Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних. І бази даних
 Скачать 31.1 Mb.
|
|
XІV. Мова структурованих запитів SQL ............................................. 424 14.1. Загальні відомості про структуровану мову запитів ...................... 424 14.2. Категорії команд SQL ...................................................................... 426 14.3. Переваги мови SQL .......................................................................... 427 14.4. Базові поняття реляційних баз даних .............................................. 429 14.5. Фундаментальні властивості відношень ......................................... 431 14.6. Базисні засоби маніпулювання реляційними даними .................... 432 14.7. Запис SQL-операторів ...................................................................... 433 14.8. Засоби маніпулювання відношеннями ............................................ 434 14.9. Загальна інтерпретація реляційних операцій .................................. 435 14.10. Спеціальні операції реляційної алгебри ........................................ 437 XV. Організація збереження даних у ГІС ............................................ 440 15.1. Загальні відомості про збереження даних у ГІС ............................. 440 15.2. Типи файлів бази даних ................................................................... 442 15.2.1. Невпорядковані файли .......................................................... 442 15.2.2. Послідовно впорядковані файли .......................................... 443 15.2.3. Індексовані файли ................................................................. 443 15.3. Принципи організації даних у ГІС .................................................. 445 15.3.1. Пошаровий принцип організації даних ............................... 445 15.3.2. Об’єктно орієнтований принцип організації даних ............ 457 15.4. Моделі організації даних ................................................................. 463 15.4.1. Сутність геореляційної моделі даних ESRI .......................... 464 15.4.2. Збереження даних у моделі "Шейп-файл" ............................ 466 15.4.3. Збереження даних у моделі "Покриття" ............................... 468 15.5. Об’єктно орієнтована модель даних "База геоданих" .................... 470 15.5.1. Визначення бази геоданих .................................................... 470 15.5.2. Об’єктно орієнтована векторна модель даних .................... 471 8 15.5.3. Переваги бази геоданих ........................................................ 472 15.5.4. Засоби надання інтелектуальних властивостей просторовим об’єктам .......................................................... 472 15.5.5. Топологія в базі геоданих ..................................................... 473 15.5.6. Підтипи .................................................................................. 474 15.5.7. Домени ................................................................................... 475 15.5.8. Відношення та класи відношень .......................................... 476 15.5.9. Елементи об’єктно орієнтованої моделі "База геоданих" ..................................................................... 478 15.5.10. Таблиці ................................................................................ 479 15.5.11. Розширення таблиць ........................................................... 480 15.5.12. Класи просторових об’єктів ............................................... 480 15.5.13. Розширення класів просторових об’єктів .......................... 481 15.5.14. Набори растрових даних..................................................... 482 15.5.15. Розширення растрів ............................................................ 482 15.6. Типи баз геоданих .................................................................... 483 15.7. Вимоги до баз геопросторових даних..................................... 484 Список використаної літератури .......................................................... 486 9 ВСТУП Багато справ вважалися неможливими, поки не були здійснені. Пліній Старший Інформація вже давно оцінена людством, як одна з найважливіших складових його життя. Якщо звернутись до Священного Писання, то можна з’ясувати, що Господь Бог або античні боги підказують своїм протеже, надають інформацію як найбільшу милість і підтримку. Усім відома історія Ноя, тільки тому Бог відкрив таємницю майбутнього потопу. Інші, не знали цього, залишились на дні вселенського моря. А Ною випала честь стати нашим прабатьком. Тому власник інформації (Ной) виявився, з усіх точок зору, в надзвичайно вигідному становищі. В грецькій міфології античні боги своїм улюбленцям раз по раз надавали інформаційну підтримку, без якої виконання завдань, що стояли перед ними, було б неможливим. Наприклад, Ахілл, мати якого – Фетіда, бажаючи зробити тіло свого сина невразливим, занурила його у води священної річки Стікс, тримаючи сина за п’яту, якої не торкнулася вода. Саме тому п’ята залишилась єдиним вразливим місцем Ахілла. Мабуть, він один би зруйнував Трою, якби боги не відкрили троянському герою Парису секрет вразливості Ахілла. Надання цієї життєво важливої інформації призвело до загибелі Ахілла. За незаконне використання інформації, за її розголошення завжди при- ходило достатньо суворе покарання. Згадаємо Прометея, який викрав у античних богів секрет вогню і за цю провину був прикований до скелі в Гібралтарі. Орел кожного ранку викльовував у нього печінку, яка за ніч встигала відрости. Це суворе покарання Прометей отримав за розголошення людям інформації, яка була доступна тільки античним богам. Наведені приклади свідчать, що інформа- ція для людства завжди була одним із найважливіших елементів його життя. Люди, які виконують управлінські функції знають, що успіх і процві- тання залежить від володіння різноманітною інформацією та можливостями її швидкого перегляду й аналізу. "Хто володіє інформацією, той володіє світом", – ці слова Бісмарка актуальні сьогодні, як ніколи. XXI ст., безперечно, буде століттям інформації. Як би не розвивалися різні галузі науки та техніки, яких би нових висот не досягло людство, але інформація з кожним днем стає все більш важливим ресурсом, який стимулює розвиток суспільства, з одного боку, а з іншого – вимагає для її опрацювання залучення сучасних інформаційних технологій. Застосування комп’ютерів пройшло шлях від суто наукових розрахунків до масового користування й управління, від роботи з окремими змінними і файлами до збереження й обробки величезних масивів інформації та створення інфор- маційних систем. Інформатизація й інформаційні технології охопили всі сторони життя суспільства, важко назвати будь-яку сферу людської діяльності – від шкільної освіти до високої державної політики, – де б не відчувалась її потужна дія [4]. Інформація стала критичним компонентом успіху в будь-якій справі. 10 Життя все частіше й наполегливіше потребує від керівників різного рівня швидких і ефективних рішень, тобто знань про те, що потрібно робити в певний час і певному місці. Оскільки з часом значна частина інформації зазвичай швидко старіє (втрачає актуальність), то стає все складніше використовувати її в тради- ційному паперовому вигляді для прийняття управлінських рішень. Швидкість одержання інформації та її актуальність може гарантувати тільки автоматизована система. При цьому масове застосування комп’ютерів зумовлене не стільки тим, що вони вміють обчислювати швидше і точніше за людину, а тим, що без них просто неможливо впоратися зі зростаючим валом інформації. Розвиток комп’ютерної техніки зумовлює не тільки покращання видів обробки даних, які вже використовуються, але й постійне залучення нових видів даних, комп’ютеризацію нових галузей знань і управління, створення інформаційних систем. Система (від грец. sysntema – ціле, складене з частин; сполучення) – множина елементів, що знаходяться у відношеннях і зв’язках один з одним і які утворюють певну цілісність (єдність). Інформаційна система (ІС) – це сховище інформації, яке забезпечене процедурами введення, пошуку, розміщення, обробки аналізу й видачі інформації за запитами. Метою створення будь-якої ІС є обробка даних про об’єкти певної предметної області. Предметна область – частина реального світу, яка підлягає вивченню для організації дослідження, моніторингу, управління тощо. Робота ІС полягає в обслуговуванні двох зустрічних потоків інформації: введення нової інформації та видачі користувачам опрацьованої інформації на запит. Через те що головна задача інформаційної системи – обслуговування клієнтів, система повинна бути влаштована таким чином, щоб відповідь на будь-який запит оброблялась швидко і була при цьому достатньо змістовною. Тому виникла необхідність створення автоматизованої системи, яка має велику кількість графічних і тематичних баз даних та інтегровану з модель- ними розрахунковими функціями для перетворення даних у просторову інформацію й наступного прийняття управлінських рішень. Сучасні інформаційні технології ґрунтуються на концепції, відповідно до якої дані повинні бути організовані в бази даних з метою адекватного відображення об’єктів певної предметної області (які мають тенденцію постійно змінюватись) і задоволення інформаційних потреб користувачів. Сукупність відомостей про об’єкти певної предметної області збері- гається в базах даних. Створюючи БД, користувач прагне впорядкувати інфор- мацію за різними ознаками, здійснювати за необхідності швидкого її пошуку, аналізу й обробки. Ці бази даних створюються та функціонують під керуванням спеціальних програмних комплексів, які отримали назву систем керування базами даних (СКБД). У науках про Землю інформаційні технології дали поштовх до створення геоінформатики. 11 Одним із чинників ефективного використання інформації є ефект від вико- ристання просторово-локалізованої інформації, ефективним інструментом ана- лізу якої є геоінформаційні системи (ГІС) та геоінформаційні технології (ГІТ). ГІС – це унікальне явище сучасної міждисциплінарної науки, ефективне функціонування якої інтегрує найрізноманітніші дані (космічних і аерофо- тознімання, інформаційні ресурси, накопичені людством у найрізноманіт- ніших галузях науки), впроваджує передові розробки сучасного програму- вання, алгоритмізації, прикладної математики тощо. Ми живемо в час, який гучно називається Digital Earth – цифровою Землею. Однією з властивостей геоінформації є те, що хоча різні люди можуть застосовувати її для розв’язку безлічі різних завдань, сама інформація, а також методи її узагальнення й аналізу залишаються практично однаковими, їх можна використовувати для розв’язку різноманітних задач. Наприклад, школи, муніципальні інженерно-комунальні та дорожньо-ремонтні служби, служби швидкого реагування, планувальники, правознавці, бізнесмени, транспортні організації, діяльність яких здійснюється на певній території, використовують схожі, а часом й однакові, бази даних про територію: топографію, адміністра- тивні межі, адреси, мережу доріг, промислові та сільськогосподарські об’єкти, пам’ятки архітектури і культури, природоохоронні об’єкти, гідрографію тощо. Вони застосовують цю інформацію для розв’язку різноманітних завдань, але базова інформація залишається однією й тією ж. Більше того, функціональність, яку вони використовують для накопичення й аналізу цієї інформації, також у більшості випадків є однаковою (ідентичною) – більшості з них потрібно створювати й візуалізувати карти, плани і схеми, здійнювати адресний пошук, вимірювати відстані й площі, накладати один на одного шари з різною інформацією, аналізувати властивості близькості та сусідства тощо. ГІС – сучасні комп’ютерні технології для картографування й аналізу об’єктів реального світу, подій і явищ, що відбуваються та будуть відбуватись у прогнозованому періоді. ГІС – це інформаційна система, яка забезпечує збір, збереження, обробку, доступ, відображення та поширення геопросторових даних [1]. Геопросторові дані – це дані, які ідентифікують географічне місце розташування та властивості природних або штучно створених об’єктів, а також їх межі на Землі. Ця інформація може отримуватися за допомогою GPS, дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), картографування й різноманітних видів знімань тощо. Як свідчать спеціальні дослідження [22], 75–90 % усієї інформації, яку використовують спеціалісти різного рівня, містять у собі географічні (метричні, просторові) дані, тобто різні відомості про розподіл у просторі або по територіях об’єктів, явищ, процесів, подій. А робота з геоданими і є суттю ГІС. Сфера використання ГІС дуже широка. Від планування надання ме- дичних послуг до визначення місця під забудову супермаркета, від посадки лісів до встановлення кабельного телебачення, люди з усіх частин земної кулі щоденно обробляють географічні дані, застосовуючи при цьому геоінфор- маційні технології. 12 Сьогодні важко уявити без ГІС та просторового моделювання й аналізу процес планування, управління, оцінки результатів багатьох сучасних інфор- маційних технологій, дослідження природних ресурсів, управління арміями і зброєю, діяльність місцевих адміністрацій, виборчі механізми й компанії тощо. ГІС охоплюють усі просторові рівні: глобальний, регіональний, націо- нальний, локальний, муніципальний; інтегрують різноманітну інформацію про нашу планету: картографічну, ДДЗ, статистику та перепис населення, кадастрові відомості, гідрометеорологічні дані, матеріали польових топогеодезичних знімань тощо. Вони застосовуються в усіх галузях господарського комплексу і можуть функціонувати на найрізноманітніших рівнях. Навіть миттєвий погляд на мапу дає змогу оцінити особливості й закономірності просторово-розподілених подій і явищ. Розроблені в ГІС автоматизовані методи просторового аналізу вже сьогодні є потужною зброєю в руках дослідника, менеджера, керівника будь-якого рівня та навіть простого споживача. Ідеї, закладені в ГІС, стають каталізатором процесів інтеграції ГІТ, надаючи їм новий вимір. При цьому геопросторові дані стають стратегічно важливою інформацією як для корпоративної діяльності, так і в структурі національної безпеки держави. Геоінформаційна освіта має специфічні риси, які відрізняють її від інших напрямів підготовки: міждисциплінарний характер (математичні, інформаційні та геонауки), вагома інженерно-технологічна складова (геоінформаційні технології), колосальний об’єм графічної інформації (зокрема матеріали ДЗЗ), широкий спектр можливих застосувань тощо. Додаткові складнощі вивчення геоінфор- матики та ГІС пов’язані з їх орієнтацією на роботу з інформацією, яка істотно розподілена як у часі, так і в просторі. Предметом ГІС є дослідження закономірностей інформаційного за- безпечення користувачів, включаючи принципи побудови системи збору, накопичення, обробки, моделювання й аналізу просторових даних, їх відображення та використання, доведення до користувачів, формування тех- нічних програмних засобів, розробки технології виготовлення електронних і цифрових карт, формування відповідних організаційних структур. Основні галузі застосування ГІС. ГІТ розвивалися та розвиваються так само швидко, як і інші інформаційні технології з обробки даних. Фактично вони йшли тим же шляхом розвитку, що й будь-які інші інформаційні технології – введення даних, редагування даних, організація потоків даних, вихід в Інтернет. Сьогодні ГІС працюють і на персональних комп’ютерах, і на серверах, і в Інтернет, і на КПК, і навіть на мобільних телефонах. Застосування ГІС можна знайти практично скрізь. Але найбільшу віддачу можна отримати там, де основне значення має просторовий характер інформації: в геології, екології, картографії, землекористуванні, військовій справі, – тут ГІС працюють уже давно і дуже успішно. Саме там створювалися перші ГІС. Більшість застосувань ГІС визначається їх здатністю пов’язувати про- сторову й описову (атрибутивну) інформацію з можливістю їх спільного аналізу. ESRI називає близько 80 галузей використання ГІС. У переліку геоінформаційних додатків можна виділити базові типи поширених завдань [54, с. 121–134]: 13 1) завдання обліково-інвентаризаційного типу, де акцент робиться на даних, вимірах та оцінці "ступеня подібності" (задачі земельного кадастру, підрахунки запасів природних ресурсів, управління розподіленою виробничою інфраструктурою). Це найпоширеніший тип додатків ГІС. Для додатків такого типу характерна робота з великою кількістю географічних об’єктів і висока детальність вивчення територій; 2) завдання планування розвитку, вибору маршрутів і управління перевезеннями. Специфіка додатків цього типу пов’язана з нетрадиційними постановками оптимізаційних завдань, заданими на структурах припустимих шляхів; 3) моделювання і складні методи аналізу даних. Типове завдання – про- гнозування повеней через аналіз водозбору та водостоку на заданому рельєфі. Як приклад розглянемо галузі, де застосування ГІС стало вже традиційним. Управління та планування розвитку територій. Ця галузь ґрунтується на передбачуваній поведінці різних соціальних груп, які визначають суспільні потреби та можливості, що мають задане або передбачуване розміщення і динаміку в межах певної території. Містобудування й архітектура. Проектування, інженерні вишуку- вання, планування в містобудуванні, архітектурі. Це типова робота міських служб, що забезпечують нормальний розвиток підвідомчої території. Інженерна інфраструктура. Інвентаризація, облік, планування розмі- щення об’єктів розподіленої виробничої інфраструктури (водопостачання, водовідведення, теплопостачання, газопостачання, електропостачання) та управління ними, оцінка стану та прийняття рішень при ремонтних або ава- рійних ситуаціях. Управління земельними ресурсами, земельні кадастри. Галузь харак- терна своєю власне географічною орієнтацією. Типовими задачами висту- пають складання кадастрів, класифікаційних карт, визначення меж ділянок, площ тощо. |