической модели является концептуальная модель ,данне которой структурированы в соответствии с требованием структуры бд
2.Основные задачи и проблемы при обработке пространственной информации
Пространственная (картографическая) информация это это основа информационного блока ГИС, Задачи: обработка видеоизображений;преобразование растровых изображений в векторные графическиемодели;обработка картографической информации;обработка разнородной информации;построение моделей объектов или местности;анализ моделей ГИС;получение новых знаний;получение решений на основе геоинформации.
проблемы:
3.Форматы файлов в ГИС.примеры форматов и краткая хар-ка форматов файлов в ГИС
Форматы файлов в ГИС это те форматы в которых хранится информация предназначенная для работы в сфере ГИС.
SHP -формат данных пакета АркГис. Состоит минимум из 3х файлов:1.пространственные данные 2индекс формы пространственных данных 3. Атрибутивные данные
TAB -формат пакета МэпИнфо. Имеет несколько файлов . dat- табличные данные,tab текстовое описание структур таблиц.MAP.-ГРАФИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ : ID список указателей
Mif/MID международный векторный обменный формат
DMF векторный формат гис пакета Диджитал
HPGL формат для вывода векторных данных на принтер
DLG векторный формат геологической службы США
DX90 формат цифровой навигационной карты
DXF (для САПР) и DGN
4.Структура и особенности шейп-файла для Гис.
Шейп-файл - это простой, нетопологический формат для хранения геометрического местоположения и атрибутивной информации географических объектов. Географические объекты могут быть представлены точками, линиями или полигонами (площадями). Рабочая область, содержащая шейп-файлы, может также содержать таблицы которые могут хранить дополнительные атрибуты, доступные для соединения с объектами шейп-файла.
.shp
Главный файл .shp содержит информацию о геометрических объектах. Файл состоит из заголовка фиксированной длины и одной или более записью переменной длины. Каждая запись переменной длины включает в себя заголовок записи и содержимое.
.dbf
Файл, в котором записывается атрибутивная информация, геометрических объектов описанных в .SHP - файле.
.shx
Файл связи между файлами .dbf и .shp.
.sbn и .sbx
Файлы пространственных индексов. Ускоряют операции над геометрическими объектами. Формируются автоматически и могут быть удалены без потерь данных .
.aih и .ain
Индексные файлы атрибутивных таблиц. Формируются автоматически и могут быть удалены без потерь данных.
5.Топология пространственных данных
Топология - это набор правил, которые вместе с инструментами и технологиями редактирования позволяют более точно моделировать геометрические отношения в базе геоданных. Топология обеспечивается через набор правил, которые определяют, как пространственные объекты взаморасполагаются в географическом пространстве, а также через набор инструментов редактирования, одинаковым образом применяющиеся к объектам с общей геометрией. Топология хранится в базе геоданных как одно или несколько отношений, определяющих, как пространственные объекты одного или нескольких классов пространственных объектов используют общую геометрию. Участвующие в топологии пространственные объекты относятся к простым классам пространственных объектов - топология не изменяет определение класса пространственных объектов, а сама служит описанием пространственных отношений этих объектов.
Топология задействуется для:
• Управления взаимным расположением пространственных объектов. Например, соседние полигоны, такие как земельные участки, имеют общие границы; центральные линии улиц и районы переписи имеют совпадающую геометрию; смежные полигоны почв имеют общие границы и т.д.
• Назначения и применения правил целостности данных (т.е., отсутствие пробелов между полигонами; отсутствие накладывающихся пространственных объектов и т.д.).
• Поддержки запросов и навигации с учетом топологических взаимосвязей (т.е., для управления смежностью и связностью пространственных объектов).
• Поддержки сложных инструментов редактирования (инструментов, учитывающих топологические отношения в модели данных).
• Создания пространственных объектов из неструктурированной геометрии (т.е., для создания полигонов из линий).
6.Основные типы информации в моделях данных ГИС. Формы представления в ГИС.
В любой модели БД определяющий любой объект должна иметься информация 1)о положение объекта 2)индефикатор номера 3)атрибуты.
Индефекатор номера- уникальный номер присваемый объектам присваемый по какому либо перечню или кадастру.
Формы представления
Типичными формами представления объектов в ГИС не регулярная сеть точек произвольно расположенные точечные обьекты в качестве атрибутов имеющие значение в каждой точки.
Регулярная сеть точек - создается в равномерной пасположенной простран точками достаточной густоты с помощью регкляр сети легко перейти к любой другой форме представ данных.
Представление изолиниями - основной недостаток в том что нет инф о поведении поля между изолиниями Данный способ является не самым удобным.
7) ВЕКТОРНОЕ представление простр дан. Заключаестя в изображении пространств. объектов в виде мозайки - из небольших, одинаковых по размеру элементов. Каждый элемент мозаики имеет значение цвета. Единичный элемент мозаики называется пикселем.
Достоинства:
1)Просты в использовании и могут широко примен.для изучений новых явлений.
2)Многие задачи решаются значи-тельно проще,чем в векторных моделях.
3)Можно проводить векторизацию модели
4)Просты для обработки по параллельным алгоритмам и этим обеспеч. более высокое быстродействие
5)Наиболее применимы при обработке данных ДДЗ.
Недостатки:
1) Большой размер графических файлов
2)Невозможность увеличение изображения до деталей.
8) РАСТРОВОЕ предст дан
В ее основе лежит разбиение территории или изображения на вложенные друг в друга пикселы или регулярные ячейки с образованием
иерархической древовидной структуры - декомпозиции пространства на квадратные участки (квадраты, квадратные блоки, квадранты), каждый из которых делится рекурсивно на четыре вложенных до достижения некоторого уровня пространственного разрешения.
Достоинтсва:
1)Эффективна при сохранении быстрого доступа к элементам описания
2)Компактна по сравнению с растровой.
Недостатки:
1) Почти невозможно сравнить два изображения, которые отличаются,
например, лишь поворотом.
2) Алгоритмы поворота квадрото-мированного изображения Ограничиваются лишь поворотами на углы, кратные 90 градусам.
Повороты на любые другие углы невозможны.
9) КВАДРОМЕТРИЧЕСКАЯ модель предст дан. Это цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар, с описанием только геометрии объектов.
Достоинства
1) компактность хранения
2) высокая точность позиционирования точечных объектов и рисования линий.
3) масштабирование и трансформация векторных изображений не имеют каких-либо ограничений и не влияют на качество.
Недостатки:
1) не выгодно для передачи и обработки изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей
2)Из векторной модели трудно перейти у растровой.
3) имеют весьма сложную систему описания топологической структуры данных, в связи с чем их обработка требует решения сложных геометрических алгоритмов
11) Основным элементом DIME-структуры является дуга или сегмент - последовательность линий, начинается и заканчивается узловыми точками. Под узловой точкой понимают точку пересечения трех и более линий. Хотя чаще всего рассматривается как любая начальная или конечная точка последовательности линий, образующая сегмент или дугу.
Каждая точка запоминается только один раз в составе какого-либо сегмента (дуги) и может использоваться многократно - столько раз, сколько это будет необходимо.
12)TIN- треугольная не регулярная сеть. Она строится путем объединения известных точечных значений в серии треугольников по алгоритму триангуляции Делоне. Модель используется для представления поверхности в виде совокупности смежных трехмерных (3D) треугольных граней, которые не перекрываются. Основной принцип алгоритма триангуляции Делоне состоит в том, чтобы из имеющегося набора точек с известными высотными отметками
(координат Z) построить треугольники, которые все вместе будут максимально близки к равносторонним фигур. TIN-модель является более гибкой по сравнению с растровой и позволяет более компактно и с меньшими погрешностями описать поверхности с вложенными формами, такие, как, например, топографическая поверхность.
10)Точечная полигональная структура -это способ векторного представления метрических данных с использованием точек, линий, полигонов. Он относится к категории нетопологичних векторных структур данных
В базе данных хранится пообъектная информация о координатах точек ввода
В структуру таблиц может быть введена атрибутивная информация для объектов, которые цифруются, а также информация о графическом изображении объектов на карте.
Основной недостаток этого способа заключается в отсутствии в записи данных топологической информации
Оверлейные операции (overlay) - это действия, в результате котоќрых выполняется объединение пространственных характеристик поќкрытий в новый слой и реляционное соединение их атрибуќтивных таблиц . Полигональные оверлеи (polygon overlay) - это специальная операция наложения одного полигонального покрытия на другое и их атрибутов для создания нового полигонального покрытия. Другие оверлейные операции включают оверлей линии в полигон и оверлей точек в полигон, налагаются на полигоны другого, чтобы определить, которые из дуг полностью или частично попадают в полигоны. Атрибуты полигонов связываются с соотвтствующими дугами в результирующем дуговом покрытии,соответственно оверлейная операция точка в полигоне (point-in-polygon) - это пространственная операция, при которой точки одного покрытия налагаются на полигоны другого, чтобы определить, которые из точек попадают внутрь полигонов. Атрибуты полигонов связываютќся с точками в результирующем точечном покрытии.
14.Выбор способа формализации и преобразования структурных данных
К преимуществам растровых структур можно отнести слияние позиционной и семантической атрибутики пространственной информации в единую прямоугольную матрицу, при этом отпадает необходимость в особых средствах хранения и обработки семантики пространственных данных (как в векторных структурах), что значительно упрощает аналитические операции с растровыми изображениями. Основными недостатками растрового представления является значительная емкость машинной памяти, необходимая для сохранения растровых данных; недостаточно высокая точность позиционирования точечных объектов и изображение линий
Основными преимуществами векторного представления является компактность хранения, высокая точность позиционирования точечных объектов и изображение линий. Однако векторные модели имеют сложную систему описания топологической структуры данных, вследствие чего их обработка требует выполнения сложных геометрических алгоритмов определения положения узловых точек, стыковка сегментов (дуг), замыкание полигонов и др. Это значительно замедляет манипулирование векторными данными, особенно на персональных компьютерах со сравнительно небольшим быстродействием.
Это показывает, что они взаимно противоположны друг другу - преимущества одного способа формализации являются недостатками другого, и наоборот. Это определяет необходимость применения в рамках ГИС обоих способов и, следовательно, наличии возможности преобразования (конвертации) одной структуры в другую и наоборот (выполнение так называемых вектор-растровых и растр-векторных преобразований),
15. Классификация бд гис по типу данных, по структуре данных, по моделям данных,форме представления пространственных данных
1)по типу данных : картографические данные; атрибутивные данные.
2)по структуре :топология; слои.
3)по форме представления пространсвенных данных: растровое представление; векторное представление; векторно-растровое; трехмерное.
4)по модели данных : иерархическая; сетевая; реляционная; объектная; гибридная.
5) по объему поддерживаемых БД ( высший, средний, нижний)
16.Иерархическая бд для Гис Принцип организации.Достонства и недостатки
Иерархическая модель данных - устанавливает строгую подчиненость между записями и состоит из упорядоченного набора деревьев. Тип дерева - представляет собой иерархически организованный набор типов записи.Данные организованы многоуровневой структурой ,со связями между уровнями ,определенным по типу "родитель-потомок".
Преимущество:в простоте и открытости доступа по ключам.При этом такая структура легко расширяется путем добавления атрибутов и решающих правил.
Принцип организации:
1)классический тип бд, который поддерживается языками нижнего уровня манипулирования данных ориентированы на навигационные методы доступа данных;
2)функции управления распределениям ресурса осуществляется ос;3)значительная роль отводится администратированию данных;
4)Доступ на каждый уровень осуществляется по ключу ,которые соответствуют связанным атрибутам .
Недостатки:
1)ограничение целостности в структуре бд автоматически поддерживает целостность только между потомками и преедками
2)Частое дублирование данных ,что вызывают сильную избыточность данных в больших бд
3)в иерархической бд доступ к записям возможен лишь в направление вверх или вниз по уровням иерархии.
17.Сетевые бд для гис. Принцип организации. Достоинства и недостатки
Сетевой подход является является расширением иерархических структур бд.В сетевой системе "потомок" может имень несколько родителей. Каждая запись существует в единственном экземпляре .сетева бд используется в том случае,если структура данных сложнее чем обычная.Характерна жесткая организация данных.Набор отношений и структуру записи необходимо задавать заранее.Изменение структуры бд предпологает полную перестройку всей бд.Сетевый бд активно используются при ограниченых аппаратных ресурсах.
Преимущесва:
1)возможность непосредственной новигации по связанным данным ,что дает возможность проведения многокриториального анализа бд без формализации своих информационных потребностей,без формирования запросов на специальном языке.
2)возможноть использования многих видов данных для описания атрибутов объекта
3)позволяет наилучшим образом отабражать инфологические связи в многих предметных областях
Недостатки:
1)сложность можели
2)отсутствие универсальной реализации языка описания данных.
18.Реляционная структура бд Принцип организации. Достоинства и недостатки
Реляционная модель-попытка упростить структуру построения бд.
Все данные представлены в виде простых таблиц,содержащие записи для одного типа объекта.Таблицы связаны общими данными-ключами.Легко выполнять запросы от одной таблицы к другой группе таблиц,данные организованы в столбцы - атрибуты объекта и строки - количество не ограничено ,несет информацию о каком либо объекте.У каждого столбца должно быть уникальное имя, и одинаковый тип.Порядок столбцов в таблице значение не имеет,в каждой ячейке допускается только одно значение.совокупность значение атрибутов в строке называется кортежем.Строки должны быь уникальными .
Преимущества:1)простота построения
2)логическое теоретическое обоснование на основе отношений реляционно алгебры
3)обеспечение высшей степени логической независимости данных в сравнение с другими моделями
Недостатки:
1)невозможность использования географических понятий (пространственных связей и растояний)
2)частичная избыточность
3)не высокая скорость запросов
4)трудности при работе со сложными объектами гис
5)трудности при работе со значениями времени
19. Назначение и классификация СУБД . Примеры СУБД .
Программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных, называется (СУБД). СУБД используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации.СУБД организует хранение информации таким образом, чтобы ее было удобно: просматривать , пополнять , изменять , искать нужные сведения , делать любые выборки ,осуществлять сортировку в любом порядке.Классификация баз данных:
1.По характеру хранимой информации:
- Фактографические (картотеки),
- Документальные (архивы)
2.По способу хранения данных:
- Централизованные (хранятся на одном компьютере),
- Распределенные (используются в локальных и глобальных компьютерных сетях).
3.По структуре организации данных:
- Табличные (реляционные),
- Иерархические,
Характер связи между записями определяет два основных типа организации баз данных: иерархический и реляционный.В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным "спуском" со ступени на ступень. Иерархическая база данных по своей структуре соответствует структуре иерархической файловой системы.
Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу.
Столбцы таблицы называются полями: каждое поле характеризуется своим именем и топом данных. Поле БД - это столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства.
В реляционной БД используются четыре основных типов полей: •Числовой, Символьный ,Дата,Логический (принимает два значения: "да" - "нет" или "истина" - "ложь").
Строки таблицы являются записями об объекте. Запись БД - это строка таблицы, содержащая набор значения определенного свойства, размещенный в полях базы данных.
Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определенным критериям и т. п.
Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.
Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не прибегая к программированию, Популярные СУБД - FoxPro, Access for Windows, Paradox.
20. Функции СУБД .
•управление данными во внешней памяти (на дисках);
•управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
•журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;
•поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).
Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:
•ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,
•процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
•подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД
•а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.
21 . Структура СУБД и задачи ее составных частей .
Для работы с БД используют специальные языки двух основных видов : 1 - язык определенной схемы БД (SDL ) , 2 - маникулирования данных (DML) .SDL служит для определения логической структуры БД .DML имеет набор операций для манипулирования данными .В современной СУБД чаще всего применяют единый интегрированный , который создает все мобильные средства управления БД , как правило он называется SQL.Его основные характеристики : 1 - определение схемы реляционной БД и манипулирования БД , 2 - создание специальных средств целостности БД , 3 - формирование специальных запросов с помощью операторов SQL , 4 - организация доступа и распределения полномочий
22 . Критерии выбора СУБД
Это сложная задачу и является одним из важных этапов при разработке приложений баз данных. Выбранный программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям предприятия, при этом следует учитывать финансовые затраты на приобретение необходимого оборудования, самой системы, разработку необходимого программного обеспечения на ее основе, а также обучение персонала .
Моделирование данных.
• Используемая модель данных .
• Триггеры и хранимые процедуры.
• Средства поиска.
• Предусмотренные типы данных.
• Реализация языка запросов.
Особенности архитектуры и функциональные возможности.
• Мобильность.
• Масштабируемость.
• Распределенность.
• Сетевые возможности.
Контроль работы системы
• Контроль использования памяти компьютера.
• Автонастройка.
Особенности разработки приложений.
• Многие производители СУБД выпускают также средства разработки приложений для своих систем.
• Средства проектирования.
• Многоязыковая поддержка.
• Возможности разработки Web-приложений.
• Поддерживаемые языки программирования. Широкий спектр используемых языков программирования повышает доступность системы для разработчиков, а также может существенно повлиять на быстродействие и функциональность создаваемых приложений.