可视化 DB2 中空间数据（1）

2024-07-21 02:41:39

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供稿：网友

　　通常，可视化 DB2 数据库中存储和治理的空间和几何数据对于用户理解数据本身非常要害。和 ESRI 一道，IBM® 为此提供了免费的 ArcExplorer™。学习如何在不同平台上设置和使用 ArcExplorer。要显示的空间可以存储在 linux®、UNIX® 或 Windows® 上一个空间化 DB2® 数据库中。另外还学习如何使用 Version 9 提供的空间支持特性访问存储在 DB2 for z/OS 上的空间数据。　　简介　　几乎每个数据库都包含空间信息。地址信息是其中最突出的代表。其他例子还包括街道，在数据库中，街道不仅可以通过其名称来表示，还可以通过它在地球上的确切位置来表示。Linestring 就是建模那些对象的一种方式。分公司和客户居住地的位置可以用点描述。类似地，州和国家边界可以用多边形表示。非地理应用程序也可以受益于关系数据库中的空间数据。仓库和货架上的产品的位置可以用显式地建模的地理信息表示。空间距离的计算可以帮助根据不同的标准最优地安排仓库中产品的位置。　　DB2 for Linux, UNIX, and Windows 支持（从 Version 7 开始）使用 DB2 Spatial Extender 产品存储、治理和检索数据库中的空间数据。通过这个扩展器，可以像对待任何其他关系数据（例如数字和字符串）一样，使用专用的数据类型为点、线、多边形等几何图原和那些图原的集合建模。DB2 Spatial Extender 不仅提供数据类型，而且还附带了很多用于执行空间操作的空间函数和方法。例如，可以确定两个图形之间的距离，执行空间集合操作，如合并或交叉图形，获取一个 linestring 的长度。　　DB2 for z/OS 的空间支持提供了几乎与扩展器相同的功能。虽然在内部实现上有所差异，但是空间类型和函数的使用是类似的。主要不同在于 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 中的空间函数通常可以通过方法注释来调用（例如 geometry..ST_Buffer(10, 'METER')..ST_AsText()）。DB2 for z/OS 还不支持结构化类型和方法（用于实现扩展器），因此那个平台上的空间支持只接受函数调用语法（例如 ST_AsText(ST_Buffer(geometry, 10, 'METER'))）。 12345678910下一页　　虽然对于很多应用程序来说空间计算和比较已经足够，但是有时候将数据库中的数据可视化还是很有帮助的。表格表示法（用于传统关系数据）并不是最适合使空间信息可访问的方法。相反，空间数据需要呈现地图。有很多方法可以提取几何图形并生成那样的地图。一些商业工具 -- Geographic Information Systems (GIS) -- 就是专用于显示和修改空间和非空间数据。其他一些系统则通过根据集合图形生成静态图像（例如 JPEG 或 TIFF）来提供简单的界面。之后，这些图像可以由一个 Web 浏览器显示。　　ESRI ArcExplorer 可以从 DB2 Spatial Extender Web 站点（见参考资料小节）下载，它是用 java™ 实现的。因此，它可以在任何含适当的 Java Virtual Machine (JVM) 的平台上使用。但是，ArcExplorer 附带了一个特定于 Windows 的安装例程。这有碍于在其他平台，例如 Linux 和 AIX® 上部署和使用 ArcExplorer。下面的小节描述如何克服这个问题。本文在一个 Linux 系统上设置一个 ArcExplorer，并访问存储在同一个系统上的 DB2 数据库以及 DB2 for z/OS 上维护的另一个数据库中的空间数据。　　本文首先解释如何安装、启动和设置 ArcExplorer。接着，道出访问存储在数据库中的数据前需要满足的需求。最后，本文就如何有效地使用 ArcExplorer 给出一些指南。所有内容都基于 Linux 系统上捕捉的屏幕快照进行讲解。但是，同样的步骤也适用于其他系统。　　部署 ArcExplorer　　ArcExplorer 是用于可视化空间数据的一款轻量级工具。它由 5 个 .jar 文件组成，在下载小节中的归档文件中可以找到这 5 个文件。您也许会注重到，与 Windows 上的本地安装相比，您也许会注重到，这种 Windows 上的安装更为复杂。在 Windows 上，需要安装一个完全可以运行的产品，其中包括 Java Runtime Environment (JRE)。如今，几乎可以断定每个系统上都已经安装了 Java。因此，可以依靠于已有的 JRE 和 JVM。这样可以帮助减少安装镜像的大小，使之只有 2.5MB -- 而最初的 Windows 安装大小约为 100MB。与此同时，ArcExplorer 自动得益于对已有 Java 包的更新。上一页1234567下一页　　与 JVM 类似，ArcExplorer 安装目录中不需要有 db2java.zip 文件的副本。该文件实际上是用于 ArcExplorer 与 DB2 的通信。虽然 README 指示您从 DB2 安装目录复制那个文件，但是更简单、更好的方法是直接从其原始位置（例如 ~/sqllib/java/db2java.zip）使用该文件。通过在 CLASSPATH 环境变量中引用该位置，就可以使用那个文件。　　总之，运行 ESRI ArcExplorer 所需的文件只有 aejava_help.jar、arcims_aej.jar、arcims_sdk.jar、sde_sql3.jar 和 xml.jar。此外，下载小节还提供了 shell 脚本 arcexplorer，用于设置 classpath 和同时启动 JVM 和 ArcExplorer。　　下载小节中还有其他一些文件。文件 aejava.ico 是一个图像，假如想通过菜单启动 ArcExplorer，则可以使用它作为菜单中的一个图标。文件 LICENSE 包含 ArcExplorer 附带的许可，用户必须遵从该许可。脚本 host.sql 包含一些 SQL 语句，这些语句使用联邦建立到一个远程 DB2 for z/OS 子系统的连接，并通过昵称访问三个含空间数据的远程表。最后，文件 import.jcl 是一个 JCL 脚本，可以使用它将空间数据从 shapefile 导入到 DB2 for z/OS 子系统。shell 脚本 import.sh 则在 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 做同样的事情。　　有了前面的那些信息，现在可以下载本文提供的 ZIP 归档文件，并将其中的内容解压到您选择的一个目录中。为了启动 ArcExplorer，进入那个目录，调用 arcexplorer 脚本，如清单 1 所示。您将看到 ArcExplorer 出现（还没有经过配置），如图 1 所示。　　清单 1. 启动 ArcExplorer

$ cd /usr/local/arcexplorer
$ ./arcexplorer

　　图 1. 启动的 ArcExplorer　　

上一页12345678下一页　　预备数据库中的空间数据　　现在您已经确认了 Java 应用程序的基本功能，本节将解释如何设置数据库，从示例 shapefile 中导入空间数据，最后可视化数据。　　空间化数据库　　为了治理数据库中的空间数据，必须启用数据库的空间操作功能。可以使用工具 db2se 开始 DB2 for Linux, Unix, and Windows 上的启用过程，如清单 2 所示。　　清单 2. 启用数据库

$ db2 create database spatial
DB20000I　The CREATE DATABASE command completed successfully.
$ db2se enable_db spatial
Enabling database. Please wait ...
GSE1036W　The Operation was successful.　But values of certain
database manager and database configuration parameters should be
increased.

　　对于警告 GSE1036W，暂时可以忽略。该警告是启用步骤中发出的，用于确认某些数据库治理器（DBM）配置参数是否不低于某个最小值，以确保在较复杂的场景中可以使用扩展器的适当功能。但是由于目前只需使用一些简单的查询，因此不必强制调整这些参数。　　空间化一个 DB2 for z/OS 子系统还需执行更多的步骤。数据库治理员必须修改 JCL 脚本，以启用数据库。例如，需要使用 DB2 子系统的名称。调整脚本之后，执行脚本，为 DB2 子系统启用空间支持特性。这个过程的细节超出了本文的范围。情参阅文档（见参考资料小节）。　　导入空间数据　　本文使用 DB2 Spatial Extender 附带的三个示例 shapefile -- 即 sjMainStreets、sjZipCodes 和 sjCensusBlocks -- 来演示如何使用 ArcExplorer。第一步是将那些 shapefile 导入到空间化数据库中。这里分别针对 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 和 DB2 for z/OS 讨论这一过程，因为两者之间有明显的不同。上一页123456789下一页　　DB2 for Linux, UNIX, and Windows　　清单 3 显示如何使用 db2se 命令行工具导入 shapefile。只有 shapefile sqMainStreets 被导入到数据库 SPATIAL 中。导入其他两个 shapefile 的命令在 import.sh 文件中，该文件可以在下载小节中找到。当然，DB2 Control Center 中也提供了相同的功能。另外，也可以从您自己的应用程序中通过调用 db2gse.ST_import_shape 存储过程来开始导入。欲了解更多信息，请参阅 Spatial Extender 文档。　　清单 3. 将示例 shapefile 导入到 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 中

$ db2se import_shape SPATIAL -filename sjMainStreets -srsName NAD83_SRS_1
　　　　-tableName MAIN_STREETS -createTableFlag 1 -spatialColumn SHAPE
　　　　-idColumn SE_ROW_ID -commitScope 1000 -client 1
GSE0000I　The operation was completed successfully.
$ db2se register_spatial_column SPATIAL -tableName MAIN_STREETS
　　　　-columnName SHAPE -srsName NAD83_SRS_1
GSE0000I　The operation was completed successfully.

　　对于导入操作，有两件事情要注重。ArcExplorer 要求表中存在一个名为 SE_ROW_ID 的列。那个列的类型必须声明为 INTEGER。这个列中的值用于惟一地标识每一行，也就是说，它必须是一个 ID 列。可以选择让 shape import 自动添加该列并为之生成惟一值（选项 idColumn）。第二件事情是 ArcExplorer 要求所有空间列指定一个空间引用系统。这可以通过像清单 3 中最后一步那样注册空间列来完成。　　也有其他方法可以提供强制的 SE_ROW_ID 列。例如，可以使用空间表上的一个视图，通过重新命名视图定义中的 ID 列，从一个已有的 ID 列中取得 SE_ROW_ID 值。另一种方法是使用不同的编号技术，例如在线分析处理（OLAP）函数 ROW_NUMBER() 为新的 SE_ROW_ID 列生成值。具体实现留给有爱好的同学作为练习。上一页12345678910下一页　　DB2 for z/OS　　DB2 for z/OS 的空间支持提供了一个类似于 db2se 的工具。这个工具的名称为 DSN5SCLP，由于在 z/OS 上运行，因此必须从一个 JCL 脚本中启动该工具。要导入的 shapefile 必须在 z/OS 上的一个分层文件系统（HFS）数据集中。清单 4 中的脚本假设挂载点（mount point）名为 /u/stolze/。在您自己的系统中，可以需要相应地调整这个值。shapefile 被存储为二进制数据。因此，.dbf 文件中的所有数据（包含非空间属性信息）仍然以 ASCII 格式编码。（另一方面，生成的消息文件则以 EBCDIC 格式存储来自导入操作的所有消息。）　　和前面一样，DB2 for Linux, UNIX, and Windows 上使用相同的 shapefile。清单 4 显示了如何导入 shapefile sjMainStreets。其他两个 shapefile 可以按相同方式导入，只是需要调整一下文件名和表名。在下载小节中可以找到用于所有三个表的完整 JCL 脚本 import.jcl。　　清单 4. 将示例 shapefile 导入到 DB2 for z/OS 中

//IMPORT JOB 'USER=$$USER','',CLASS=A,MSGCLASS=H,MSGLEVEL=(1,1)
//JOBLIB　DD　DSN=DB2A.SDSNEXIT,DISP=SHR
//　　　　DD　DSN=DB2A.SDSNLOAD,DISP=SHR
//　　　　DD　DSN=CEE.SCEERUN,DISP=SHR
//　　　　DD　DSN=CBC.SCLBDLL,DISP=SHR
//*
//* IMPORT SHAPE FILES
//*
//IMPORT　 EXEC PGM=IKJEFT01,REGION=0M,DYNAMNBR=20
//SYSPRINT DD SYSOUT=*
//SYSTSPRT DD SYSOUT=*
//DSNAOINI DD DSN=DB2A.SDSNSAMP(DSNAOINI),DISP=SHR
//CEEDUMP　DD SYSOUT=*
//SYSTSIN　DD *
DSN5SCLP /import_shape STLEC1 +
　 -fileName /u/stolze/sjMainStreets +
　 -createTableFlag 1 +
　 -srsName NAD83_SRS_1 +
　 -tableName MAIN_STREETS +
　 -tableCreationParameters "IN DATABASE SPATIAL" +
　 -spatialColumn SHAPE -idColumn SE_ROW_ID +
　 -messagesFile /u/stolze/mainStreets.msg
//*
//* REGISTER SPATIAL COLUMNS
//*
//REGISTER EXEC PGM=IKJEFT01,REGION=0M,DYNAMNBR=20
//SYSPRINT DD SYSOUT=*
//SYSTSPRT DD SYSOUT=*
//DSNAOINI DD DSN=DB2A.SDSNSAMP(DSNAOINI),DISP=SHR
//CEEDUMP　DD SYSOUT=*
//SYSTSIN　DD *
DSN5SCLP /register_spatial_column STLEC1 +
　 -tableName MAIN_STREETS -columnName SHAPE -srsName NAD83_SRS_1
//*

上一页234567891011下一页　　DSN5SCLP 要求为每个操作指定 DB2 位置名称（清单中为 STLEC1），其中 db2se 需要一个数据库的名称。为了建立到各个 DB2 子系统的连接，这是必需的。惟一需要注重的其他事项是，可以、也应该在 CREATE TABLE 语句后面添加一个子句，以指定将表放在哪个数据库中。选项 tableCreationParameters 用于提供用于数据库 SPATIAL 的信息。　　JCL 脚本不仅导入空间数据，而且还为那些表中的空间列注册一个专用的 SQL Reporting Service (SRS)。这与之前的小节是一样的。这一步实际上不是必需的，因为 ArcExplorer 不在本地访问 DB2 for z/OS。相反，正如接下来的小节中要具体解释的那样，这里使用一个联邦层。　　为访问 DB2 for z/OS 上的空间数据设置联邦　　不幸的是，不能让 ArcExplorer 直接访问 DB2 for z/OS 中的空间数据。ArcExplorer 依靠于来自 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 的编目视图，并且（在内部）使用特定于 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 的语法（即方法调用）来处理空间数据。虽然可以模拟所需的 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 中的编目视图，但是查询语法显得更精妙一些。　　DB2 的联邦功能为我们提供了一个解决方案。我们将空间和非空间数据存储在 DB2 for z/OS 中，但是使用一个 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 实例作为联邦服务器。这个联邦服务器透明地通过昵称访问 DB2 for z/OS 中的数据，同时提供所需的编目视图和接受方法调用语法。　　但是，需要通过迂回的方法传输空间数据，并在 DB2 for z/OS 与 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 中不同的内部表示之间转换空间数据。实现到 DB2 数据源的 DRDA 包装器还没有提供这种转换功能。因此，在转换步骤中可以使用视图，按照其 well-known binary (WKB) 编目传输空间数据。图 2 显示了 ArcExplorer 访问 DB2 for z/OS 中的空间数据的架构。上一页34567891011下一页　　图 2. 联邦设置　　

　　箭头表明空间和非空间数据在系统中的流向。来自 ArcExplorer 的查询总是被定向到 DB2 for Linux, UNIX, and Windows。更具体地说，ArcExplorer 访问具有（已注册）空间列的视图。ArcExplorer 完全不知道实际的数据源于何处。视图本身基于一个昵称。那个昵称有一个 BLOB 列，其中包含 WKB 格式的几何图形。根据请求，联邦服务器从远程数据源（即 DB2 for z/OS 子系统）获取 BLOB 值。包装器并不访问含几何信息的基本表 MAIN_STREETS，而是访问视图 MAIN_STREET_VIEW。该视图用于调用函数 ST_AsBinary，以便将空间数据从基本表转换为 WKB 表示。　　上述架构可以用清单 5 中所示的一系列 SQL 语句实现。该清单只反映表 MAIN_STREETS 的设置，并通过视图 MAIN_STREETS_HOST 使之可以在 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 中被访问。其他表，如 ZIP_CODES 和 CENSUS_BLOCKS，可以以相同方式处理。SQL 脚本 host.sql（可以在下载小节中找到）包含用于所有三个表的 SQL 语句。　　清单 5. 设置到 DB2 for z/OS 的联邦访问

CREATE WRAPPER drda;
CREATE SERVER host TYPE DB2/ZOS VERSION '9' WRAPPER DRDA
　 AUTHORIZATION sysadm PASSWord password OPTIONS ( DBNAME 'HOST' );
CREATE USER MAPPING FOR USER SERVER host
　 OPTIONS ( REMOTE_AUTHID 'SYSADM', REMOTE_PASSWORD 'PASSWORD' );
SET PASSTHRU host;
CREATE VIEW main_streets_view AS
　 SELECT census1, census2, cfcc, cfcc1, cfcc2, fedirp, fedirs, fename,
　　　　　fetype, INTEGER(fnode) AS fnode, fraddl, fraddr, length,
　　　　　se_row_id, source, tlid, INTEGER(tnode) AS tnode, toaddl,
　　　　　toaddr, zipl, zipr,
　　　　　db2gse.ST_AsBinary(shape) AS wkb, db2gse.ST_SrId(shape) AS srsId
　 FROM　 main_streets;
SET PASSTHRU RESET;
CREATE NICKNAME main_streets_nick
　 FOR host.sysadm.main_streets_view;
CREATE VIEW main_streets_host AS
　 SELECT census1, census2, cfcc, cfcc1, cfcc2, fedirp, fedirs, fename,
　　　　　fetype, fnode, fraddl, fraddr, length, se_row_id, source, tlid,
　　　　　tnode, toaddl, toaddr, zipl, zipr,
　　　　　db2gse.ST_MultiLineString(wkb, srsId) AS shape
　 FROM　 main_streets_nick;
! db2se register_spatial_column spatial -tableName MAIN_STREETS_HOST
　　　　-columnName SHAPE -srsName NAD83_SRS_1;

上一页4567891011下一页　　上述设置的总体效果是，所有数据在物理上只存储在 DB2 for z/OS 中，而所有访问则被定向到 DB2 for Linux, UNIX, and Windows。在查询时，DB2 for Linux, UNIX, and Windows 转换查询，以适应 DB2 for z/OS，并且用视图转换空间数据。　　可视化空间数据　　完成之前的所有预备工作之后，现在可以将注重力放在根据空间数据呈现地图上来。首先，需要添加一个层。一个层是具有共同类型的空间对象（及其非空间属性）的一个集合。例如，所有街道可以形成一个街道层。按照关系 DBMS，一个层对应于一个空间表，也就是有一个几何列和一些其他非几何列的表。表中的所有列都是具有那个表所表示的某种实体类型的实体。其他列中的值描述每个几何图形的属性（例如街道名称）。　　可以通过菜单（Layer > Add Layers）或者单击工具条中的 Add Layers 图标在 ArcExplorer 中添加一个层。在新打开的 Catalog 窗口中，第一步是添加一个数据库连接。要连接的数据库必须在本地 DB2 （客户机）实例中编目。另外还必须指定一个用户名和密码。图 3 显示了这一步。　　图 3. 设置 DB2 连接　　

　　上一步的结果是一个新的连接对象。对于要访问的每个数据库，只需设置一次连接。假如使用前面提到的联邦设置，那么只需要一个到联邦服务器，即 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 的连接。可以立即为已有数据库连接添加新层。可以选择该连接，然后获得相关数据库中所有层（已注册的空间列）的列表。对于本场景，选择所有三个层，单击 Add Layers 图标，然后关闭 Catalog 窗口。图 4 演示了这一点。注重，DB2 for z/OS 中空间表的昵称还没有被添加，因此这里没有显示。上一页567891011下一页　　图 4. 添加层 layers　　

　　在主窗口的左面板上，现在可以选择要呈现的层，为那个层选择颜色和其他要使用的属性，缩小和放大，找到几何图形并获得相关的属性，以及根据当前选择的地图区域创建图像。还可以上下移动层（通过在左侧的概要图中右键单击层）。这将影响绘制层的顺序，以及哪些层显示在其他层之上。图 5 演示如何使用 Identify 图标显示关于一个选中的人口普查区域的信息。在使用 Identify 特性之前，必须在最左测面板上选中相关的层。　　图 5. 获得几何图形的属性　　

　　相同的操作也可以在 DB2 for z/OS 子系统中的空间数据上执行。联邦设置会隐藏数据本身的来源。ArcExplorer 只与 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 系统打交道。图 6 演示了选择并呈现层 ZIP_CODES_HOST 的结果。在功能上，层与 DB2 for Linux, UNIX, and Windows 数据库中存储的基本表没有区别。　　图 6. 呈现 DB2 for z/OS 中的空间数据　　

　　对 ArcExplorer 的性能考虑　　ArcExplorer 包含 Query Builder 特性。该特性答应根据不同的谓词过滤要显示的几何图形。图 7 展示了该特性，其中涉及所有 17 个人口普查区域，列 HOUSHO_29 包含值 6。　　图 7. 使用 ArcExplorer 的 Query Builder 过滤几何图形　　