Räumliche Anfragen

Räumliche Anfragen

GIS-Seminar WS04/05

Marius Zirngibl

FBI, Universität Hamburg

Räumliche Anfragen Marius Zirngibl / FB Informatik Uni Hamburg

2

Übersicht

1. Motivation

2. Konzepte von Anfragesprachen

3. Grundlagen der Datenauswertung

4. Anfrageoptimierung

5. Praktisches Beispiel


3

Motivation

• These:

Der Wert eines Informationssystems wird auch und besonders daran gemessen, welche Fragen an das System gestellt werden können.

=> Ohne geeignete Abfragemöglichkeit sind gespeicherte Daten wertlos.


4

Grundsätzliche Fragen

• Wie mächtig ist die benutzte Sprache?

• Wie formuliere ich meinen Wunsch?

• Für welche Benutzergruppen ist die Abfragemethode geeignet?

• Wie effizient ist die Auswertung?


5

Anfragesprachen

• Schnittstelle für den Benutzer, um Informationen aus einem System zu bekommen, ohne die interne Struktur der Datenbank genau zu kennen

• sehr verschiedene Arten von Anfragesprachen • Zwei Hauptkriterien zur Beurteilung der Qualität

einer Anfragesprache:

Benutzerfreundlichkeit <-> Funktionsumfang


6

Konzepte von Anfragesprachen

• Grundsätzliche Unterscheidung von Anfragesprachen:

- nach Art der Interaktion zwischen Benutzer und System

- nach Art der möglichen Operationen

- nach Art der angefragten Daten


7

Unterscheidung von Anfragesprachen

• Nach Art der Interaktion:

- Graphische Anfragesprachen

- Dialogsysteme

- Formale Anfragesprachen

- Natürliche Anfragesprachen


8


• Nach der Art der Operationen:

- reine Abfragesprache

- Data Manipulation Language (DML): auch Veränderung der Daten

- Data Definition Language (DDL): auch Definition der Daten


9


• Nach der Art der Daten:

- Graph-Anfragesprachen

- Räumliche Anfragesprachen (Spatial Query Language, SpQL)

- Geographische Anfragesprachen (Geographical Query Language, GQL)


10

GEOQL – Beispiel einer formalen geographischen Anfragesprache

• GEOQL ist eine Erweiterung von SQL

• Funktionalität und Syntax sehr ähnlich SQL

• Zusätzlich spezielle räumliche Operatoren


11

Beispiel für eine räumliche Anfrage mit GEOQL

• Fragestellung: „Finde alle Städte mit einer Einwohnerzahl über 5000 im Umkreis von 200 km um den Bodensee“

• Problem mit reinem SQL: keine Möglichkeit, Entfernungen zwischen Objekten abzufragen


12

Räumliche Anfrage mit GEOQL

Formulierung der Frage in GEOQL:

SELECT CITY.Name

FROM CITY, LAKE

WHERE LAKE.Name = ´Bodensee´ and

CITY.Population >= 5000 and

CITY within 200 km of LAKE.


13

Räumliche Operatoren von GEOQL

intersects

adjacent

joins

ends_at

contains

situated_at

within

closest

furthest


14

Grundlagen der Datenauswertung

Man unterscheidet grundsätzlich zwei Methoden der Datenauswertung:

- Thematische Datenselektion

- Geometrische Datenselektion


15

Thematische Datenselektion

• In den meisten Datenbanken zu finden, nicht nur in GIS

• Selektion bestimmter Objekttypen mit bestimmten Attributen

• Formale Struktur einer thematischen Selektionsanfrage: <Operand 1> <logischer Operator> <Operand 2>


16

Geometrische Datenselektion

• Nur in raumbezogenen Informationssystemen zu finden

• Selektion von geometrischen Objekten, die zu anderen geometrischen Figuren in einer bestimmten topologischen Beziehung stehen

• Formale Struktur einer geometrischen Selektionsanfrage:

<Operand 1> <geometrischer Operator> <Operand 2>


17

Topologische Beziehungen


18

Unterarten geometrischer Datenselektion

• „m nearest neighbour query“: Abfrage der m nächsten Objekte zu einem vorgegebenen Objekt

• Homöomorphismen: geometrische Ähnlichkeit zwischen Objekten


19

Anfrageoptimierung

• Große Datenmengen => hoher Rechenaufwand bei komplexen Anfragen

• Deshalb Unterteilung des Raumes mittels eines räumlichen Index


20

Quadtree

• Algorithmus basiert auf der rekursiven Zerlegung einer Fläche in vier Teile

• Entstandene Teilflächen werden durchnumeriert (indiziert)

• Grad der Zerlegung abhängig von der Objektdichte


21

Quadtree

• Erstellung des Quadtree auf Grundlage einer bestehenden Datenbasis

• Position im DB-System zwischen Datenbasis und Anfragesystem

• Fungiert als Zwischenspeicher („cache“)

• Speicherung als Baumstruktur mit genau vier Blättern je Knoten (daher „Quadtree“)


22

Quadtree


23

Anfrage im Quadtree


24

Einfügen neuer Knoten


25

Octree


26

Beispiel für räumliche Indizierung

• Frage: Wie viele Windkraftwerke gibt es in Hamburg, und wo liegen sie?


27

Beispiel für räumliche Indizierung


28


29


30

Darstellung der Auswertungsergebnisse

• Verschiedene Möglichkeiten der Datenausgabe:

- textuelle Darstellung (Listen, Tabellen)

- graphische Darstellung (Diagramme)

- kartographische Darstellung

• Kombinationen häufig und nützlich

=> Übersicht vs. Detailgenauigkeit


31

Literaturverzeichnis

• Dirk Findeisen: Datenstruktur und Abfragesprachen für raumbezogene Informationen, Kirchbaum Verlag, Bonn, 1990

• Beng Chin Ooi: Efficient query processing in geographic information systems, Springer Verlag, Berlin, 1990

• Matthias Ziegler: Untersuchung geographischer Anfragesprachen auf der Basis relationaler und objektrelationaler Datenbankmanagementsysteme, München, 2001

• Nabil Adam, Aryya Gangopadhyay: Database Issues in Geographic Information Systems, Kluwer, Boston,1997

• Philippe Rigaux, Michel Scholl, Agnes Voisard: Spatial Databases with Apllication to GIS, Morgan Kaufmann, 2002

• Hanan Samet: Neighbor finding in images represented by Octrees, University of Maryland, 1988


32

Diskussion

• Wie könnten graphische Anfragesprachen aussehen und wie sinnvoll ist deren Einsatz?

• Wie effizient können natürliche Anfragesprachen sein?

Documents

Räumliche Anfragen