Advanced

Methodology for creating and modifying distributed topologically structured geographical datasets

Danebjer, Lisette LU (2016) In Thesis in Geographic Information Technology EXTM05 20161
Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
Surveying (M.Sc.Eng.)
Abstract
Spatial relationships are a comprehensive and essential part of geographical information management and GIS. Topological relationships are a subgroup of the spatial relationships. They are defined by the fact that they do not break under topological transformations, meaning they remain when stretching, twisting or crumbling the underlying space. Topological relationships are for instance relationships such as contains, crosses and overlaps.
There are different ways of representing geographical data, many of which do not take the topological relationships into account. For full support the topological relations need to be stored explicitly, which is done according to a topological data structure. Well-established database have implemented... (More)
Spatial relationships are a comprehensive and essential part of geographical information management and GIS. Topological relationships are a subgroup of the spatial relationships. They are defined by the fact that they do not break under topological transformations, meaning they remain when stretching, twisting or crumbling the underlying space. Topological relationships are for instance relationships such as contains, crosses and overlaps.
There are different ways of representing geographical data, many of which do not take the topological relationships into account. For full support the topological relations need to be stored explicitly, which is done according to a topological data structure. Well-established database have implemented this type of structure in a successful way. When looking to manage the data without any database dependency, the solutions are limited.
This study look to find a method for developing a GIS client application for creating and modifying distributed topologically structured geographical datasets. The client application should support being disconnected from any database when worked in. Using an existing topology as a start value, for instance data from a topologically structured database, should be possible. Alternatively, the user should be able to create data from an empty topology.
During this study, a client application as the one described above is developed. The product is near complete when compared to the requirements set up. Some weaknesses occur, however they are due to other factors than the pure logic of the topological calculations. A method for developing a topologically structured client application is therefore considered found. The implemented functionality covers basic operations, leaving room for further developments.
With the method brought by this study, similar client applications can be developed for other devises including mobile phones and tablets. Furthermore, a general topological library could possibly be developed using the same techniques, which would contribute to better conditions for developing topologically structured services. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Geografiska data (platsbaserade data) är en självklar del av den information som når oss dagligen. Idag (2016) använder företag och organisationer geografiska data i många av sina informationsforum. Till exempel tillhandahåller webbsidor vanligen kartor för att visa på vilken plast ett företag är lokaliserat.

En stor del av att jobba med geografiska data är att hitta och veta relationer mellan olika data, så kallade spatiala relationer. Det finns en omfattande mängd spatiala relationer, varför de ofta delats in i undergrupper. En undergrupp är topologiska relationer, vilka har en betydande roll i detta arbete.

Topologiska relationer är de som består när det underliggande rummet dras ut, trycks ihop eller vrids. Exempel är relationer... (More)
Geografiska data (platsbaserade data) är en självklar del av den information som når oss dagligen. Idag (2016) använder företag och organisationer geografiska data i många av sina informationsforum. Till exempel tillhandahåller webbsidor vanligen kartor för att visa på vilken plast ett företag är lokaliserat.

En stor del av att jobba med geografiska data är att hitta och veta relationer mellan olika data, så kallade spatiala relationer. Det finns en omfattande mängd spatiala relationer, varför de ofta delats in i undergrupper. En undergrupp är topologiska relationer, vilka har en betydande roll i detta arbete.

Topologiska relationer är de som består när det underliggande rummet dras ut, trycks ihop eller vrids. Exempel är relationer så som innehåller, korsar och möter (jämför med relationen avstånd som inte består om ytan ändrar storlek och form). För att på ett så enkelt och korrekt sätt som möjligt använda geografisk data med hänsyn till de topologiska relationerna används en topologisk datastruktur, där relationerna lagras explicit. Data som lagras och skapas i enlighet med denna struktur bildar en så kallad topologi.

Många gånger kan det vara fördelaktigt att lagra geografiska data som en topologi istället för som till exempel punkter, linjer och polygoner. Det finns etablerade databaser som är implementerade enligt en topologisk datastruktur, men söker användaren ett klientbaserat alternativ är utbudet begränsat. Att lagra data topologiskt kan vara av intresse när gränser mellan fastigheter skall flyttas. Arbetet involverar ofta platsbesök följt av efterarbete där data bearbetas. Är dessa data lagrade i en databas krävs en koppling till databasen för att utföra förändringarna, något som inte alltid finns att tillgå ute i fält. Med en topologisk klientapplikation (fristående programvara) kan datahanteringen utföras på plats i enlighet med verkligheten, för ett mer korrekt resultat.

I detta arbete utvecklas en klientapplikation som kan importera, skapa, ta bort och grafiskt visa topologiska data utan att vara kopplad till en databas. Klientapplikation är en webbaserad applikation skriven i HTML, CSS och JavaScript. Användaren skapar en topologi med hjälp av ett ritverktyg som används på en bakgrundskarta. Geometrin av de ritade (så kallade) edge:arna registreras och används för att utföra de topologiska beräkningar som håller topologin korrekt.

Rapporten innehåller teori om topologiska relationer och några av de modeller som används för att hitta dem. En standardiserad topologisk datastruktur är beskriven och det visas hur den tillämpas i en databas (av Oracle Spatial). Andra format och standarder som stödjer en topologisk datastruktur förklaras. Vidare beskrivs de språk, format och kodbibliotek som använts i det praktiska arbetet. Alternativa lösningar nämns.
Klientapplikationen är baserad på den beskrivna topologiska datastrukturen. Med utgångspunkt från de standardfunktioner som databaserna enligt samma datastruktur erbjuder, har klientapplikationens kravspecifikation ställts upp. En djupare hänsyn har dessutom tagits till enkel och intuitiv användning.

Diskussion förs kring vidareutveckling av klientapplikationen och hur det framtagna materialet kan användas vid liknande projekt. Den webbaserade lösningen tros vara applicerbar för mobiltelefoner och surfplattor, och för alternativa lösningar anses samma logiska koncept användbart.

De främsta svårigheterna med att följa en topologisk datastruktur ligger i att komma fram till hur de beräkningar som håller de topologiska relationerna korrekta ska utföras. Med tillgång till ett generellt topologiskt kodbibliotek med fördefinierade beräkningar behöver utvecklaren inte vara någon expert inom ämnet topologi för att kunna utveckla liknande applikationer. Slutsatser kan också dras om att topologiska data inte kräver någon komplex ledningsstruktur, en enkel och tillgänglig attributhantering är dock av betydelse. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Danebjer, Lisette LU
supervisor
organization
course
EXTM05 20161
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
topological database, topological data structure, topological relationships, spatial relationships, geographical information system, geographical data
publication/series
Thesis in Geographic Information Technology
report number
20
language
English
additional info
External supervisor: Björn Harrtell, Sweco Position, Malmö
id
8883888
date added to LUP
2016-06-21 14:55:58
date last changed
2016-06-21 14:55:58
@misc{8883888,
  abstract     = {Spatial relationships are a comprehensive and essential part of geographical information management and GIS. Topological relationships are a subgroup of the spatial relationships. They are defined by the fact that they do not break under topological transformations, meaning they remain when stretching, twisting or crumbling the underlying space. Topological relationships are for instance relationships such as contains, crosses and overlaps. 
There are different ways of representing geographical data, many of which do not take the topological relationships into account. For full support the topological relations need to be stored explicitly, which is done according to a topological data structure. Well-established database have implemented this type of structure in a successful way. When looking to manage the data without any database dependency, the solutions are limited. 
This study look to find a method for developing a GIS client application for creating and modifying distributed topologically structured geographical datasets. The client application should support being disconnected from any database when worked in. Using an existing topology as a start value, for instance data from a topologically structured database, should be possible. Alternatively, the user should be able to create data from an empty topology.
During this study, a client application as the one described above is developed. The product is near complete when compared to the requirements set up. Some weaknesses occur, however they are due to other factors than the pure logic of the topological calculations. A method for developing a topologically structured client application is therefore considered found. The implemented functionality covers basic operations, leaving room for further developments.
With the method brought by this study, similar client applications can be developed for other devises including mobile phones and tablets. Furthermore, a general topological library could possibly be developed using the same techniques, which would contribute to better conditions for developing topologically structured services.},
  author       = {Danebjer, Lisette},
  keyword      = {topological database,topological data structure,topological relationships,spatial relationships,geographical information system,geographical data},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Thesis in Geographic Information Technology},
  title        = {Methodology for creating and modifying distributed topologically structured geographical datasets},
  year         = {2016},
}