آشنایی با پایگاه داده مکانی

انواع پایگاه داده مکانی در GIS

پایگاه داده مکانی ، زیرساختی قدرتمند برای دسترسی ، ذخیره و مدیریت داده های مکانی شما فراهم می کند .

یک پایگاه داده مجموعه ای از داده های مرتبط به یکدیگر است که اجازه ذخیره سازی ، ورودی و خروجی داده ها وهمچنین سازماندهی داده ها را به ما می دهد ، یک سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) نیز به عنوان واسط بین کاربران و پایگاه داده عمل می کند .

یک پایگاه داده مکانی شامل یک سری عوارض هندسی به صورت نقاط ، خطوط و چندضلعی ها و موقعیت آنها است .

یک GIS داده های مکانی را از منابع وافراد مختلف دریافت و ترکیب می کند . به عنوان مثال ، در یک شهر ممکن است بخش های فاضلاب ، ثبت املاک ، حمل و نقل و آتش نشانی به هم متصل شده باشند و همه بخش ها از مجموعه داده های موجود درپایگاه داده مکانی مشترک استفاده کنند . بیایید نگاهی دقیق‌ تر به پایگاه داده مکانی و نحوه استفاده از آن در GIS بیندازیم .

جدول اطلاعات توصیفی در GIS

بیایید در ابتدا نگاهی به اصول اولیه موضوع داشته باشیم :

به طورپیش‌فرض ، عوارض مکانی برداری همیشه با جداول توصیفات غیرمکانی در یک سیستم GIS مرتبط هستند . عوارض مکانی ، محل قرارگیری اشیاء روی نقشه را در خود ذخیره می‌کنند. جداول توصیفی غیر مکانی نیز توضیح می دهند که اشیاء روی نقشه درحقیقت شامل چه چیزی هستند و چه چیزی را نشان می دهند . جداول توصیفی ، مشابه صفحات گسترده ای چون اکسل هستند .

فیلدها ( ستون ها ) در یک جدول توصیفی انواع مختلفی دارند ، مانند فیلد متنی (Strings) ، اعداد صحیح (integers) و یا تاریخ (Date) . نام فیلدها همان عناوین ستون ها هستند . بهتر است نام فیلد شرحی از اطلاعاتی باشد که در آن ستون وارد می کنید . به عنوان مثال ، جمعیت متوسط ممکن است نام فیلد AVG_POP داشته باشد .

ردیف ها (سطرها) در یک جدول توصیفی ، نشان دهنده یک عارضه مکانی دریک مجموعه داده یا یک رکورد از آن مجموعه داده است .(به عبارت دیگر یک سطر در جدول توصیفی به یک عارضه بر روی نقشه اشاره میکند ) .

سطرهای موجود در یک جدول توصیفی می توانند با عوارض مکانی نقشه رابطه داشته باشند . سه نوع رابطه بین این دو میتواند وجود داشته باشد :

• رابطه یک به یک
• رابطه یک به چند
• رابطه چند به چند

رابطه یک به یک ، پیوند یک جدول به یک جدول دیگر

منظور از رابطه یک به یک در GIS چیست؟ زمانی که یک عارضه روی نقشه را به یک ردیف جدول توصیفی پیوند می دهید ، یک رابطه یک به یک بین این دو خواهیم داشت .

چیزی که در مورد سیستم های اطلاعات جغرافیایی منحصر به فرد است ، این است که یک جدول به مختصات جغرافیایی متصل می شود. به عنوان مثال ، در اینجا موقعیت جغرافیایی سه شهر در آلمان آمده است :

همانطور که در شکل می بینید ، می توانیم اطلاعات بیشتری در مورد این سه شهر به دست آوریم . با کمک جدول توصیفی میتوانیم طول و عرض جغرافیایی آنها را یاد بگیریم . و نه تنها این ، بلکه میتوان شاهد اطلاعات اضافی مانند جمعیت آنها هم با کمک جدول توصیفی باشیم .

رابطه یک به چند ، پیوند چند رکورد از یک جدول به یک رکورد از جدول دیگر

منظور از روابط یک به چند :

زمانی که یک عارضه مکانی را با چندین رکورد ( ردیف ) در یک جدول توصیفی مرتبط می‌کنید ، این یک رابطه یک به چند خواهد بود (1-M) . در این حالت ، یک شناسه منحصر به فرد در جدول مکانی وجود دارد که هر ردیف جدول را بطور منحصر به فرد مشخص می کند . این شناسه های منحصر به فرد ( کلیدها ) باید هم در جدول عوارض مکانی و هم در جدول عوارض توصیفی وجود داشته باشند.

این شناسه منحصر به فرد (کلید اصلی) ، پیوند دهنده اصلی بین داده های مکانی و جدول توصیفی است. این کلید باید در جدول دوم به عنوان کلید خارجی وجود داشته باشد . می توانید با اتصال شناسه های منحصر به فرد ، یک رابطه (1-M) راه اندازی کنید.

به عنوان مثال ، یک ایستگاه مشاهداتی می تواند چندین مشاهده در طول چندین سال مختلف داشته باشد . طبیعتا این ایستگاه دارای یک مختصات جغرافیایی است . جدول مربوط به این ایستگاه ، رکوردهای مربوط به شناسه منحصر به فرد ایستگاه را دارد . دو فیلد که این جداول توصیفی و مکانی را به هم مرتبط می کنند ، کلیدهای اصلی هستند و باید در هر دو جدول وجود داشته باشند.

می توانید ببینید که چگونه با این کار درحال کاهش داده های تکراری هستیم . ما دیگر طول و عرض جغرافیایی ایستگاه را در هر مشاهده ذخیره نمی کنیم . این به این دلیل است که هر طول و عرض جغرافیایی فقط یک بار در جدول نقاط مشاهدات ذخیره می شود .

روابط چند به چند (M-N) در GIS بسیار کمتر از دو نوع دیگر رایج هستند . این نوع رابطه زمانی وجود دارد که ورودی های زیادی در جداول توصیفی مرتبط وجود داشته باشد و همین طور بالعکس . شما می توانید یک جدول متقاطع ایجاد کنید تا بسیاری از رکوردها را با هم مرتبط کنید .

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS)

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) چیست؟

همانطور که در بالا توضیح داده شد، دو فیلد (ستون) که این جداول توصیفی را به هم مرتبط می کنند، کلید اصلی هستند . چیزی که این جداول را به هم مرتبط می کند این است که کاربر یک رابطه 1-M را تنظیم می کند.

پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) یک مفهوم ذخیره سازی رابطه ای برای داده ها است. یک پایگاه داده رابطه ای شامل جداولی است که رکوردها (سطر) را در خود نگه می دارد. هر رکورد دارای فیلدهایی (ستون) است که حاوی داده هایی برای آن رکورد است.

در مدل رابطه ای از نرمال سازی برای تفکیک جداول و پیوند جداول به یکدیگر استفاده می شود . نرمال سازی فضا را هدر نمی دهد . بلکه داده های درون جدول را به اجزای مختلف و جدا از هم تقسیم می کند . استفاده از RDBMS باعث کاهش داده های تکراری میگردد . در مثال بالا، اطلاعات تکراری را با تقسیم اطلاعات در چندین جدول حذف کردیم .

یک پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) می تواند بسیار پیچیده باشد مانند مثال زیر:

جبر بولی چیست؟

جبر بولی شامل شروطی است که برای انتخاب عوارض استفاده می شود. این شرط ها شامل AND ، OR ، یا NOT است.

هنگامی که عوارض نشان داده شده درنقشه را با تنظیم یک پرس و جو با کمک جبر بولی فیلتر می کنید ( برای مثال شروطی مانند ، CITY = “LARGE” COUNTRY = “NORTH AMERICA”) ، تمام رکوردهایی را که این معیارها را برآورده می کنند، فیلتر می کنید.

در GIS ، جبر بولی مجموعه ای از شروط را ایجاد می کند که برای انتخاب عوارض استفاده می شوند . شروط شامل AND، OR، یا NOT است . ما از نمودارهای Venn برای نمایش عملیات بولی استفاده می کنیم . نام جبر بولی توسط مبدع آن جورج بول در سال 1847 انتخاب شده است .

زبان پرس و جو ساختاریافته (SQL) زبان تعامل کاربران با پایگاه داده با استفاده از جبر بولی است .

نمونه هایی از پایگاه داده مکانی

• پایگاه داده مکانی اختصاصی شرکت Esri یا همان File Geodatabaseها ، داده های برداری ، داده های رستری ، جداول ، توپولوژی و روابط را ذخیره می کنند . اسکیماها یکپارچگی داده ها را در این پایگاه داده تضمین می کنند. پایگاه های داده جغرافیایی فایل (File Geodatabase) مزایای ساختاری ، عملکردی و مدیریت داده را ارائه می دهند.

• افزونه متن باز PostGIS اشیاء مکانی را به پایگاه داده PostgreSQL اضافه می کند . سه ویژگی که PostGIS به PostgreSQL DBMS اضافه میکند ، انواع داده مکانی ، شاخص ها و توابع مکانی هستند . با پشتیبانی ازانواع مختلف عوارض هندسی ، پایگاه داده مکانی PostGIS امکان جستجو و مدیریت داده ها در مورد مکان ها و نقشه برداری را فراهم می کند.

• نمونه های دیگر پایگاه داده عبارتند از SQL Server و مایکروسافت اکسس (به عنوان یک Geodatabase Pesonal در ArcGIS شناخته می شود).

پایگاه داده های مکانی همچون یک DBMS ، مکانیزمی را برای دسترسی همزمان چندین کاربر به داده های مکانی مشترک فراهم میکنند .

سخن پایانی در مورد پایگاه داده مکانی

یک سیستم مدیریت پایگاه داده (DBMS) به کاربران اجازه می دهد تا اطلاعات را درون پایگاه داده ذخیره ، درج ، حذف و به روزرسانی کنند.

سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای (RDBMS) یک قدم فراتر رفته ، و از طریق نرمال سازی جداول ، افزونگی را کاهش می دهد . و همچنین جداول را از طریق کلیدهای اصلی و خارجی به یکدیگر پیوند می دهد.

پایگاه داده های مکانی (Spatial Databases) حتی یک گام فراتر رفته و داده ها را با مختصات جغرافیایی ذخیره می کنند.

از Esri Geodatabase گرفته تا PostGIS ، پایگاه های داده مکانی به سرعت به روش اصلی مدیریت داده های مکانی تبدیل شده اند.