Bases de Datos Espaciales.. Univ. Carlos III

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Óscar Río Romero
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1 Bases de Datos Espaciales

2 Bases de datos espaciales 1. Porqué surgen? 2. Características de las bases de datos espaciales 3. Sistemas de Información Geográfica 4. Modelos de datos espaciales 5. Operadores espaciales, Tipos de consulta 6. Indexación 7. Spatial Oracle 10g

3 1. Porqué surgen SGBDE? 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. Lista de los nombres de todas las librerías con mas de títulos. 2. Lista de los 10 clientes, en términos de venta, en el año 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.

4 1. Porqué surgen SGBDE?

5 1. Porqué surgen SGBDE? Ejemplos de datos no-espaciales Nombre, números de teléfono, dirección . Ejemplos de datos espaciales Datos del censo Imágenes satélite Tiempo y climatología Ríos, Granjas, impacto ecológico Imágenes médicas

6 2. Características de las BD Espaciales Las bases de datos espaciales almacenan objetos que tienen características espaciales referenciadas dentro de un sistema de referencia espacial (SRE). Para ello se necesita: 1. Extensión del modelo de datos 2. Manipulación y consulta 3. Estructuras de indexación y almacenamiento

7 2. Características de las BD Espaciales

8 2. Características de las BD Espaciales

9 2. Características de las BD Espaciales Ejemplos: Gestión medioambiental, de emergencias o combate Bases de datos de información meteorológica Control aéreo, de transportes Demografía, recursos mineros 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.

10 2. Características de las BD Espaciales Algunas referencias: html#hurmaps Estándar

3. Sistemas de Información Geográfica Un SIG es una herramienta informática para la manipulación y análisis de datos georreferenciados orientada a la toma de

11 3. Sistemas de Información Geográfica Un SIG es una herramienta informática para la manipulación y análisis de datos georreferenciados orientada a la toma de decisiones. La IG maneja tres componentes: espacial, temática y temporal La metodología para conceptualizar este tipo de información es a través de capas temáticas.

12 3. Sistemas de Información Geográfica Los modelos de representación vienen dados por los marcos de medida (es decir, de la adquisición de datos) Se divide la zona de 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. Se representa cada objeto geográfico según pares de coordenadas dentro de un SRE. Se utiliza para objetos cuyos límites están bien definidos.

13 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 espaciales Punto Curva Superficie Colección de Geometrias Ciudad Río País Ejemplo 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

14 5. Operaciones espaciales Podemos clasificar las operaciones espaciales en: Basadas en la teoría de conjuntos. Unión, Intersección, etc. Relaciones topológicas. Disjuntas (Disjoint), solapadas (Overlaps), están_en_contacto (Touches).. Direcciones. Este, Oeste, Norte, Sur,.. Métricas. Distancia

15 5. Tipos de consulta Consulta de rango: Encontrar los objetos de un tipo concreto que están dentro de un área espacial determinada. Encontrar objetos que se encuentran a una distancia específica de una localización determinada. Ejemplos: Encontrar todos los institutos dentro del área de Leganés. Encontrar todos los policías en un radio de 500 metros del lugar de un atraco.

16 5. Tipos de consulta 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: 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.

17 6. Indexación Técnicas de indexación espacial Para 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 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.

18 6. Indexación Menor precisión Mayor precisión

19 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 semántica de los tipos de datos geométricos soportados. Un mecanismo espacial de indexación. Funciones específicas para realizar consultas topológicas Utilidades administrativas

20 7. Spatial ORACLE 10g 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.

21 7. Spatial ORACLE 10g 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. 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).

22 7. Spatial ORACLE 10g Tipos de datos espaciales que soporta ORACLE Tipo de dato espacial 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);

23 7. Spatial ORACLE 10g Modelo de consultas Spatial 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.

7. Spatial ORACLE 10g Indexación de datos espaciales Un índice espacial, como cualquier otro índice, proporciona un mecanismo para limitar la búsqueda, pero en este caso basado en criterios

24 7. Spatial ORACLE 10g Indexación de datos espaciales Un 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 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.

25 Bibliografía Spatial Databases: A Tour Shashi Shekhar, Sanjay Chawla Prentice Hall, 2003 (ISBN )

26 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. Pasos que se deben seguir cuando se tienen problemas con datos espaciales: Realizar el esquema relacional Crear las tablas Definir el SRE Insertar datos

27 Ejemplo: Esquema relacional ESTANTERIAS (ID_Est, Geo_Est) EST_USR (ID_Est, ID_Usr) USUARIO (ID_Usr, ID_Caja) CAJA (ID_Caja, Geo_Caja)

28 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.

29 Ejemplo: Definición del SRE y 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); X 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);

30 Ejemplo: Inserción de datos X=1, Y=19 X=2 Y=8 X=0, Y=3 INSERT INTO CAJA VALUES( 1, MDSYS.SDO_GEOMETRY(2001, NULL, MDSYS.SDO_POINT_TYPE(1,19,NULL), 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)) ); IMPORTANTE: La inserción define el tipo de geometría.

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