mysql对GIS的支持 & oracle 空间数据库说明

朱雀 2022-08-26 15:10 468阅读 0赞

今天下午闲来无事，无意中翻看了一下mysql的手册，以前总是很有针对性的查阅手册的内容，重点都是放在了sql语句的一些基本细节、mysql的性能参数、存储控制的管理等方面，但是今天无意中发现了一个mysql的重要特点，那就是mysql对gis相关的空间数据也有存储功能，这一点突然激起了我的兴趣，所以也着重的研究了一下手册的相关内容。从手册上来看 其实mysql很早就提供了对gis对象的支持，只是我没有发现而已。

PostgreSQL由于具备PostGIS扩展而在开源GIS中有广泛地应用，而作为开源数据库中的另一个巨头，mysql也不曾放弃gis这一重要的数据库应用领域。从MySQL4.1开始，mysql就引入了一系列空间扩展，使其具备了一定的空间处理能力。  
mysql遵守OGC的OpenGIS Geometry Model，支持以下空间数据对象  
Geometry (non-instantiable)

Point (instantiable)  
Curve (non-instantiable)  
LineString (instantiable)  
Line  
LinearRing  
Surface (non-instantiable)  
Polygon (instantiable)  
GeometryCollection (instantiable)

MultiPoint (instantiable)  
MultiCurve (non-instantiable)  
MultiLineString (instantiable)  
MultiSurface (non-instantiable)  
MultiPolygon (instantiable)

WTK是将空间数据导入mysql空间数据表的主要途径。WTB是WTK的二进制形式，也可以为mysql辨识。

创建mysql空间数据表  
当前只有MyISAM引擎的数据表支持地理空间数据的存储，所以在创建数据表的时候必须进行声明。

CREATE DATABASE geodatabase;  
USE geodatabase;  
CREATE TABLE test(  
  id INT PRIMARY KEY AUTO\_INCREMENT,  
  name VARCHAR(128) NOT NULL,  
  pnt POINT,  
  line LINESTRING,  
  pgn POLYGON  
)ENGINE=MyISAM;

用以下SQL插入一条空间数据

INSERT INTO \`test\` VALUES(  
null,  
'a test string',  
POINTFROMTEXT('POINT(15 20)'),  
LINESTRINGFROMTEXT('LINESTRING(0 0, 10 10, 20 25, 50 60)'),  
POLYGONFROMTEXT('POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5))')  
);

这里也可以用通行的GEOMFROMTEXT函数实现WKT到数据库内部几何格式的转换。而GEOMFROMWKB函数用于转换WKB。

用以下SQL从数据表中获得空间数据

SELECT id,name,ASTEXT(pnt),ASTEXT(line),ASTEXT(pgn) from \`test\`;

ASTEXT函数的功能与GEOMFROMTEXT的功能恰好相反，就是将数据从内部格式转换为WKT；相应的ASBINARY可以转换为WKB。

mysql内建的gis函数，这些函数是mysql数据库本身就具备了比较强大的空间分析能力。mysql作为“最快”的开源数据库，在gis领域中完全可以有更广泛的应用。

我个人认为充分的发掘mysql在gis空间数据存储上的特点，通过php脚本或者c\#程序开发有特色的存储方式一定是一件非常有意义的事情，有时间的话我回做一些尝试，有什么进展也会及时的写在博客上。

由于最近弄一些空间数据,所以找了些oracle空间数据库的一些知识.下面是汇总:

Oracle Spatial由一坨的对象数据类型，类型方法，操作子，函数与过程组合而成。一个地理对象作为一个SDO\_GEOMETRY对象保存在表的一个字段里。空间索引则由普通的DDL和DML语句来建立与维护。  
创建表：  
CREATE TABLE cola\_markets (  
mkt\_id NUMBER PRIMARY KEY,  
name VARCHAR2(32),  
shape SDO\_GEOMETRY);

插入数据：  
INSERT INTO cola\_markets VALUES(  
1,  
'cola\_a',  
SDO\_GEOMETRY(  
2003, -- two-dimensional polygon  
NULL,  
NULL,  
SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY(1,1003,3), -- one rectangle (1003 = exterior)  
SDO\_ORDINATE\_ARRAY(1,1, 5,7) -- only 2 points needed to  
\-- define rectangle (lower left and upper right) with  
\-- Cartesian-coordinate data  
)  
);  
INSERT INTO cola\_markets VALUES(  
2,  
'cola\_b',  
SDO\_GEOMETRY(  
2003, -- two-dimensional polygon  
NULL,  
NULL,  
SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY(1,1003,1), -- one polygon (exterior polygon ring)  
SDO\_ORDINATE\_ARRAY(5,1, 8,1, 8,6, 5,7, 5,1)  
)  
);

INSERT INTO cola\_markets VALUES(  
3,  
'cola\_c',  
SDO\_GEOMETRY(  
2003, -- two-dimensional polygon  
NULL,  
NULL,  
SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY(1,1003,1), -- one polygon (exterior polygon ring)  
SDO\_ORDINATE\_ARRAY(3,3, 6,3, 6,5, 4,5, 3,3)  
)  
);

INSERT INTO cola\_markets VALUES(  
4,  
'cola\_d',  
SDO\_GEOMETRY(  
2003, -- two-dimensional polygon  
NULL,  
NULL,  
SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY(1,1003,4), -- one circle  
SDO\_ORDINATE\_ARRAY(8,7, 10,9, 8,11)  
)  
);

更新视图：USER\_SDO\_GEOM\_METADATA  
INSERT INTO user\_sdo\_geom\_metadata  
(TABLE\_NAME,  
COLUMN\_NAME,  
DIMINFO,  
SRID)  
VALUES (  
'cola\_markets',  
'shape',  
SDO\_DIM\_ARRAY( -- 20X20 grid  
SDO\_DIM\_ELEMENT('X', 0, 20, 0.005),  
SDO\_DIM\_ELEMENT('Y', 0, 20, 0.005)  
),  
NULL -- SRID  
);

创建空间索引：  
CREATE INDEX cola\_spatial\_idx  
ON cola\_markets(shape)  
INDEXTYPE IS MDSYS.SPATIAL\_INDEX;  
\-- Preceding statement created an R-tree index.

这样在mapguide下就可以preview空间数据信息.

下面来说一下其中最关键的一些object:

( SDO\_GEOMETRY对象类型  
在Spatial中，地理对象的描述是放在一个单独的类型为SDO\_GEOMETRY的字段中的。任何有这个字段的表，都至少要定义一个其它主键字段。

Oracle Spatial定义的SDO\_GEOMETRY类型为：  
CREATE TYPE sdo\_geometry AS OBJECT (  
 SDO\_GTYPE NUMBER,  
 SDO\_SRID NUMBER,  
 SDO\_POINT SDO\_POINT\_TYPE,  
 SDO\_ELEM\_INFO SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY,  
 SDO\_ORDINATES SDO\_ORDINATE\_ARRAY);

当然Spatial也定义了SDO\_POINT\_TYPE, SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY, 和  
SDO\_ORDINATE\_ARRAY类型：  
CREATE TYPE sdo\_point\_type AS OBJECT (  
   X NUMBER,  
   Y NUMBER,  
   Z NUMBER);  
CREATE TYPE sdo\_elem\_info\_array AS VARRAY (1048576) of NUMBER;  
CREATE TYPE sdo\_ordinate\_array AS VARRAY (1048576) of NUMBER;

因为SDO\_ORDINATE\_ARRAY最大为1048576，所以SDO\_GEOMETRY对象的顶点数量就依赖于它的维度，二维为524288，三维为349525，四维只有262144个顶点了。

注意:

对于一个给定的层（同一字段），所有的地理对象必须都是相同的维度，不能将二维与三维的数据放在一个层里。

如果你使用四位的SDO\_ETYPE那么，你也要使用四位的SDO\_GTYPE。

)

SDO\_GEOMETRY Object Type  
2.1 SDO\_GTYPE  dltt  
    d：维数  
    l：linear referencing system (LRS)  
    tt：Geometry type  
    00 UNKNOWN\_GEOMETRY  
    01 POINT  
    02 LINE or CURVE  
    03 POLYGON  
    04 COLLECTION  
    05 MULTIPOINT  
    06 MULTILINE or MULTICURVE  
    07 MULTIPOLYGON  
2.2 SDO\_SRID  
    确认coordinate system，此值为SDO\_COORD\_REF\_SYS表中的SRID值。此值也被插入到USER\_SDO\_GEOM\_METADATA视图中。  
2.3 SDO\_POINT  
    （1）SDO\_ELEM\_INFO and SDO\_ORDINATES are both null  
    （2）SDO\_POINT attribute is non-null  
    结论：存储坐标  
2.4 SDO\_ELEM\_INFO  
    用来解释存储在SDO\_ORDINATES属性中的坐标信息。  
    SDO\_STARTING\_OFFSET：SDO\_ORDINATES中的offset min为1  
    SDO\_ETYPE: 1, 2, 1003, and 2003 simple elements; 3 polygon ring; 4, 1005, and 2005 compound elements  
    SDO\_INTERPRETATION  
2.5 SDO\_ORDINATES  
    长数组，存放空间对象的坐标  
2.6 Usage Considerations  
    SDO\_GEOM.VALIDATE\_GEOMETRY\_WITH\_CONTEXT 用来检查几何对象的一致性。

1.1 SDO\_GEOMETRY字段详解  
Oracle Spatial的空间数据都存储在空间字段sdo\_Geometry中，理解sdo\_Geometry是编写Oracle Spatial程序的关键。sdo\_Geometry是按照Open GIS规范定义的一个对象，其原始的创建方式如下所示：

CREATE TYPE sdo\_geometry AS OBJECT (  
SDO\_GTYPE NUMBER,  
SDO\_SRID NUMBER,  
SDO\_POINT SDO\_POINT\_TYPE,  
SDO\_ELEM\_INFO SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY,  
SDO\_ORDINATES SDO\_ORDINATE\_ARRAY)；  
该对象由五个部分组成，各部分的意义如下表所示：  
字段名  
 类型  
 描述  
   
SDO\_GTYPE  
 NUMBER  
 几何对象的类型  
   
SDO\_SRID  
 NUMBER  
 几何对象的坐标系  
   
SDO\_POINT  
 SDO\_POINT\_TYPE  
 表示几何类型为点的几何对象

SDO\_ELEM\_INFO

SDO\_ELEM\_INFO\_ARRAY  
 是一个可变长度的数组，每3个数作为一个元素单位，用于解释坐标是如何存储在SDO\_ORDINATES中的

SDO\_ORDINATES

SDO\_ORDINATE\_ARRAY  
 是一个可变长度的数组，用于存储几何对象的真实坐标，该数组的类型为NUMBER型

表1.1.1  sdo\_geometry 各组成部分的意义  
① SDO\_GTYPE  
是一个NUMBER型的数值，用来定义存储几何对象的类型。SDO\_GTYPE是一个4个数字的整数，其格式为dltt，其中d表示几何对象的维数；l表示三维线性参考系统中的线性参考值，当d为3维或者4维时需要设置该值，一般情况下为空；tt为几何对象的类型，Oracle Spatial定义了7种类型的几何类型，目前，tt使用了00到07，其中08到99是Oracle Spatial保留的数字，以备将来几何对象扩展所用。下表描述了Oracle Spatia1支持的几何对象类型。  
数值    几何类型        描述  
DL00                    用于存放自定义类型的几何对象  
DL01    点              几何对象包含一个点  
DL02    直线或曲线      几何对象由直线或曲线段组成  
DL03    多边形          几何对象包含一个多边形，该多边形可以含有洞  
DL04    复合形状集      点、线、多边形超集，可包含所有类型  
DL05    复合点          几何对象由一个点或多个点组成  
DL06    复合线或曲线    几何对象由一条线或多条线组成  
DL07    复合多边形      几何对象可以包含多个外环、多个不相交的多边形  
DL08 - 99               Oracle Spatial 暂且保留  
表1.1.2  Oracle Spatia1支持的几何对象类型

② SDO\_SRID  
SDO\_SRID也是一个NUMBER型的数值，它用于标识与几何对象相关的空间坐标系。如果SDO\_SRID为空（null），则表示没有坐标系与该几何对象相关；如果该值不为空，则该值必须为MDSYS.CS\_SRS表中SRID字段的一个值，在创建含有几何对象的表时，这个值必须加入到描述空间数据表元数据的USER\_SDO\_GEOM\_METADATA视图的SRID字段中。对于我们通常使用国际标准的Longitude/Latitude(8307)，Oracle Spatial规定，一个几何字段中的所有几何对象都必须为相同的SDO\_SRID值。

③ SDO\_POINT  
SDO\_POINT是一个包含三维坐标X,Y,Z数值信息的对象，用于表示几何类型为点的几何对象。如果SDO\_ELEM\_INFO和SDO\_ORDINATES数组都为空，则SDO\_POINT中的X,Y,Z为点对象的坐标值，否则，sdo\_Point的值将被忽略（用NULL表示）。Oracle Spatial强烈要求用SDO\_POINT存储空间实体为点类型空间数据，这样可以极大的优化Oracle Spatial的存储性能和查询效率。

④ SDO\_ELEM\_INFO  
SDO\_ELEM\_INFO是一个可变长度的数组，每3个数作为一个元素单位，用于表示坐标是如何存储在SDO\_ORDINATES数组中的。本文把组成一个元素的3个数称为3元组。一个3元组包含以下3部分的内容：  
◇ SDO\_STARTING\_OFFSET  
SDO\_STARTING\_OFFSET 表明每个几何元素的第一个坐标在SDO\_ORDINATES数组中的存储位置。它的值从1开始，逐渐增加。  
◇ SDO\_ETYPE  
SDO\_ETYPE 用于表示几何对象中每个组成元素的几何类型。当它的值为1, 2, 1003和2003时，表明这个几何元素为简单元素。如果SDO\_ETYPE为1003，表明该多边形为外环（第一个数为1表示外环），坐标值以逆时针存储；如果SDO\_ETYPE为2003，表明该多边形为内环（第一个数为2表示内环），坐标值以顺时针存储。当SDO\_ETYPE为4, 1005和2005时，表明这个几何元素为复杂元素。它至少包含一个3元组用以说明该复杂元素具有多少个几何简单元素。同样，1005表示多边形为外环，坐标值以逆时针存储；2005表示多边形为内环，坐标值以顺时针存储。  
◇ SDO\_INTERPRETATION  
SDO\_INTERPRETATION具有两层含义，具体的作用由SDO\_ETYPE是否为复杂元素决定。如果SDO\_ETYPE是复杂元素（4, 1005和2005），则SDO\_INTERPRETATION表示它后面有几个子3元组属于这个复杂元素。如果SDO\_ETYPE是简单元素（1, 2, 1003和2003），则SDO\_INTERPRETATION表示该元素的坐标值在SDO\_ORDINATES中是如何排列的。  
需要注意的是，对于复杂元素来说，组成它的子元素是连续的，一个子元素的最后一个点是下一个子元素的起点。最后一个子元素的最后一个坐标要么与下一个元素的SDO\_STARTING\_OFFSET值减1所对应的坐标相同，要么是整个SDO\_ORDINATES数组的最后一个坐标。SDO\_ETYPE和SDO\_INTERPRETATION之间的关系如下表：

SDO\_ETYPE        SDO\_INTERPRETATION           描述说明  
0                任意值                       用于自定义类型，Oracle Spatial不支持

1                1                            点类型

1                n > 1                        具有n个点的点集合

2                1                            由直线段组成的线串

2                2                            由弧线段组成的线串，一个弧线段由起点、弧线上任意一点和终点组成，相邻两个弧线段的接点只需要存储一次

1003  
2003             1                            由直线段组成的多边形，起点和终点必须相同

1003  
2003             2                            由弧线段组成的多边形，起点和终点必须相同。一个弧线段由起点、弧线上任意一点和终点组成，相邻两个弧线段的接点只需要存储一次

1003  
2003             3                            矩形：由左下角和右上角两点确定

1003  
2003             4                            圆：由圆周上的三个点组成

4                n >1                         由直线段和弧线段组成的复合线，n表示复合线的相邻子元素的个数，子元素的SDO\_ETYPE必须为2，一个子元素的最后一点是下一子元素的第一个点，并且该点不能重复

1005  
2005             n >1                         由直线段和弧线段组成的复合多边形，n表示复合线的相邻子元素的个数，子元素的SDO\_ETYPE必须为2，一个子元素的最后一点是下一子元素的第一个点，并且该点不能重复。多边形的起点和终点必须相同

表1.1.3  SDO\_ETYPE和SDO\_INTERPRETATION 的组合关系

⑤ SDO\_ORDINATES  
SDO\_ORDINATES是一个可变长度的数组，用于存储几何对象的实际坐标，是一个最大长度为1048576，类型为Number的数组。  
SDO\_ORDINATES必须与sdo\_Elem\_Info数组配合使用，才具有实际意义。SDO\_ORDINATES的坐标存储方式由几何对象的维数决定，如果几何对象为二维，则SDO\_ORDINATES的坐标以\{ x1, y1, x2, y2, …\}顺序排列，如果几何对象为三维，则SDO\_ORDINATES的坐标以\{x1, y1, z1, x2, y2, z2, …\}的顺序排列。  
实例说明  
下面用实例来进一步说明SDO\_GEOMETRY对象的使用方法。

① 一个带洞的多边形

• SDO\_GTYPE = 2003，表示几何对象是一个二维的多边形。  
• SDO\_SRID = NULL，在二维情况下不需设置线性参考值。  
• SDO\_POINT = NULL，表示几何对象不是点类型。  
• SDO\_ELEM\_INFO = (1,1003,1, 19,2003,1)，有两个三元组元素（1,1003,1） 和（19,2003,1），按照先后顺序，在（1,1003,1）中，“1”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第1个值，“1003”表示该元素为多边形外环，“1”表示该多边形由直线组成；在（19，2003，1）中，“19”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第15个值，“2003”表示该元素为多边形内环，“1”表示该多边形由直线组成。  
• SDO\_ORDINATES = (2,4, 4,3, 10,3, 13,5, 13,9, 11,13, 5,13, 2,11, 2,4,  
7,5, 7,10, 10,10, 10,5, 7,5)。外环坐标以逆时针排列，内环坐标以顺时针排列。

② 一个直线段与弧线段组成的复合线串

• SDO\_GTYPE = 2002，表示几何对象是一个二维的线串。  
• SDO\_SRID = NULL，在二维情况下不需设置线性参考值。  
• SDO\_POINT = NULL，表示几何对象不是点类型。  
• SDO\_ELEM\_INFO = (1,4,2, 1,2,1, 3,2,2)，有三个三元组元素（1,4,2）（1,2,1） 和（3,2,2），按照先后顺序，（1,4,2）表示该线串为复合线串，它由下面两个三元组描述的子元素组成；在（1,2,1）中，“1”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第1个值，“2”表示该元素为线，“1”表示这段线由直线组成；在（3,2,2）中，“3”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第3个值，“2”表示该元素为线，“2”表示这段线由弧线段组成。  
• SDO\_ORDINATES = (10,10, 10,14, 6,10, 14,10)，坐标(10,14)是直线段和弧线段的连接点，没有重复存储。

③ 一个直线段与弧线段组成的复合多边形  
• SDO\_GTYPE = 2003，表示几何对象是一个二维的多边形。  
• SDO\_SRID = NULL，在二维情况下不需设置线性参考值。  
• SDO\_POINT = NULL，表示几何对象不是点类型。  
• SDO\_ELEM\_INFO = (1,1005,2, 1,2,1, 5,2,2)，有三个三元组元素（1,2005,2）（1,2,1） 和（5,2,2），按照先后顺序，（1,2005,2）表示该多边形为复合多边形，它由下面两个三元组描述的子元素组成；在（1,2,1）中，“1”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第1个值，“2”表示该元素为线，“1”表示这段线由直线组成；在（5,2,2）中，“5”表示该子元素的起点为SDO\_ORDINATES数组中的第5个值，“2”表示该元素为线，“2”表示这段线由弧线段组成。  
• SDO\_ORDINATES = (6,10, 10,1, 14,10, 10,14, 6,10)，坐标(14,10)是直线段和弧线段的连接点，没有重复存储。  
    在Oracle Spatial中，可以运用SQL语句进行几何数据的各种操作，例如：  
创建一个oralce数据库名为Data1：  
Create Table Data1( mktID integer，／／第几号目标  
Name char(20)，                        ／／目标名称  
Shape SDO\_GEOMETRY                     ／／目标的空间数据  
);  
把上例中的复合多边形插入数据库Data1：  
Insert into Datal values( 1，                      //编号  
‘复合多边形’，                                   //名称  
MDSYS.SDO\_GEOME1RY(2003，NULL，NULL，              //空间数据  
MDSYS.SDO\_ELEM \_INFO\_ARRAY( 1, 1005, 2, 1, 2, 1, 5, 2, 2 ),  
MDSYS.SDO\_ORDINATES\_ARRAY(6,10, 10,1, 14,10, 10,14, 6,10)  
);