Analise Dados Espaciais do DB2 com um Geonavegador Grátis

Use o geonavegador do IBM Data Management para DB2 e Informix para visualizar dados de tabelas relacionais

Um geonavegador para IBM® DB2® e Informix® agora está disponível como download grátis. É possível listar facilmente as tabelas que contém dados espaciais e selecionar tabelas para exibir como um mapa usando uma combinação de pontos, linhas e polígonos. A cor, os símbolos, o estilo de linha e o sombreamento podem ser selecionados pelo usuário. As ferramentas de navegação em mapas permitem aproximar, afastar, ter uma vista panorâmica e selecionar e exibir os valores alfanuméricos associados a cada objeto gráfico. O geonavegador pode renderizar os resultados da análise espacial usando o DB2 ou o Informix. Por exemplo: é possível visualizar os resultados de uma consulta espacial que identifica clientes dentro de uma área de alagamento. O geonavegador é baseado nos componentes do ® IBM ILOG JViews Maps. Use esses componentes para desenvolver aplicativos customizados de visualização espacial. Este tutorial mostra como usar o geonavegador grátis para visualizar dados a partir de tabelas do DB2.

David Adler, Senior Software Engineer, IBM China

David AdlerDavid Adler é responsável pelo desenvolvimento de tecnologia de banco de dados espaciais na IBM há mais de 20 anos — nos últimos 10 anos, trabalha no DB2 Spatial Extender Development.



12/Mai/2011

Antes de iniciar

Por mais de dez anos, o DB2 Spatial Extender e o Informix Spatial DataBlade vêm fornecendo o recurso de gerenciar e analisar dados espaciais em tabelas relacionais do DB2 e do Informix. É possível definir colunas de tabelas com tipos espaciais referentes a pontos, linhas e polígonos, que podem ser representados em objetos como:

  • Locais de pontos — Clientes, lojas varejistas, transformadores elétricos, torres de celular
  • Linhas — Rodovias, linha costeira, rotas de entrega, linhas de transmissão de eletricidade
  • Polígonos — Territórios de vendas/serviços, risco de alagamento/incêndio, estados/províncias/países

Consultas SQL podem incorporar funções espaciais para analisar relações espaciais, como a localização de clientes dentro de uma área de alagamento. Por exemplo:

SELECT cust_name, cust_addr
FROM customers, flood zones
WHERE ST_Within(cust_loc, flood_loc) = 1

O resultado dessa consulta produziria um conjunto de nomes e endereços de clientes cujas casas podem correr risco de alagamento. Isso pode ser útil para o cálculo de taxas de seguro ou o envio de ofertas de compra de seguro contra alagamento.

Em muitos casos, pode-se obter um insight adicional visualizando o resultado em uma ferramenta de mapeamento. Diz o ditado que "uma imagem vale mais do que mil palavras". O restante deste tutorial mostrará como usar o geonavegador grátis para visualizar esses dados a partir de tabelas do DB2.

Figura 1. Clientes de Kentucky realçando em vermelho os que estão em uma área de alagamento
A map of Kentucky customers highlighting in red those in a flood zone

Sobre este tutorial

Este tutorial apresenta a configuração do DB2 com um banco de dados de amostra, a configuração do geonavegador e a sua execução para visualizar as tabelas espaciais e os resultados da análise espacial. São oferecidas sugestões para trabalhar eficientemente com dados espaciais e explorar técnicas adicionais de visualização espacial.

Embora este tutorial se baseie no DB2 para Linux®, UNIX® e Windows®, é possível realizar as mesmas operações, com pequenas alterações, usando o DB2 para z/OS® ou o banco de dados Informix.

Pré-requisitos

Este tutorial foi escrito para desenvolvedores de aplicativos espaciais e desenvolvedores de aplicativos de banco de dados. É necessário estar razoavelmente familiarizado com dados espaciais e com o trabalho com consultas SQL.

Requisitos do Sistema

Para executar os exemplos, é necessário um ambiente Windows ou Linux com cerca de 500 MB disponíveis para instalar o DB2 e o geonavegador. Caso o DB2 já esteja instalado, você só precisará de aproximadamente 20 MB.


Introdução

Visão geral

A forma mais fácil de começar é fazer o download das versões Express-C do DB2 e do DB2 Spatial Extender para Windows ou Linux e, em seguida, executar o programa espacial em versão demo para criar várias tabelas contendo dados espaciais. Pode-se fazer o download do geonavegador para visualizar os dados dessas tabelas e os resultados das consultas espaciais. Consulte a seção Download para obter o código.

O Centro de Informações do DB2 inclui uma seção referente a "Dados espaciais e geodésicos" que fornece informações sobre a instalação do DB2 Spatial Extender e o trabalho com esse software (consulte Recursos).

Instalando o DB2 e executando o programa de amostra

Depois de fazer o download das imagens de instalação e desempacotá-las, execute setup.exe (Windows) ou db2setup (Linux) para o servidor do DB2 e para o DB2 Spatial Extender. As opções padrão do processo de instalação devem ser suficientes.

No ambiente Windows, é necessário aumentar o parâmetro de configuração do gerenciador do banco de dados referente ao tamanho da pilha do agente com os seguintes comandos, emitidos a partir de uma janela de comando do DB2:

db2 update dbm cfg using agent_stack_sz 100
db2stop
db2start

No Linux, é necessário configurar a variável de ambiente DB2PATH para que aponte para o diretório de instalação da instância do DB2 antes de executar o programa espacial em versão demo com um comando como este:

export DB2PATH=/home/db2inst1/sqllib

Se a sua instância do DB2 for diferente, modifique o comando para que aponte para o local correto.

Antes de executar o programa espacial em versão demo, é necessário criar um banco de dados. A forma mais rápida de fazer isso é criar o banco de dados padrão de amostra do DB2 com o comando db2sampl e, em seguida, alterar o diretório de amostras espaciais:

cd /home/db2inst1/sqllib/extenders/samples/spatial (Linux)
or
cd c:\program files\IBM\sqllib\extenders\samples\spatial (Windows)

E executar o comando runGseDemo sample userid password. Essa ação irá ativar o banco de dados para processamento espacial, criar várias tabelas espaciais e executar consultas espaciais com saída para a janela do terminal.

Instalando o geonavegador

O geonavegador é instalado simplesmente descompactando o arquivo transferido por download para um local conveniente no seu sistema. É possível que seja necessário modificar os arquivos de lote para iniciar o geonavegador — run_geobrowser.cmd (Windows) e run_geobrowser.sh (Linux) — de acordo com as informações no arquivo de lote para configurar o caminho de classe Java™ adequadamente.


Trabalhando com o geonavegador

Iniciando o geonavegador

Inicie o geonavegador acessando o diretório no qual ele foi instalado e executando o comando run_geobrowser.cmd (Windows) ou run_geobrowser.sh (Linux). Inicialmente, o geonavegador exibe um mapa-múndi baseado em um arquivo na instalação. (As capturas de tela mostram uma área menor do mapa devido aos requisitos de formatação do tutorial).

Use Help > Help Contents para acessar a documentação online referente ao aplicativo de amostra JViews Map Viewer no qual o geonavegador se baseia.

Figura 2. Tela inicial ao iniciar o geonavegador
Initial screen of geobrowser

Exibindo tabelas espaciais

Use File > Add Map Data a fim de abrir um diálogo para selecionar os dados espaciais a serem incluídos no mapa. A seleção padrão é acessar o DB2 para Linux, UNIX e Windows. Files of Type permite selecionar uma conexão de banco de dados Informix ou acessar dados no formato de arquivo de forma a partir do sistema de arquivos.

Preencha as informações adequadas sobre a conexão do DB2. Recomenda-se usar o mesmo ID do usuário e senha que foram especificados durante o processo de instalação para executar o runGseDemo. Caso você esteja executando no mesmo sistema no qual o DB2 está instalado, o nome do host deve ser especificado como localhost. A porta padrão é 50000. Clique em Connect, que exibirá uma lista de tabelas como uma coluna espacial, conforme se mostra abaixo. Selecione todas as tabelas e clique em Open.

Figura 3. Diálogo de conexão do DB2
DB2 connection dialog

Para dar zoom na região de interesse, clique no lado esquerdo do botão de expansão na guia Map Layers para mostrar a lista de tabelas carregadas. Em seguida selecione a tabela REGIONS e clique no zoom layer tool botão na barra de tarefas; isso fará com que um mapa seja exibido desta forma:

Figura 4. Clientes no Kentucky
customers in Kentucky

É possível usar outros botões da barra de ferramentas tool bar para aproximar/afastar, obter uma visão panorâmica, selecionar um objeto, etc. O ato de passar o mouse sobre um botão faz com que seja exibida uma descrição do mesmo.

Alterando a simbologia

A simbologia padrão do mapa exibe todos os objetos de ponto como quadrados verdes vazados e polígonos com um limite azul. Queremos realçar os clientes na área de alagamento como diamantes vermelhos preenchidos e desenhar os polígonos da área de alagamento em vermelho.

A simbologia é controlada pelo painel Dynamic Style Setting abaixo da lista de camadas de mapa. Ao selecionar uma camada de mapa, é possível configurar a cor, rótulos, símbolo do marcador e tamanho do símbolo.

Para realçar os clientes em uma área de alagamento, selecione HIGHRISKCUSTOMERS na guia Map Layers e, em seguida, clique na barra de cores ao lado de Point Color e selecione uma cor vermelha na paleta. Clique no campo ao lado de Point Type e selecione Filled Diamond. Clique no campo ao lado de Point Size e altere o tamanho para 4. Agora clique no campo ao lado de Labeling e selecione o NAME.

Para realçar os polígonos de área de alagamento, selecione FLOODZONES na guia Map Layers e, em seguida, clique na barra de cores ao lado de Line Color e selecione uma cor vermelha na paleta.

Para diferenciar os locais de escritórios, selecione OFFICES na guia Map Layers e, em seguida, clique na barra de cores ao lado de Point Color e selecione uma cor azul na paleta. Clique no campo ao lado de Point Type e selecione Filled Square. Agora, clique no campo ao lado de Point Size e altere o tamanho para 4. Se você der zoom, deverá ver algo semelhante à figura abaixo.

Figura 5. Clientes de áreas de alagamento realçados no Kentucky
Highlighted flood zone customers in Kentucky

Salvando um mapa

Todas as informações sobre o mapa no qual você está trabalhando podem ser salvas e restauradas em uma sessão subsequente. Use File > Save Map As para abrir um diálogo para salvar um mapa, como mostra a figura abaixo.

Figura 6. Salvando um documento de mapa
Save map dialog

As seguintes opções estão disponíveis neste diálogo:

Save Theme Only
A seleção dessa opção salva as informações de conexão do banco de dados, as camadas selecionadas e as informações de simbologia associadas. Quando o documento de mapa é recarregado, as tabelas do banco de dados são lidas para restaurar o mapa. Se essa opção não for selecionada, todas as informações gráficas serão salvas no arquivo, para que seja possível restaurar o mapa sem uma conexão de banco de dados. Se essa opção não é selecionada, o resultado pode ser um arquivo muito grande.
Save as Binary
Se essa opção é selecionada, o documento de mapa é armazenado em uma representação binária. Caso contrário, é salvo como um arquivo de texto legível.

Salve o mapa para poder usá-lo na próxima seção.


Análise espacial

Trabalhando com consultas espaciais

Contexto dos dados espaciais de amostra

Na seção anterior, você simplesmente selecionou todas as tabelas e visualizações criadas pelo aplicativo espacial de amostra. Agora devemos tratar das tabelas subjacentes e das operações úteis que podem ser realizadas com elas.

As camadas de mapa a seguir correspondem diretamente às tabelas do DB2:

  • CUSTOMERS— Valores de ponto com as coordenadas correspondentes aos endereços dos clientes
  • OFFICES— Valores de ponto com as coordenadas correspondentes aos endereços das filiais
  • FLOODZONES— Polígonos que definem as regiões com alto risco de alagamento
  • REGIONS— Polígonos que representam as regiões de vendas no Kentucky
  • HIGHRISKCUSTOMERS é, na verdade, uma visualização do DB2 com a seguinte definição:
                CREATE VIEW HIGHRISKCUSTOMERS (ID, NAME, ADDRESS, CITY, STATE, ZIP,
                                               INCOME, PREMIUM, CATEGORY, LOCATION)
                AS (SELECT C.ID, C.NAME, C.ADDRESS, C.CITY, C.STATE, C.ZIP,
                           C.INCOME, C.PREMIUM, C.CATEGORY, C.LOCATION
                FROM CUSTOMERS C, FLOODZONES F
                WHERE DB2GSE.ST_WITHIN(C.LOCATION, F.LOCATION) = 1)

Essa visualização implementa uma união espacial que une as linhas da tabela CUSTOMER às linhas correspondentes da tabela FLOODZONES , na qual o local do cliente está dentro de um polígono de área de alagamento. Consulte Recursos para ver o InfoCenter do DB2, que contém informações sobre todas as funções espaciais que podem ser usadas em uma cláusula WHERE .

Estas são algumas das funções espaciais mais usadas:

  • ST_Contains— O contrário de ST_Within
  • ST_Intersects— Testa se qualquer parte de um valor espacial faz intersecção com outro
  • ST_Touches— Testa se um valor espacial toca em outro em um lugar, mas não se sobrepõe
  • ST_Distance— Testa se a menor distância entre dos valores espaciais é menor que uma distância especificada

Análise da distância

Outro cenário em que talvez estejamos interessados é a localização de todos os clientes dentro de uma determinada distância das filiais para realçá-los no mapa e desenhar um círculo dessa mesma distância. Execute as instruções SQL abaixo para criar as visualizações:

CREATE VIEW NEARCUSTOMERS (ID, NAME, ADDRESS, CITY, STATE, ZIP,
                               INCOME, PREMIUM, CATEGORY, LOCATION)
AS (SELECT C.ID, C.NAME, C.ADDRESS, C.CITY, C.STATE, C.ZIP,
           C.INCOME, C.PREMIUM, C.CATEGORY, C.LOCATION
FROM CUSTOMERS C, OFFICES O
WHERE DB2GSE.ST_DISTANCE(C.LOCATION, O.LOCATION,'STATUTE MILE') < 10.0)
CREATE VIEW OFFICE_CIRCLE (ID, CIRCLEPOLY)
AS (SELECT O.ID, 
    TREAT (DB2GSE.ST_BUFFER(O.LOCATION, 5.0, 'STATUTE MILE') AS db2gse.ST_Polygon)
FROM OFFICES O
    )

O operador TREAT na visualização acima é necessário para informar ao DB2 que o resultado da função ST_BUFFER será um tipo espacial de polígono. Caso contrário, o resultado é considerado como um tipo espacial genérico ST_Geometry .

Para ver os resultados no geonavegador:

  1. Inicie o geonavegador. Se já estiver ativo, saia e reinicie-o para garantir que as novas visualizações espaciais sejam acionadas.
  2. Use o diálogo File > Open Prepared Map para selecionar o documento de mapa que você salvou anteriormente.
  3. Use o diálogo File > Add Map Data para conectar-se ao banco de dados e selecione NEARCUSTOMERS e OFFICE_CIRCLE.
  4. Desmarque as camadas de mapa referentes a HIGHRISKCUSTOMERS e FLOODZONES.
  5. Selecione NEARCUSTOMERS, configurando a cor como yellow, o símbolo como filled square e o tamanho como 4.
  6. Selecione OFFICE_CIRCLE, configurando a cor como yellow.

Essas ações devem ter como resultado um mapa semelhante a este:

Figura 7. Mapa com clientes que se encontram dentro de 5 milhas de uma filial realçada
Distance map

Permissões e esquemas

As operações acima pressupõem que você está conectado ao banco de dados como o mesmo usuário que executou originalmente o programa runGseDemo. Isso simplifica o acesso às tabelas no geonavegador e a criação das visualizações de tabela adicionais.

Para visualizar as tabelas espaciais criadas por outra pessoa, é necessário garantir que o ID do usuário que faz a conexão ao geonavegador tenha recebido a permissão de SELECT nas tabelas espaciais, porque o geonavegador só lista as tabelas que você está autorizado a acessar.

Quando você cria as visualizações, a não ser que haja uma especificação diferente, o DB2 pressupõe que você criou as tabelas que estão sendo referidas e é proprietário delas. Para fazer referência a tabelas criadas por outra pessoa, é necessário prefixar explicitamente a tabela com o seu nome de esquema — geralmente o nome do criador, a menos que haja uma especificação diferente. Também é possível especificar um esquema para a visualização que você está criando. Nesse caso, expressaríamos a visualização como:

CREATE VIEW MYSCHEMA.NEARCUSTOMERS (ID, NAME, ADDRESS, CITY, STATE, ZIP,
                               INCOME, PREMIUM, CATEGORY, LOCATION)
AS (SELECT C.ID, C.NAME, C.ADDRESS, C.CITY, C.STATE, C.ZIP,
           C.INCOME, C.PREMIUM, C.CATEGORY, C.LOCATION
FROM DAVEA5.CUSTOMERS C, DAVEA5.OFFICES O
WHERE DB2GSE.ST_DISTANCE(C.LOCATION, O.LOCATION,'STATUTE MILE') < 10.0)

Visualização do aplicativo customizado

Desenvolvendo um aplicativo customizado do JViews Maps

O aplicativo de geonavegador deste tutorial se baseia no aplicativo de amostra mapbuilder do JViews Maps. As principais diferenças são o suporte para um número limitado de tipos de origem de dados (DB2, Informix, arquivo de forma) e o recurso Options > Refresh All .Refresh All é útil para recarregar a exibição do mapa a partir do conteúdo da tabela de banco de dados atual quando existe a possibilidade de outro aplicativo esteja fazendo alterações na tabela.

A amostra mapbuilder é um aplicativo Java que integra vários componentes do JViews Maps em um aplicativo abrangente para o usuário final. Pode-se modificar isso para incluir apenas os recursos de que você precisa e incluir a sua própria funcionalidade customizada. Também é possível começar do zero para desenvolver um aplicativo baseado nos componentes do JViews Maps.

Faça o download de uma cópia de avaliação do JViews Maps (consulte Recursos). Para implementar o seu próprio aplicativo, você teria que adquirir uma licença regular do JViews Maps.

Símbolos dinâmicos com o JViews Designer

O JViews Maps também inclui componentes do JViews Designer que possibilitam uma simbologia mais sofisticada e dinâmica do que a fornecida pela simbologia da camada de mapa do JViews Maps. É possível ter símbolos que alteram o tamanho, a cor ou o ícone com base nos valores de atributo.

Quando você instala o JViews Maps, uma das amostras que você pode executar da forma que está é o loaddiag, que mostra diversos tipos de veículos em movimento sobre um mapa dos Estados Unidos. Essa amostra usa uma origem de dados XML e codificação Java para simular o movimento de veículos.

Também é possível usar uma origem de dados JDBC do DB2 que se conecta a uma tabela espacial do DB2. Um exemplo baseado no banco de dados e nos dados que usamos nas seções anteriores é mostrado na figura a seguir, na qual cada escritório é representado por um círculo cujo tamanho se baseia no número de funcionários da tabela OFFICES .

Figura 8. Mapa usando o JViews Designer com símbolos variáveis
Image shows JViews Designer map

O código de amostra para implementar isso está disponível na seção Download . Descompacte-o no diretório samples do JViews Maps.

Explicação do código de amostra

A abordagem geral ao aplicativo de visualização do JViews é minimizar os requisitos reais de codificação e usar uma abordagem descritiva ao conteúdo e à visualização. Cada um dos arquivos significativos envolvidos é descrito abaixo.

src\dw-demo1.java

Trata-se de um aplicativo Java simples de AWT para desenvolver a GUI, usando os componentes do JViews Maps para a barra de ferramentas e para a área do mapa. O carregamento do arquivo dw-demo1.idpr inicia o processo de visualização. O código é bastante objetivo.

resources\data\dw-demo1.idpr

Esse arquivo especifica o estilo a ser aplicado, as informações de conexão do banco de dados, a consulta para obter as colunas usadas no aplicativo e a correspondência entre os nomes das colunas do banco de dados e os nomes de propriedades usados pela folha de estilo.

O JViews espera que as informações de local sejam fornecidas em propriedades com os nomes latitude e longitude. A derivação desses valores é um pouco mais complicada do que o normal. O JViews trabalha com coordenadas expressas em radianos e não em graus (mais usados); portanto, precisamos da expressão * 3.14159 / 180.0 para a conversão de graus para radianos.

Na verdade, as coordenadas da coluna LOCATION são armazenadas usando o sistema de coordenadas plano de estados utilizado em aplicativos de mapeamento de alta precisão e as unidades são pés. Usamos a função st_transform(1) do DB2 Spatial Extender para converter de pés para graus no sistema de coordenadas normalmente usado com dados da América do Norte.

<diagrammer style="dw-demo1.css">
  <datasource class="ilog.views.diagrammer.datasource.IlvJDBCDataSource">
    <connection id="basic"
      url="jdbc:db2://localhost:50000/sample"
      user="davea5"
      passwd="my_password"
      driver="com.ibm.db2.jcc.DB2Driver"/>
    <query connection="basic"
      value="SELECT id, name, employees, 
             location..st_transform(1)..st_miny * 3.14159 / 180.0 as latitude, 
             location..st_transform(1)..st_minx * 3.14159 / 180.0 as longitude 
             FROM davea5.offices 
             where location is not null"
      tag="node"
      links="false">
<map columns="ID" property="id"/>
<map columns="LATITUDE" property="latitude"/>
<map columns="LONGITUDE" property="longitude"/>
<map columns="NAME" property="name"/>
<map columns="EMPLOYEES" property="employees"/>
   </query>
  </datasource>
</diagrammer>

resources\data\dw-demo1.css

Esse arquivo especifica o mapa de fundo a ser usado e o estilo dos nós retornados da consulta no arquivo dw-demo1.idpr. A seção Map faz referência ao mapa a ser usado, o dw-demo1.ivl.

Map {
   _rule_name : "Background Map" ;
   autoRegionOfInterest : "true" ;
   map : "url(dw-demo1.ivl)" ;
   regionOfInterest : "" ;
   regionOfInterestMargin : "5.0" ;
}

Você deve substituir o nome do arquivo dw-demo1.ivl pelo nome do arquivo de mapa que criou no geonavegador.

Na seção node , name : "@name" especifica que a propriedade name deve ser usada como o valor de nome mostrado com o símbolo. class : "@|symbolResource(ilog/views/palettes/shared/symbols/SizedRound.css,Symbol)" especifica a paleta de símbolos a ser usada e o símbolo específico: SizedRound. size : "@employees" especifica que a propriedade employees deve ser usada para controlar o tamanho do símbolo.

node {
   Layer : "20" ;
   Interactor : "ilog.views.sdm.IlvSDMCompositeInteractor" ;
   fill : "false" ;
   name : "@name" ;
   class : "@|symbolResource(ilog/views/palettes/shared/symbols/SizedRound.css,Symbol)" ;
   size : "@employees" ;
}

resources\data\dw-demo1.ivl

Esse é o arquivo de mapa produzido pelo geonavegador. Você deve substituí-lo pelo arquivo que criou.


Conclusão

Agora você deve ter uma noção razoável de como acessar tabelas do DB2 para visualizar como um mapa o conteúdo de colunas espaciais e os resultados de consultas de banco de dados usando predicados espaciais. Os pontos, linhas e polígonos podem ser rotulados por meio dos valores de colunas do banco de dados e estilizados com diversas cores, símbolos, tipos e espessuras de linha. É possível desenvolver aplicativos customizados de visualização usando tecnologia Java e os componentes do JViews Maps. Com o JViews Designer, é possível criar aplicativos com símbolos sofisticados que podem variar em termos de cor, tamanho e imagem baseando-se em valores de banco de dados. Com a alteração dos parâmetros de conexão de banco de dados, esses mesmos recursos ficam disponíveis com o DB2 para z/OS e bancos de dados Informix.


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DescriçãoNomeTamanho
Source code for DB2 and JViews Maps sampleDB2JviewsMapsDemo.zip30KB

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