Spatial Concepts and Data Models

Data model: Document description of data

DB를 build하기 위해서 Data model이 필요함

DB build할 때 참고해야 할 것들

• querying ability
• redundancy(최소화)
• consistency(유지)

 

GIS는 layer의 집합으로 구성된 데이터들임

GIS layer 단계

1. background
2. network
3. POI: Point of interest (지명, 건물 등)

 

Data model의 이점들

• Early analysis of properties, e.g. storage cost, querying ability, ... 

• Reuse of shared data among multiple applications 

• Exchange of data across organization

• Conversion of data to new software / environment

2 types of datamodel

1. Generic data model

• support simple abstract data type(ADT): 숫자, 문자 등등

2. Application Domain specific

• spatial models

 

Spatial data 모델링 방법

위의 GIS정보를 표현한다고 할 때,

1. Field based

• 함수형태로 표현

2. Object based (이것에 대해서 배울 것임)

 

 

무엇을 객체화 할 것인가

object를 객체화함

object: 구별가능하고 식별 가능한 것을 객체화 하기로 함

attribute : 객체의 속성을 표현(나이, 위치 좌표)

• spatial: 위치
• non-spatial: 길의 이름, 거주지역, 고속도로인지 일반도로인지, 몇 차선인지 등

operation: 길의 길이, 다른도로와 겹치는지에 대한 opertion을 정의

Spatial object type

1. simple: 점, 선, 면
2. collection: 여러개의 simple이 합쳐진 것 

eg) 하와이의 경계선을 표현하기위해 선, 면 등의 다양한 것으로 표현함

관계도 설명

 

위의 그림에서

빨간 화살표 방향은 generalization

파란 화살표 방향은 specialization

 

하얀색은 다이아몬드는 하나의 포인트가 여러개에 sharing되어 있음을 뜻함

(하얀색 다이아몬드 = 네비게이션)

검은색은 다이아몬드는 구성원이긴 하나  sharing 안되어 있는 것을 뜻함

(검은색 다이아몬드 = composition)

 

2*옆에 star마크는 선이 여러개 있음을 뜻함

eg) 선분을 구성하기위해서는 최소 점 2개가 있어야함

Classifying operation

• Set based
• Topological operation
• Directional
• Metric: 2포인트가 metric space에있다는 것은 아래의 조건을 만족한다는 것임

 

 

topological operation 예시

선과 면의 관계에서 하나의 선이 면을 cross 하는지에 대한 True False 값

Topological Relationships

두 object에 대한 관계를 표현하는 것으로 spatial data에서 많이 사용 됨

eg) 미국과 인접한 국가는 어느 국가인가(touch - region, region)

Topological concept 예시

 

A, B의 2개의 object 가 있다면

위와 같은 9개의 조합으로 표현할 수 있고

그 값에 대해 1, 0 으로 나타낼 수 있음

 

 

A의 내부와 B의 외부는 겹침 = 1 (파란색으로 표시한 부분) = disjoint되어있음

A의 내부와 B의 boundary는 겹치지 않음 (빨간색 표시부분)

 

DB 설계를위한 3 steps

1. 개념설계 단계

conceptual modeling(ER diagram 모델)

개념설계, 데이터 타입, 제약조건 확인

 

2. logical 설계 단계

어떤 logic을 사용하는지

관계형 모델이라면 관계형 DB구조로 바꿔줘야 함

(모든 형태의 데이터를 table 형태로 변환하는 과정임)

 

3. physical 설계 단계

실제 저장할때는 어떤 file 형태로 저장할지 정의해야함

어떤 indexing으로 저장할지 정의

 

** DB설계 시, end-users와의 requirements 논의가 중요함

 

 

개념설계 단계에서의 3가지 기본개념

1. entity 파악 (숲, 도로, 나무)
2. entity 속성(숲 이름)
3. entity간의 관계(숲은 access라는 관계로 접근할 수 있음)

ER model의 단점: 

사용자가 정의한 operation은 허용 되지 않음

객체지향모델에서는 관계가 적용되지 않음(지원불가)

→ 객체전환 operation을 통해 다른 객체하고 관계를 표현하는 것으로 해결할 수 있음

Relation type: Cardinality 타입

Types of Cardinality constraints for binary relationships 

• One-One: An instance of an entity relates to a unique instance of other entity.
• Many-One: Many instances of an entity relate to an instance of another. 
• Many-Many: Many instances of one entity relate to multiple instances of another

Cardinality constraints relationship 예시)

Many facilities belong to a forest. Each facility belongs to one forest.

> one - many

A manager manages 1 forest. Each forest has 1 manager. 

> one - one

A river supplies water to many facilities. A facility gets water from many rivers. 

> many - many

ER diagram 구성 도식

 

River는 곡선이므로 여러개의 line id(직선)로 곡선을 표현함

Relation schema

• Primary key: 주민등록번호

하나의 속성이나, 여러 속성의 집합으로 만듦

• Foreign key

R, S라는 테이블이 있을 때, 타 테이블의 primary key이면서 현 테이블의 속성인 값

• Value of a foreign key in any tuple of R match values in some row of S

 

(normal forms 수업 X pass)

Mapping rule for ER ( 객체전환 operation?)

1. entity는 관계로 표현됨

2. entity의 모든 속성은 colunm으로 표현

3. multi-value가 있는 것은 새로운 테이블로 만들고  foreign key로 가지고 옴

4. 1:N, 1:1에 대해서는 별도의 테이블로 만들 지 않음 (foreign key로 연결할 수 있기 때문에)

forest name(ForName)을 foreign key로 만들어서 사용함

(Manager table도 마찬가지로 ForName을 foreign key로 사용함)

 

5. M:M는 별도의 테이블로 만들 연결시킴(River, Facility)

PK는 밑줄로 표시됨

 

supplies water to(물의양)은 별도의 표를 만들어서

FacName, River Name의를 primary key로 함(밑줄)

 

 

관계형 모델에서 속성 domain 표현의 한계점

polygon id에 대한 table 내용

id	seq_no	Point_id
77	1	a
77	2	d
77	3	b
77	4	c

>> 결론: spatial object는 ER diagram으로 표현하기 어려움

>> Extending ER with Spatial Concepts : 확장버전으로 사용

 Extending ER with Spatial Concepts: ER모델의 확장판

 

라인이라는 뜻

polygon이라는 뜻

위의 표시 처럼 기존 ER관계도에서 special 속성 더 간단히 나타낼 수 있음