空間データベースは、幾何学的空間で定義されたオブジェクトを表す空間データと、そのようなデータを照会および分析するためのツールを含むように拡張された汎用データベース(通常はリレーショナル データベース) です。

ほとんどの空間データベースは、点、線、ポリゴンといった単純な幾何学的オブジェクトの表現を可能にします。一部の空間データベースは、 3Dオブジェクト、トポロジカルカバレッジ、線形ネットワーク、 TIN（不規則三角形網）といったより複雑な構造を扱います。一般的なデータベースは、様々な数値型や文字型のデータを管理するために開発されてきましたが、空間データ型を効率的に処理するには追加機能が必要であり、開発者はしばしばジオメトリデータ型やフィーチャデータ型を追加してきました。

地理データベース（またはジオデータベース）は、地理参照された空間データベースであり、地理データ（またはジオデータ、つまり地球上の位置に関連付けられたデータ）の保存と操作に使用されます。 [a]特に地理情報システム（GIS）において使用されます。現在、ほぼすべてのリレーショナルおよびオブジェクトリレーショナルデータベース管理システムは空間拡張機能を備えており、一部のGISソフトウェアベンダーは独自の空間拡張機能をデータベース管理システムに開発しています。

オープン・ジオスペース・コンソーシアム（OGC）は、シンプルフィーチャ仕様（1997年に初公開）[1]を開発し、データベースシステムに空間機能を追加するための標準を定めました。[2] SQL /MM Spatial ISO/IEC標準は、シンプルフィーチャを拡張した構造化クエリ言語およびマルチメディア標準の一部です。[3]

特徴

空間拡張機能によってデータベースに追加されるコア機能は、1 つ以上の空間データ型であり、空間データを属性値としてテーブルに格納できます。[4]通常、単一の空間値は、ベクター データ モデルに基づく幾何学的プリミティブ(ポイント、ライン、ポリゴンなど) です。ほとんどの空間データベースのデータ型は、幾何学的プリミティブを表すための OGCシンプル フィーチャ仕様に基づいています。一部の空間データベースでは、ラスター データの格納もサポートされています。すべての地理的位置は空間参照システムに従って指定する必要があるため、空間データベースでは座標系の追跡と変換も考慮する必要があります。多くのシステムでは、空間列がテーブルで定義されるときに、ルックアップ テーブルに格納されている使用可能なシステムのリストから選択される座標系も含まれます。

空間データベースにおける2つ目の主要な機能拡張は、クエリ言語（ SQLなど）への空間機能の追加です。これにより、従来のGISソフトウェアで利用可能なのと同じクエリ、分析、および操作を空間データベースで実行できるようになります。ほとんどのリレーショナルデータベース管理システムでは、この機能はSQL SELECT文で使用できる新しい関数セットとして実装されています。Open Geospatial Consortium標準では、いくつかの種類の操作が規定されています。

  • 測定: 線の長さ、ポリゴンの面積、ジオメトリ間の距離などを計算します。
  • ジオプロセシング: 既存のフィーチャの周囲にバッファーを作成したり、フィーチャを交差させたりして、既存のフィーチャを変更して新しいフィーチャを作成します。
  • 述語：ジオメトリ間の空間関係に関する真偽クエリを可能にします。例としては、「2つのポリゴンは重なり合っているか？」や「埋立地建設予定地から1マイル以内に住宅はあるか？」などがあります（DE-9IM参照）。
  • ジオメトリ コンストラクター: 通常は、形状を定義する頂点 (ポイントまたはノード) を指定して、新しいジオメトリを作成します。
  • オブザーバー関数: 円の中心の位置など、フィーチャに関する特定の情報を返すクエリ。

一部のデータベースでは、特にMongoDBやCouchDBなどのNoSQLシステムの場合には、これらの操作の簡略化または修正されたセットのみをサポートします。

空間インデックス

空間インデックスは、空間データベースにおいて空間クエリを最適化し、空間アクセスメソッドを実装するために使用されます。データベースシステムは、インデックスを使用してデータ値を線形（アルファベット順など）にソートすることで、値を迅速に検索します。しかし、このデータインデックス方法は、 2次元または3次元空間における空間クエリには最適ではありません。代わりに、空間データベースは、多次元順序付け用に特別に設計された空間インデックスを使用します。 [5]一般的な空間インデックス方法には、以下のものがあります。

空間クエリ

空間クエリは、ジオデータベースを含む空間データベースでサポートされている特殊なデータベースクエリです。このクエリは、非空間SQLクエリとはいくつかの重要な点で異なります。最も重要な点の2つは、ポイント、ライン、ポリゴンなどのジオメトリデータ型を使用できる点と、これらのジオメトリ間の空間関係を考慮する点です。

クエリの関数名はジオデータベースによって異なります。以下は、PostgreSQLの拡張機能であるフリージオデータベースであるPostGISに組み込まれている関数の一部です（「ジオメトリ」という用語は、点、線、ボックス、またはその他の2次元または3次元の形状を指します）。[7]

関数プロトタイプ: functionName (パラメータ): 戻り値の型

  • 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

したがって、都市のポイント レイヤーと国のポリゴン レイヤー間の 空間結合は、次のように空間拡張 SQL ステートメントで実行できます。

SELECT * FROM cities , countries WHERE ST_Contains ( countries.shape , cities.shape )​​​​

Intersectベクター オーバーレイ操作 (GIS ソフトウェアのコア要素) は、次のように複製できます。 

SELECT ST_Intersection ( veg . shape , soil . shape ) int_poly , veg . * , soil . * FROM veg , soil where ST_Intersects ( veg . shape , soil . shape )

空間データベース管理システム

リスト

  • AllegroGraph –リソース記述フレームワークデータの2次元地理空間座標を効率的に保存および取得するためのメカニズムを提供するグラフデータベース。[引用が必要] SPARQLクエリの拡張構文が含まれています。
  • ArangoDB - ジオインデックス機能を提供するマルチモデル データベース。
  • Apache Drill - 大規模データセットをクエリするためのMPP SQLクエリエンジン。DrillはPostgreSQLに類似した空間データ型と関数[8]をサポートしています。
  • Apache Sedonaは、データベースやビッグデータ分析システム向けに、Apache Spark上でスケーラブルな地理空間処理と空間SQLをサポートしています。[9]
  • Esriジオデータベース(エンタープライズ、モバイル) - 商用 (Oracle、MS SQL Server、Db2) とオープンソース (PostgreSQL、SQLite) の両方のリレーショナル データベースに実装できる独自の空間データベース構造と論理モデル
  • Caliper は、空間データ型、関数、ユーティリティを使用して Raima Data Manager を拡張します。
  • CouchDBは、 Geocouchと呼ばれるプラグインによって空間的に有効にできるドキュメントベースのデータベースシステムです。
  • Elasticsearchはドキュメントベースのデータベースシステムで、2種類の地理データをサポートしています。緯度/経度ペアをサポートするgeo_pointフィールドと、ポイント、線、円、ポリゴン、マルチポリゴンなどをサポートするgeo_shapeフィールドです。[10]
  • GeoMesaは、 Apache AccumuloとApache Hadoop（Apache HBase、Google Bigtable、Apache Cassandra、Apache Kafkaもサポート）上に構築されたクラウドベースの時空間データベースです。GeoMesaは、OGC Simple FeaturesとGeoServerプラグインを完全にサポートしています。
  • H2はバージョン1.3.173（2013年7月28日）以降、ジオメトリ型[11]と空間インデックス[12]をサポートしています。Maven Centralで利用可能なH2GISという拡張機能は、OGC Simple Featuresを完全にサポートします。
  • IBM Db2のどのエディションでも空間対応が可能で、SQL 空間タイプと関数を使用して OpenGIS 空間機能を実装できます。
  • IBM Informix Geodetic and Spatial Datablade 拡張機能は、使用時に自動インストールされ、Informix のデータ型を拡張して複数の標準座標系と RTree インデックスをサポートします。また、測地データと空間データは、Informix の Timeseries データサポートと統合して、時間の経過に伴うオブジェクトの移動を追跡することもできます。
  • Linter SQL Server は、 OpenGIS 仕様に従って空間タイプと空間関数をサポートします。
  • Microsoft SQL Server はバージョン 2008 以降、空間型をサポートしています。
  • MonetDBのMonetDB/GIS拡張機能は、リレーショナル列ストアデータベースにOGSシンプルフィーチャを追加します。[13]
  • MySQL DBMSは、ジオメトリデータ型に加え、OpenGIS仕様に従って実装されたいくつかの空間関数を実装しています。[14]ただし、MySQLバージョン5.5以前では、空間関係をテストする関数は、実際のジオメトリではなく、最小境界矩形のみを対象としていました。MySQLバージョン5.0.16より前のバージョンでは、MyISAMテーブルの空間データのみがサポートされていました。MySQL 5.0.16以降では、InnoDB、NDB、BDB、およびARCHIVEも空間機能をサポートしています。
  • Neo4j –グラフ内に直接B ツリー、四分木、ヒルベルト曲線などの 1D および 2D インデックスを構築できるグラフ データベース
  • OpenLink Virtuosoはバージョン6.01.3126以降SQL/MMをサポートしており[15]、オープンソース版7.2.6およびエンタープライズ版8.2.0ではGeoSPARQLを含む大幅な機能強化が行われています[16]。
  • オラクル空間
  • PostgreSQL DBMS（データベース管理システム）は、標準化されたデータ型ジオメトリと対応する関数を含むOGC準拠[17]空間機能を実装するためにPostGIS拡張機能を使用しています。
  • Geo APIを使用したRedis 。 [18]
  • RethinkDB は2D の地理空間インデックスをサポートします。
  • SAP HANAはSPS08で地理空間をサポートしています。[19]
  • Smallworld VMDS、ネイティブ GE Smallworld GIS データベース
  • SpaceTime は、 k -d ツリーファミリに類似した独自の多次元インデックス上に構築された商用時空間データベースですが、ボトムアップ アプローチを使用して作成され、データの特定の時空間分布に適応しています。
  • BoeingのSpatial Query Server は、 Sybase ASE を空間的に有効にします。
  • SpatiaLite は、空間データ型、関数、ユーティリティを使用してSqlite を拡張します。
  • TarantoolはRTREEインデックスによる地理空間クエリをサポートしています。[20]
  • Teradata Geospatial には、データ ウェアハウス システムに 2D 空間機能 (OGC 準拠) が含まれています。
  • HP Verticaの地理空間拡張機能であるVertica Placeは、リレーショナル列ストアデータベースにOGC準拠の空間機能を追加します。[21]
  • Wherobotsは、 Apache Sedona上に構築されたクラウドベースの地理空間分析データベースプラットフォームです。[22]モビリティ、アグリテック、保険、エネルギー、通信、小売、物流業界向けの空間処理とデータをサポートします。[23]

空間データ処理に特化したフリーシステムの表

参照

注記

  1. ^ 「ジオデータベース」という用語は、独自の空間データベース形式のセット、 Geodatabase (Esri)を指す場合もあります。

参考文献

  1. ^ McKee, Lance (2016). 「OGCの歴史（詳細）」. OGC . 2016年7月12日閲覧。[...] 1997年 [...] OGCはOpenGISシンプルフィーチャ仕様をリリースしました。これは、2次元ジオメトリに基づく「シンプルフィーチャ」を用いて、多様なシステムが通信できるようにするインターフェースを規定しています。サポートされているジオメトリタイプには、ポイント、ライン、ラインストリング、曲線、ポリゴンが含まれます。各ジオメトリオブジェクトは、そのジオメトリオブジェクトが定義される座標空間を記述する空間参照系に関連付けられています。
  2. ^ OGCホームページ
  3. ^ クレッセ、ヴォルフガング;ダンコ、デイビッド M. 編（2010年）。Springer の地理情報ハンドブック(第 1 版)。ベルリン：シュプリンガー。 82～83ページ。ISBN 9783540726807。
  4. ^ Yue, P.; Tan, Z. 「DM-03 - リレーショナルDBMSとその空間拡張」GIS&T Body of Knowledge、UCGIS 。 2023年1月5日閲覧。
  5. ^ Zhang, X.; Du, Z.「DM-66 空間インデックス」GIS&T Body of Knowledge、UCGIS 。 2023年1月5日閲覧。
  6. ^ ギューティング、ラルフ・ハルトムット;シュナイダー、マルクス (2005)。オブジェクト データベースの移動。モーガン・カウフマン。 p. 262.ISBN​ 9780120887996。
  7. ^ 「PostGIS関数リファレンス」。PostGISマニュアル。OSGeo 。 2023年1月4日閲覧。
  8. ^ [1] ドリル地理空間機能ドキュメント
  9. ^ Forrest, Matt (2025年5月13日). 「Apache Sedonaでスケーラブルな地理空間分析を実行する方法 - ラップトップから - Matt Forrest」 . 2025年10月10日閲覧。
  10. ^ 「ジオクエリ | Elasticsearch ガイド [7.15] | Elastic」。
  11. ^ H2ジオメトリタイプのドキュメント
  12. ^ H2 空間インデックス作成ドキュメント
  13. ^ 「GeoSpatial – MonetDB」2014年3月4日。
  14. ^ 「MySQL 5.5 リファレンスマニュアル - 12.17.1. MySQL空間サポートの概要」。2013年4月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年5月1日閲覧。
  15. ^ OpenLink Software. 「9.34. ジオメトリデータ型と空間インデックスのサポート」 . 2018年10月24日閲覧。
  16. ^ OpenLink Software (2018年10月23日). 「Virtuoso EnterpriseおよびOpen Sourceエディションの新リリース」 . 2018年10月24日閲覧。
  17. ^ 「OGC 認定 PostGIS」。
  18. ^ 「コマンドリファレンス – Redis」。
  19. ^ 「SAP ヘルプポータル」(PDF)。
  20. ^ "RTREE". tarantool.org . 2014年12月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  21. ^ 「HP Vertica Place」. 2015年12月2日.
  22. ^ Alamalhodaei, Aria (2023年6月13日). 「Wherobotsは空間データを『第一級市民』として扱うデータプラットフォームを構築中」TechCrunch . 2025年9月24日閲覧。
  23. ^ Rubinstein, David (2025年10月30日). 「空間データからAIの洞察を得る」. SD Times . 2025年11月3日閲覧。
  24. ^ 「GEOS」.
  25. ^ 「Neo4j Spatialは 、データに対する空間操作を容易にするNeo4j用のユーティリティライブラリです。特に、既に配置されているデータに空間インデックスを追加したり、空間検索を実行したりできます」。GitHub 。2019年2月18日。
  26. ^ 「ReQL コマンド リファレンス - RethinkDB」。

さらに読む

  • 空間データベース：ツアー、Shashi ShekharとSanjay Chawla、Prentice Hall、2003年（ISBN 0-13-017480-7）
  • 空間データベース - GISへの応用 フィリップ・リゴー、ミシェル・ショル、アグネス・ヴォワザールMorgan Kaufmann Publishers . 2002 ( ISBN 1-55860-588-6）
  • 地理空間ビッグ データのデータ管理システムの評価 Pouria Amirian、Anhid Basiri、Adam Winstanley。スプリンガー。 2014年 ( ISBN 9783319091563）
  • PostgreSQL PostGIS 入門
  • サービス指向アーキテクチャSOAのコンポーネントとしてのPostgreSQL PostGIS
  • 道路網上の移動物体に対するトリガー ベースのセキュリティ警報スキーム Sajimon Abraham、P. Sojan Lal、Springer Berlin / Heidelberg 発行、2008 年。
  • ジオデータベース ArcGIS Resource Center ジオデータベースの説明