PDF de programación - Tesis: Ju Shi-guang - VISUALIZACIÓN DE UNA BASE DE DATOS ESPACIAL

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

y DE ESTUDIOS A V ANZADOS

INSTrlTUTO POLITECNICO NACIONAL

,

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

SECCIÓN DE COMPUTACIÓN

TITULO

VISUALIZACIÓN

DE UNA BASE DE DA TOS ESP ACIAL

TESIS p ARA OBTENER EL GRADO DE:

DOCTOR EN CIENCIAS
COMPUT

DE

ESPECIALillAD

EN

LA

,

ACION

QUE PRESENTA:

M.C. JU SHI-GUANG

DIRECTOR DE TESIS

DR.SERGIO VICTOR CHAPA VERGARA

A mi esposa

A mi hija

Zhang Xiao- Hong

Ju Lin-Na

AGRADECIMIENTOS

Estoy agradecido con mis {

fesores

y

compañeros

cuya

ayuda

profesional,

convirtieron

la

realización

de

este

trabajo

en

una

tarea

muy

agradable.

En

particular

deseo

agradecer

profundamente al Dr. Sergi Víctor Chapa Vergara por sus enseñazas, consejos y su valiosa
amistad, al M.C. Noé Sierra

Ing. Pedro Alday por sus aportaciones y sugerencias.

También agradezco a la ~ a. Ana Ma. Antonia Martínez Enríquez, Dr. Angel Ortega
Herrega, Dr. Manuel Sabi
Lazo Cortés, Dr. Adolfo Guzmán Arenas y Dra. Yolanda
Fernández Ordoñez por sus aliosos comentarios y sugerencias.

Finalmente, me gustaria darrlas gracias a la Sección de Computación del Departamento de
Ingeniería Eléctrica del Cent o de Investagación y de Estudios Avanzados del I.P.N, por las
facilidades ofrecidas durante el desarrollo de este trabajo.

Ju

Shi-Guang

México

D.F.

6 agosto

de 1996,

Objetivo
Introducción

general

~
~

INDICE

Capítulo

1 Visualización

y Bases de Datos Espaciales

1.1 El sistema de infoml~ción

espacial

1.1.1 Esquema

del s~stema de información

espacial

1.1.2 Requerimiento~

para un sistema de infomlación

espacial

1.2 Conceptos

de la bas~ de datos espacial

1.2.1 Tipos de la ba$e de datos espacial

1.2.2 Manejador

de ~a base de datos espacial

1.3 Conceptos

de visuali~ación

1.3 .I Definiciones

".

1.3.2 Las

fomlas

1.4 La visualización

de ~a visualización
en ~a actualidad

1.4.1 Programación

yisual

1.4.2 Ambientes

visJales

de programación

1.4.3

LenguajesvislJales

1.5 Filosofia

para

imple~entación

del sistema

Conclusiones.

,

c

,

Capítulo 2 El Modeladq conceptual de la base de datos espacial para exploración
2.1 Esquemas de entidadfvínculo

petrolera

,

2.2 Identificación de entidades
Conclusiones

Capítulo 3 Arquitectura

del manejador de la base de datos espacial

3.1 Quadtrees
3.2 R- Trees y R -Trees

.~

~

3.3 Estructura

de datos d 1 sistema

c

3.3.1

IPor

qué no us~os

quatrees

o R-tree?

3.3.2 Estructura

general

3.4 Archivos

de datos gr4ficos

3.4.1 Relaciones

entr+ archivo

definición

y gráficos

3.42 Estructura

de d~finición

de listas estándar

3.4.3 Estructura

de li~tas de detalle

3.5 Arquitectura

del sistetna VISDA

Conclusiones

i

Capítulo

4 Lenguaje

visual de manipulación

de datos

4.1 Un ambiente visual d~1 DML

1

4

4

5
7

7

8

10

10

12
14

14

15

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20

21

23

27
31

32
32

33

38

38

38

42

42

44

45

47

49

50

52

4.1.1

Visualización

dr

las

características

de

los

elementos

de

la

base

de

datos

4.2

4.1.2
:.~.~

Intérprete

Visualización
~~regando

los

coma1i1dos

un

d~

los

del

comandos

DML

del

DML

f

4.3.4
435

.rocesalnlento

Cómo
Al

.i

relacion*

para

los

generar
planos
.

bases?

un

p

ano

ase

en

e

sistema

1

b

I

.

Conclusiones

..gontmo

para¡manlpu acion e os atos gr cos

d

d

áfi

1

1

.,

Capítulo

5

El

lenguaje

visual

de

consulta

a

la

base

de

datos:

CQL

5.1

La

clasificación

de

lo$lenguajes
I

visuales

5.1.1
5.1.2

Los
La

tipos
evaluación

de

lerlguaje

de

lenguaje

visual

visual

5.2
5.3
5.4
5.5

Expansión
5.2.1
5.2.2
5.2.3
Especificación
La
Definición

diagrama

Iconos
Tarjeta
Los

de
parárnetrosi

de

generalifados
-expan$ión
de

iconos!

dellen¡guaje
sint~s

la

la

sintaxis

de

y

la

de

semántica

tarjeta:
visual

del

icono

CQL

de

Xp

de

consulta

las

tarjetas

CQL

de

procesos

,

,

.

Conclusiones.

Capítulo

6 El ambiente

vis..al de programación

en CQL

6.1 Transiferencia
6.2 Consulta médiate el ñguaje CQL

de est~dos

6.2.1 Transición de ~stados para la recuperación
6.2.2 Mecanismo dd¡ consulta
6.2.3 Cómo editar una consulta en CQL

de tarjetas

t'objeto

temporal"

6.3 Acerca de la entidad
6.4 Implementación
6.5 Ejemplos de consulta
Conclusiones

del ~QL

,

,

Capítulo 7 Comparación

e~ lenguaje CQL con SQL

7.1 Comparación las esttucturas
7.2 Comparación de las ~xpresiones de las funciones

7.2.1 Comparación !entre operaciones fundamentales
7.2.2 Comparaciónlde
7.2.3 Comparación Ide subconsu1tas con el objeto-temporal
7.2.4 Comparación Ide las funciones de la presentación

las funciones de agregación

11

.52
.53
.55
.55
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73

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12I
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143
143
144

147

153

155

con:l~s~o~~~~~~

7.2.5

comparación

l de
~:~s

las

~~~~i~;~S~~~~!:;~eto-te~~~?

operaciones

de

conjuntos

Capitulo 8 Visualización

I~ información de la base de datos

8.1 Diversas representacibnes gráficas

8.1.1 Cartografia apli~ada
8.1.2 Elementos del $apas

8.2 Símbolos

i

8.2.1 Tamaño y prot4berancia de símbolos
8.2.2 Colores de sím~olos
;
8.2.3 Esparcimiento 4e símbolos
8.2.4 Posición de sím~olos

8.3 Algoritmo para elimi~ación de símbolos ocultos de 21!2 dimensiones

8.3.1 Problema
8.3.2 Modelado del algoritmo

,

8.4 Estructura de salida ~e los símbolos

Conclusiones

Bibliografía

t

111

OBJErrIVO GENERAL DEL PROYECTO

e una Base de Datos Espacial" (VISDA) considera dos objetivos
El proyecto "Visualización
primordiales. El primero,
striba en la conceptualización y el diseño de un nuevo lenguaje
visual de consulta para el pr cesamiento de información geográfica que en particular se aplica a
la exploración petrolera. y 1 segundo, considera el desarrollo e implementación de un gestor
de bases de datos espaciales.

La aportación principal de SDA consiste en que la especificación del lenguaje es de forma
visual y manejan informaci ' n espacial. La especificación de las operaciones se lleva a cabo

mediante elementos visuales que manejan información geográfica relativa a la cartografia de las
regiones vinculada con info ación de: pozos, secciones sismicas y geología, entre otras. En
consecuencia, para el mane o de información espacial y nominal, se desarrolló un motor de
bases de datos espaciales q e incluye un modelo lógico relacional de datos y un modelo fisico
de datos basado en árboles y multilistas.

Los objetivos fueron logrados en consecución obteniendo primeramente un motor de
base de datos espacial el ual incluye un modelo relacional de datos y un gestor fisico
basado en árboles B y ultilistas, Posteriormente, se procedio a proponer un nuevo
lenguaje de consulta y
anejo de datos que se implemento desarrollando toda una
interfaz visual sobre el m tor de base de datos. El desarrollo en X-windows consideró
un ambiente visual para a defmición de datos y un lenguaje visual de consulta, En
ambos casos, el objeto de 'sualización son primordialmente las entidades geográficas,

Dado el enfoque de apliqación del lenguaje, se lleva a cabo un caso de estudio, en
donde el modelo es una b~se de datos con un enfoque a exploración petrolera.

IV

INTRODUCCIÓN

El tema de Visualización
tlentro de computación ha surgido rápidamente, presentando se en
diversos tópicos como son: lvisualización científica, medios ambientes visuales y programación
visual. Siendo para este últ mo, la comunicación del humano y la máquina ha sido la razón
principal para su amplio d sarrollo. Con la idea de tener un estado del arte de lenguajes y
programación visual, Ep aim P. Glinert presentó en 1990 un primer compendio en dos
volumenes denominado "Vi ual Programming Enviroments" [Glin90(a)]; en donde se exploren
en terminos de tutorial la alternativas visuales. Mientras el primer volumen comprende
aplicaciones y temas; el s gundo[Glin90(b )] trata directamente con los paradigmas y los
sistemas. Casi al mismo t. empo aparecen dos revistas J ournal of Visual Languages and
Computing y Visualzation a d Computer Graphics(transaction del IEEE). Relativo al tema con
base de datos en donde trat con tópicos de visualización de información y accesos visuales a
las bases de datos se tiene IM ubliCaCión
and Data
la Sección
Engineering.
e
en
el área de lenguajes y progr
ación visual inicia en esta década principalmente. Se tienen los
desarrollos en lenguajes vis ales aplicados a bases de datos como son: [Chap91],[Hern94],
[Alda96], [Mend96], y [Te~ 96]; y de lenguajes de proposito
[Sier95]. En este
contexto, mi trabajo de inve
tigación se planteo con el interés de desarrollar un lenguaje visual
que hiciera gestión sobre ba e de datos espaciales o pictográficas[Ju92] y [Chap94a]. Para tal
fin, se consideró dos áreas d tr