مدیریت پایگاه داده‌های مکانی

مجموعه ای از داده‌های مکانی که در یک یا چند مدل داده مکانی شرح داده شده و ساختار یافته است، پایگاه داده مکانی را تشکیل می‌دهد. با توجه به نحوه سازماندهی و مدیریت، دو نوع پایگاه داده مکانی وجود دارد که عمدتاً در GIS استفاده می‌شود: پایگاه داده‌های جغرافیایی رابطه ای و پایگاه داده‌های شی-رابطه ای. آنها بر اساس مفاهیم و اصول پایگاه‌های داده رابطه ای هستند.

پایگاه‌های داده رابطه ای

پایگاه داده رابطه ای، داده‌ها را به عنوان مجموعه ای از جداول به هم مرتبط سازماندهی می‌کند. هر جدول یک رابطه نامیده می‌شود که حاوی داده‌هایی در مورد مجموعه ای از اشیاء (به عنوان مثال جنگل) با ویژگی‌ها یا ویژگی‌های یکسان است. ردیف‌ها (که به آنها چند برابر یا رکورد نیز گفته می‌شود) در ارتباط با اشیاء جداگانه (به عنوان مثال، پایه جنگلی در هر ردیف) و ستون‌ها (که فیلدها نیز نامیده می‌شوند) مربوط به ویژگی‌ها (به عنوان مثال سن، گونه‌های غالب، متوسط ​​قد، متوسط قطر در ارتفاع دامنه، نوع خاک و کیفیت محل توده جنگلی). مجموعه مقادیری که ویژگی‌ها مجاز به گرفتن هستند دامنه نامیده می‌شود. دامنه‌ها ممکن است برای هر ویژگی متمایز باشند، یا دو یا چند ویژگی ممکن است دامنه یکسانی داشته باشند. سطرها و ستونها می‌توانند به هر ترتیب ظاهر شوند و رابطه همچنان یکسان خواهد بود. با این حال ویژگی باید در رابطه مختص به خود باشد و ردیف‌ها نمی‌توانند یکسان باشند. همچنین هر سطر فقط می‌تواند یک مقدار واحد برای هر یک از ویژگی‌های خود داشته باشد.

پایگاه داده رابطه ای شامل روابط متعدد است. یک رابطه می‌تواند دارای یک ویژگی واحد تعیین شده یا مجموعه ای از ویژگی‌ها باشد که می‌تواند برای شناسایی منحصر به فرد هر سطر در رابطه استفاده شود. این ویژگی یا مجموعه ای از ویژگی‌ها را کلید اصلی می‌نامند. اگر یک یا چند ویژگی در یک رابطه نشان دهنده کلید اصلی در رابطه دیگر باشد ، آن را کلید خارجی می‌نامند. هر ویژگی می‌تواند یک کلید باشد یا چندین ویژگی را می‌توان با هم در یک کلید ترکیبی گروه بندی کرد. لازم نیست همه کلیدها را از قبل تعریف کنید. یک ویژگی می‌تواند به عنوان یک کلید استفاده شود حتی اگر در ابتدا تعیین نشده باشد.لازم است همه کلیدها را از قبل تعریف کنید. یک صفت می‌تواند به عنوان کلید استفاده شود حتی اگر در ابتدا تعیین نشده باشد. شکل ۲-۳۷ دو جدول نشان دهنده روابط پایه و زهکشی را نشان می‌دهد. StandID کلید اصلی رابطه ایستاده و DCode کلید اصلی رابطه زهکشی است. DCode همچنین یک کلید خارجی در رابطه ایستاده است. این اطلاعات مربوط به شرایط زهکشی خاک را به جزئیات غرفه‌های جنگل پیوند می‌دهد ، که به ما امکان می‌دهد هر پایه را با وضعیت زهکشی آن مطابقت دهیم. هنگامی که یک ویژگی در بیش از یک رابطه ظاهر می‌شود، ظاهر آن معمولاً نشان‌دهنده یک رابطه بین دو تایی از دو رابطه است، درست مانند DCode در روابط پایه و زهکشی.

کل ۲-۳۷ مفاهیم کلیدی پایگاه‌های داده رابطه ای

کلیدها معمولاً برای پیوند یا ارتباط داده‌های دو یا چند رابطه استفاده می‌شوند. عملیات پیوستن در سیستم پایگاه داده رابطه ای، دو یا چند رابطه را برای ایجاد یک رابطه جدید ترکیب می‌کند در حالی که عملیات مربوطه روابط را بدون ایجاد رابطه جدید پیوند می‌دهد. توانایی پیوستن یا ارتباط جداول از طریق استفاده از کلیدها، اساس یک پایگاه داده رابطه ای است. چنین پیوندهای رابطه ای مبنایی برای استعلام پایگاه داده و بازیابی سریع داده‌ها از جداول بزرگ است.

پایگاه داده‌های رابطه ای از SQL (زبان جستجوی ساختاریافته) برای بازیابی، ترکیب، به روز رسانی و مدیریت داده‌ها استفاده می‌کنند (گیلنسون، ۲۰۱۲). شکل کلی SQL برای پرس و جوی ساده پایگاه داده از یک عبارت SELECT * FROM <table_name> WHERE پیروی می‌کند. برای مثال دستور SQL زیر یک عملیات اتصال را بر روی دو رابطه در شکل ۲-۳۷ انجام می‌دهد تا داده‌ها را از هر دو رابطه پایه و زهکشی ترکیب کند:

SELECT StandID, Species, Height, Condition

FROM stand, drainage

WHERE stand.DCode = drainage.DCode

دستور SQL StandID، Species، Height و Condition را به عنوان ویژگی‌ها فهرست می‌کند و فقط ردیف‌هایی از هر دو جدول را شامل می‌شود که مقادیر یکسانی در ستون‌های DCode دارند. نتیجه در جدول ۲-۴ نشان داده شده است.

SQL زبان استاندارد پایگاه داده است که به طور گسترده در سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) اجرا می‌شود. اکثر سیستم‌های GIS از RDBMS‌های داخلی یا خارجی برای مدیریت داده‌های ویژگی استفاده می‌کنند، اما اغلب کاربران برای انجام جستجو پایگاه داده و وظایف ویرایش نیازی به دانستن هیچ SQL ندارند. سازندگان جستجو در GIS عموماً رابط‌های بصری را ارائه می‌دهند که اکثر جستجوها را ساده می‌کند (بخش ۲-۴ را ببینید).

پایگاه‌های اطلاعاتی رابطه جغرافیایی

پایگاه‌های داده رابطه ای به داده‌های ویژگی در GIS اجازه می‌دهد تا در شبکه ای از جداول مرتبط با هم سازماندهی شوند که هریک دارای ویژگی‌های خاص خود برای نوع داده‌های ذخیره شده هستند. با این حال ذخیره اشیاء جغرافیایی به عنوان سطر و مختصات آنها و سایر خواص هندسی در ستون‌ها به شکل جداول ناکارآمد است. یک پایگاه داده رابطه ای مستلزم این است که هر سطر از یک جدول از ویژگی‌های یکسانی تشکیل شده باشد و تقاطع یک سطر و یک ستون یک مقدار واحد باشد (که اولین محدودیت فرم عادی نامیده می‌شود). بسیار نادر است که از نقاط یکسانی برای تقریب شکل اجسام مختلف جغرافیایی استفاده شود. برخی از اشیاء جغرافیایی ممکن است با استفاده از کمتر از ده نقطه تقریبی شوند در حالی که برخی دیگر از چند صد یا بیشتر نقطه استفاده می‌کنند. بنابراین تعیین تعداد ثابت ستون برای جدول برای ذخیره مختصات دشوار است. علاوه بر این ساختار میز برای بسیاری از ویژگی‌های جغرافیایی که دارای ساختارهای پیچیده هستند مانند چند ضلعی با چند ضلعی‌های جزیره ای در داخل بسیار محدود کننده است. تجزیه یک جسم جغرافیایی پیچیده به اشیاء هندسی ساده که می‌توان آنها را در جداول ذخیره کرد، منجر به روابط زیاد و پیوندهای غیر طبیعی می‌شود که همانطور که در بالا ذکر شد ناکارآمد است. با توجه به این ضعف‌های پایگاه داده رابطه‌ای، سیستم‌های GIS عموماً داده‌های مکانی را در پایگاه‌های اطلاعاتی جغرافیایی-رابطه‌ای ذخیره و مدیریت می‌کنند که در آن مؤلفه ویژگی داده‌های مکانی در یک پایگاه داده رابطه‌ای معمولی که توسط یک RDBMS مدیریت می‌شود، ذخیره می‌شود.

در پایگاه داده‌های رابطه جغرافیایی، داده‌های مکانی به عنوان مجموعه ای از لایه‌های داده مستقل که مکان جغرافیایی یکسانی را پوشش می‌دهند تصور می‌شود (شکل ۲-۳۸). هر لایه نمایانگر یک موضوع واحد از یک کلاس خاص مانند خاک، کاربری زمین، زمین شناسی و پوشش گیاهی است. هر لایه یک مجموعه داده است شامل پرونده‌هایی که داده‌های هندسی را که موقعیت و شکل ویژگی‌های جغرافیایی را مشخص می‌کند ، ذخیره می‌کند و جداول رابطه ای حاوی داده‌های ویژگی مرتبط با ویژگی‌های جغرافیایی است.

جدول ۲-۴  نتایج برای عملیات اتصال با SQL در دو رابطه در شکل ۲-۳۷

شکل ۲-۳۸ پایگاه داده رابطه جغرافیایی

هنگامی که داده‌های مکانی با استفاده از ساختار داده برداری ساختار می‌یابند، به هر ویژگی یک شماره شناسه مختص به خود ایجاد شده توسط سیستم به نام شناسه ویژگی یا FID اختصاص داده می‌شود. جدول ویژگی مرتبط با یک لایه داده برداری، جدول توصیفی مکانی نامیده می‌شود. FID کلید اصلی جدول ویژگی‌های یک لایه است که به طور داخلی توسط سیستم GIS برای پیوند داده‌های موقعیتی یک ویژگی با ویژگی‌های آن استفاده می‌شود. هنگامی که داده‌های مکانی با استفاده از ساختار داده‌های رستری ساخته می‌شوند، داده‌های سلولی جدا از داده‌های ویژگی مرتبط با هر مقدار سلول مختص به خود بایگانی شده که در جدولی ذخیره می‌شوند که اغلب به آن جدول ویژگی ارزش می‌گویند. جدول توصیفی مکانی از مقدار سلول منحصر به فرد به عنوان کلید اصلی برای پیوند دادن آن با لایه داده رستر مربوطه استفاده می‌کند. پوشش ها، فایل‌های شکل و شبکه‌های ArcInfo همه با مدل پایگاه داده‌های رابطه ای در ArcGIS مدیریت می‌شوند. بسیاری از پایگاه‌های داده مکانی موجود پایگاه‌های اطلاعاتی رابطه ای هستند. کادر ۲-۷ چنین نمونه ای را ارائه می‌دهد.

شکل ۲-۳۹ پراکندگی استاتوتیلاپیا کالیپترا  در جنوب آفریقا

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه