قاعدة البيانات المكانية

الموسوعة الحرة

قاعدة البيانات المكانية هي قاعدة بيانات للأغراض العامة (عادة ما تكون قاعدة بيانات علائقية ) تم تحسينها لتشمل البيانات المكانية التي تمثل الكائنات المحددة في فضاء هندسي ، إلى جانب أدوات للاستعلام عن هذه البيانات وتحليلها.

تتيح معظم قواعد البيانات المكانية تمثيل الأشكال الهندسية البسيطة كالنقاط والخطوط والمضلعات . بينما تتعامل بعض قواعد البيانات المكانية مع هياكل أكثر تعقيدًا كالأجسام ثلاثية الأبعاد ، والتغطيات الطوبولوجية ، والشبكات الخطية، والشبكات المثلثية غير المنتظمة (TINs). وفي حين أن قواعد البيانات النموذجية مصممة لإدارة أنواع البيانات الرقمية والحرفية المختلفة ، فإنها تتطلب وظائف إضافية لمعالجة أنواع البيانات المكانية بكفاءة، ولذا غالبًا ما يضيف المطورون أنواع بيانات هندسية أو بيانات معالم .

قاعدة البيانات الجغرافية (أو قاعدة البيانات الجغرافية المكانية ) هي قاعدة بيانات مكانية مرجعية جغرافياً ، تُستخدم لتخزين ومعالجة البيانات الجغرافية ( أو البيانات الجغرافية المكانية، أي البيانات المرتبطة بموقع على سطح الأرض)، وخاصة في نظم المعلومات الجغرافية (GIS). تحتوي جميع أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية وقواعد البيانات العلائقية الكائنية الحالية تقريباً على امتدادات مكانية، وقد طوّر بعض موردي برامج نظم المعلومات الجغرافية امتدادات مكانية خاصة بهم لأنظمة إدارة قواعد البيانات.

قام اتحاد البيانات الجغرافية المكانية المفتوحة (OGC) بتطوير مواصفات الميزات البسيطة (التي صدرت لأول مرة عام 1997) [ 1 ] ، ويضع معايير لإضافة وظائف مكانية إلى أنظمة قواعد البيانات. [ 2 ] يُعد معيار SQL /MM Spatial ISO/IEC جزءًا من لغة الاستعلامات المهيكلة ومعيار الوسائط المتعددة، وهو امتداد للميزات البسيطة. [ 3 ]

صفات

تتمثل الوظيفة الأساسية التي يضيفها امتداد مكاني إلى قاعدة البيانات في نوع واحد أو أكثر من أنواع البيانات المكانية ، والتي تسمح بتخزين البيانات المكانية كقيم سمات في جدول. [ 4 ] في أغلب الأحيان، تكون القيمة المكانية الواحدة عبارة عن شكل هندسي أولي (نقطة، خط، مضلع، إلخ) استنادًا إلى نموذج بيانات المتجهات . تعتمد أنواع البيانات في معظم قواعد البيانات المكانية على مواصفات OGC Simple Features لتمثيل الأشكال الهندسية الأولية. كما تدعم بعض قواعد البيانات المكانية تخزين بيانات الصور النقطية . ولأن جميع المواقع الجغرافية يجب تحديدها وفقًا لنظام مرجعي مكاني ، يجب أن تسمح قواعد البيانات المكانية أيضًا بتتبع أنظمة الإحداثيات وتحويلها. في العديد من الأنظمة، عند تعريف عمود مكاني في جدول، فإنه يتضمن أيضًا خيارًا لنظام الإحداثيات، يتم اختياره من قائمة الأنظمة المتاحة المخزنة في جدول بحث.

يتمثل التوسع الوظيفي الرئيسي الثاني في قواعد البيانات المكانية في إضافة إمكانيات مكانية إلى لغة الاستعلام (مثل SQL )؛ مما يمنح قاعدة البيانات المكانية نفس عمليات الاستعلام والتحليل والمعالجة المتوفرة في برامج نظم المعلومات الجغرافية التقليدية. في معظم أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية، تُنفَّذ هذه الوظيفة كمجموعة من الدوال الجديدة التي يمكن استخدامها في عبارات SQL SELECT. ويحدد معيار اتحاد البيانات الجغرافية المفتوحة (Open Geospatial Consortium ) عدة أنواع من العمليات .

  • القياس: يحسب طول الخط، ومساحة المضلع، والمسافة بين الأشكال الهندسية، وما إلى ذلك.
  • المعالجة الجغرافية: تعديل المعالم الموجودة لإنشاء معالم جديدة، على سبيل المثال عن طريق إنشاء منطقة عازلة حولها، أو تقاطع المعالم، وما إلى ذلك.
  • الشروط: تسمح بإجراء استعلامات صحيحة/خاطئة حول العلاقات المكانية بين الأشكال الهندسية. ومن الأمثلة على ذلك: "هل يتداخل مضلعان؟" أو "هل يوجد مسكن يقع ضمن مسافة ميل واحد من المنطقة التي نخطط لبناء مكب النفايات فيها؟" (انظر DE-9IM )
  • مُنشئات الهندسة: تُنشئ أشكالًا هندسية جديدة، عادةً عن طريق تحديد الرؤوس (النقاط أو العقد) التي تُحدد الشكل.
  • وظائف المراقبة: الاستعلامات التي تُرجع معلومات محددة حول ميزة ما، مثل موقع مركز الدائرة.

تدعم بعض قواعد البيانات مجموعات مبسطة أو معدلة فقط من هذه العمليات، خاصة في حالات أنظمة NoSQL مثل MongoDB و CouchDB .

المؤشر المكاني

يستخدم الفهرس المكاني في قواعد البيانات المكانية لتحسين الاستعلامات المكانية ، وتطبيق أساليب الوصول المكاني. تستخدم أنظمة قواعد البيانات الفهارس للبحث السريع عن القيم من خلال فرز قيم البيانات بترتيب خطي (أبجدي مثلاً)؛ إلا أن هذه الطريقة في فهرسة البيانات ليست مثالية للاستعلامات المكانية في الفضاء ثنائي أو ثلاثي الأبعاد. بدلاً من ذلك، تستخدم قواعد البيانات المكانية فهرسًا مكانيًا مصممًا خصيصًا للترتيب متعدد الأبعاد. [ 5 ] تشمل أساليب الفهرسة المكانية الشائعة ما يلي:

الاستعلام المكاني

الاستعلام المكاني هو نوع خاص من استعلامات قواعد البيانات التي تدعمها قواعد البيانات المكانية، بما في ذلك قواعد البيانات الجغرافية. وتختلف هذه الاستعلامات عن استعلامات SQL غير المكانية في عدة جوانب مهمة. من أهمها أنها تسمح باستخدام أنواع بيانات هندسية مثل النقاط والخطوط والمضلعات، وأنها تأخذ في الاعتبار العلاقة المكانية بين هذه الأشكال الهندسية.

تختلف أسماء الدوال المستخدمة في الاستعلامات بين قواعد البيانات الجغرافية. فيما يلي بعض الدوال المدمجة في PostGIS ، وهي قاعدة بيانات جغرافية مجانية تُعد امتدادًا لـ PostgreSQL (يشير مصطلح "الهندسة" إلى نقطة أو خط أو مربع أو أي شكل ثنائي أو ثلاثي الأبعاد آخر): [ 7 ]

نموذج الدالة: اسم الدالة (المعامل(المعاملات))  : نوع الإرجاع

  • ST_Distance(geometry, geometry) : number
  • ST_Equals(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Disjoint(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Intersects(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Touches(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Crosses(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Overlaps(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Contains(geometry, geometry) : boolean
  • ST_Length(geometry) : number
  • ST_Area(geometry) : number
  • ST_Centroid(geometry) : geometry
  • ST_Intersection(geometry, geometry) : geometry

وبالتالي، يمكن إجراء عملية ربط مكاني بين طبقة نقاط المدن وطبقة مضلعات الدول في عبارة SQL موسعة مكانيًا على النحو التالي:

استعلم عن جميع البيانات من جدولي المدن والدول حيث تحتوي البيانات على نفس شكل الدول والمدن .

يمكن تكرار عملية تراكب متجه التقاطع (وهي عنصر أساسي في برامج نظم المعلومات الجغرافية) على النحو التالي:

استعلم عن تقاطع ( شكل الخضراوات ، شكل التربة ) مع int_poly ، و veg . * ، و soil . * من جدولي veg و soil حيث يتقاطع ST_Intersects ( شكل الخضراوات ، شكل التربة )

أنظمة إدارة قواعد البيانات المكانية

قائمة

  • AllegroGraph – قاعدة بيانات رسومية توفر آلية فعالة لتخزين واسترجاع الإحداثيات الجغرافية المكانية ثنائية الأبعاد لبيانات إطار وصف الموارد . وهي تتضمن صيغة موسعة لاستعلامات SPARQL .
  • ArangoDB - قاعدة بيانات متعددة النماذج توفر إمكانية الفهرسة الجغرافية.
  • أباتشي دريل - محرك استعلام SQL بتقنية المعالجة المتوازية الضخمة (MPP) للاستعلام عن مجموعات البيانات الكبيرة. يدعم دريل أنواع البيانات المكانية ووظائفها [ 8 ] المشابهة لـ PostgreSQL.
  • يدعم Apache Sedona معالجة البيانات الجغرافية المكانية القابلة للتوسع ولغة SQL المكانية على Apache Spark لقواعد البيانات وأنظمة تحليل البيانات الضخمة. [ 9 ]
  • Esri Geodatabase (Enterprise, Mobile) - بنية قاعدة بيانات مكانية خاصة ونموذج منطقي يمكن تنفيذه على العديد من قواعد البيانات العلائقية، سواء التجارية (Oracle، MS SQL Server، Db2) أو مفتوحة المصدر (PostgreSQL، SQLite).
  • يقوم برنامج Caliper بتوسيع نطاق برنامج Raima Data Manager ليشمل أنواع البيانات المكانية والوظائف والأدوات المساعدة.
  • CouchDB هو نظام قواعد بيانات قائم على المستندات يمكن تفعيله مكانيًا بواسطة إضافة تسمى Geocouch
  • Elasticsearch هو نظام قاعدة بيانات قائم على المستندات يدعم نوعين من البيانات الجغرافية: حقول geo_point التي تدعم أزواج خطوط الطول والعرض، وحقول geo_shape التي تدعم النقاط والخطوط والدوائر والمضلعات والمضلعات المتعددة وما إلى ذلك. [ 10 ]
  • GeoMesa هي قاعدة بيانات مكانية-زمانية سحابية مبنية على Apache Accumulo و Apache Hadoop (وتدعم أيضًا Apache HBase و Google Bigtable و Apache Cassandra و Apache Kafka ). تدعم GeoMesa ميزات OGC Simple الكاملة ومكوّن GeoServer الإضافي.
  • يدعم H2 أنواع الهندسة [ 11 ] والفهارس المكانية [ 12 ] بدءًا من الإصدار 1.3.173 (28-07-2013). ويوفر ملحق يُسمى H2GIS، متوفر على Maven Central، دعمًا كاملاً لميزات OGC البسيطة .
  • يمكن تمكين أي إصدار من IBM Db2 مكانيًا لتنفيذ وظائف OpenGIS المكانية باستخدام أنواع ووظائف SQL المكانية.
  • تُثبّت ملحقات IBM Informix Geodetic and Spatial datablade تلقائيًا عند الاستخدام، وتُوسّع أنواع بيانات Informix لتشمل أنظمة إحداثيات قياسية متعددة ودعمًا لفهارس RTree. كما يُمكن دمج البيانات الجيوديسية والمكانية مع دعم بيانات السلاسل الزمنية في Informix لتتبّع الأجسام المتحركة بمرور الوقت.
  • يدعم برنامج Linter SQL Server الأنواع المكانية والوظائف المكانية وفقًا لمواصفات OpenGIS.
  • يدعم Microsoft SQL Server الأنواع المكانية منذ الإصدار 2008
  • يضيف ملحق MonetDB/GIS لـ MonetDB ميزات OGS البسيطة إلى قاعدة البيانات العلائقية ذات التخزين العمودي . [ 13 ]
  • يدعم نظام إدارة قواعد البيانات MySQL نوع البيانات geometry ، بالإضافة إلى بعض الوظائف المكانية المُطبقة وفقًا لمواصفات OpenGIS. [ 14 ] مع ذلك، في الإصدار 5.5 من MySQL والإصدارات الأقدم، تقتصر الوظائف التي تختبر العلاقات المكانية على العمل مع المستطيلات المحيطة الدنيا بدلاً من الأشكال الهندسية الفعلية. كانت إصدارات MySQL الأقدم من 5.0.16 تدعم البيانات المكانية فقط في جداول MyISAM. ابتداءً من الإصدار 5.0.16 من MySQL، تدعم قواعد بيانات InnoDB وNDB وBDB وARCHIVE أيضًا الميزات المكانية.
  • Neo4j – قاعدة بيانات رسومية يمكنها إنشاء فهارس أحادية وثنائية الأبعاد على شكل شجرة B وشجرة رباعية ومنحنى هيلبرت مباشرة في الرسم البياني
  • يدعم OpenLink Virtuoso لغة SQL/MM منذ الإصدار 6.01.3126، [ 15 ] مع تحسينات كبيرة بما في ذلك GeoSPARQL في الإصدار مفتوح المصدر 7.2.6، وفي إصدار المؤسسات 8.2.0 [ 16 ].
  • أوراكل سبيشال
  • يستخدم نظام إدارة قواعد البيانات PostgreSQL (نظام إدارة قواعد البيانات) امتداد PostGIS لتنفيذ الوظائف المكانية المتوافقة مع OGC [ 17 ] ، بما في ذلك هندسة أنواع البيانات الموحدة والوظائف المقابلة.
  • Redis مع واجهة برمجة تطبيقات Geo. [ 18 ]
  • يدعم RethinkDB الفهارس الجغرافية المكانية ثنائية الأبعاد.
  • يدعم SAP HANA البيانات الجغرافية المكانية باستخدام SPS08. [ 19 ]
  • Smallworld VMDS ، قاعدة بيانات نظم المعلومات الجغرافية الأصلية من GE Smallworld
  • SpaceTime عبارة عن قاعدة بيانات مكانية زمنية تجارية مبنية على أساس فهرس متعدد الأبعاد خاص مشابه لعائلة أشجار k -d ، ولكن تم إنشاؤها باستخدام نهج من الأسفل إلى الأعلى وتم تكييفها مع توزيع مكاني زمني معين للبيانات.
  • يُمكّن خادم الاستعلام المكاني من بوينغ نظام Sybase ASE من العمل مكانيًا.
  • SpatiaLite توسع Sqlite بأنواع البيانات المكانية والوظائف والأدوات المساعدة.
  • يدعم Tarantool الاستعلامات الجغرافية المكانية باستخدام فهرس RTREE. [ 20 ]
  • يتضمن نظام مستودع البيانات الخاص بـ Teradata Geospatial وظائف مكانية ثنائية الأبعاد (متوافقة مع معايير OGC).
  • يضيف Vertica Place ، وهو امتداد جغرافي مكاني لـ HP Vertica ، ميزات مكانية متوافقة مع OGC إلى قاعدة البيانات العلائقية ذات التخزين العمودي . [ 21 ]
  • Wherobots هي منصة قواعد بيانات تحليلية جغرافية مكانية سحابية مبنية على Apache Sedona . [ 22 ] تدعم المعالجة المكانية والبيانات لقطاعات النقل، والتكنولوجيا الزراعية، والتأمين، والطاقة، والاتصالات، وتجارة التجزئة، والخدمات اللوجستية. [ 23 ]

جدول الأنظمة المجانية، وخاصة لمعالجة البيانات المكانية

DBSرخصةموزعالأجسام المكانيةالوظائف المكانيةواجهة PostgreSQLواجهة خادم الخرائط بجامعة مينيسوتاالوثائققابل للتعديلنظام ملفات HDFS
تدريب أباتشيرخصة أباتشي 2.0نعمنعمنعم - وثائق وظائف البيانات الجغرافية المكانية الخاصة بالحفرنعملاالوثائق الرسميةANSI SQLنعم
أرانجو دي بيرخصة أباتشي 2.0نعمنعمنعم - نظرة عامة على الإمكانيات ووظائف لغة الاستعلاملالاالوثائق الرسميةمستوى الجودة المقبوللا
جيوميسارخصة أباتشي 2.0نعمنعم ( ميزات بسيطة )نعم ( JTS )لا (يمكن تصنيعه باستخدام GeoTools )لاأجزاء من الدوال، بعض الأمثلةبفضل ميزة الوصول البسيط في آلة جافا الافتراضية وأباتشي سبارك ، يمكن حل جميع أنواع المهامنعم
H2 (H2GIS)رخصة LGPL 3 (منذ الإصدار 1.3)، رخصة GPL 3 قبل ذلكلانعم (مخصص، بدون صورة نقطية)سهولة الوصول إلى الميزات والوظائف المخصصة لشبكة H2نعملانعم (الصفحة الرئيسية)SQLلا
إنجريسرخصة جنو العمومية أو ملكية خاصةنعم (في حال تثبيت الإضافة)نعم (مخصص، بدون صورة نقطية)محرك الهندسة، مفتوح المصدر [ 24 ]لاباستخدام MapScriptباختصار شديدمع C و OMEلا
Neo4J -spatial [ 25 ]رخصة جنو أفيرو العامةلانعم ( ميزات بسيطة )نعم (يحتوي، يغطي، مغطى بـ، يعبر، منفصل، يتقاطع، يتقاطع مع النافذة، يتداخل، يلمس، ضمن، وضمن مسافة)لالاباختصار شديدفرع من JTSلا
PostgreSQL مع PostGISرخصة جنو العمومية العامةلانعم ( ميزات بسيطة ورسومات نقطية)نعم ( الوصول البسيط إلى الميزات ووظائف الصور النقطية)نعمنعممفصللغة SQL، بالاقتران مع لغة Rلا
Postgres-XL مع PostGISرخصة موزيلا العامة ورخصة جنو العامةنعمنعم ( ميزات بسيطة ورسومات نقطية)نعم ( الوصول البسيط إلى الميزات ووظائف الصور النقطية)نعمنعمPostGIS: نعم، Postgres-XL: باختصارSQL، بالاقتران مع R أو Tcl أو Pythonلا
راسدامانخادم GPL ، عميل LGPL ، ملكية خاصة بالمؤسسةنعممجرد صورة نقطيةمعالجة الصور النقطية باستخدام rasqlنعممع خدمة تغطية الويب أو خدمة معالجة الويبويكي مفصلوظيفة مُعرَّفة ذاتيًا في إصدار المؤسسةلا
RethinkDBAGPLنعمنعم
  • مسافة
  • التقاطع
  • احصل على أقرب نقطة
  • يشمل
  • يتقاطع
لالاالوثائق الرسمية [ 26 ]التشعبلا

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ قد يشير مصطلح "قاعدة البيانات الجغرافية" أيضًا بشكل خاص إلى مجموعة من تنسيقات قواعد البيانات المكانية الخاصة، Geodatabase (Esri) .

مراجع

  1. ↑ ماكي، لانس (2016). "تاريخ OGC (مفصل)" . OGC . تم الاسترجاع في 12 يوليو 2016. [...] في عام 1997 ، أصدرت OGC مواصفات OpenGIS Simple Features، التي تحدد الواجهة التي تُمكّن الأنظمة المختلفة من التواصل باستخدام "ميزات بسيطة" تستند إلى هندسة ثنائية الأبعاد. تشمل أنواع الهندسة المدعومة النقاط والخطوط والخطوط المتسلسلة والمنحنيات والمضلعات. يرتبط كل كائن هندسي بنظام مرجعي مكاني، يصف فضاء الإحداثيات الذي يُعرَّف فيه الكائن الهندسي.
  2. ↑ الصفحة الرئيسية لـ OGC
  3. ^ كريس، وولفجانج. دانكو، ديفيد م.، محرران. (2010). دليل سبرينغر للمعلومات الجغرافية (1. ed.). برلين: سبرينغر. ص 82 – 83. رقم ISBN   9783540726807.
  4. ↑ يو، ب.؛ تان، ز. "DM-03 - أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية وامتداداتها المكانية" . مجموعة معارف نظم المعلومات الجغرافية والتكنولوجيا . UCGIS . تم الاطلاع عليه في 5 يناير 2023 .
  5. ↑ تشانغ، إكس.؛ دو، زد. "الفهرسة المكانية DM-66" . مجموعة معارف نظم المعلومات الجغرافية والتكنولوجيا . UCGIS . تم الاسترجاع في 5 يناير 2023 .
  6. ^ جوتنج ، رالف هارتموت. شنايدر، ماركوس (2005). قواعد بيانات الكائنات المتحركة . مورجان كوفمان. ص. 262. ردمك  9780120887996.
  7. ↑ "مرجع وظائف PostGIS" . دليل PostGIS . OSGeo . تم ​​الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2023 .
  8. ↑توثيق وظائف الحفر الجغرافية المكانية
  9. ↑ فورست، مات (13 مايو 2025). "كيفية تشغيل تحليل جغرافي مكاني قابل للتوسع باستخدام أباتشي سيدونا - مباشرة من جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك - مات فورست" . تم الاسترجاع في 10 أكتوبر 2025 .
  10. ↑ "استعلامات الموقع الجغرافي | دليل Elasticsearch [ 7.15 ] | Elastic" .
  11. ↑ توثيق نوع هندسة H2
  12. ↑ H2 إنشاء وثائق الفهرس المكاني
  13. ↑ "GeoSpatial – MonetDB" . 4 مارس 2014.
  14. ↑ "دليل مرجعي لـ MySQL 5.5 - 12.17.1. مقدمة إلى دعم MySQL المكاني" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 أبريل 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مايو 2013 .
  15. ↑ برنامج OpenLink. "9.34. أنواع بيانات الهندسة ودعم الفهرس المكاني" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2018 .
  16. ↑ شركة أوبن لينك للبرمجيات (23 أكتوبر 2018). "إصدارات جديدة من برنامج فيرتوسو إنتربرايز والإصدارات مفتوحة المصدر" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2018 .
  17. ↑ "معتمد من OGC PostGIS" .
  18. ↑ "مرجع الأوامر - Redis" .
  19. ↑ "بوابة مساعدة SAP" (ملف PDF) .
  20. ↑ "RTREE" . tarantool.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13-12-2014.
  21. ↑ "HP Vertica Place" . 2 ديسمبر 2015.
  22. ↑ ألامالهودائي، آريا (13-06-2023). "تقوم شركة ويروبوتس ببناء منصة بيانات للتعامل مع البيانات المكانية كـ'مواطن من الدرجة الأولى'"" . TechCrunch . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-09-2025 .
  23. ↑ روبنشتاين، ديفيد (30 أكتوبر 2025). "استخلاص رؤى الذكاء الاصطناعي من البيانات المكانية" . صحيفة إس دي تايمز . تاريخ الاسترجاع: 3 نوفمبر 2025 .
  24. ↑ "GEOS" .
  25. ↑ "Neo4j Spatial هي مكتبة أدوات مساعدة لـ Neo4j تُسهّل إجراء العمليات المكانية على البيانات. على وجه الخصوص، يمكنك إضافة فهارس مكانية إلى البيانات الموجودة مسبقًا، وإجراء عمليات مكانية . " GitHub . 2019-02-18.
  26. ↑ "مرجع أوامر ReQL - RethinkDB" .

للمزيد من القراءة