- •Оглавление
- •Введение
- •1.1. Определения и задачи геоинформатики
- •1.2.1. Определение и толкование базовых понятий геоинформатики
- •1.3. Общее представление о ГИС
- •1.4. Основные этапы развития ГИС
- •1.5. География и ГИС
- •2.1. Типы и источники пространственных данных
- •2.2. Проектирование географических баз данных
- •2.2.1. Требования к базе данных
- •2.2.2. Этапы проектирования базы данных
- •2.3. Представление пространственных объектов в БД
- •2.3.1. Выбор модели пространственной информации
- •2.3.2. Особенности представления пространственных объектов в БД
- •2.3.3. Позиционная и семантическая составляющие данных
- •2.4. Системы управления базами данных в ГИС
- •2.4.1. Функции СУБД
- •2.4.2. Задачи и функции СУБД в ГИС
- •2.4.3. Базовые понятия реляционных баз данных
- •2.4.4. Язык реляционных баз данных SQL — функции и основные возможности
- •2.4.5. Объектно-ориентированные и реляционные структуры БД
- •2.4.6. СУБД в архитектуре «клиент-сервер»
- •2.5. Организация и форматы данных
- •2.6. Качество данных и контроль ошибок
- •2.6.1. Типы ошибок в данных и их источники
- •2.6.2. Позиционная точность данных
- •3.1. Требования к техническому и программному обеспечению ГИС
- •3.3. Характеристика технических средств ГИС
- •3.4. Технологии ввода графической информации
- •3.5. Преобразования форматов данных
- •3.7. Общая характеристика программных коммерческих ГИС-пакетов
- •4.1.1. Пространственная привязка данных и преобразование проекций
- •4.1.2. Алгоритмы трансформирования геоизображений
- •4.1.3. Определение координат контрольных точек
- •4.1.4. Оценка ошибок трансформирования
- •4.2. Дискретная географическая привязка данных
- •4.3. Операции с данными в векторном формате
- •4.3.1. Представление пространственных объектов и взаимосвязей
- •4.3.2. Алгоритмы определения пересечения линий
- •4.3.3. Способы вычисления длин линий, периметров и площадей полигонов
- •4.3.4. Алгоритм «точка в полигоне»
- •4.3.5. ГИС-технологии пространственного анализа
- •4.3.6. Операции оверлея полигонов
- •4.4. Хранение и преобразование растровых данных
- •4.4.1. Кодирование и сжатие информации
- •4.4.2. Иерархические структуры данных. Дерево квадрантов
- •4.4.3. Операции с растровыми слоями БД
- •4.4.4. Технологии анализа данных, основанные на ячейках растра
- •4.5. ГИС-технологии совмещения и оценки пригодности данных
- •5.1. Методы пространственного анализа
- •5.1.1. Классификация объектов путем группировки значений их признака
- •5.1.2. Методы интеграции признаков для исследования взаимосвязей и классификации объектов
- •5.1.3. Исследование взаимосвязей объектов с использованием операций оверлея слоев
- •5.1.4. Выбор объектов по пространственным критериям. Построение запросов
- •5.1.5. Анализ сетей
- •5.1.6. Тематическое согласование слоев
- •5.2. Методы пространственного моделирования
- •5.2.2. Подготовка исходных данных для создания модели
- •5.2.3. Интерполяция по дискретно расположенным точкам
- •5.2.4. Построение статистических поверхностей
- •5.2.5. Определение местоположения и оптимального размещения объектов
- •5.2.6. Моделирование пространственных распределений
- •5.2.7. Интерполяция по ареалам
- •5.3. Применение пространственных моделей
- •5.4. Обеспечение принятия пространственных решений
- •5.4.1. Методы обеспечения поддержки принятия решений
- •5.4.2. Понятия нечетких географических объектов и нечетких множеств
- •5.4.3. Экспертные подсистемы ГИС
- •6.1. Разработка ГИС-проекта
- •6.2. Общие вопросы проектирования базы данных ГИС
- •6.3. Учет особенностей моделей данных и функциональных средств ГИС
- •Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования
- •7.1. Определения, особенности и задачи геоинформационного картографирования
- •7.2. Основные этапы развития методов и средств автоматизации в картографии
- •7.3. Географические основы ГК
- •7.4. Структура системы геоинформационного картографирования
- •7.5.1. Задачи проектирования картографических БД
- •7.5.2. Качество цифровых карт
- •7.6.1. Электронные и компьютерные карты
- •7.6.2. Графические стандарты
- •7.6.3. Спецификация цвета и цветовые палитры
- •7.6.4. Компоновка электронных и компьютерных карт
- •7.7. Методы геоинформационного картографирования
- •7.7.2. Создание тематических карт на основе методов пространственного моделирования в ГИС
- •7.8. Автоматизированная генерализация тематических карт
- •7.8.1. Семантическая и геометрическая генерализация
- •7.8.2. Элементы генерализации линий
- •7.8.3. Использование теории фракталов
- •7.9. Формализация и алгоритмизация процесса картографирования
- •7.9.1. Картометрические функции
- •7.9.2. Определение положения центральной точки полигона и скелетизация
- •7.9.3. Построение системы картографических знаков и размещение надписей
- •7.10. Новые направления и технологии геоинформационного картографирования
- •7.10.1. Оперативное картографирование и картографические анимации
- •7.10.2. Картография и Интернет
- •Глава 8. Цифровая обработка изображений для создания баз данных ГИС и тематических карт
- •8.1. Применение данных дистанционного зондирования в ГИС и тематическом картографировании
- •8.2. Методы цифровой обработки космических снимков
- •8.3. Методы дешифрирования, основанные на преобразовании спектральных яркостей
- •8.3.1. Спектральное пространство и дешифровочные признаки
- •8.3.2. Синтез изображений и анализ главных компонент
- •8.3.3. Производные дешифровочные признаки
- •8.4. Алгоритмы классификации
- •8.4.1. Правила и типы автоматизированной классификации
- •8.4.2. Алгоритмы контролируемой классификации
- •8.4.3. Алгоритмы неконтролируемой классификации
- •8.4.4. Оценка результатов классификации
- •8.5. Алгоритмы выполнения географического анализа по космическим снимкам
- •8.5.1. Изучение динамики явлений (объектов) по картам и снимкам
- •8.5.2. Изучение географических объектов с использованием методов нечеткой и экспертной классификации
- •Литература
- •Учебники и учебные пособия
- •Монографии
- •Справочники и руководства
- •Предметный указатель
2.4. Системы управления базами данных в ГИС |
73 |
3) пользовательские объекты, ориентированные на конкретную отрасль, имеющие собственные топологические характеристики и включающие собственные правила редактирования и представления взаимосвязей.
База геоданных поддерживает множество распространенных форматов пространственных данных, создание и редактирование метаданных.
2.4.6. СУБД в архитектуре «клиент-сервер»
Архитектура «клиент-сервер» обеспечивает простое и относительно дешевое решение проблемы коллективного доступа к базам данных в локальной сети, создавая некоторое подобие распределенных систем БД. Реальное распространение архитектуры «клиент-сервер» стало возможным благодаря развитию и широкому внедрению в практику концепции открытых систем.
Основой концепции открытых систем является упрощение комплексирования вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов. Причиной развития концепции явилось, с одной стороны, широкое использование локальных компьютерных сетей с комплексированием аппаратно-программных средств, с другой — бурное развитие технологий глобальных коммуникаций. Открытые ГИСсистемы становятся реальностью, несмотря на неразработанность полноценной стандартизации.
В основе широкого распространения локальных сетей компьютеров лежит известная идея разделения ресурсов. Высокая пропускная способность локальных сетей обеспечивает эффективный доступ из одного узла локальной сети к ресурсам, находящимся в других узлах.
Развитие этой идеи приводит к функциональному выделению компонентов сети: разумно иметь доступ не только к ресурсам удаленного компьютера, но и к его специфичному для ресурсов данного рода сервису и программным средствам, которые нецелесообразно дублировать в нескольких узлах.
Клиентом локальной сети принято называть того, кто запрашивает услуги у некоторого сервера, а сервером — тот компонент локальной сети, который оказывает услуги некоторым клиентам.
7 4 |
Глава 2. Представление и организация географической информации |
|
Для непосредственной работы пользователя или категории |
пользователей предназначена рабочая станция, которая обладает ресурсами, соответствующими локальным потребностям данного пользователя. Специфическими особенностями рабочей станции могут быть: объем оперативной памяти (далеко не все категории пользователей нуждаются в наличии большой оперативной памяти); наличие и объем дисковой памяти (достаточно популярны бездисковые рабочие станции, использующие внешнюю память дискового сервера); характеристики процессора и монитора (некоторым пользователям нужен мощный процессор, других в большей степени интересует разрешающая способность монитора, для третьих обязательно требуются средства убыстрения графики и т. д.). При необходимости можно использовать ресурсы и/или услуги, предоставляемые сервером.
Сервер локальной сети должен обладать ресурсами, соответствующими его функциональному назначению и потребностям сети. В связи с ориентацией на подход открытых систем правильнее говорить о логических серверах — наборе ресурсов и обслуживающих их программных средств, которые располагаются не обязательно на разных компьютерах. Особенностью логического сервера в открытой системе является то, что если по соображениям эффективности сервер переместить на отдельный компьютер, то это можно проделать без какой-либо модификации как его самого, так и использующих его прикладных программ.
Примерами серверов могут служить:
•сервер телекоммуникаций, обеспечивающий услуги по связи данной локальной сети с внешним миром;
•вычислительный сервер, дающий возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;
•дисковый сервер, обладающий расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляющий их в использование рабочим станциям и, возможно, другим серверам;
•файловый сервер, поддерживающий общее хранилище файлов для всех рабочих станций;
•сервер баз данных, фактически обычная СУБД, принимающая запросы по локальной сети и возвращающая результаты.
2.4. Системы управления базами данных в ГИС |
75 |
Сервер локальной сети предоставляет ресурсы рабочим станциям и другим серверам.
Информационная система, выполненная по клиент-серверной технологии, функционально состоит из трех основных компонентов:
•сервера баз данных, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, сохранением целостности и непротиворечивости информации, обрабатывающего запросы клиентов;
•клиента, предоставляющего другим клиентам интерфейс пользователя, выполняющего логику приложения, проверяющего допустимость данных, посылающего запросы к серверу и принимающего ответы от него;
• сетевого оборудования и коммуникационного программ - ного обеспечения, осуществляющего взаимодействие между клиентами и сервером посредством сетевых протоколов.
Сущность клиент-серверной технологии заключается в следующем. На клиентских компьютерах запросы формируются и передаются по сети серверу баз данных. Здесь они компилируются, оптимизируются и выполняются, после чего результат возвращается клиентской машине. При этом сервер баз данных позволяет формулировать и хранить так называемые бизнес-правила, которые устанавливают логическую структуру информации, фиксируют требования к ее непротиворечивости и целостности. Таким образом, любой запрос на изменение данных, поступающий на сервер с клиентской машины, может быть выполнен только при условии его соответствия установленным бизнес-правилам.
Благодаря такой организации обмена информацией, клиентсерверные информационные системы обладают оптимальным быстродействием, возможностью разграничения прав доступа различных клиентских машин и групп пользователей к ресурсам сервера баз данных, легкой перенастройкой для решения вновь возникающих и изменившихся задач, высоким уровнем защиты целостности информации.
Термин «сервер баз данных» обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре «клиент-сервер», включая
76 Глава 2. Представление и организация географической информации
и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.
Доступ к базе данных от прикладной программы или пользователя производится путем обращения к клиентской части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской и серверной частями выступает язык баз данных SQL.
В типичном на сегодняшний день случае на стороне клиента СУБД работает только такое программное обеспечение, которое не имеет непосредственного доступа к базам данных, а обращается для этого к серверу с использованием языка SQL. С другой стороны, иногда хотелось бы перенести большую часть прикладной системы на сторону сервера.
Если разделение между клиентом и сервером достаточно жесткое (как в большинстве современных СУБД), то пользователям, работающим на рабочих станциях или персональных компьютерах, абсолютно все равно, какая аппаратура и операционная система работают на сервере, лишь бы он справлялся с возникающим потоком запросов.
Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.
Собирательное название SQL-сервер относится ко всем серверам баз данных, основанных на SQL. Соблюдая определенные правила при программировании, можно создавать прикладные информационные системы, мобильные в классе SQL-серверов.
Одним из перспективных направлений СУБД является гибкое конфигурирование системы, при котором распределение функций между клиентской и пользовательской частями СУБД определяется при установке системы.
В системах управления базами данных, основанных на архитектуре «клиент-сервер», особенно важны протоколы удаленного вызова процедур. Использование механизма удаленных процедур позволяет перераспределять функции между клиентской и серверной частями системы, а также скрывает различия между взаимодействующими компьютерами. Физически неоднородная локальная сеть компьютеров приводится к логически однородной
2.4. Системы управления базами данных в ГИС |
77 |
сети взаимодействующих программных компонентов. В результате пользователи не обязаны серьезно заботиться о разовой закупке совместимых серверов и рабочих станций. Требования к аппаратуре и программному обеспечению клиентских и серверных компьютеров различаются в зависимости от вида использования системы.
Основным отличием от классических клиент-серверных систем является установка промежуточного программного обеспечения, называемого сервером приложений. Он выполняет централизованную поддержку настроек системы, берет на себя функции обработки данных, генерации отчетов и выходных форм, выполнения необходимых вычислений и т. д., разгружая при этом приложения, выполняющиеся на клиентских компьютерах. Сервер приложений является промежуточным звеном между сервером баз данных и клиентскими компьютерами.
Распределенные БД. Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средствами интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах вычислительной сети, с тем, чтобы пользователь, работающий в любом узле, имел доступ к ним как к единой базе данных.
Возможны однородные и неоднородные распределенные базы данных. В однородном случае каждая локальная база данных управляется одной и той же СУБД. В неоднородной системе локальные базы данных могут относиться даже к разным моделям данных. Сетевая интеграция неоднородных баз данных — очень сложная проблема. Более успешно практически решается промежуточная
задача — интеграция |
неоднородных SQL-ориентированных |
систем. |
|
Интегрированные |
и мультибазы данных. Проблема интегри- |
рованных (федеративных) неоднородных БД и мульти-БД возникла в связи с необходимостью комплексирования систем БД, основанных на разных моделях данных и управляемых разными СУБД.
Основной задачей интеграции неоднородных БД является предоставление возможности автоматического преобразования операторов манипулирования БД глобального уровня в операторы, понятные соответствующим локальным СУБД.
При строгой интеграции неоднородных БД локальные системы БД утрачивают свою автономность. После включения локальной
78 Глава 2. Представление и организация географической информации
БД в федеративную систему все дальнейшие действия с ней, включая администрирование, должны вестись на глобальном уровне. Поскольку пользователи часто не соглашаются утрачивать локальную автономность, желая, тем не менее, иметь возможность работать со всеми локальными СУБД на одном языке и формулировать запросы с одновременным указанием разных локальных БД, развивается направление мульти-БД.
В системах мульти-БД не создается глобальная схема интегрирования, а применяются специальные способы именования для доступа к объектам локальных БД. В таких системах на глобальном уровне допускается только выборка данных. Это позволяет сохранить автономность локальных БД.
Как правило, интегрировать приходится неоднородные БД, распределенные в вычислительной сети, а это в свою очередь приводит к дополнительным проблемам интеграции: управление глобальными транзакциями, сетевая оптимизация запросов и т. д.
Для внешнего представления интегрированных и мульти-БД обычно используется реляционная модель данных. В последнее время все чаще предлагается использовать объектно-ориентиро-
ванные модели. |
|
Пространственно-распределенные |
информационные |
системы. При дальнейшем укрупнении информационных систем, связанном с увеличением количества пользователей, объемов обрабатываемой информации, необходимостью централизованной обработки информации, поступающей с удаленных порой на несколько тысяч километров филиалов, возникла необходимость создания пространственно-распределенных информационных систем. Их появление обусловлено дальнейшим развитием клиент-серверных технологий с использованием возможностей, предоставляемых всемирной сетью Интернет.
Своевременное обновление версий клиентов довольно часто выполняется с использованием технологий, применяемых в Интернете. Это протоколы обмена информации, принятые в данной сети. Web-серверы и браузеры. Все более широко применяется создание приложений для Web-серверов, которые, с одной стороны, являются клиентами серверных СУБД, а с другой — по запросам Web-брау- зеров генерируют динамические HTML-страницы сданными из этих СУБД.