پایگاه‌های داده رابطه ای
پایگاه‌های داده رابطه ای، پایگاه داده‌های رابطه ای را گسترش می‌دهند تا اجازه ذخیره اشیاء در ستون جداول رابطه ای را بدهند. آنها عموماً از توانایی اعلام یک نوع داده جدید که اساساً یک کلاس است و تنظیم این نوع جدید به عنوان نوع داده برای ستون جدول پشتیبانی می‌کنند. از نقطه نظر شی گرا، انواع داده‌های جدید با نام کلاس‌ها مطابقت دارند که ماژول‌های نرم افزاری هستند که حالت و رفتار را در بر می‌گیرند.
هنگامی که داده‌های مکانی در یک پایگاه داده رابطه ای شی ذخیره می‌شوند، ویژگیهای خصوصیت در ستون‌ها به عنوان صفات جداول سنتی ذخیره می‌شوند در حالی که هندسه‌های ویژگی که به صورت ویژگیهای بردار یا رستر نشان داده می‌شوند با استفاده از نوع مکانی گسترده ذخیره می‌شوند. به عنوان مثال مدل داده‌های پایگاه داده‌های جغرافیایی ارائه شده در کادر ۲-۶ برای طراحی و مدیریت پایگاه‌های داده مربوط به شی در ArcGIS استفاده می‌شود. در چنین پایگاه داده شی رابطه ای کلاس ویژگی به صورت جدول ذخیره می‌شود. شکل ۲-۳۵ نشان می‌دهد که یک جدول رابطه ای شیء که یک کلاس ویژگی را ذخیره می‌کند چگونه است. هر ردیف در جدول کلاس ویژگی نشان دهنده یک ویژگی است. ستون شکل که از نوع مکانی است (در اینجا چند ضلعی)، مختصات و هندسه ای را که یک ویژگی را در هر سطر تعریف می‌کند ذخیره می‌کند. بنابراین این ستون مقادیر واحد را ذخیره نمی‌کند اما دارای ساختار داخلی است که در اجسام بزرگ دوتایی محصور شده است. BLOB یک نوع داده غیر متعارف است که حاوی اطلاعات باینری است که نشان دهنده یک تصویر، یک فیلم، یک روش یا هر شیء بزرگ بدون ساختار است. در پایگاه داده رابطه ای شیء در GIS، اغلب برای ذخیره داده‌های رستری یا دوتایی در مورد هندسه یا جزء مکانی یک لایه داده به عنوان یک شیء استفاده می‌شود. شکل ۲-۴۰ ساختار کلی پایگاه داده شی رابطه ای را نشان می‌دهد که در آن داده‌های مکانی با استفاده از جداول ذخیره می‌شوند و توسط سیستم مدیریت پایگاه داده شی رابطه ای (ORDBMS) مدیریت می‌شوند.
شکل ۲-۴۰ پایگاه داده رابطه ای
SQL برای ترکیب انواع و توابع مکانی گسترش یافته است (شخار و چاولا، ۲۰۰۳). بنابراین محتویات جداول رابطه ای حاوی هندسه ویژگی ها، زمانی که به عنوان یک نوع مکانی SQL ذخیره می‌شوند، از طریق SQL قابل دسترسی هستند. با این حال سیستم‌های مختلف GIS ممکن است از سیستم‌های مدیریت پایگاه داده خاصی استفاده کنند که ممکن است SQL را به طور متفاوتی پیاده سازی کنند و ممکن است تعاریف متفاوتی از انواع داده‌های مکانی و ساختارهای ذخیره سازی مختلف و روشهای دسترسی داشته باشند. سیستم GIS همچنین ممکن است انواع مختلف پایگاه داده را پشتیبانی کند. انتخاب انواع پایگاه داده مناسب برای کار بستگی به الزامات خاص پروژه و/یا برنامه GIS دارد. کادر ۲-۸ چهار نوع پایگاه داده مکانی در ArcGIS را شرح می‌دهد.
| کادر ۲-۸- انواع پایگاه‌های داده مکانی در ArcGIS |
تکنیک |
| ArcGIS از چهار نوع پایگاه داده مکانی پشتیبانی می‌کند : پایگاه داده‌های جغرافیایی رابطه ای، پایگاه‌های جغرافیایی فایل، پایگاه‌های جغرافیایی شخصی و پایگاه‌های جغرافیایی ArcSDE.. شکل ۲-۴۱ نمای درخت پوشه از نمونه‌هایی از سه نوع اول پایگاه داده مکانی نشان داده شده در ArcCatolog را ارائه می‌دهد. |
شکل ۲-۴۱ نمای درختی پوشه از پایگاه داده‌های مکانی نمایش داده شده در ArcCatalog
پایگاه‌های اطلاعاتی رابطه جغرافیایی |
| پایگاه داده رابطه جغرافیایی در ArcGIS مکان کاری حاوی پوشش ArcInfo (شامل TIN) و فایل‌های شبکه یا مجموعه ای از فایل‌های شکل است که در یک پوشه سیستم فایل نگهداری می‌شود. فایل حاوی یک کلاس ویژگی واحد است و یک پوشش ممکن است شامل چندین کلاس ویژگی باشد. همه فایلها توسط سیستم مدیریت فایل رایانه مدیریت می‌شوند اما برخی از عملکردهای مدیریت فایل از جمله حذف، تغییر نام، کپی، چسباندن و ایجاد شکل یا پوشش باید در ArcCatalog انجام شود. داده‌های موقعیتی یا هندسی و جداول مشخصه‌های یک shapefile یا یک پوشش یا یک شبکه از طریق ابزارهای نرم افزاری مدیریت داده‌های آن به ArcGIS مرتبط، متصل می‌شوند. پایگاه داده‌های رابطه جغرافیایی پایگاه داده‌های مکانی معمولی در ArcGIS می‌باشند. |
| شکل ۲-۴۱ دو نمونه پایگاه داده جغرافیایی رابطه ای، یکی به نام Coverages و دیگری Shapefiles را نشان می‌دهد که در ArcCatalog با نماد پوشه ظاهر می‌شوند. پایگاه داده Coverages شامل شش لایه داده است : admin، contour، landuses، roads، dem و tin. انواع مختلف پوشش‌ها و ویژگیهای پوشش با نمادهای متمایز نشان داده می‌شوند. کلاسهای ویژگیهای موجود در پوشش – زمینهای کار – نشان داده شده است. توجه داشته باشید که پوشش کاربری زمین شامل ویژگیهای چند ضلعی، قوس و برچسب و کلاس ویژگی tic (نقاط کنترل برای ارجاع جغرافیایی) است. |
| فایل‌های واقعی ذخیره‌سازی پوشش‌هایی که در شکل ۲-۲۲ و جدول ۲-۳ فهرست شده‌اند، در این نما نامرئی هستند. پایگاه داده Shapefiles شامل سه لایه است: forests، gauge_stations و streams. فقط فایل‌های shp در ArcCatalog ظاهر می‌شوند و سایر فایل‌های مرتبط با هر shapefile، همانطور که در کادر ۲-۳ فهرست شده‌اند، نشان داده نمی‌شوند. فایل‌های شکل از کلاسهای ویژگی مختلف با نمادهای مختلف نشان داده می‌شوند. |
پایگاه اطلاعاتی جغرافیایی |
| پایگاه داده‌های جغرافیایی فایل مجموعه ای از مجموعه داده‌های فضایی از انواع مختلف (کلاسهای ویژگی، توپولوژی ها، شبکه ها، جداول، مجموعه داده‌های شطرنجی و غیره) است که در یک پوشه فایل که بر اساس مدل داده شی گرا پایگاه داده جغرافیایی ساختار یافته و توسط سیستم مدیریت فایل کامپیوتر مدیریت می‌شود، نگهداری می‌شود. و سیستم مدیریت داده خود ArcGIS مدیریت می‌شود. هر مجموعه داده به عنوان یک فایل جداگانه روی دیسک ذخیره می‌شود که می‌تواند بیش از ۳۰۰ میلیون ویژگی داشته باشد و اندازه آن تا ۱ ترابایت باشد. از نظر کارایی و ذخیره سازی از ساختار داده کارآمدتری نسبت به شیپ فایلها و پوشش‌ها استفاده می‌کند. پایگاه‌های جغرافیایی فایل برای یک کاربر طراحی شده‌اند و برای برنامه‌های GIS که شامل مجموعه داده‌های بسیار بزرگ و نیاز به عملکرد سریع هستند، توصیه می‌شود. یک پایگاه جغرافیایی فایل با پسوند gdb نامگذاری شده و در ArcCatalog با نماد پایگاه داده ظاهر می‌شود. |
| نمونه ای از یک پایگاه جغرافیایی فایل به نام VirtualCatchment در شکل ۲-۴۱ نشان داده شده است که شامل شش مجموعه داده ویژگی است که هر کدام از گروهی از کلاسهای ویژگی با سیستم ارجاع جغرافیایی مشترک تشکیل شده است. به عنوان مثال، Biogeography یک مجموعه داده ویژگی پایگاه داده جغرافیایی است. از سه کلاس ویژگی پایگاه داده جغرافیایی تشکیل شده است : Bird_sightings (کلاس ویژگی نقطه)، خاک و گیاه (کلاس ویژگی چندضلعی). از نمادها برای متمایز کردن انواع مختلف کلاسهای ویژگی در ArcCatolog استفاده می‌شود و فایل‌های داده واقعی قابل مشاهده نیستند. |
| پایگاه‌های جغرافیایی شخصی |
| پایگاه داده‌های جغرافیایی شخصی مبتنی بر مدل داده‌های شی گرا پایگاه داده جغرافیایی است، اما با استفاده از Microsoft Access – یک RDBMS ذخیره و مدیریت می‌شود. تمام مجموعه داده‌ها در یک پایگاه جغرافیایی شخصی در یک فایل مایکروسافت اکسس نگهداری می‌شوند. با این حال، پایگاه داده جغرافیایی به اندازه ۲ گیگابایت محدود شده است. پایگاه‌های جغرافیایی شخصی برای یک کاربر طراحی شده‌اند که با مجموعه داده‌های فضایی کوچک‌تر کار می‌کند و فقط در Microsoft Windows اجرا می‌شود. یک پایگاه جغرافیایی شخصی با پسوند mdb نامگذاری شده و در ArcCatalog با نماد پایگاه داده ظاهر می‌شود. شکل ۲-۴۱ نمونه ای از یک پایگاه جغرافیایی شخصی به نام VirtualCity را نشان می‌دهد. دارای یک مجموعه داده ویژگی شامل پنج کلاس ویژگی و مجموعه داده است. در میان آنها Parcels یک مجموعه داده کاداستری یا پارچه بسته است، و Streets یک مجموعه داده شبکه است ( کادر ۲-۶ را ببینید). |
| پایگاه‌های اطلاعاتی جغرافیایی ArcSDE |
| پایگاه‌های اطلاعاتی ArcSDE پایگاه داده‌های مکانی سازمانی بزرگ و چند کاربر هستند. آنها بر اساس مدل داده شی گرای پایگاه داده و با استفاده از ORDBMS مانند Oracle ، SQL Server ، PostgreSQL ، Informix یا DB2 مدیریت می‌شوند. از پایگاه داده‌های ArcSDE می‌توان برای مدیریت مجموعه داده‌های مکانی بسیار بزرگ استفاده کرد که عمدتا برای برنامه‌های پایگاه داده مکانی داده محور در تنظیمات دپارتمان و سازمان استفاده می‌شود. |
۲-۳-خلاصه
- داده‌های مکانی سه جزء دارند: مکان، ویژگی و زمان. مکانهای ثبت شده در داده‌های مکانی با توجه به یک سیستم ژئورفرنسینگ (مختصات) خاص که رابطه ای ثابت با سطح زمین دارد و شکل زمین را در نظر می‌گیرد ، تعریف شده است.
- مکان جغرافیایی را می‌توان در نمای شی یا میدانی مفهوم سازی کرد. در نمای شی ، مکان جغرافیایی شامل مجموعه ای از اشیاء یا موجودیت‌های مجزا است. هر جسم می‌تواند به طور دقیق واقع شده و دارای مرز مشخصی باشد. در نمای میدانی ، مکان جغرافیایی سطوح پیوسته ای را تشکیل می‌دهد که متغیرهایی را نشان می‌دهد که مقادیر آنها به طور مداوم در سراسر فضا تغییر می‌کند.
- مقیاس نقشه میزان جزئیات در مورد ویژگیهای جغرافیایی را که در داده‌های مکانی ضبط و نمایش داده می‌شوند، تعیین می‌کند.
- ویژگیهای جغرافیایی ارائه شده در داده‌های مکانی از طریق تعمیم نقشه نگاری انتخاب و تعمیم می‌یابد. روشهای تعمیم کارتوگرافی شامل انتخاب، ساده سازی، اغراق، ترکیب، جابجایی و لایه بندی است.
- سیستم‌های مختصات جغرافیایی به طور منحصر به فردی مکآنها را تعریف می‌کنند
- ویژگیهای جغرافیایی در سطح زمین با استفاده از عرض و طول جغرافیایی آنها بر اساس یک داده خاص تنظیم شده اند.
- پیش بینی‌های نقشه سطح کروی زمین را به یک سطح مسطح تبدیل می‌کند که این امر عرض و عرض جغرافیایی مکانهای روی سطح زمین را به مکآنهایی در سطح هواپیما تبدیل می‌کند. این فرایند همیشه باعث ایجاد برخی اعوجاج در شکل، فاصله، جهت، مقیاس و مساحت می‌شود. سه خانواده طرح نقشه وجود دارد : مخروطی، استوانه ای و آزیموتال.
- سیستم‌های مختصات پیش بینی شده، سیستم‌های مختصات صفحه ای هستند که بر اساس طرح نقشه خاصی ایجاد شده اند. سیستم UTM بر اساس طرح عرضی Mercator استوانه ای، سیستم مختصات مشهور پیش بینی شده است که به طور گسترده برای نقشه‌های توپوگرافی در مقیاس بزرگ، تصاویر سنجش از دور و پایگاه‌های داده GIS استفاده می‌شود.
- مدل داده مکانی نشان می‌دهد که چگونه داده‌های مکانی ویژگیهای جغرافیایی را نشان می‌دهند و چگونه داده‌های مکانی در یک سیستم GIS ساختار یافته، متصل، سازماندهی و ذخیره می‌شوند. سه نوع مدل داده مکانی تکامل یافته اند: برداری، رستری و شی گرا. اکثر سیستم‌های GIS موجود بر اساس مدلهای برداری یا رستری یا هر دو است. مدلهای بردار و شی گرا با نمای شی در مکان جغرافیایی مطابقت دارند در حالی که مدل رستری بر اساس نمای میدان است.
- پایگاه داده مکانی مجموعه ای مشترک از داده‌های مکانی مرتبط منطقی است که بر اساس یک یا چند مدل داده مکانی ساختار یافته و سازماندهی شده اند. پایگاه داده‌های جغرافیایی و شی رابطه ای دو نوع معمولی از پایگاه داده‌های مکانی هستند. پایگاه داده مکانی برای برآوردن نیازهای اطلاعاتی یک سازمان طراحی شده است.