Программа дисциплины «Базы пространственных данных»

Автор: проф. И.К. Лурье

Цель освоения дисциплины - выработка у студентов профессиональных навыков в

области проектирования и использования баз пространственных данных для выполнения

географического анализа и моделирования геосистем.

Задачи освоения дисциплины – овладение методами и практическими навыками

создания тематических баз пространственных данных в ГИС, создаваемых для выполнения исследований в области наук о Земле.

Место дисциплины в структуре ООП:

«Базы пространственных данных» – дисциплина вариативной части ООП бакалавриата (модуль «Геоинформатика и геоинформационное картографирование»).

Дисциплина читается во 2-ом семестре, 3-й курс. Ее изучение дает теоретические знания и практические навыки в области создания баз данных географических информационных систем. Для освоения материала разделов дисциплины необходимы знания информатики и компьютерных технологий, географии, картографии и геоинформатики, полученные в курсах «Информатика с основами геоинформатики», «Картоведение», «Математическая картография», «Геодезические основы карт», базовом курсе «Геоинформатика», а также в курсах «Высшая математика и программирование», «Дешифрирование аэрокосмических снимков». Изучение дисциплины необходимо для фундаментального освоения всех дисциплин модуля «Геоинформатика и геоинформационное картографирование» и разделов модуля «Географическое картографирование», для выполнения производственной практики и написания выпускной работы.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

• знать основы классической теории баз данных, методов и технологий проектирования баз геоданных коллективного пользования для ГИС и ГК, • владеть технологиями и программными средствами разработки проблемноориентированных ГИС-проектов;

• уметь разрабатывать структуру и содержание БГД коллективного пользования с учетом особенностей моделей данных, функциональных средств ГИС-пакета и задач ГИС-проекта.

Содержание Раздел 1. Технологические основы создания тематических баз геоданных.

Тема 1. Введение. Общие положения формирования пространственных БД.

Базовые определения пространственных БД (баз геоданных, БГД). Равноправность использования терминов «модель базы данных» и «модель предметной области»

(«концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»).

Обоснование модели - образа реальности и образа проектируемой базы данных для этой реальности. Преобразование концептуальной модели в логическую модель. Операции над пространственными объектами в БД.

Тема 2. Концептуальные положения и методики построения модели данных Информационное обеспечение ГИС. История формирования моделей пространственных БД. Содержание концептуальной модели базы пространственных данных: описание информационных объектов, понятий предметной области и связей между ними; описание требований к допустимым значениям данных и к связям между ними. Модели баз данных в ГИС. Этапы проектирования базы данных. Пространственные критерии расширения модели «сущность-связь». Представление пространственных объектов в БД. Выбор модели пространственной информации. Три категории пользователей пространственных БД.

Тема 3. Системы управления базами пространственных данных в ГИС Структура БД и системы управления базами данных (СУБД) и их функции.

Программные средства ведения баз геоданных. Реляционные операции над отношениями (проекция, селекция, соединение). Навигационные и вспомогательные (выборка, включение, удаление, обновление) операции над отношениями. Классификация отображений (один-к-одному, один-ко-многим, многие-ко-многим). Понятие ключа отношения. Реализация отображений. Объектно-ориентированные и реляционные структуры БД.

Раздел 2. Проектирование тематических баз геоданных.

Тема 4. Способы оценки качества данных и контроль ошибок.

Создание каталогов метаданных. Правила хранения, редактирования обновления данных в БД ГИС. Особенности интеграции разнотипных тематических данных.

Установка правил проверки корректности базы геоданных. Понятия домена, типа и подтипа в базе геоданных. Правила проверки атрибутов, связности и отношений.

Преимущества векторно-топологической модели данных для поддержки качества данных.

Тема 5. Развитие технологий агрегирования и хранения пространственных данных Направления развития пространственных БД. Правила согласования данных из разных источников. Инфраструктура пространственных данных (ИПД). Национальные ИПД. Базовые пространственные данные и базовый пространственный объект.

Стандартизация данных. Каталоги метаданных. Информационный интернет-портал (геопортал). Пространственные данные и геоинформационные ресурсы. Ввод, анализ, вывод и публикация данных. Графы. Агрегирование данных. Графы отношений атрибутов. БД как хранилища пространственных данных.

Тема 6. Технологии проектирования баз пространственных данных для тематических исследований Формулировка решаемой проблемы. Выбор типа пространственных данных и их модели в зависимости от решаемой проблемы. Выбор модели данных. Анализ потребностей. Адекватность модели предметной области и потребностям. Поддержка данных моделей географических полей. Разработка тематического ГИС-проекта. Создание структуры данных и БГД. Выбор логической модели данных. Создание схемы предметной области. Отображение схемы предметной области на схему базы данных. Использование реляционных коммерческих СУБД: MS Access, Oracle Spatial, MySQL. Стандарты OGC (The Open Geospatial Consortium, Inc»). Проектирование базы геоданных в среде ArcGIS.

Технология клиент-сервер. SQL серверы. Языки описания данных и языки манипулирования данными. Языки запросов QBE, SQL, UML.

Рекомендуемая литература Основная:

Дейт К. Введение в системы баз данных, 6-е-издание. – СПб.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 848с.

Шекхар Шаши, Чаула Санжей. Основы пространственных баз данных. М.: КУДИЦОБРАЗ. 2004.-330 c.

Zeiler M. Modeling our World. The ESRI Guide to Geodatabase Design. ESRI Inc, 1999. p.

199 («Моделирование нашего Мира». Пер. с англ. М.: Дата+, 2001. 254 с.) Дополнительная литература Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 320 с.

Диго С.М. Проектирование и использование баз данных. - М.: Финансы и статистика, 1995. - 208 с.

Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. - М.:

Финансы и стати-стика, 1989. - 351 с.

Васкевич Д. Стратегии клиент/сервер. - Киев: Диалектика, 1997.

Гилуа М.М. Множественная модель данных в информационных системах. - М.: Наука, 1992.

Грабер М. Справочное руководство по SQL. - М.: Лори, 1997. - 291 с.

Мейер М. Теория реляционных баз данных. - М.: Мир, 1987. - 608 с.

Нагао М., Катаяма Т., Уэмура С. Структуры и базы данных. - М.: Мир, 1986. - 197 с.

Тиори Т., Фрай Д. Проектирование структур баз данных. В 2 кн., - М.: Мир, 1985. Кн.

1. - 287 с.: Кн. 2. - 320 с.

Ульман Д. Основы систем баз данных. - М.: Финансы и статистика, 1983.

Цикритизис Д., Лоховски Ф. Модели данных. - М.: Финансы и статистика, 1985.

Интернет-ресурсы:

MySQL Community Server. Свободно распространяемая реляционная СУБД.

http://www.mysql.com/downloads/ Connector/ODBC. Стандартный ODBC драйвер для СУБД MySQL.

http://www.mysql.com/downloads/ MySQL Workbench. Интерактивное средство для управления сервера MySQL и работы с данными базы данных. http://dev.mysql.com/downloads/workbench/ Руководство по использованию СУБД MySQL и спецификация языка SQL.

http://dev.mysql.com/doc/ http://www.gisa.ru http://gis-lab.info http://www.geospatialworld.net http://www.directionsmag.com http://www.gislounge.com