Тикунов В. С. Геоинформатика. Проектирование географических баз и банков данных. Системы управления базами данных в ГИС.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Представление точечных, линейных и площадных объектов в базе данных и на цифровой карте. В БД ГИС картографические источники и итоговые карты представляются в виде цифровых карт (см. 2.1.3) [Геоинформатика, 1999].
Любая БД состоит из цифровых представлений дискретных объектов. Содержание карты можно хранить в БД в виде цифровой карты, превратив объекты карты в объекты базы данных. Правда, всегда нужно помнить о том, что многое из показанного на картах умозрительно не представлено в реальном мире: горизонтали в природе не существуют, а вот дома и озера — это реальные объекты.

Итак, географические объекты, моделируемые с помощью карты или ГИС, имеют три формы представления:
• объект в действительности;
• объект, представленный в базе данных (некоторые авторы вводят для таких объектов наименование «предмет»):
• знак, который используется для показа объекта (предмета) на карте или на другом графическом изображении.

Мы будем во всех случаях использовать наименование «объект», поскольку о чем идет речь, обычно понятно из контекста.
Предназначенный для отражения в БД или цифровой карте объект — это явление действительности, последнее в ряду подразделения однотипных явлений при выборе «элементарных кирпичиков» для информационного моделирования [А.В.Кошкарев, 2000]; например, город можно считать объектом, при его подразделении на составные части они уже будут не городами, а районами, кварталами и т.п.
Объект в БД — это цифровое представление всего реального объекта или его части. Способ цифрового представления объекта зависит от назначения ГИС, масштаба исследования, его задач и других факторов, например, географически город может быть представлен в виде точки, если рассматриваемая территория имеет масштабы материка; если речь идет о базе географических данных области, тот же город может быть представлен ареалом.
Сходные явления, информация о которых хранится в базе данных, определяются как типы объектов — любая группа сходных явлений, которые должны иметь одинаковую форму хранения и представления, например дороги, реки, высоты, растительность; тем самым обеспечивается основа для формирования общего атрибута явлений. Каждый тип объектов должен быть точно определен, что помогает выявить перекрывающиеся категории данных и вносит ясность в содержание базы данных.

Основные элементы базы данных. Для цифрового представления типов реальных объектов необходимо выбрать подходящую форму объектов, являющихся представителями первых (кодами) в базе пространственных данных. Их классификация может быть основана на представлении пространственной размерности (см. 2.1.2).
Такие объекты хорошо отражают тип пространственной локализации реальных объектов. Они могут быть объединены в классы, например множество точек для представления множества городов.
Пространственные типы объектов БД могут группироваться в слои, именуемые также покрытиями или темами. Один слой представляет один тип объектов или группу концептуально взаимосвязанных типов объектов. Например, слой может включать только отрезки водотоков, или же водотоки, озера, береговую линию и болота. Возможны самые разные варианты системы слоев, как и модели данных. Некоторые базы пространственных данных создаются путем объединения всех объектов в один слой.
Одни и те же географические явления можно представить в разных масштабах и с разной точностью. Переход от одного представления к другому достаточно сложен, например переход от мелкого масштаба (1: 250 000) к крупному (1 : 10 000). Поэтому часто встречаются базы данных, содержащие множественные представления одних и тех же явлений. Это неэкономно, но избежать этого пока не удается, ибо соответствующие методы перехода еще недостаточно разработаны.

Системы управления базами данных в ГИС. Как правило, ГИС создаются на основе уже существующих систем управления базами Данных (СУБД), приобретение или аренда СУБД составляет основную часть затрат на программное обеспечение системы. СУБД выполняет множество функций, которые в противном случае следовало бы программировать в ГИС. Различают два пути использования СУБД в ГИС:
1) выполнение ГИС-процедур полностью через СУБД, тогда Доступ ко всем данным осуществляется только через СУБД и все
данные должны удовлетворять требованиям, заложенным при ее разработке;
2) некоторые данные (обычно таблицы атрибутов и их отношений) доступны через СУБД, поскольку они вполне соответствуют модели, а к некоторым данным (обычно пространственно локализованным) доступ прямой, так как они не удовлетворяют требованиям модели СУБД.

ГИС добавляет географический аспект к уже существующим методам поиска и запроса. Сложность и разнообразие представления данных в ГИС, различимость в представлении позиционной и атрибутивной составляющей информации, необходимость ее обработки в контексте пространственной близости предъявляют своеобразные и повышенные требования к СУБД по сравнению с традиционной формой их использования.

Функции СУБД. Каждую СУБД принято характеризовать способностью выполнять следующие основные функции [К. Дейт, 1980 Дж. Ульман, 1983]:
• управление данными во внешней памяти;
• управление буферами оперативной памяти;
• операции над БД;
. обеспечение надежности хранения данных в БД;
• поддержка языка управления БД.

Управление данными во внешней памяти. Эта функция обеспечивает организацию структуры внешней памяти как для хранения данных, входящих в БД, так и для служебных целей, например, для ускорения доступа к данным. В некоторых СУБД используются возможности файловых систем, в других работа производится на уровне функционирования устройств внешней памяти. В любом случае пользователи СУБД не обязаны знать, какая структура используется или как организованы файлы. Обычно в СУБД создается собственная система наименования объектов БД.

Управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работают с БД значительного размера, существенно большего доступного объема оперативной памяти. Для того чтобы СУБД не зависела от скорости работы устройств внешней памяти, используется организация собственных наборов буферов оперативной памяти с определенными правилами замены и обновления буферов.

Операции над БД. Последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое, называется транзакцией. При выполнении транзакции СУБД либо фиксирует во внешней памяти изменения в БД, произведенные этой транзакцией, либо не производит никаких изменений. Понятие транзакции важно для сохранения логической целостности БД, особенно в многопользовательских СУБД. Каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения. При эффективном управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может ощущать себя единственным ее пользователем.
Управление транзакциями в многопользовательской СУБД осуществляется с помощью специальных операций, которые объединяют транзакции одного пользователя в серии (сериализация транзакций), при этом суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их последовательного выполнения. Существует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакций, среди которых наиболее распространены алгоритмы, основанные на синхронизационных захватах объектов БД.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу