10. FEJEZET - TÉRBELI ADATBÁZISOK, MINT A VALÓSÁG MODELLJEI

A következő három bevezető fejezet a térbeli adatbázisok néhány alapelvével foglalkozik. Miután ezek a kérdések alapvetőek a téma megértéséhez, így már itt bevezetésre kerülnek, de a későbbi fejezetekben még részletesebben foglalkozunk velük.

10. Fejezet - Térbeli adatbázisok, mint a valóság modelljei

Szerkesztette: Timothy L. Nyerges, Washingtoni Egyetem

Magyar változat: Mucsi László, József Attila Tudományegyetem, Szeged

A. BEVEZETÉS

- a valós világ túlságosan bonyolult közvetlen és direkt megértésünk számára

- ezért készítjük el a valóság modelljeit, törekedve arra, hogy minél jobban hasonlítsanak a valós világhoz a kiválasztott szempontok alapján

- a modellekhez készített adatbázisok alapvető lépések a valóság természetének és állapotának megértése felé

Definíció

- a térbeli adatbázis a térhez kapcsolódó adatoknak az együttese, amely a valóság modelljéül szolgál

- az adatbázis a valóság modellje abban az értelemben, hogy reprezentálja a jelenségek egy kiválasztott halmazát

- fontos, hogy ezek a kiválasztott jelenségek digitális formában tárolhatók legyenek; a digitális reprezentáció vonatkozhat a múltra, a jelenre és a jövőre is (vagy tartalmazhatja a különböző időintervallumok kombinációját is az előre kidolgozott módon)

Szabványok

- számos definíciót, melyet ebben a fejezetben használunk, az USA Nemzeti Digitális Kartográfiai Szabványából kölcsönöztük (DCDSTF, 1988)

- ezeket a szabványokat úgy alakították ki, hogy biztosítsák a digitális kartográfiai adatok kicserélhetőségét és jellemzését egységes nemzeti értelemben; ezek a kartográfiai szabványok részét fogják képezni egy jelenleg kialakítás alatt álló rendszernek, amely minden földtudományi információ digitális reprezentálására dolgoznak ki

B. Az adatbázis tartalma és a szervezeti feladat

Szervezeti megbízás

- a szervezeteknek megbízásaik (mandates) vannak, hogy végrehajtsanak bizonyos feladatokat

- lényegében a megbízások alapján jönnek létre a szervezetek

- a szervezeteknek különböző mértékben van szükségük adatokra attól függően, hogy milyen megbízásuk van ill. milyen tevékenységek szükségesek megbízásuk végrehajtásához

- a megbízások gyakran segítenek azonosítani és definiálni az érdeklődésük irányát, amely egy bizonyos világszemléletet tesz szükségessé

- létezhetnek olyan adatok, amelyek első pillantásra két különböző szervezet számára is azonos értékűek, de részletesebb elemzés alapján már nem

- pl. a vadonélő állatokkal foglalkozó és az erdészeti intézetek egyaránt érdeklődést mutatnak a növényzet iránt, de a részletes szükségletek különböznek

Az adatbázis tartalma

Példa: szállítás

- közúti adatok a természeti nyersanyagokkal foglalkozó szervezetek és a közúti szállítás szervezetei szempontjából

- a természeti nyersanyagokkal foglalkozó vállalatok számára csak az szükséges, hogy ismerjék a szállítási útvonalakat és az állami közúthálózathoz való kapcsolódás lehetőségeit

- a szállításban érdekelt vállalatok számára nagy jelentőségű a lakosság által használt útvonalak ismerete

- az adatbázis használható még a közutak állapotáról és fenntartásáról szóló részletes információk tárolására

- természetesen elvárható, hogy sokkal részletesebb adatokat szolgáltassunk, mint amilyenre pl. a természeti erőforrásokkal foglalkozó szervezeteknek szükségük van

Példa: Nedves területek (wetlands)

- adatok a nedves területről egy ökológiai szervezet és az adóhatóság különböző szempontjai szerint

- az ökológiai szervezet a nedves területet mint természeti erőforrást kezeli, amelyet meg kell őrizni és védeni kell a káros fejlődéstől

- perspektivikusan szükség lehet a terület biológiai és fizikai erőforrásainak részletesebb leírására

- az adóhatóság definiálhatja a nedves területet, mint egy megműveletlen, a lakosság számára nagyon alacsony értékű terület

- egy ilyen leírásban csak a nedves terület elhatárolására van szükség

Adatbázis tervezés

- minden szervezet számára csak bizonyos jelenségek fontosak annyira, hogy az azokat leíró adatokat összegyűjtsék illetve megjelenjenek az adatbázisban

- az adatgyűjtési folyamat magában foglalja a földrajzi valóság jellemzését és a valós állapot meghatározását (múltbeli, jelen vagy jövőbeni állapot)

- a jelenségek azonosítása az adataik helyes reprezentációjának a kiválasztása része annak a folyamatnak, melyet adatbázis tervezésnek hívunk

- lásd 11. és 66. Fejezet, ahol többet megtudhatunk az adatbázis tervezésről

C. Alapvető adatbázis elemek

- a valóság modellje (GIS adatbázis) elemeinek két tulajdonsága van:

1. az elem a valóságban - entitás

2. az elem, ahogyan az adatbázisban megjelenik - objektum

- a harmadik tulajdonság a kartográfiai ábrázolásban a szimbólum, vagyis az entitás vagy az objektum a térképen vagy más grafikus megjelenítőn (display) hogyan jelenik meg

- az alábbi definíciók és fogalmak a DCDSTF (1988) alapján készültek (lásd irodalom)

melléklet - Kifejezések definíciói

Entitás (entity)

- az entitás, olyan jelenség a valóságban, amely nem bontható tovább ugyanilyen értelmű jelenségekre

- pl. a várost ilyen értelemben entitásnak tekinthetjük, hiszen részekre oszthatjuk, de ezek a részek már nem hívhatók városnak, lehetnek kerületek, peremvárosok vagy hasonlók

- de pl. egy erdő felosztható kisebb erdőkre

Objektum (object)

- az objektum az entitás egészének vagy egy részének a digitális megjelenése

- egy entitás digitális megjelenítésének a módszere változik a méretarány, a szándék vagy más faktorok függvényében

- egy város pl. földrajzilag ábrázolható mint egy pont, ha kontinentális léptékben dolgozunk

- ugyanaz a város megjeleníthető területével is, ha adatbázisunkat egy államra vagy egy megyére vonatkoztatjuk

Entitás típusok

- hasonló entitásokat mint entitás típusokat azonosítjuk és tároljuk az adatbázisban

- az entitás típus, hasonló jelenségek csoportja, azonos módon jelenik meg és tárolódik, pl. utak, folyók, domborzat, növényzet

- alkalmas fogalmi keret elkészítése a jelenségek általános szinten való leírására

- a szervezeti szemlélet nagy mértékben befolyásolja a megjelenítést, értelmezést

- minden entitás típusnak pontos definiót adhatunk

- segítség az adatbázis tartalmának tisztázásában

- az ajánlott Amerikai Digális Kartográfiai Adatok Nemzeti Szabványa 2. kötete (DCDSTF 1988) nagy számú entitás típus definíciót tartalmaz

melléklet - Entitás definíció minták

- az első lépés az adatbázis fejlesztésében az adatbázisban megjelenő entitás típusok kiválasztása és definiálása

- ezt befolyásolja a szervezet megbízatása és az adatbázis célja - ez a keret ugyanolyan fontos lehet mint a tényleges adatbázis, mert ez irányítja a fejlesztést

- a második lépés az adatbázis tervezésében olyan módszer kiválasztása, amely alkalmas mindegyik entitás típus térbeli megjelenítésére

Térbeli objektumtípus

- a térbeli adatbázis entitás típusainak digitális megjelenítéséhez szükséges az alkalmas térbeli objektum típusok kiválasztása

- a Digitális Kartográfiai Adatbázisok Nemzeti Szabványa meghatározza a térbeli objektumak alaplistáját és az objektumak tulajdonságait

- ez az osztályozás a térbeli dimenziók következő definícióján alapul:

0D - olyan térbeli objektum, amelynek helye van de kiterjedése nincs

- egy pont

1D - egy objektum, amelynek csak hosszúsága van

- kettő vagy több egydimenziós objektum kombinációja

- egy vonal

2D - olyan objektum, amelynek hosszúsága és szélessége van

- legalább 3 egydimenziós szakasszal határolt objektum

- egy terület

3D - olyan objektum, amelynek hosszúsága, szélessége és magassága vagy mélysége van

- egy test

- a térbeli objektumakkal, mint a valóság megjelenüléseivel mélyebben a 11. Fejezetben foglalkozunk

Tárgy osztályok

- egy objektum osztály olyan objektumak halmaza, amely reprezentálja az entitások halmazát

- pl. egy ponthalmazzal reprezentáljuk a kutak halmazát

Attribútumok - értékek

- az attribútum a megjelenítésre kiválasztott entitás tulajdonsága

- általában nem térbeli

- bár számos esetben kapcsolatban lehet a vizsgált jelenség térbeli tulajdonságával

- pl. terület, kerület

Attribútum érték

- az attribútum valós értéke mérhető és tárolható az adatbázisban

- az entitás típus majdnem mindig az attribútummal jellemezhető és ismerhető fel

- pl. egy útnak rendszerint neve van és azonosítható osztálya (rendje) szerint - pl. sikátor, autópálya

- az attribútum értékeket gyakran módszeresen attribútum táblázatokba szervezzük, amely a sorokban az egyedi entitásokat, az oszlopokban az attribútumokat sorolja fel

- minden egyes cella a táblázatban reprezentálja az attribútum értékét annak a speciális attribútumnak, amely a speciális entitáshoz tartozik

- megjegyzés: az attribútum táblázat nem hivatalos DCDSTF kifejezés

Adatbázis modell

- az adatbázis modell fogalmi leírása az adatbázisnak, amely definiálja az entitásokat és a hozzájuk kapcsolódó attribútumokat

- minden entitás típus reprezentálható a speciális térbeli objektumakkal

- az adatbázis létrehozása után, az adatbázis modell ad képet az adatbázisról, melyet a rendszer képes bemutatni a felhasználónak

- másféle megközelítések is lehetségesek, de ez a legalkalmasabban használható, mert fontos a fogalmi tervezésben

- pl. a rendszer modellezheti az adatokat vektor formában, de generálhat raszteres szerkezetet a felhasználó számára

- az adatbázis modell nem szükségszerűen kapcsolódik közvetlenül az adatok tárolási módjához az adatbázisban

- pl. a közigazgatási zónák definiálhatók mint a reprezentáló poligonok halmaza, de a program valóságosan reprezentálhatja a poligont, mint szakaszok sorozata

- az adatbázis modellek példái csoportosíthatók az alkalmazási terület által

- pl. a közlekedési alkalmazások különböző adatbázis modelleket kívánnak mint a természeti erőforrásokkal kapcsolatos alkalmazások

Rétegek

- a térbeli objektumak csoportosíthatók rétegekbe (layers, overlays) másnéven fedvényekbe (coverage)

- egy réteg reprezentálhat egy egyszerű entitás típust vagy egy fogalmilag összetartozó entitás csoportot

- pl. egy réteg lehet egy folyószakasz, de lehet folyók, tavak, partvonalak és mocsarak együttese is

- a választási lehetőségek függnek a rendszertől, valamint az adatbázis modelltől

- számos térbeli adatbázis modell az összes entitás egy rétegbe való kombinálásából épül fel

d. ADATBÁZIS TERVEZÉS

Az adatbázis tervezés lépései

1. fogalmi

- szoftver- és hardverfüggetlenség

- az adatbázisban jelenlevő entitások leírása és definiálása

- azonosítás, hogyan ábrázolhatók az entitások az adatbázisban

- úgymint a térbeli objektumok kiválasztása - pontok, vonalak, területek, raszter cellák

- szükséges dönteni arról, hogyan ábrázolható a valós-világ dimenzionalitása és kapcsolatrendszerei

- ez attól a folyamattól függ, amelyben feldolgozzuk azokat

- pl. ábrázolható egy épület területileg vagy pontként

- a főútvonal szakaszai explicit módon összakapcsolhatók az adatbázisban

2. logikai

- szoftverspecifikus de hardverfüggetlen

- az adatbázis elemek logikai szerkezetének kidolgozása, amelyet meghatároz a szoftver által használt adatbázis kezelő rendszer

- ez részletesen a 43. Fejezetben kerül tárgyalásra

3. fizikai

- hardver- és szoftverspecifikus

- itt szükséges figyelembe venni azt, hogyan strukturálódnak a file-ok a lemez elérése szempontjából

- tárgyalva 66. Fejezetben

Kívánatos adatbázis tulajdonságok

- az adatbázis legyen:

- egyidejű - az adatok azonos időpontra vonatkozzanak

- annyira részletes amennyire az alkalmazás megkívánja

- az adatbázison belüli kategóriák és alketegóriák tartalmazzák mindazokat az adatokat, amelyek az erőforrás tulajdonságainak, viselkedésének modellezéséhez, elemzéséhez szükséges

- helyzetileg pontos

- tökéletesen kompatibilis más információkkal, amelyekkel átfedhetők

- valósághű, hiba nélkül jellemezze a jelenség természetét - egyértelműen definiálva azokat a jelenségeket, melyeket az adatbázis tartalmaz

- naprakész, az ütemezésnek megfelelően állandóan megújuló

- hozzáférhető, bárki számára, akinek szüksége van az adatbázisra

Szempontok az adatbázis tervezésben

- a földrajzi valóság majdnem minden entitásának legalább 3-dimenziós térbeli tulajdonsága van, de nem biztos, hogy minden dimenzió szükséges

- pl. a főútvonal pályájának valóságban van mélysége, de ez nem annyira fontos mint a szélessége és még kevésbé fontos mint a hosszúsága

- az adatreprezentáció azokon a kezelési típusokon alapulhat, amelyeket figyelembe veszünk

- az alapdokumentum méretaránya fontos az adatbázisban megjelenő részletek felbontása miatt

- pl. az 1:100.000 méretarányú térképen az egyedi házak és a telkek nem láthatók

IRODALOM

Codd, E. F., 1981. "Data Modells in Database Management," ACM SIGMOD Record 11(2):112-114. Az adatmodellek természetének magyarázata, szerepük az adatbázisok létrehozásában.

DCDSTF - Digital Cartographic Data Standards Task Force. 1988. "The proposed standards for digital cartographic data," The American Cartographer 15(1). Összefoglalása az ajánlott US Nemzeti Szabványa legfontosabb elemeinek.

Robinson, A., R. Sale, J. Morrison, and P. Muehrcke, 1984. The Elements of Cartography, (5th ed.), John Wiley and Sons, New York. Használható bemutatása a kartográfiai terminológiának és modelljeinek.

Unwin D., 1981. Intruductory Spatial Analysis, Methuen, London. Térbeli analízis lehetséges térbeli adat modelleken.

ellenőrző kérdések

1. Mi teszi a térbeli adatbázisok fogalmát egyedivé más adatbázis típusokhoz képest?

2. Különböztesse meg egy entitás szerkezetét egy térbeli objektumtól.

3. Miért fontosak a szervezeti szempontok az adatbázis tervezésében? Mutasson példát (a) természeti erőforrásokkal kapcsolatos, valamint (b) társadalmi-gazdasági adatokkal kapcsolatos felhasználásra.

4. Mi az adatbázis modell, és miért fontos az adatbázis tervezésében?

5. Miért használnak az adatbázis tervezői lánc odjektumot (chain object) vonalas elemek megjelenítésére inkább mint egy string objektumot (string object)?

6. Soroljon fel és definiáljon példát a térbeli objektum típusra a 0-, az 1-, a 2- és a 3-dimenziós objektum típusból.

Tartalom

<<< Előző fejezet

Következő fejezet >>>