Інформаційна система, її архітектура та життєвий цикл.

Характеристика реляційної структури даних (заголовок та тіло таблиці, типи даних, поняття домену).

Реляційна модель даних (РМД) деякої предметної області являє собою набір відношень, змінних в часі. При створені інформаційної системи множина відносин дозволяє зберігати дані про об’єкти предметної області і моделювати зв’язки між ними. Елементи РМД і форми їх представлення приведені в таблиці.

Елементи реляційної моделі

Елемент реляційної моделі	Форма представлення
Відношення	Таблиця
Схема відношення	Рядок заголовків стовпців таблиці(заголовок таблиці)
Кортеж	Рядок таблиці
Властивість	Опис властивостей об’єкту
Атрибут	Заголовок стовпця таблиці
Домен	Множина допустимих значень атрибуту
Значення атрибуту	Значення поля в записі
Первинний ключ	Один або декілька атрибутів
Тип даних	Тип значень елементів таблиці

Заголовок таблиці представляє собою список імен атрибутів. Мно­жина кортежів відношення називають тілом таблиці.

Типи даних

Значення даних, збережених в реляційній базі даних, є типізованими, тобто відомо тип кожного збереженого значення. Поняття тип даних в реляційній моделі даних повністю відповідає поняттю тип даних в мовах програмування. Традиційне визначення типу даних складено з трьох основних компонентів: визначення множини значень даного типу; визначення набору операцій, використовуваних до значень типу; визначення способу зовнішнього представлення значень типу.

Зазвичай в сучасних реляційних базах даних допускається збереження символьних, числових даних (точних і приблизних), спеціалізованих числових даних, а також спеціальних «темпоральних» даних (дата, час). Крім цього в реляційних системах підтримується можливість задання користувачем власних типів даних.

Домен

Поняття домену більш специфічне для баз даних, хоча і присутні аналогії з підтипами в деяких мовах програмування. В загальному виді домен визначається шляхом завдання деякого базового типу даних, до якого відносяться елементи домену, и довільного логічного вираження, застосовуваного до елементу цього типу даних. Елемент даних являється елементом домену тільки в тому випадку коли розрахунок цього логічного виразу дає результат «істина». З кожним доменом зв’язується ім’я, унікальне серед імен всіх доменів відповідної бази даних.

Домен – допустимо потенціальної, обмеженої підмножини значень даного типу. Якщо деякий атрибут відношення визначається на деякому домені, то в подальшому обмежені домену, в свою чергу, грає роль обмеження цілісності, що накладається на значення цього атрибута.

Потрібно відмітити також семантичне навантаження поняття домену: дані рахуються порівнянними тільки в тому випадку коли вони відносяться до одного домену.

 

Зв’язування таблиць та контроль цілісності зв’язків.

При проектуванні реальних баз даних інформацію зазвичай розміщують в декількох таблицях. Таблиці при цьому зв’язані семантикою інформації. В реляційних СУБД для вказівки зв’язків таблиць проводять операцію зв’язування.

Багато СУБД при зв’язуванні таблиць автоматично виконують контроль цілісності нових даних у відповідності з установленими зв’язками. В кінцевому результаті це підвищує достовірність збереженої БД.

Крім цього, установлення зв’язків між таблицями полегшує доступ до даних. Зв’язування таблиць при виконанні таких операцій, як пошук, огляд, редагування, вибірка і підготовка звітів, зазвичай забезпечує можливість звернення до довільних полів зв’язаних записів. Це зменшує кількість явних звернень до таблиць даних і число маніпуляцій в кожній із них.

Основні види зв’язків таблиць

Між таблицями можуть установлюватися бінарні (між двома таблицями), тернарні (між трьома таблицями) і в загальному випадку n-арні зв’язки. Суть зв’язування в установлені відповідності полів зв’язку основної і додаткової таблиці. Поля зв’язків основної таблиці можуть бути звичайними і ключовими. В якості полів зв’язку підпорядкованої таблиці зазвичай використовують ключові поля.

В залежності від того як визначені поля зв’язків основної і додаткової таблиць, між двома таблицями в загальному випадку установлюється наступні чотири основних види зв’язків:

· Один – один (1:1)

· Один – багато (1: Б)

· Багато – один (Б:1)

· Багато – багато (Б:Б)

Характеристика полів зв’язків по видам	1:1	1:Б	Б:1	Б:Б
Поля зв’язків основної таблиці	є ключем	є ключем	не є ключем	не є ключем
Поля зв’язків додаткової таблиці	є ключем	не є ключем	є ключем	не є ключем

 

Контроль цілісності зв’язків зазвичай означає аналіз вмісту двох таблиць на дотримання наступних правил:

· Кожному запису основної таблиці відповідає нуль і більше записів додаткової таблиці.

· В додатковій таблиці немає записів, які не мають батьківських записів в основній таблиці.

· Кожен запис додаткової таблиці має тільки один батьківський запис основної таблиці.

Опишемо контроль цілісності зв’язків при маніпулюванні даними в таблицях. Розглянемо три основних операції над даними двох таблиць:

· Введення нових записів

Необхідно визначити правильну послідовність введення нових даних, щоб не порушувати цілісності. Спочатку вводяться дані в основну таблицю, а потім – в додаткову. В процесі заповнення основної таблиці контроль значень полів зв’язку ведеться як контроль звичайного ключа. Заповнення полів зв’язку додаткової таблиці контролюється на предмет спів падіння зі значеннями полів зв’язку основної таблиці.

· Модифікація записів

Зміна змісту полів зв’язаних записів, не відноситься до полів зв’язку, тому розглянемо механізм зміни полів зв’язку.

При редагуванні полів зв’язку додаткової таблиці очевидною вимогою є те щоб нове значення поля зв’язку співпадало х відповідним значенням будь-якого запису основної таблиці. Тобто додатковий запис може змінити батьківський запис, але не може залишитися без нього.

Правила редагування поля зв’язку:

· Редагувати записи, у яких відсутні підпорядковані записи

· Зміни в полях зв’язку основного запису відразу передавати у всі поля зв’язків всіх записів додаткової таблиці.

· Видалення записів

В операціях видалення записів зв’язаних таблиць велику свободу мають записи додаткових таблиць. Їх видалення проходить майже безконтрольно.

Видалення записів основної таблиці підпорядковані правилам:

· Видалити можна запис, який не має підпорядкованих записів.

· Заборонити видалення запису при наявності підпорядкованих записів, або видаляти їх разом з підпорядкованими записами.

 

Технології шифрування вхідних даних в геоінформатиці.

Апаратне дигітизування

При апаратному дигітизуванні з використанням спеціального пристрою — дигітайзера — застосовуються оригінальні паперові або пластикові картографічні матеріали високої якості. До складу багатьох програмних ГІС-пакетів входять спеціальні модулі для настроювання і керування роботою різних моделей дигітайзерів.

Аркуш карти, що цифрується, закріплюється на поверхні планшета дигітайзера за допомогою притискних планок або прозорого листа пластику. На початку роботи виконується процедура визначення координат — на карті вказуються чотири і більше контрольних точок, клавіатурним способом вводяться їхні координати, визначається похибка визначення системи координат. Можуть також зазначатися крайні кутові координати області дигітизування для зменшення обсягу просторових розрахунків.

Екранне дигітизування

При екранному дигітизуванні вхідний попередньо сканований і просторово прив'язаний картографічний матеріал знаходиться на задньому плані екрана. На нього накладаються один чи кілька похідних шарів, у межах яких, візуально порівнюючи з контурами оригінальних об'єктів на шарі-підкладці, виконують обведення об'єктів-копій.

Групове редагування

Методи групового редагування можуть застосовуватися до картографічних шарів у цілому. Для обрізання області шару під заданий контур (наприклад, створення бази даних дрібнішої адміністративної одиниці на основі більшої) використовується метод поділу на частини на основі шаблона з видаленням зовнішньої частини бази даних. В іншому випадку необхідне об'єднання двох і більше полігональних шарів в одній базі даних (наприклад, шару ґрунтів і шару землекористування на якусь територію).

Інформаційна система, її архітектура та життєвий цикл.

Геоінформаційна система – сучасна комп'ютерна технологія, що дозволяє поєднати модельне зображення території (електронне відображення карт, схем, космо-, аерозображень земної поверхні) з інформацією табличного типу (різноманітні статистичні дані, списки, економічні показники тощо)

GIS (чит. ҐІС) (англ. geographic information system) - система управління просторових даних та асоційованих з ними атрибутів. Конкретніше, це комп’ютерна система, що забезпечує можливість використання, збереження, редагування, аналізу та відображення географічних даних.

Геоінформаційні технології, ГІС-технології - технологічна основа створення географічних інформаційних систем, що дозволяють реалізувати їхні функціональні можливості.

Відмінністю і сутністю ГІС є те, що в таких системах об'єкти і явища розглядаються з погляду їхнього розміщення на поверхні Землі (чи щодо поверхні Землі), тобто інформація в ГІС спеціальним образом просторово прив'язана. Саме це відрізняє геосистеми від інших природних соціальних і змішаних систем і дозволяє розглядати ГІС як інструмент моделювання геосистем. Основою для інтеграції такої інформації, тобто теоретичною і практичною основою будь-який ГІС, є базова чи карта система карт Крім того, за допомогою карт у багатьох випадках здійснюється відображення інформації для різних додатків. Кожна карта повинна створюватися у визначеній геодезичній системі координат, у прийнятій картографічній проекції, у заданій системі размірностей з використанням теорії, методів і технологій відповідних наукових дисциплін. Однієї з важливих задач створення теорії ГІС є розробка й уточнення сукупності визначень, понять і термінів - у тому числі зв'язаних зі створенням і використанням карт. При цьому представляється цілком обґрунтованим використання термінології, понять і визначень, розроблених у наукових дисциплінах, на яких базується ГІС, уводячи нові терміни лише в тих випадках, коли це потрібно для опису принципово нових понять

Географічні інформаційні системи зберігають інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, котрі об’єнанні на основі географічного положення. За допомогою ГІС, необхідна для прийняття рішень інформація може відображатися у лаконічній картографічній формі з додатковими текстовими поясненнями, графіками та діаґрамами.

Здатність ГІС проводити пошук у базах даних, підєднувати власні бази, здійснювати просторові запити, безперервно нагромаджувати та коректувати наявні просторові і атрибутивні дані, дозволило багатьом компаніям зекономити значні кошти.

Структура ГІС, як правило, включає чотири обов'язкові підсистеми:

· Вводу даных, які забезпечують ввод та/або обробку просторових даных, отриманих з карт, матеріалів ДЗЗ и т.д.;

· Зберігання та пошуку, що дозволяє оперативно отримувати дані для відповідного аналізу, актуалізувати і коректувати їх;

· Обробки та аналізу, який дає можливість оцінювати параметри, вирішувти розрахунково-аналітичні задачі

· Представлення (видачі) даних в різному вигляді (карти, таблиці, зображення, блок-діаграми, цифрові моделі місцевості і т.д.)

 

 

2. Характеристика моделей даних (реляційна, пост реляційна, багатовимірна, ієрархічна, мережева, об’єктно-орієнтована).

Основою бази даних є модель даних — фіксована система понять і правил для представлення даних структури, стану і динаміки проблемної області в базі даних. У різний час послідовне застосування одержували ієрархічна, мережна і реляційна моделі даних. У наш час усе більшого поширення набуває об'єктно-орієнтований підхід до організації баз даних ГІС.

Ієрархічна модель даних

Часто об'єкти перебувають у відношеннях, що називають ієрархічними: відношення «частина — ціле» (наприклад, адміністративна область складається з районів, сільських і міських рад, населених пунктів та ін.); видове відношення (наприклад, будинки бувають житлові, виробничі та ін.); відношення підпорядкованості.

Об'єкти, що перебувають в ієрархічних відношеннях, утворюють дерево «орієнтований граф», у якого є тільки одна вершина, не підлегла жодній іншій вершині (цю вершину називають коренем дерева); будь-яка інша вершина графа підлегла лише одній іншій вершині.

Концептуальна схема ієрархічної моделі являє собою сукупність типів записів, пов'язаних типами зв'язків в одне чи кілька дерев. Усі типи зв'язків цієї моделі належать до виду «один до декількох» і зображуються у вигляді стрілок.

Достоїнство ієрархічної бази даних полягає в тому, що її навігаційна природа забезпечує швидкий доступ при проходженні вздовж заздалегідь визначених зв'язків. Однак негнучкість моделі даних і, зокрема, неможливість наявності в об'єкта декількох батьків, а також відсутність прямого доступу до даних роблять її непридатною в умовах частого виконання запитів, не запланованих заздалегідь. Ще одним недоліком ієрархічної моделі даних є те, що інформаційний пошук з нижніх рівнів ієрархії не можна спрямувати по вище розміщених вузлах.

Мережна модель даних

У мережній моделі даних поняття головних і підлеглих об'єктів дещо розширені. Будь який об'єкт може бути і головним, і підлеглим (у мережній моделі головний об'єкт позначається терміном «власник набору», а підлеглий — терміном «член набору»). Той самий об'єкт може одночасно виконувати і роль власника, і роль члена набору. Це означає, що кожний об'єкт може брати участь у будь-якій кількості взаємозв'язків.

Подібно до ієрархічної, мережну модель також можна подати у вигляді орієнтованого графа. Але в цьому випадку граф може містити цикли, тобто вершина може мати кілька батьківських вершин.

Така структура набагато гнучкіша і виразніша від попередньої і придатна для моделювання більш ширшого класу завдань. У цій моделі вершини є сутностями, а ребра, що їх з'єднують, — відношеннями між ними.

Наскільки складними є схеми представлення ієрархічних і мережних баз даних, настільки і трудомістким є проектування конкретних прикладних систем на їхній основі.

Реляційна модель даних

У реляційній моделі даних об'єкти і взаємозв'язки між ними представляються за допомогою таблиць. Взаємозв'язки також подаються як об'єкти. Кожна таблиця представляє один об'єкт і складається з рядків і стовпців. Таблиця повинна мати первинний ключ (ключовий елемент) — поле чи комбінацію полів, що єдиним способом ідентифікують кожний рядок у таблиці (рис. 3.4).

Назва «реляційна» (relational) пов'язана з тим, що кожен запис у таблиці даних містить інформацію, яка стосується (related) якогось конкретного об'єкта. Крім того, зв'язані між собою (тобто такі, що знаходяться в певних відношеннях — relations) дані навіть різних типів в моделі можуть розглядатися як одне ціле.

Таблиця має такі властивості:

- кожний елемент таблиці являє собою один елемент даних;

- повторювані групи відсутні;

- усі стовпці в таблиці однорідні; це означає, що елементи стовпця мають однакову природу;

- стовпцям присвоєні унікальні імена;

- у таблиці немає двох однакових рядків.

У сучасній практиці для рядка використовується термін «запис», а для стовпця термін «поле».

Основною відмінністю пошуку даних в ієрархічних, мережних і реляційних базах даних є те, що ієрархічні і мережні моделі даних здійснюють зв'язок і пошук між різними об'єктами за структурою, а реляційні — за значенням ключових атрибутів (наприклад, можна знайти всі записи, значення яких у полі «номер будинку» дорівнює 3, але не можна знайти 3-й рядок).

Недоліком реляційної моделі даних є надмірність по полях (для створення зв'язків між різними об'єктами бази даних).

Об'єктно-орієнтована модель даних

Об'єктно-орієнтована модель є подальшим розвитком технології баз даних ГІС. У цьому випадку вся сукупність даних, що буде зберігатися й оброблятися в базі даних, подана не у вигляді набору окремих картографічних шарів і таблиць, а у вигляді об'єктів певного класу. Об'єктно-орієнтована модель поряд з геометричною й атрибутивною інформацією зберігає програмний код, що визначає поведінку об'єктів того чи іншого класу при введенні і редагуванні, аналізі або поданні даних. Класи об'єктів являють собою ієрархічну структуру — під ними розуміють загальний батьківський клас, на підставі властивостей якого визначаються й описуються похідні класи (векторні, растрові, TIN-просторові дані). У свою чергу, на базі похідних класів другого рівня описуються класи третього, четвертого та інших нижче розміщених рівнів (наприклад, лінії, точки і полігони векторного подання просторових даних). Похідні об'єкти успадковують усі властивості батьківського об'єкта, у програмний код додаються тільки деякі специфічні функції. Об'єкти можуть бути як стандартними для середовища якогось програмного ГІС-пакета. Властивості і правила поведінки об'єкта можуть бути визначені також користувачем. При використанні стандартних класів об'єктів користувач одержує заздалегідь визначену структуру даних: ідентифікатори, типи і розміри полів табличної бази даних, набір методів обробки.

Об'єкт бази даних являє собою цілісну сутність, наприклад, річка, озеро, будинок, установа. Крім знака на карті і запису в табличній базі даних, об'єкт має визначену поведінку. Спеціальний інтерфейс буде контролювати весь процес роботи з об'єктом визначеного класу: перевіряти правильність цифрування об'єкта; перевіряти правильність заповнення табличної бази даних; перевіряти топологію різних картографічних шарів; перевіряти взаємоположення об'єктів на одному картографічному шарі. Об'єкти мають визначений інтелект при організації запитів, аналізі, представленні даних, що значною мірою дозволяє автоматизувати обробку даних, створювати різні сценарії обробки даних, у яких більшість конфліктних ситуацій буде відслідковуватися і виправлятися без участі оператора.