Datový model pro webGIS s integrací časů

Ing. Jakub Konopásek

Doctoral thesis

Data model for webGIS with dynamic data

Abstract:

V posledních několika letech je trendem vývoj aplikací pracujících s 3D prostorovými daty a s dynamickými prostorovými daty. Pokrok v datových modelech u geografických informačních systémů, spojený s pokrokem v hardware u klasických PC stanic, umožnil, že se časoprostorová data stále více objevují i mimo velké specializované aplikace běžící na GIS serverech, či menší specializované aplikace pro výzkum a objevují se i v dosahu běžných uživatelů. To znamená i postupné pronikání faktoru času do interaktivních webových GIS aplikací. U webových GIS se však naráží na problém relačních přístupů ukládání dat - jak uložit časoprostorová data do relační databáze / tabulky tak, aby s nimi šlo i nadále snadno a efektivně pracovat. Tato disertační práce má za cíl navrhnout datový model pro strukturování a ukládání časoprostorových dat specielně pro potřeby webových geografických informačních systémů. Časoprostorová data se začínají v současnosti používat pro potřeby široké veřejnosti čím dál tím víc. Možnost presentovat historii a vývoj geografického objektu je velice lákavá a řada webových GIS aplikací, které momentálně ukazují současný stav, by se tímto z uživatelského hlediska velmi obohatila. Webové prostředí má však spoustu specifických omezení a platí to dvojnásob o webových GIS aplikacích s v čase se měnícími daty. V současné době se pro webové GIS aplikace používají dva typy modelů a ani jeden z nich neumožňuje jednoduchou manipulaci s těmito daty. Oba používané modely mají řadu problémů s efektivním a rychlým výstupem různých typů sestav dat. K tomu se ještě přidává nutnost mít okamžitou odezvu uživateli a omezené výpočetními zdroje typické pro webové prostředí. Díky všem těmto problémům naráží webové GIS aplikace v praxi na řadu omezení a často nepresentují uživateli data ve zdaleka všech pohledech, jak by bylo možné a žádoucí. V této práci mnou navržený a popsaný datový model, tyto problémy efektivně řeší. Vychází z řady již existujících datových modelů používaných jak pro webové GIS, tak pro klasické GIS aplikace. Navržený datový model používá jako základ integraci času na úrovni řádku a tento přístup modifikuje, rozšiřuje a kombinuje i s přístupy z dalších datových modelů takovým způsobem, aby co nejvíce řešil specifika běžných webových GIS malé a střední velikosti. To jest webové geografické informační systémy, které nepoužívají specializovaný GIS server. Navržený datový model tedy lze použít jako základ pro návrh specifických databází, které pak umožní efektivně udržovat časoprostorová data a presentovat je uživateli. Navržený datový model byl testován, aby se zjistilo, zda splňuje očekávané předpoklady a je použitelný pro webové prostředí. S jeho použitím bylo vytvořeno několik case study a byl již i úspěšně použit při realizaci reálných projektů v praxi.

Abstract:

In the last few years, there are more and more applications working with 3D spatial data and dynamic spatial data. Advancement in data models for geographic information systems coupled with advances in hardware allow more and more complex calculations on conventional computers. It has made spatiotemporal data much more accessible and made them appearing outside of large specialized applications running on GIS servers or smaller specialized research only applications. This trend also brought factor of time into interactive web GIS applications. However, in Web GIS there is issue of relational data modeling - how to save spatiotemporal data into a relational database / table so that we can use it to generate maps easily and efficiently and also easily manage and update data. This dissertation thesis presents data model for the structuring and storage of space-time data especially for the needs of web geographic information systems. The ability to present the history and development of a geographic object is very useful in many ways and a number of web-based GIS applications, that currently show only state of one timeframe would often greatly benefit from it. However, the web environment has a lot of specific constraints and even more so when concerning GIS applications with time-varying data. Currently, only two types of data models are used for web GIS applications and none of them allows easy manipulation with data and both have number of problems with the efficient and fast querying of different views of data for use in web application. There is also requirement to have short response time and there are limited computing resources in web environment to process data. Because of all these problems, Web GIS applications are subject to a number of limitations, and often do not present all data to users or they do it in very limited ways. Data model proposed here ties to effectively solve these problems. Based on a number of existing data models used for both Web GIS and classic GIS applications. The data model proposed in this thesis is based on integration of time at the level of row. It was further modified, extended and it was combined with approaches used in other more advanced data models that are not fit to use in web environment, without compromising its ability to be used in web environment. When researching and designing this data model I aimed to address specificities of small and medium-sized GIS applications as much as possible. The proposed data model allows web-based GIS applications to use it as a basis for them to expand and design their specific databases to efficiently maintain time-space data while not compromising ability to quickly present it to the web user. The proposed data model has been tested to see if it meets the expected requirements and is usable for the web environment. During research data model was tested with several case studies with result presented on several conferences and published in several scientific journals. Model has also already been successfully used in real world application.

Keywords

Web GIS, datové modelování, dynamické data, integrace času

Keywords

Web GIS, data modeling, dynamic data, time integration

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 6. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Dana Klimešová, CSc.
• Reader: Václav Vostrovský, doc. Dr. Ing., Jitka Komárková, externi, Ivana Rábová, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Economics and Management

Doctoral programme / field:
Systems Engineering and Informatics / Information Management