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Bases de Datos Espaciales

@ . Univ. Carlos III

Espaciales

1. ¿Porqué surgen?

2. Características de las bases de datos espaciales

3. Sistemas de Información Geográfica

Bases de datos espaciales



4. Modelos de datos espaciales

5. Operadores espaciales, Tipos de consulta

6. Indexación

7. Spatial Oracle 10g

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. de la Puerta del Sol.

2. Lista de los clientes que viven en la linde de Madrid con Cuenca.

Ejemplos de datos no-espaciales

Nombre, números de teléfono, dirección e-mail.

Ejemplos de datos espaciales

Datos del censo



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 quetienen características espaciales referenciadas dentro deun sistema de referencia espacial (SRE).

Paraello senecesita:


Paraello senecesita:

1. Extensión del modelo de datos

2. Manipulación y consulta

3. Estructuras de indexación y almacenamiento


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.


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


Un SIG es una herramientainformática para la manipulación yanálisis de datos georreferenciadosorientada a la toma de decisiones.

La IG maneja tres componentes:espacial, temática y temporal


espacial, temática y temporal

La metodología para conceptualizareste tipo de información es a travésde capas temáticas.

3. Sistemas de Información GeográficaLos modelos de representación vienen dados por los marcosde 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

espacialesEjemplo

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 la implantación 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,..

� Métricas. Distancia

Consulta de rango:

Encontrar los objetos de un tipo concreto que están dentro deun área espacial determinada.

Encontrar objetos que se encuentran a una distancia específicadeunalocalizacióndeterminada.

5. Tipos de consulta


deunalocalizacióndeterminada.

Ejemplos:

� Encontrar todos los institutos dentro del área de Leganés.

� Encontrar todos los policías en un radio de 500metros del lugar de un atraco.

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

una zona determinada.

Técnicas de indexación espacialPara 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. IndexaciónMenor precisión

Mayor precisión


7. 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


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.


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).


Tipos de datos espaciales que soporta ORACLE


CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT (SDO_GTYPE NUMBER,SDO_SRID NUMBER,SDO_POINT SDO_POINT_TYPE,SDO_ELEM_INFO SDO_ELEM_INFO_ARRAY,SDO_ORDINATES SDO_ORDINATE_ARRAY);

Tipo de dato espacial


� Modelo de consultasSpatial 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.


Indexación de datos espacialesUn 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 mínimo, o MBR), que incluye como mínimo la geometría.

� 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/

� http://www.esri.com/

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)

CAJA (ID_Caja, Geo_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

);

IMPORTANTE: La creación es genérica.

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=2Y=8

IMPORTANTE: La inserción define el tipo de geometría.

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