+ Vorlesungsskript - Universität Zürich
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V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
2! | Einstieg!<br />
Das Geo451-Team!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Geo451 | HS13!<br />
Universität Zürich!<br />
Räumliche Datenbanken!<br />
Patrick Laube!<br />
Geographisches Institut, Universität Zürich!<br />
!<br />
Rolf Meile!<br />
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft!<br />
!<br />
Ali Soleymani, Tutor!<br />
Rolf Meile, Datenbank- und GIS-Spezialist, Eidg. Forschungsanstalt WSL!<br />
CV: M. Sc. Biology (UZH), Eigene Softwarefirma (W'thur), Monitoring<br />
Institute (St. Gallen), Cityline AG (Zürich)!<br />
Interessen: Raum-Zeit-Aspekte in der Datenbankmodellierung, Qualitätsmanagement<br />
langfristiger Datenreihen, Themenbereich GIS-CAD,<br />
Molekularküche.!<br />
Kontakt: rolf.meile@wsl.ch!<br />
Geo451: 2. Hälfte Vorlesung, Übungen, Projekt!<br />
Ali Soleymani!<br />
CV: M. Sc in GIS (University of Tehran), PhD Candidate GIUZ!<br />
Interessen: movement data analysis, data mining and machine learning!<br />
Kontakt: ali.sloyemani@geo.uzh.ch!<br />
Geo 451: Tutor, Übungen!<br />
!<br />
Patrick Laube, Lecturer GIUZ!<br />
CV: dipl. Gg (U ZH), Dr. sc. nat. (U ZH), U Auckland NZ, Penn State U USA,<br />
U Melbourne AUS, Compendio Bildungsmedien AG.!<br />
Interessen: spatio-temporal data mining, movement patterns, geosensor<br />
networks!<br />
Kontakt: patrick.laube@geo.uzh.ch, 25Y88!<br />
Geo 451: 1. Hälfte Vorlesung, Übungen, Projekt!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
3! | Einstieg!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
4! | Einstieg!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Aus der Praxis!<br />
“spatial is special!”!<br />
• Produzieren und “zur Verfügung stellen” von<br />
Geodaten für das Schweizerische<br />
Landesforstinventar LFI!<br />
– Erfassen von rund 80'000 Bäumen mit ihren bis<br />
zu 30 Attributen im Feld!<br />
– Speichern in Datenbanken!<br />
– Erstellen von gewünschten räumlichen Layern!<br />
– Auswertungen mit diesen Baumlayern sowie<br />
zahlreichen weiteren Raumdatensätzen (z.B.<br />
biogeografische Regionen des BAFUs)!<br />
• Bereitstellen der Rasterdaten des digitalen<br />
Oberflächenmodells (DOM) und des<br />
Höhenmodells (DHM) für die<br />
Forschungsprojekte!<br />
– Speichern von 15 Terrabyte Daten in einer<br />
Datenbank!<br />
– Auslieferung der Daten an die Nutzer direkt oder<br />
mit Hilfe eines zusätzlichen Image-Servers!<br />
Speichern!<br />
Modellieren!<br />
ParzPoly<br />
ParzNr<br />
Eigentümer<br />
PARZELLE<br />
1<br />
steht auf<br />
steht auf<br />
M<br />
BaumPoin<br />
BaumNr<br />
BAUM<br />
Topologie!<br />
A disjoint B!<br />
A meets B!<br />
A overlaps B!<br />
A inside B!<br />
BaumArt<br />
2.Teil:!<br />
räumliche!<br />
Aspekte,!<br />
V6-V13!<br />
1.Teil:!<br />
Einführung!<br />
in Datenbanken!<br />
V1-V5!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
5! | Einstieg!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
6! | Einstieg!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Wozu?!<br />
Lernziele Geo451!<br />
V10,V11!<br />
räumliche Indizierung,<br />
Raster!<br />
“Wie werden räumliche Daten am besten<br />
gespeichert” - “Was ist mit Rasterdaten?”!<br />
V9! räumliche Abfragen! “Was sind räumliche Abfragen und wie werden<br />
sie in Datenbanken umgesetzt?”!<br />
V8! Topologie! “Was ist speziell an räumlichen Beziehungen?”!<br />
V6,V7!<br />
Raumdaten und<br />
Datenmodelle!<br />
“Wie werden räumliche Dinge in DB behandelt?”!<br />
V3-V5! Datenbank-Entwurf! “Was sind die Dinge, die in der DB abgebildet<br />
werden, und was sind ihre Eigenschaften und<br />
Beziehungen?”!<br />
V2! SQL! “Wie können Daten in eine DB eingefügt,<br />
modifiziert und abgefragt werden?”!<br />
V1! Datenbanken: Begriffe<br />
und Konzepte!<br />
“Was sind Datenbanken und welche Vorteile<br />
haben sie?”!<br />
! “spatial is special” - Sie können Ihren etwas weniger technischen<br />
Studienkolleginnen erklären, weshalb in grösseren Organisationen<br />
Datenbanken (und zum Beispiel nicht Excel-Tabellen oder shape-Files)<br />
zur Verwaltung räumlicher Daten eingesetzt werden.!<br />
! Sie beherrschen die Grundbegriffe der DB-Begriffswelt und verwenden<br />
diese sicher im Kontext räumlicher Daten.!<br />
! Sie beherrschen das Werkzeug des Datenbankentwurfs und können<br />
es in eigenen Projekten anwenden (z.B. Masterarbeit).!<br />
! Sie können erklären, welche Information und (Daten-)Strukturen es<br />
braucht, damit räumliche Daten überhaupt gespeichert und später<br />
wieder verwendet werden können.!<br />
! Sie haben ein Vorstellung, was räumliche und nicht-räumliche Indizes<br />
sind und wie sie funktionieren.!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
7! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
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8! | Housekeeping!<br />
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Housekeeping!<br />
Housekeeping!<br />
http://www.geo.unizh.ch/microsite/geo451/!<br />
Gibt Auskunft zu Terminen und<br />
Download für:!<br />
– <strong>Vorlesungsskript</strong>e!<br />
• Von Woche zu Woche!<br />
• Wir zielen auf Donnerstag Mittag!<br />
• Ab V2 selber ausdrucken!!<br />
– Übungsaufgaben!<br />
– FAQ (Probleme, Hinweise,<br />
“schwarzes Brett”)!<br />
1. FAQ-Seite!<br />
2. Kollegen!<br />
3. email an uns!<br />
– Lernziele und<br />
Leistungsnachweis!<br />
• ca. 6 laptop für erste<br />
Wochen !<br />
• Remote Desktop!<br />
• https://it.wiki.geo.uzh.ch/<br />
RemoteAccess!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
9! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
10! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Wie Sie diese Unterlagen nützen!<br />
Übungen!<br />
Pflichtstoff!<br />
(nur Gerüst,!<br />
eigene Notizen!)!<br />
Eigeninitiative!<br />
Theoretische Übungen!<br />
• Modellierung mit „Papier und Bleistift“!<br />
• e-learning Lektionen als Vertiefung zur Vorlesung (GITTA)!<br />
Lernziele!<br />
Aufgaben!<br />
Zusammenfassungen!<br />
Fachbegriffe,!<br />
Glossar!<br />
Praktische Übungen!<br />
• Anlegen u. Modifizieren von Tabellen, <br />
inkl. Constraints!<br />
• Einfügen u. Modifizieren von Daten!<br />
• SQL-Abfragen (nicht räumlich und räumlich)!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
11! | Housekeeping!<br />
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P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
12! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Projekt!<br />
Zeitplan!<br />
• Aufbau einer DB zur Verwaltung eines<br />
Gletschermonitorings: <br />
Glacier Observatory Informationsystem (GLOBI)!<br />
25-H-92:!<br />
• 10:15 – 11:00 Uhr Vorlesung!<br />
• 11:15 – 12:00 Uhr Vorlesung / Theoretische Übung!<br />
!<br />
25 J 09/10!<br />
• 13:00 -14:45 Uhr Praktische Übung, e-learning / Projekt!<br />
• Ausserhalb betreuter Zeit: Selbststudium, Arbeit am<br />
Projektbericht!<br />
Projektbericht Stephanie Tuggener!<br />
& Irène Vontobel!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
13! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
14! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Termine!<br />
Bewertungskriterien!<br />
Zeitplan!<br />
So 3. November 2013!<br />
Stornierungsfrist (7. Semesterwoche)!<br />
Siehe Dokument Geo 451 — Bewertungskriterien HS 2013!<br />
http://www.geo.unizh.ch/microsite/geo451/scripte/geo451_HS13_Kriterien.pdf!<br />
Mi 23. Oktober 2013!<br />
Fr 25. Oktober 2013!<br />
Fr 13. Dezember 2013<br />
(15:00)!<br />
Fr. 20. Dezember 2013!<br />
Vorschlag ER-Modell an patrick.laube@geo.unizh.ch!<br />
Feedback-Gespräche ER-Modell mit Gruppen!<br />
Abgabe Projektbericht (digital pdf und gedruckt)!<br />
Prüfungstermin,, Ort und Uhrzeit werden noch<br />
kommuniziert!<br />
Mitte Februar 2014! Aushang Prüfungsnoten <br />
Die Prüfung ist nur einsehbar für Leute, die nicht bestanden haben.!<br />
tba 2014!<br />
Repetitionsprüfung!<br />
• Aufteilung der Gesamtnote GEO 451!<br />
– 2/3 Modulprüfung GEO 451.1!<br />
– 1/3 Übungsbericht GEO 451.2 (ER-Modellierung und Projektschlussbericht)!<br />
• Modulprüfung GEO 451!<br />
– Stoffumfang: Gesamter Inhalt des Moduls GEO 451 gemäss Lernzielen!<br />
– Schriftliche Modulprüfung von 1 Stunde Dauer!<br />
– Die Modulprüfung muss bestanden werden (Note ≥ 4.0). Es sind maximal zwei<br />
Versuche möglich.!<br />
• Übungen!<br />
– Voraussetzung zur Zulassung zur Modulprüfung GEO451.1 ist der erfolgreicher<br />
Abschluss der Übungen GEO 451.2 (d.h. Note des Übungsberichts ≥ 4.0).!<br />
– Falls der Übungsbericht GEO451.2 ungenügend ist, kann er einmal verbessert<br />
werden. Die Note für diese verbesserte Lösung wird in jedem Fall nicht höher als 4.0<br />
sein.!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
15! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
16! | Housekeeping!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Literatur!<br />
e-Learning GITTA!<br />
• Ramez A. Elmasri / Shamkant B. Navathe (2009).<br />
Grundlagen von Datenbanksystemen, Bachelorausgabe,<br />
3. aktualisierte Auflage, ISBN: 978-3-8689-4012-1, 560<br />
Seiten !<br />
• Geodatenbanksysteme in Theorie und Praxis, Einführung<br />
in objektrelationale Geodatenbanken unter besonderer<br />
Berücksichtigung von Oracle Spatial 2. Auflage (2008) T.<br />
Brinkhoff, Wichmann H, Heidelberg, pp. 492. <br />
ISBN 3-87907-472-0!<br />
• Spatial databases a tour (2003) – <br />
S. Shekhar and S. Chawla, Prentice Hall, <br />
pp. 262. ISBN 0-13-017480-7, CHF 80.00!<br />
• Spatial databases : with application to GIS (2002) - <br />
P. Rigaux, M. O. Scholl and A. Voisard, Morgan<br />
Kaufmann Publishers, San Francisco, <br />
ISBN 1558605886, CHF 108.00!<br />
• Alfons Kemper, André Eickler (2011) Datenbanksysteme.<br />
Eine Einführung, 8., aktualisierte und erweiterte Auflage,<br />
Oldenbourg Verlag, ISBN: 978-3-486-59834-6, 792<br />
Seiten!<br />
• www.gitta.info!<br />
• Swiss virtual campus!<br />
• alternative Behandlung<br />
von Vorlesungsthemen!<br />
• Verweise auf Geo451<br />
Website!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
18! | Lernziele!<br />
Lernziele 1!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Geo451 | HS13!<br />
Universität Zürich!<br />
1. Vorlesung Räumliche Datenbanken <br />
Eine Annäherung an Datenbanken!<br />
Patrick Laube!<br />
Geographisches Institut, Universität Zürich!<br />
!<br />
Rolf Meile!<br />
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft!<br />
!<br />
Ali Soleymani, Tutor!<br />
! Sie erarbeiten sich ein grundsätzliches Verständnis über die<br />
Vorzüge des Datenbank-Ansatzes gegenüber file-basierter<br />
Datenhaltung.<br />
! Sie kennen die 6 wichtigsten Eigenschaften des Datenbank-<br />
Ansatzes<br />
! Sie kennen die wichtigsten Grundbegriffe zu Datenbanken<br />
und können diese richtig verwenden (auswendig lernen,<br />
sorry!)<br />
! Sie kennen die Grundzüge des relationalen Modells und<br />
dessen Verwendung in Relationalen Datenbanken.<br />
! Sie können Vor- und Nachteile von Datenbanken nennen.<br />
! Sie kennen wichtige Anwendungsfelder von Datenbanken<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
19! | “Nutty Nuggets”!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
20! | “Nutty Nuggets”!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Vorlesung basiert auf 2 Texten!<br />
Einführung Datenbanken!<br />
• Worboys, M. / Duckham, M. (2004). GIS – A<br />
Computing Perspective, 2. Auflage, CRC<br />
Press, Boca Raton FL <br />
Kapitel 2.1-2-2: Fundamental Database<br />
Concepts, 35-54!<br />
• Ramez A. Elmasri / Shamkant B. Navathe<br />
(2009). Grundlagen von<br />
Datenbanksystemen, Bachelorausgabe, 3.<br />
aktualisierte Auflage. <br />
Kapitel 1: Datenbanken und ! !!<br />
!Datenbankbenutzer, 17-35. <br />
1. Bsp. „Nutty Nuggets“!<br />
2. Der Datenbank-Ansatz!<br />
– „DB in a nutshell“!<br />
– Datenbank Management System (DBMS)!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
– Relationales Modell!<br />
– Operationen auf Relationen!<br />
4. Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
5. Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
– ...!<br />
– Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
21! | “Nutty Nuggets”!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
22! | “Nutty Nuggets”!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Aufgabe 1.1!<br />
Ein Beispiel: “Nutty Nuggets”!<br />
• Was wissen Sie schon über Datenbanken?!<br />
– Gegeben Sei ein online-Ticketshop, mit einer Datenbank im<br />
Hintergrund. Überlegen Sie sich, weshalb hier eine Datenbank<br />
die geeignete Form der Datenhaltung sein könnte. !<br />
– Diskutieren Sie mit Ihrem Nachbarn (3 Minuten)!<br />
!<br />
• “Nutty Nuggets”: Vegetarisches<br />
Fast Food Restaurant!<br />
• Phase #1!<br />
– Einfaches Computerprogramm<br />
für Speisekarte (menu)!<br />
– File mit Liste von Speisen!<br />
• Phase #2!<br />
– Einbezug des Lagerbestands!<br />
– Beziehung zwischen<br />
Lagerbestand und Preisen!<br />
" Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second Edition, CRC Press, p. 37ff!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
23! | “Nutty Nuggets”!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
24! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
“Nutty Nuggets”!<br />
Einführung Datenbanken!<br />
• Probleme mit Phasen #1 und #2!<br />
– Integrität: Zulieferer gelöscht, ohne<br />
seine Produkte zu löschen !<br />
– Unabhängigkeit: Daten und<br />
Programme zu stark aufeinander<br />
abgestimmt!<br />
– Sicherheit: Koch löscht<br />
fälschlicherweise ein Gericht!<br />
• Phase #3, Datenbank!<br />
– Integrität: Regeln und<br />
Einschränkungen!<br />
– Unabhängigkeit: Daten getrennt von<br />
Funktionen!<br />
– Sicherheit: Zugriffskontrolle!<br />
– ...und vieles mehr!!<br />
!<br />
1. Bsp. „Nutty Nuggets“!<br />
2. Der Datenbank-Ansatz!<br />
– „DB in a nutshell“!<br />
– Datenbank Management System (DBMS)!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
– Relationales Modell!<br />
– Operationen auf Relationen!<br />
4. Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
5. Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
– ...!<br />
– Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!<br />
" Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second Edition, CRC Press, p. 37ff!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
25! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
DB in a nutshell!<br />
1. DB speichert Daten und<br />
Struktur der Daten!<br />
2. Trennung von Daten und<br />
Anwendungen!<br />
3. Mehrfachnutzung!<br />
4. Datensichten!<br />
5. Datenintegrität!<br />
6. Transaktionen!<br />
7. Persistente Speicherung!<br />
8. Sicherheit!<br />
!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
26! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
DB in a nutshell: 1. DB codiert Daten u. Struktur der Daten!<br />
• DB enthält nicht nur die<br />
Daten, sondern auch eine<br />
Beschreibung der Daten.!<br />
– Angaben über den Umfang,<br />
die Struktur, die Art und das<br />
Format der Daten!<br />
– sowie über die Beziehungen<br />
der Daten untereinander!<br />
!<br />
" http://www.gitta.info/IntroToDBS/de/html/DBApproaChar_trennDataApp.html,!<br />
Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second Edition, CRC Press, p. 37!<br />
!<br />
" http://www.gitta.info/IntroToDBS, Projektbericht HS10 Tuggener, Vontobel, Lavanchy, Nussbaum!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
27! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
DB in a nutshell: 2. Trennung von Daten u. Anwendungen!<br />
• User und<br />
Anwendungsprogamme<br />
benötigen keine Kenntnis über<br />
die physikalische<br />
Datenspeicherung (Codierung,<br />
Format, Speicherort etc.)!<br />
• Anwendungsprogramme und<br />
Daten sind strikte getrennt,<br />
DBMS regelt Datenzugriff!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
28! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
DB in a nutshell: 3. Mehrfachnutzung!<br />
• erlaubt mehreren Benutzern<br />
gleichzeitig den Zugriff auf eine<br />
Datenbank.!<br />
• Beantwortung unterschiedlicher<br />
Fragestellung (der diversen<br />
Benutzer) mit den gleichen<br />
(Basis-) Daten!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Studierende!<br />
uzh-DB!<br />
Dozenten!<br />
IT!<br />
" http://www.gitta.info/IntroToDBS/de/html/DBApproaChar_trennDataApp.html!<br />
" http://www.gitta.info/IntroToDBS/de/html/DBApproaChar_trennDataApp.html!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
29! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
30! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
DB in a nutshell: 4. Datensichten!<br />
DB in a nutshell: 5. Datenintegrität!<br />
• Verschiedene Benutzer,<br />
und jeder benötigt, je<br />
nach Zugangsrechten<br />
und Bedürfnissen, eine<br />
individuelle Ansicht<br />
(engl. view) der Daten!<br />
• DB darf nur korrekte und<br />
widerspruchsfreie<br />
(„konsistente“) Daten zulassen.!<br />
" http://www.gitta.info/IntroToDBS/de/html/DBApproaChar_trennDataApp.html!<br />
" Vorlesung 5!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
31! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
32! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
DB in a nutshell: 6. Transaktionen!<br />
DB in a nutshell: 6. Transaktionen!<br />
• Transaktion: ist eine atomare Interaktion zwischen User und DB, eine<br />
logische Verarbeitungseinheit auf der DB, die eine oder mehrere<br />
Datenbankoperationen beinhaltet:!<br />
– Einfügen von Daten in DB!<br />
– Modifizieren von Daten in DB!<br />
– Löschen von Daten in DB!<br />
– Abfragen von Daten in DB!<br />
• Beispiel:!<br />
– $300 gutschreiben,!<br />
– $400 belasten.!<br />
• Mögliches Problem: update geht verloren, wenn atomare Transaktionen<br />
unerlaubterweise verschachtelt sind (engl. interleaved).!<br />
– Gleiche Daten involviert in mehrere Transaktionen, B = Balance!<br />
– T 1 : $300 gutschreiben: Startguthaben ($1000) in Prog.var X einlesen, addieren!<br />
– T 2 : $400 belasten: gleiches Startguthaben ($1000) in Prog.var Y einlesen, subtrahieren!<br />
– wie wenn T 1 nie stattgefunden hätte!<br />
• DBMS verhindert solche update-Fehler!<br />
– commit: Löst permanente Änderung der Daten in DB aus, erst wenn alle beitragenden<br />
Operationen abgeschlossen sind!<br />
– rollback: Stellt DB-Zustand vor fehlbarer Transaktion wieder her!<br />
" Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second Edition, CRC Press, p. 42!<br />
$600!<br />
" Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second Edition, CRC Press, p. 42!<br />
$600!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
33! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
34! | Der Datenbank-Ansatz!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Begriffe und Definitionen!<br />
• Datenbanksystem (DBS) =<br />
DB + DBMS!<br />
• Datenbank Management<br />
System (DBMS)!<br />
– Werkzeug zum Administrieren<br />
und Verwalten der Daten!<br />
• Datenbank (DB)!<br />
– Daten an sich, zuzüglich der<br />
Informationen die DBMS<br />
benötigt!<br />
• Informationssystem (z. B. GIS)!<br />
– Erweitert DB um Werkzeuge zur<br />
Abfrage, Darstellung,<br />
Transformation und Analyse<br />
von (raumbezogenen) Daten!<br />
Architektur eines DBMS!<br />
1. Query compiler: zergliedert und<br />
analysiert Anfrage (query)!<br />
2. Query optimizer: sucht effizienteste<br />
Ausführungsart!<br />
3. Constraint enforcer: stellt sicher,<br />
dass Änderungen der DB mit<br />
geltenden Regeln übereinstimmen!<br />
4. Runtime database processor: führt<br />
bereitgestellten Code aus!<br />
5. Stored data manager: „schwätzt“ mit<br />
OS und macht physikal. Datenzugriff!<br />
6. System catalog: Metadaten, um<br />
Resultate abzugreifen, müssen<br />
physikalisch gespeicherte Daten den<br />
high-level Objekten der QL zugeordnet<br />
werden!<br />
• Concurrency, control, backup,<br />
recovery units: Hilfseinheiten!<br />
user interface)!<br />
“Welche Studierenden<br />
sind in Kurs GEO451<br />
eingeschrieben?”<br />
Structured Query!<br />
Language!<br />
(SQL, Vorlesung 2)!<br />
" Elmasri & Navathe (2009): k1.2, p.20f. !<br />
" Worboys and Duckham (2004) GIS: A Computing Perspective, Second<br />
Edition, CRC Press, p. 40!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
35! | Relationale Datenbanken!<br />
Einführung Datenbanken!<br />
1. Bsp. „Nutty Nuggets“!<br />
2. Der Datenbank-Ansatz!<br />
– „DB in a nutshell“!<br />
– Datenbank Management System (DBMS)!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
– Relationales Modell!<br />
– Operationen auf Relationen!<br />
4. Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
5. Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
– ...!<br />
– Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
36! | Relationale Datenbanken!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
• Es gibt eine Vielzahl von Architekturen für DB, die<br />
gebräuchlichsten sind:!<br />
– Relationale DB!<br />
– Objekt-orientierte DB!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Selber !<br />
nachlesen!!<br />
– Spalten-orientierte DB (http://de.wikipedia.org/wiki/Spaltenorientierte_Datenbank)!<br />
• Relationales Modell!<br />
– Klassische Arbeit von Ted Codd von IBM, 1970!<br />
– Das relationale Modell repräsentiert die Datenbank als Sammlung<br />
von mathematische Relationen (“Wertetabellen”).!<br />
" Codd, E.F. (1970). A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks.<br />
Communications of the ACM 13 (6): 377–387. doi:10.1145/362384.362685!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
37! | Relationale Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
38! | Relationale Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Das relationale DB-Modell!<br />
Operationen auf Relationen!<br />
• Eine relationale DB ist eine Sammlung von Tabellen, genannt<br />
Relationen!<br />
• Jede Relation hat eine Menge von Attributen!<br />
• In den Relationen sind die Daten in einer Menge von Zeilen strukturiert,<br />
sog. Tupel!<br />
• Jedes Tupel besteht aus Einträgen für jedes Attribut!<br />
• Jede Zelle in einem Tupel besteht aus einem einzelnen Wert!<br />
• Ein Relationales Datenbank Managementsystem (RDBMS) ist die<br />
Software, die eine relationale DB managt!<br />
" Elmasri & Navathe (2009): k5.1.1, p. 135f. !<br />
• 5 grundlegende<br />
Operationen…!<br />
– union!<br />
– difference!<br />
– product!<br />
– project!<br />
– restrict!<br />
• …3 abgeleitete, d.h.<br />
Kombination aus 5<br />
obigen!<br />
– intersect!<br />
– divide!<br />
– join!<br />
Set-!<br />
Operationen!<br />
• Struktur und Regeln wie<br />
Operationen anwenden<br />
= relationale Algebra!<br />
!<br />
" Bild: Elmasri & Navathe (2009) !<br />
INTERSECTION (S und I)!<br />
STUDENT ! INSTRUCTOR!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
39! | Relationale Datenbanken!<br />
Operationen auf Relationen!<br />
• 5 grundlegende<br />
Operationen…!<br />
– union!<br />
– difference!<br />
– product!<br />
– project!<br />
– restrict!<br />
• …3 abgeleitete, d.h.<br />
Kombination aus 5<br />
obigen!<br />
– intersect!<br />
– divide!<br />
– join!<br />
• Struktur und Regeln wie<br />
Operationen anwenden<br />
= relationale Algebra!<br />
!<br />
" Bild: Elmasri & Navathe (2009) !<br />
Set-!<br />
Operationen!<br />
DIFFERENCE (S nicht I)!<br />
STUDENT - INSTRUCTOR!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
INTERSECTION (S und I)!<br />
STUDENT ! INSTRUCTOR!<br />
UNION (S oder I oder beide)!<br />
STUDENT " INSTRUCTOR!<br />
DIFFERENCE (I nicht S)!<br />
INSTRUCTOR - STUDENT!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
40! | Relationale Datenbanken!<br />
Operationen auf Relationen!<br />
• 5 grundlegende<br />
Operationen…!<br />
– union!<br />
– difference!<br />
– product!<br />
– project!<br />
– restrict!<br />
• …3 abgeleitete, d.h.<br />
Kombination aus 5<br />
obigen!<br />
– intersect!<br />
– divide!<br />
– join!<br />
• Struktur und Regeln wie<br />
Operationen anwenden<br />
= relationale Algebra!<br />
!<br />
" Bild: Elmasri & Navathe (2009) !<br />
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Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
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V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
41! | Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
42! | Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Einführung Datenbanken!<br />
Aufgabe 1.2!<br />
1. Bsp. „Nutty Nuggets“!<br />
2. Der Datenbank-Ansatz!<br />
– „DB in a nutshell“!<br />
– Datenbank Management System (DBMS)!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
– Relationales Modell!<br />
– Operationen auf Relationen!<br />
4. Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
5. Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
– ...!<br />
– Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!<br />
• Online-Ticketshop revisited!<br />
– Nachdem was Sie nun gehört haben, welche Vor- und Nachteile der<br />
Datenbank-basierten Datenhaltung hat sich bestätigt, was kommt<br />
neu dazu?!<br />
– Verwenden Sie die gelernten Begriffe (Zurückblättern erlaubt!)!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
43! | Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
Einführung Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
44! | Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Kommerzielle Produkte und Open Source Systeme!<br />
1. Bsp. „Nutty Nuggets“!<br />
2. Der Datenbank-Ansatz!<br />
– „DB in a nutshell“!<br />
– Datenbank Management System (DBMS)!<br />
3. Relationale Datenbanken!<br />
– Relationales Modell!<br />
– Operationen auf Relationen!<br />
4. Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
5. Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
– ...!<br />
– Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!<br />
• Anbieter!<br />
– Oracle: Marktleader für komplex und<br />
anspruchsvolle DB!<br />
– SQL Server: Microsoft: Einfach<br />
zugänglich und integriert mit Windows!<br />
– DB2: IBMʼs günstigeres<br />
Konkurrenzprodukt zu Oracle!<br />
– SAP / Sybase!<br />
– MySQL: populäre open source DB, an<br />
SUN verkauft und darum in Oracle<br />
aufgegangen!<br />
– PostgreSQL: fortschrittlichste open<br />
source DB!<br />
– Informix, IBM!<br />
– Ingres: Vorfahre von PostgreSQL!<br />
• Zahlen zu Marktanteilen schwierig<br />
zu finden…!<br />
Database Market by Revenue!<br />
DB “popularity”!<br />
" Quelle: Gartner 2012, http://itknowledgeexchange.techtarget.com/eye-on-oracle/oracle-the-clear-leader-in-24-billion-rdbms-market/!<br />
" http://db-engines.com/en/ranking !
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
45! | Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Typische Anwendungen eines Datenbanksystems!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
46! | Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Geodatenbanksysteme / Räumliche Datenbanksysteme (RDBS)!<br />
• Bank !<br />
– Kundenverwaltung, Kontoverwaltung, Buchungen, Kreditgewährung,<br />
Zinsberechnung, Personalverwaltung!<br />
• Hochschuldatenbank !<br />
– Immatrikulation, Lehrplanung, Raumbelegung, Prüfungsergebnisse!<br />
• Produktionsbetrieb !<br />
– Personalverwaltung, Buchhaltung, Controlling!<br />
• Geoinformationssystem!<br />
– Speicherung raumbezogener Daten; geometrisch, topologisch und<br />
thematische Informationen!<br />
!<br />
Geodatenbanksysteme / räumliche Datenbanksysteme sind!<br />
Erweiterungen von Datenbanksystemen zur!<br />
• Speicherung raumbezogener Daten !<br />
• Abfrage raumbezogener Daten!<br />
Existierende räumliche Erweiterungen sind:<br />
• Oracle Spatial<br />
• ArcSDE (ESRI)<br />
• PostGIS<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
47! | Produkte, Anbieter und Anwendungsfelder!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Komponenten eines räumlichen Datenbanksystems!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
48! | Zusammenfassung!<br />
Zusammenfassung 1!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
RDBS bestehen im wesentlichen aus folgenden Komponenten:!<br />
<br />
1. Schemata, die räumliche Datentypen zur Verfügung<br />
stellen z.B. SDO_GEOMETRY!<br />
2. Räumliche Indizierungsmechanismen (R-Baum)!<br />
3. Sammlung von Funktionen um räumliche Operationen<br />
auszuführen z.B. Spatial-Join- und area-of-interest-Queries!<br />
4. Administrative Tools!<br />
1!<br />
2!<br />
3!<br />
• Datenbankmanagementsysteme (DBMS) sind Werkzeuge<br />
zum Administrieren und Verwalten grosser Datenmengen.!<br />
– Sie trennen Daten von Anwendungen, bieten Redundanzkontrolle<br />
und back-up, und erlauben Mehrfachnutzung.!<br />
– Ihre Anwendung ist anspruchsvoll und aufwändig, sie verursachen<br />
Kosten und sind als Mehrzwecksoftware oft weniger effizient als<br />
spezialisierte Software.!<br />
• Das relationale Modell bildet die Grundlage der am<br />
weitesten verbreiteten relationalen Datenbank-Architektur. !<br />
• Eine relationale DB ist eine Sammlung von Relationen<br />
(Tabellen), je mit Attributen und Tupeln.!<br />
• Räumliche Datenbanken sind ein wichtiges Anwendungsfeld<br />
der DB-Technologie.!<br />
" Rechtes Bild: http://uxblog.idvsolutions.com/2010/07/html-5-map-mashup-for-ipad.html!
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
49! | Zusammenfassung!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
50! | Zusammenfassung!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
DB–Deutsch Deutsch–DB!<br />
Selbststudium mit GITTA!<br />
Datenbank (DB)!<br />
Datenbankmanagementsystem<br />
(DBMS)!<br />
Datenbanksystem (DBS)!<br />
Transaktion!<br />
!<br />
Relation!<br />
!<br />
relationales Modell!<br />
!<br />
die eigentliche, zu verwaltende Datenmenge. Eine<br />
Sammlung von logisch verwandten Daten und eine<br />
Beschreibung dieser Daten, die dazu dient die<br />
Informationsbedürfnisse einer Organisation zu<br />
befriedigen.!<br />
Verwaltungssoftware. Softwaresystem, das es<br />
Benutzern erlaubt, eine DB zu definieren, zu<br />
erstellen, und zu pflegen, und kontrolliert auf die<br />
Daten zuzugreifen.!<br />
DB + DBMS.!<br />
eine logische Verarbeitungseinheit auf der DB, die<br />
eine oder mehrere Datenbankoperationen beinhaltet!<br />
Wertetabelle, jede Zeile (Tupel) repräsentiert eine<br />
Liste zusammenhängender Datenwerte!<br />
repräsentiert die Datenbank als Sammlung von<br />
mathematische Relationen (“Wertetabellen”).!<br />
L1 - Einführung in Datenbanksysteme!<br />
• http://gitta.info/IntroToDBS/de/html/index.html!<br />
L2 - Datenbanksysteme: Konzepte und Architekturen!<br />
• http://gitta.info/DBSysConcept/de/html/index.html!<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
51! | Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
V1 | Einführung räumliche Datenbanken!<br />
52! | Vor- und Nachteile von Datenbanken!<br />
Geo451 | Räumliche Datenbanken | HS13!<br />
P. Laube, R. Meile, Uni Zürich !<br />
Vorteile eines DBS!<br />
Nachteile eines DBS!<br />
+ Redundanzkontrolle!<br />
+ Strukturierte und beschriebene Daten!<br />
+ Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit!<br />
+ Immer mehr Funktionalität muss integriert werden <br />
(z.B. Topologie, räumliche Funktionen, Data Mining)!<br />
+ Datenmengen werden immer grösser!<br />
+ Immer komplexere Anfragen!<br />
+ Mehrfachnutzung, Zugriffskontrolle und <br />
Erstellen von Datensichten!<br />
+ Flexibilität, Trennung von Daten und Anwendungen!<br />
+ Hardware entwickelt sich ständig weiter!<br />
+ Integration mit anderen Anwendung wird immer wichtiger!<br />
+ raschere Anwendungsentwicklung!<br />
+ Datenpersistenz, Recovery and Back-up (Verlust von Daten)!<br />
− Hohe Anfangsinvestition und ev. unnötige Zusatzkosten!<br />
− Komplexität !<br />
− Betrieb eines DBS ist aufwändig und anspruchsvoll!<br />
− Qualifiziertes Personal!<br />
− Datenbankadministratoren werden für professionellen Betrieb benötigt!<br />
− Zusätzliche Kosten!<br />
− Hardware, !<br />
− Software und !<br />
− komplexerer Verwaltung!<br />
− Geringere Effizienz!<br />
− DBS ist als Mehrzweck-Software oft weniger effizient als spezialisierte<br />
Software!
Change language