Oracle Spatial- Suite

Oracle Spatial vs Oracle Locator

Le tableau ci-dessous récapitule les principales fonctionnalités des deux extensions Oracle : Spatial et Locator.





En général, Oracle Locator offre les fonctionnalités de base de la technologie spatiale. Pour des applications SIG plus avancés, exploitant des données raster par exemple, et utilisant des opérations de traitements géospatiales avancées, l’utilisation d’Oracle Spatial devient nécessaire.
Dans le reste de cette partie, nous présentons les principales caractéristiques d’Oracle Spatial.

La dimension spatiale dans Oracle Spatial


Comme tout SGBD gérant la dimension spatiale, Oracle propose un type natif de données spatiales appelé SDO_Geometry. Ainsi, les données géographiques et de localisation sont manipulées en utilisant la même sémantique utilisée pour les types CHAR, DATE, INTEGER, familiers à tous les utilisateurs SQL.



Le type SDO_Geometry


Le type SDO_Geometry peut stocker une variété de données spatiales, comme:
- un point, qui peut être utilisé pour stocker les coordonnées d’une localisation, comme un site client, une adresse, etc.
- un polyligne, qui peut être utilisé pour stocker la localisation et la forme d’un segment de route. Un polyligne peut connecter plusieurs points.
- un polygone, qui peut être utilisé pour stocker les limites des parcelles, des bâtiments, des villes, etc.
- des géométries complexes, comme des multiples polygones, qui peuvent être utilisés pour stocker des limites pour zones particuliers.



Figure 1 Diagramme de classe conceptuel du type SDO_Geometry
dénote une relation est-un
dénote une relation n-à-1
CSurface représente Composite Surface
CSolid représente Composite Solid
SSolid représente Simple Solid

D’un point de vue logique, le type SDO_Geometry a deux composantes logiques : le système de référence spatial (aussi appelé le système de coordonnées) de la géométrie, et l’objet ElementArray. Ce ElementArray, ou collections d’éléments, décrit la forme et la localisation de l’objet SDO_Geometry


Le type SDO_Geometry et les standards de données


Oracle Spatial supporte explicitement le type ST_Geometry qui est spécifié par le standard SQL/MM pour stocker les données spatiales à 2 dimensions, ainsi que ses sous-types : ST_CircularString, ST_CompoundCurve, ST_Curve, ST_CurvePolygon, ST_LineString, ST_GeomCollection, ST_MultiCurve, ST_MultiLineString, ST_MultiPoint, ST_Point, ST_MultiPolygon, ST_MultiSurface, and ST_Polygon. Ces types et SDO_Geometry sont essentiellement interopérables. En d’autres termes, on peut créer du ST_Geometry à partir d’un objet SDO_Geometry et vice versa. En plus Oracle Spatial implémente des fonctions de relations définies dans ST_Geometry et ses sous types. Sur un autre plan, Oracle Spatial est conforme aussi aux spécifications du consortium OGC et son Simple Features Specification for Object Model (l’implémentation ST_Geometry est conforme avec le OGC Simple Features Specification for Object Model).

Pour la 3ème dimension, Oracle peut stocker et modéliser la majorité des types dans les spécifications GML 3.0 à l’exception des types courbes paramétriques (arcs, splines, etc.). Il fournit aussi des constructeurs pour convertir les données entre le type SDO_Geometry et les notations WKT (Well-Known Text) et WKB (Well-Known Binary) de SQL/MM pour les données 2D, et entre SDO_Geometry et GML 3.0 pour les données 3D.

La validation des données spatiales


Etant donné qu’il y a plusieurs manières de stocker des données dans Oracle Spatial (insertion directe dans une table, import de fichier, conversion de format propriétaire), le type SDO_Geometry une fois dans les tables Oracle, a besoin d’être vérifié s’il est dans un format spatial valide, sinon des erreurs et de faux résultats peuvent survenir lors de l’exploitation des données. Oracle Spatial fournit deux fonctions de validations : Validate_Geometry_With_Context qui opère sur une seule géométrie, et Validate_Layer_With_Context, qui fonctionne sur une table de géométries. Les deux fonctions opèrent aussi bien sur des données 2D que 3D et retournent un message d’erreur si la géométrie est invalide. Ces fonctions de validations (appelées aussi fonctions de débogage) utilise des valeurs modifiables appelées tolérance pour déterminer si la géométrie est valide.


L’architecture Oracle Spatial

La technologie Oracle Spatial est distribuée sur deux couches: le serveur de base de données et le serveur d’application. La figure 2 indique les différentes composantes de la solution Oracle Spatiale ainsi que la distribution de ces composantes à travers le serveur de base de données et d’application. Les composantes de bases qui sont fournit par Oracle Database Server 11g incluent le modèle de donnée, les outils de requêtes et d’analyses, et les outils de chargement des données et de localisation. Le composant MapViewer est fourni dans Oracle Application Server 10 g.




Figure 2 Architecture Fonctionnelle d'Oracle Spatial

- Le modèle de données : Oracle Spatial utilise le type de données SQL, SDO_Geometry, pour stocker les données spatiales dans la base de données.
- Possibilité de localisation/ Location Enabling : Les utilisateurs peuvent ajouter des colonnes SDO_Geometry à leurs tables d’application en utilisant les utilitaires standards d’Oracle comme SQL*Loader, Import, Export. Alternativement, ils peuvent convertir des informations sur les adresses en information spatiale en utilisant le composant GeoCoder dans Oracle Spatial.
- Requête et Analyse Spatiale : Les utilisateurs peuvent interroger et manipuler les données SDO_Geometry en utilisant le composant de requête et d’analyse spatiale, comprenant le moteur d’indexation (Index Engine) et le moteur de géométrie (Geometry Engine).
- Moteur Spatial avancé (Advanced Spatial Engine): Ce composant comprend plusieurs sous-composants qui peuvent servir à des applications SIG sophistiquées. Ceci implique l’analyse du réseau et le moteur de routage. Il inclue aussi des composants du style GeoRaster qui permet le stockage des objets spatiaux utilisant des images plutôt que des points, lignes ou vertexs.
- Visualisation : les composants Serveur d’application de la technologie Oracle Spatiale permettent de visualiser les données via l’outil MapViewer. Ce dernier traduit les données spatiales stockées sous la forme de SDO_Geometry en des cartes.


Géocodage

Le géocodage sert deux objectifs. Le principal est d’associer des coordonnées géographiques à une adresse en utilisant la fonction GEOCODE_AS_GEOMETRY qui retourne un objet point SDO_Geometry. Cet objet contient les coordonnées géographiques que le géocodeur associe à l’adresse. Le deuxième objectif se produit une fois l’adresse est mal écrite. Le géocodeur essaye donc de corriger les erreurs dans les adresses dans un processus appelé normalisation des adresses, qui impliquent la structuration et le nettoyage des adresses. La normalisation des adresses est importante : elle corrige les erreurs et assure que toutes les informations sur les adresses soient complètes, bien structurées et valides. Un ensemble valide des adresses normalisées est nécessaires pour extraire des informations correctes sur la localisation et supprime les doublons.



Figure 3 Architecture du géocodeur Oracle


Indexes et opérateurs spatiaux

Oracle Spatial utilise l’information stockée dans le type SDO_Geometry pour réaliser des analyses de proximité. Pour réaliser une analyse de proximité efficace, Oracle utilise trois éléments basiques :
- Les opérateurs spatiaux : de la même manière que d’utiliser des opérateurs relationnels dans des expressions SQL, comme < (inférieur à), > (supérieur à), ou = (égal à), etc, Oracle permet d’utiliser des opérateurs spatiaux pour chercher dans la colonne de localisation SDO_Geometry pour une proximité par rapport à une requête de localisation. Par exemple, l’opérateur SDO_WITHIN_DISTANCE permet de chercher, dans une requête donnée, une information dans un périmètre donné.
- Les indexes spatiaux : analogues aux traditionnels indexes B-Tree, les indexes spatiaux accélèrent l’exécution des opérateurs spatiaux sur les colonnes SDO_Geometry.
- Les fonctions de traitement de la géométrie : ces fonctions réalisent un ensemble d’opérations, comme le calcul des interactions spatiales entre deux ou plusieurs objets SDO_Geometry. Les fonctions spatiales n’utilisent pas les indexes spatiaux, et permettent une analyse plus rigoureuse des données spatiales que ce que permet les opérateurs spatiaux.
Le référencement linéaire
Les coordonnées spatiales ne sont pas la seule manière de localiser un objet. Certains objets sont mieux identifiés par leurs positions selon une caractéristique linéaire : leurs localisations peuvent être décrites par une valeur de mesure (comme la distance de trajet) par rapport à un point connu (comme un point de départ). Ce type de référencement géographique utilisant une valeur de mesure (au lieu de valeurs longitudes/latitudes) est appelé Système de Référencement Linéaire (Linear Referencing System) ou LRS.
Oracle permet à travers le package SDO_LRS d’associer des mesures avec un thème linéaire stocké dans un objet SDO_Geometry. Il permet également de réaliser des opérations sur des géométries LRS :
- Projeter un point 2D sur un thème linéaire, et en identifier la mesure correspondante.
- Localiser un point en utilisant une valeur de mesure, et identifier les coordonnées 2D correspondantes.
- Délimiter (opération de Clip) un thème linéaire en utilisant des valeurs de mesure de départ et d’arrivée.


Le modèle de données topologique dans Oracle

Le modèle de données topologique d’Oracle stocke les thèmes individuels en utilisant trois primitives topologiques : les nœuds, les arcs, et les faces. Ces éléments sont stockés en interne comme des objets SDO_Geometry:
- Un nœud : C’est un point géométrique qui est partagé par un ou plusieurs thèmes. Un nœud peut être isolé (c.à.d ne pas être connecté à aucun autre nœud), ou connecté à un ou plusieurs nœuds.
- Un arc : c’est une ligne qui connecte deux nœuds dans une topologie. Il peut contenir plusieurs vertexes qui ne sont pas considérés comme des nœuds individuels.
- Une face : c’est une zone polygonale entourée par un ensemble d’arcs
Il faut noter que les thèmes topologiques ne sont pas stockés comme des objets SDO_Geometry, mais comme des objets SDO_TOPO_Geometry. Ces objets indiquent la liste des éléments topologiques formant le thème. L’avantage d’utiliser cette structure c’est qu’elle permet d’éliminer la redondance dans le stockage des données en assurant la consistance des données, et puisque la topologie est précalculée, l’identification de tous les thèmes qui satisfont des relations topologiques dans une requête devient facile et rapide. Les types de relations topologiques qui peuvent être spécifiées sont TOUCH, ANYINTERACT, OVERLAPBDYDISJOINT, OVERLAPBDYINTERSECT, CONTAINS, INSIDE, COVERS, COVEREDBY, et EQUALS. Il faut noter aussi que les relations topologiques sont préservées même si l’espace des coordonnées est modifié (étiré ou déformé)


Le stockage des données RASTER dans Oracle

Oracle fournit le type de données SDO_GEORASTER pour stocker les données spatiales sous format Raster. Conceptuellement, un objet SDO_GEORASTER est une matrice de cellules à N dimensions. Les dimensions incluent une dimension ligne, une dimension colonne, et d’autres dimensions optionnelles. Ces dimensions optionnelles peuvent contenir une dimension de bandes pour représenter des images multibandes ou hyperspectrales, et /ou une dimension temporelle.
Les valeurs des cellules dans un objet GEORASTER sont stockées dans une table de données raster. En plus des informations Raster, SDO_GEORASTER peut aussi capturer des informations sur quelle partie de la surface de la terre est représentée l’objet raster.


La modélisation Réseau et le moteur de routage dans Oracle

Oracle 10g supporte la modélisation réseau en se basant sur les éléments suivants :
- un modèle de données pour stocker les réseaux à l’intérieur de la base de données sous forme d’un ensemble de tables, représentant ainsi une copie persistance du réseau.
- des fonctions SQL pour définir et maintenir le réseau (le package SDO_NET)
- des fonctions d’analyses réseau : la bibliothèque API s’exécute sur une copie du réseau chargée à partir de la base de données. Elle représente la copie volatile du réseau. Les résultats des analyses (en d’autres termes, les chemins réseau calculés) et les changements du réseau peuvent être réécris vers la base.
- Des fonctions d’analyses réseau en PL/SQL (le package SDO_NET_MEM).
Le moteur de routage, contrairement au modèle de données réseau qui fournit une API qui peut être utilisée au sein d’une application, est un service web : l’utilisateur envoie sa requête exprimé en XML, et Oracle retourne le meilleur chemin, aussi en XML.


Possibilité Cartographique d’Oracle MapViewer

Comme solution cartographique, Oracle propose l’outil MapViewer pour visualiser les données spatiales gérées par Oracle Spatial. Les cartes générées par MapViewer peuvent être personnalisées avec un ensemble de métadonnées cartographiques comme les symboles et les règles de styles qui sont stockés dans une base de données et gérés par une interface utilisateur. Il permet aussi la création de cartes thématiques dont le style peut être modifié dynamiquement.