簡(jiǎn)介

幾何模型是開放地理空間聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium，以下簡(jiǎn)稱為OGC）設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單要素訪問標(biāo)準(zhǔn)（Simple Features Access standard，以下簡(jiǎn)稱為SFA），用于描述地理空間數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了基本的空間模型Geometry模型及對(duì)該模型的操作、轉(zhuǎn)換等行為，以實(shí)現(xiàn)各種空間分析任務(wù)。

Ganos Geometry是對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)PostgreSQL兼容版本（PolarDB PostgreSQL版（兼容Oracle））的一個(gè)時(shí)空引擎擴(kuò)展，Ganos Geometry擴(kuò)展采用了OGC Simple Features規(guī)范，它包含了Geometry和Geography兩種類型，用于表示平面或曲面上的點(diǎn)、線、面等幾何對(duì)象。

功能概述

Ganos Geometry支持構(gòu)建、訪問、編輯、處理、聚合、導(dǎo)出空間對(duì)象的多種方法，支持空間對(duì)象關(guān)系查詢，支持空間對(duì)象線性參考設(shè)置等。

Ganos Geometry兼容多種外部格式的直接輸入，例如：WKT、WKB、EKWT、EWKB、KML、GML、GeoHash、Geojson等，也支持通過(guò)其他工具輸入Esri Shape File等格式。

主要業(yè)務(wù)場(chǎng)景

在實(shí)際應(yīng)用中，Geometry類型可以用于幾何對(duì)象存儲(chǔ)分析的場(chǎng)景：

• 地圖制作和可視化

  地圖可視化可以直觀地展現(xiàn)地理空間中數(shù)據(jù)的分布、趨勢(shì)和關(guān)系，通過(guò)在地圖上標(biāo)記不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)、線、面等元素，選擇合適的地圖投影、色彩、符號(hào)等元素，展示數(shù)據(jù)在地理空間中的分布情況，實(shí)現(xiàn)地圖的制作和可視化。Geometry類型可以用于表示地圖上的各種要素，例如道路、河流、建筑物等。

• 位置服務(wù)

  對(duì)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行空間查詢，聚合和分析，可以找到最佳位置、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)或計(jì)算兩點(diǎn)之間距離等。Geometry類型可以描述點(diǎn)狀地物同時(shí)對(duì)點(diǎn)狀地物進(jìn)行各種空間處理，可為位置服務(wù)提供支持。

• 空間關(guān)系查詢

  空間關(guān)系查詢可以用于多種場(chǎng)景，例如空間數(shù)據(jù)挖掘、城市規(guī)劃等。通過(guò)空間關(guān)系查詢，可以快速地找到滿足特定條件的空間實(shí)體，為決策提供有力的支持。Geometry類型支持多個(gè)幾何對(duì)象之間空間關(guān)系的判斷，例如確定兩個(gè)物體是否相交或相切等。

• 空間分析和計(jì)算

  空間分析和計(jì)算用于各種量測(cè)場(chǎng)景，例如計(jì)算建筑物的面積、計(jì)算兩個(gè)城市之間的距離等。Geometry類型支持各種空間分析和計(jì)算，例如計(jì)算面積、長(zhǎng)度、距離、質(zhì)心等。

幾何模型概述

Geometry模型在二維或三維笛卡爾坐標(biāo)系中進(jìn)行建模，其大小與位置由其坐標(biāo)決定。每一個(gè)坐標(biāo)都有一個(gè)X和Y坐標(biāo)值，同時(shí)，可以包含可選的Z和M坐標(biāo)值。 Z坐標(biāo)通常用于表示高程。M坐標(biāo)表示測(cè)量值，可以表示時(shí)間或距離。 如果Geometry中存在Z或M值，則必須為其中的每個(gè)點(diǎn)定義它們。 若Geometry具有Z或M坐標(biāo)，則其坐標(biāo)維度為3DZ或3DM，如果它同時(shí)具有Z和M，則為4D。

空間參考系

空間參考系（Spatial Reference System，以下簡(jiǎn)稱為 SRS ）定義了如何將Geometry對(duì)象關(guān)聯(lián)到地球表面上某個(gè)具體位置。

Ganos使用一個(gè)整數(shù)來(lái)表示SRS的定義引用，稱為SRID。Geometry對(duì)象通過(guò)其自身的SRID值與SRS關(guān)聯(lián)。

更多內(nèi)容請(qǐng)參見空間參考。

OGC外部交換格式

SFA規(guī)范同時(shí)定義了兩種用于外部數(shù)據(jù)交換的格式：

• 方便閱讀的文本形式：Well-Known Text (以下簡(jiǎn)稱為WKT)。

• 可以保留數(shù)據(jù)精度且方便傳輸?shù)亩M(jìn)制形式：Well-Known Binary (以下簡(jiǎn)稱為WKB)。

WKT和WKB均包含對(duì)象的類型信息和定義它的坐標(biāo)信息，但不包含其關(guān)聯(lián)的SRID，也不支持非二維數(shù)據(jù)。

Ganos擴(kuò)展WKT/WKB為EKWT/EKWB，添加了對(duì)3DZ、3DM、4D數(shù)據(jù)的支持，同時(shí)支持嵌入SRID信息。

EKWT/EKWB為WKT/WKB的超集，當(dāng)前版本下，任意有效的WKT/WKB都是有效的EKWT/EKWB。

OGC幾何類型詳情

• 原子類型

  模型名稱	模型說(shuō)明	模型WKT示例
  Point	Point是一個(gè)零維幾何圖形，表示坐標(biāo)空間中的單個(gè)位置。	POINT (1 2) * POINT Z (1 2 3) POINT ZM (1 2 3 4)
  LineString	LineString是由連續(xù)的線段序列形成的一維線。每條線段由兩個(gè)點(diǎn)定義，一條線段的終點(diǎn)形成下一條線段的起點(diǎn)。 LineString可以自相交。	LINESTRING (1 2, 3 4, 5 6)
  Polygon	Polygon由外部邊界和零個(gè)或多個(gè)內(nèi)部邊界（孔）界定。每個(gè)邊界都是一個(gè)LinearRing 。	POLYGON ((0 0 0,4 0 0,4 4 0,0 4 0,0 0 0),(1 1 0,2 1 0,2 2 0,1 2 0,1 1 0))

• 參數(shù)化類型

  模型名稱	模型說(shuō)明	模型WKT示例
  EllipticalString	橢圓弧。	ELLIPTICALSTRING(-2 0,2 0,0 0,0,0,0,2,0.5)
  Bezier3Curve	四個(gè)點(diǎn)確定的一條三階貝塞爾曲線。	BEZIER3CURVE(1 1, 2 2, 3 2, 3 1)

• 集合類型

  模型名稱	模型說(shuō)明	模型WKT示例
  MultiPoint	MultiPoint是Point的集合。	MULTIPOINT ( (0 0), (1 2) )
  MultiLineString	MultiLineString是LineString的集合。	MULTILINESTRING ( (0 0,1 1,1 2), (2 3,3 2,5 4) )
  MultiPolygon	MultiPolygon是不重疊、不相鄰的Polygon的集合。集合中的Polygon只能在有限點(diǎn)處相接。	MULTIPOLYGON (((1 5, 5 5, 5 1, 1 1, 1 5)), ((6 5, 9 1, 6 1, 6 5)))
  GeometryCollection	GeometryCollection是Geometry的集合，可以混合不同類型的Geometry對(duì)象。	GEOMETRYCOLLECTION ( POINT(2 3), LINESTRING(2 3, 3 4))
  CompoundCurve	含線、橢圓弧或貝塞爾曲線的復(fù)合線對(duì)象。 CompoundCurve中每個(gè)單元對(duì)象的幾何必須連續(xù)。	COMPOUNDCURVE((1 0,2 0),ELLIPTICALSTRING(2 0 ,4 0, 3 0 ,1,0,0,1,0.5)) COMPOUNDCURVE((1 2,2 0),BEZIER3CURVE(2 0,20 20 ,30 10,10 10))
  CurvePolygon	含曲線的復(fù)合面對(duì)象。 CurvePolygon中的各個(gè)子對(duì)象必須是閉合的。	CURVEPOLYGON(ELLIPTICALSTRING(2 0,2 0,0 0,0,0,0,2,0.5),CIRCULARSTRING(-0.5 0,0.5 0,-0.5 0)) CURVEPOLYGON(BEZIER3CURVE(1 1, 2 2, 3 1, 1 1),CIRCULARSTRING(1.7 1.2,1.9 1.2,1.7 1.2))

空間數(shù)據(jù)列視圖

在Ganos中，geometry_columns是從數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)目錄表中讀取全部幾何列的視圖。該視圖遵循了OGC的Simple Features Specification for SQL標(biāo)準(zhǔn)。

空間數(shù)據(jù)列視圖具有如下結(jié)構(gòu)：

可以通過(guò)如下語(yǔ)句查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中全部幾何數(shù)據(jù)列：

SELECT * FROM geometry_columns;

索引

空間索引使Ganos處理大型空間數(shù)據(jù)集時(shí)避免對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行全局“順序掃描”。索引通過(guò)將數(shù)據(jù)組織到搜索樹中來(lái)加速搜索，可以快速遍歷該搜索樹以查找特定記錄。

Ganos為空間數(shù)據(jù)提供了三種空間索引：

簡(jiǎn)介

快速入門幫助用戶快速理解Ganos Geometry引擎的基本用法，包括擴(kuò)展創(chuàng)建、創(chuàng)建表、導(dǎo)入數(shù)據(jù)、創(chuàng)建索引、空間分析量測(cè)、空間關(guān)系判斷等內(nèi)容。

更多專業(yè)用法可參考Geometry最佳實(shí)踐文章：

• Ganos矢量柵格數(shù)據(jù)快速入庫(kù)方法簡(jiǎn)介

• Ganos實(shí)時(shí)熱力聚合查詢能力解析與最佳實(shí)踐

• Ganos矢量快顯功能上手系列2：增強(qiáng)的MVT能力

語(yǔ)法說(shuō)明

• 創(chuàng)建擴(kuò)展。

  --創(chuàng)建幾何擴(kuò)展
  CREATE extension ganos_geometry cascade;

  說(shuō)明

  建議將擴(kuò)展安裝在public模式下，避免權(quán)限問題。

  CREATE extension ganos_geometry WITH schema public cascade;

• 創(chuàng)建幾何表。

  --方式一：直接創(chuàng)建帶geometry字段的表
  CREATE TABLE ROADS ( ID int4, ROAD_NAME varchar(25), geom geometry(LINESTRING,3857) );
  
  --方式二：先創(chuàng)建普通表，再附加幾何字段
  CREATE TABLE ROADS ( ID int4, ROAD_NAME varchar(25) )；
  SELECT AddGeometryColumn( 'roads', 'geom', 3857, 'LINESTRING', 2);

• 添加幾何約束。

  ALTER TABLE ROADS ADD CONSTRAINT geometry_valid_check CHECK (ST_IsValid(geom));

• 導(dǎo)入幾何數(shù)據(jù)。

  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (1,ST_GeomFromText('LINESTRING(191232 243118,191108 243242)',3857),'北五環(huán)');
  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (2,ST_GeomFromText('LINESTRING(189141 244158,189265 244817)',3857),'東五環(huán)');
  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (3,ST_GeomFromText('LINESTRING(192783 228138,192612 229814)',3857),'南五環(huán)');
  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (4,ST_GeomFromText('LINESTRING(189412 252431,189631 259122)',3857),'西五環(huán)');
  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (5,ST_GeomFromText('LINESTRING(190131 224148,190871 228134)',3857),'東長(zhǎng)安街');
  INSERT INTO roads (id, geom, road_name)
    VALUES (6,ST_GeomFromText('LINESTRING(198231 263418,198213 268322)',3857),'西長(zhǎng)安街');

• 查詢幾何對(duì)象信息。

  SELECT id, ST_AsText(geom) AS geom, road_name FROM roads;
  
  --------------------------------
   id | geom| road_name
  --------+-----------------------------------------+-----------
    1 | LINESTRING(191232 243118,191108 243242) | 北五環(huán)
    2 | LINESTRING(189141 244158,189265 244817) | 東五環(huán)
    3 | LINESTRING(192783 228138,192612 229814) | 南五環(huán)
    4 | LINESTRING(189412 252431,189631 259122) | 西五環(huán)
    5 | LINESTRING(190131 224148,190871 228134) | 東長(zhǎng)安街
    6 | LINESTRING(198231 263418,198213 268322) | 西長(zhǎng)安街
  (6 rows)

• 創(chuàng)建索引。

  --GiST索引
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING GIST ( [geometryfield] );
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING GIST ([geometryfield] gist_geometry_ops_nd);
  VACUUM ANALYZE [table_name] [(column_name)];
  
  --舉例
  Create INDEX sp_geom_index ON ROADS USING GIST(geom);
  VACUUM ANALYZE ROADS (geom);
  
  --BRIN索引
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ( [geometryfield] );
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ([geometryfield] brin_geometry_inclusion_ops_3d);
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ([geometryfield] brin_geometry_inclusion_ops_4d);
    --指定塊大小的brin索引
  CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ( [geometryfield] ) WITH (pages_per_range = [number]);

• 空間測(cè)量和空間分析。

  --Create Table bc_roads:
  Column  | Type  | Description
  ------------+-------------------+-------------------
  gid | integer   | Unique ID
  name| character varying | Road Name
  the_geom| geometry  | Location Geometry (Linestring)
  
  --Create table bc_municipality:
  Column | Type  | Description
  -----------+-------------------+-------------------
  gid| integer   | Unique ID
  code   | integer   | Unique ID
  name   | character varying | City / Town Name
  the_geom   | geometry  | Location Geometry (Polygon)
  
  --長(zhǎng)度計(jì)算
  SELECT sum(ST_Length(the_geom))/1000 AS km_roads FROM bc_roads;
  
  km_roads
  ------------------
  70842.1243039643
  (1 row)
  
  --面積計(jì)算
  SELECT ST_Area(the_geom)/10000 AS hectares FROM bc_municipality WHERE name = 'PRINCE GEORGE';
  
  hectares
  ------------------
  32657.9103824927
  (1 row)

• 空間關(guān)系判斷。

  --ST_Contains
  SELECT  m.name, sum(ST_Length(r.the_geom))/1000 as roads_km
  FROM
    bc_roads AS r, bc_municipality AS m
  WHERE
    ST_Contains(m.the_geom,r.the_geom)
  GROUP BY m.name
  ORDER BY roads_km;
  
  name| roads_km
  ----------------------------+------------------
  SURREY  | 1539.47553551242
  VANCOUVER   | 1450.33093486576
  LANGLEY DISTRICT| 833.793392535662
  BURNABY | 773.769091404338
  PRINCE GEORGE   | 694.37554369147
  ...
  
  --ST_Covers,a circle covering a circle
  SELECT ST_Covers(smallc,smallc) As smallinsmall,
      ST_Covers(smallc, bigc) As smallcoversbig,
      ST_Covers(bigc, ST_ExteriorRing(bigc)) As bigcoversexterior,
      ST_Contains(bigc, ST_ExteriorRing(bigc)) As bigcontainsexterior
  FROM (SELECT ST_Buffer(ST_GeomFromText('POINT(1 2)'), 10) As smallc,
      ST_Buffer(ST_GeomFromText('POINT(1 2)'), 20) As bigc) As foo;
      --Result
   smallinsmall | smallcoversbig | bigcoversexterior | bigcontainsexterior
  --------------+----------------+-------------------+---------------------
   t| f  | t | f
  (1 row)
  
  --ST_Disjoint
  SELECT ST_Disjoint('POINT(0 0)'::geometry, 'LINESTRING ( 2 0, 0 2 )'::geometry);
   st_disjoint
  ---------------
   t
  (1 row)
  SELECT ST_Disjoint('POINT(0 0)'::geometry, 'LINESTRING ( 0 0, 0 2 )'::geometry);
   st_disjoint
  ---------------
   f
  (1 row)
  
  --ST_Overlaps
  SELECT ST_Overlaps(a,b) As a_overlap_b,
          ST_Crosses(a,b) As a_crosses_b,
          ST_Intersects(a, b) As a_intersects_b, ST_Contains(b,a) As b_contains_a
  FROM (SELECT ST_GeomFromText('POINT(1 0.5)') As a, ST_GeomFromText('LINESTRING(1 0, 1 1, 3 5)')  As b)
      As foo
  
  a_overlap_b | a_crosses_b | a_intersects_b | b_contains_a
  ------------+-------------+----------------+--------------
  f   | f   | t  | t
  
  --ST_Relate
  SELECT ST_Relate(ST_GeometryFromText('POINT(1 2)'), ST_Buffer(ST_GeometryFromText('POINT(1 2)'),2), '0FFFFF212');
  st_relate
  -----------
  t
  
  --ST_Touches
  SELECT ST_Touches('LINESTRING(0 0, 1 1, 0 2)'::geometry, 'POINT(1 1)'::geometry);
   st_touches
  ------------
   f
  (1 row)
  
  SELECT ST_Touches('LINESTRING(0 0, 1 1, 0 2)'::geometry, 'POINT(0 2)'::geometry);
   st_touches
  ------------
   t
  (1 row)
  
  --ST_Within
  SELECT ST_Within(smallc,smallc) As smallinsmall,
      ST_Within(smallc, bigc) As smallinbig,
      ST_Within(bigc,smallc) As biginsmall,
      ST_Within(ST_Union(smallc, bigc), bigc) as unioninbig,
      ST_Within(bigc, ST_Union(smallc, bigc)) as biginunion,
      ST_Equals(bigc, ST_Union(smallc, bigc)) as bigisunion
  FROM
  (
  SELECT ST_Buffer(ST_GeomFromText('POINT(50 50)'), 20) As smallc,
      ST_Buffer(ST_GeomFromText('POINT(50 50)'), 40) As bigc) As foo;
  --Result
   smallinsmall | smallinbig | biginsmall | unioninbig | biginunion | bigisunion
  --------------+------------+------------+------------+------------+------------
   t| t  | f  | t  | t  | t
  (1 row)

• 幾何對(duì)象存取。

   SELECT ST_IsSimple(ST_GeomFromText('POLYGON((1 2, 3 4, 5 6, 1 2))'));
   st_issimple
  -------------
   t
  (1 row)
  
   SELECT ST_IsSimple(ST_GeomFromText('LINESTRING(1 1,2 2,2 3.5,1 3,1 2,2 1)'));
   st_issimple
  -------------
   f
  (1 row)
  
  
  --查詢地形中擁有環(huán)島且面積最大的城市
  SELECT gid, name, ST_Area(the_geom) AS area
  FROM bc_municipality
  WHERE ST_NRings(the_geom) > 1
  ORDER BY area DESC LIMIT 1;
  
  gid  | name | area
  -----+--------------+------------------
  12   | 安寧市        | 257374619.430216
  (1 row)

• 刪除擴(kuò)展（可選）。

  --刪除幾何擴(kuò)展
  Drop extension ganos_geometry cascade;

SQL參考

詳細(xì)SQL手冊(cè)請(qǐng)參見Geometry SQL參考。