簡介

幾何模型是開放地理空間聯盟（Open Geospatial Consortium，以下簡稱為OGC）設計的簡單要素訪問標準（Simple Features Access standard，以下簡稱為SFA），用于描述地理空間數據。該標準定義了基本的空間模型Geometry模型及對該模型的操作、轉換等行為，以實現各種空間分析任務。

Ganos Geometry是對象關系型數據庫PostgreSQL兼容版本（PolarDB PostgreSQL版）的一個時空引擎擴展，Ganos Geometry擴展采用了OGC Simple Features規范，它包含了Geometry和Geography兩種類型，用于表示平面或曲面上的點、線、面等幾何對象。

功能概述

Ganos Geometry支持構建、訪問、編輯、處理、聚合、導出空間對象的多種方法，支持空間對象關系查詢，支持空間對象線性參考設置等。

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，也支持通過其他工具輸入Esri Shape File等格式。

主要業務場景

在實際應用中，Geometry類型可以用于幾何對象存儲分析的場景：

• 地圖制作和可視化

  地圖可視化可以直觀地展現地理空間中數據的分布、趨勢和關系，通過在地圖上標記不同的數據點、線、面等元素，選擇合適的地圖投影、色彩、符號等元素，展示數據在地理空間中的分布情況，實現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

  對位置數據進行空間查詢，聚合和分析，可以找到最佳位置、評估風險或計算兩點之間距離等。Geometry類型可以描述點狀地物同時對點狀地物進行各種空間處理，可為位置服務提供支持。

• 空間關系查詢

  空間關系查詢可以用于多種場景，例如空間數據挖掘、城市規劃等。通過空間關系查詢，可以快速地找到滿足特定條件的空間實體，為決策提供有力的支持。Geometry類型支持多個幾何對象之間空間關系的判斷，例如確定兩個物體是否相交或相切等。

• 空間分析和計算

  空間分析和計算用于各種量測場景，例如計算建筑物的面積、計算兩個城市之間的距離等。Geometry類型支持各種空間分析和計算，例如計算面積、長度、距離、質心等。

幾何模型概述

Geometry模型在二維或三維笛卡爾坐標系中進行建模，其大小與位置由其坐標決定。每一個坐標都有一個X和Y坐標值，同時，可以包含可選的Z和M坐標值。 Z坐標通常用于表示高程。M坐標表示測量值，可以表示時間或距離。 如果Geometry中存在Z或M值，則必須為其中的每個點定義它們。 若Geometry具有Z或M坐標，則其坐標維度為3DZ或3DM，如果它同時具有Z和M，則為4D。

空間參考系

空間參考系（Spatial Reference System，以下簡稱為 SRS ）定義了如何將Geometry對象關聯到地球表面上某個具體位置。

Ganos使用一個整數來表示SRS的定義引用，稱為SRID。Geometry對象通過其自身的SRID值與SRS關聯。

更多內容請參見空間參考。

OGC外部交換格式

SFA規范同時定義了兩種用于外部數據交換的格式：

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

• 可以保留數據精度且方便傳輸的二進制形式：Well-Known Binary (以下簡稱為WKB)。

WKT和WKB均包含對象的類型信息和定義它的坐標信息，但不包含其關聯的SRID，也不支持非二維數據。

Ganos擴展WKT/WKB為EKWT/EKWB，添加了對3DZ、3DM、4D數據的支持，同時支持嵌入SRID信息。

EKWT/EKWB為WKT/WKB的超集，當前版本下，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	模型說明	模型WKT示例
  Point	Point是一個零維幾何圖形，表示坐標空間中的單個位置。	POINT (1 2) * POINT Z (1 2 3) POINT ZM (1 2 3 4)
  LineString	LineString是由連續的線段序列形成的一維線。每條線段由兩個點定義，一條線段的終點形成下一條線段的起點。 LineString可以自相交。	LINESTRING (1 2, 3 4, 5 6)
  Polygon	Polygon由外部邊界和零個或多個內部邊界（孔）界定。每個邊界都是一個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))

• 參數化類型

  模型名稱	模型說明	模型WKT示例
  EllipticalString	橢圓弧。	ELLIPTICALSTRING(-2 0,2 0,0 0,0,0,0,2,0.5)
  Bezier3Curve	四個點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對象。	GEOMETRYCOLLECTION ( POINT(2 3), LINESTRING(2 3, 3 4))
  CompoundCurve	含線、橢圓弧或貝塞爾曲線的復合線對象。 CompoundCurve中每個單元對象的幾何必須連續。	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	含曲線的復合面對象。 CurvePolygon中的各個子對象必須是閉合的。	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))

空間數據列視圖

在Ganos中，geometry_columns是從數據庫系統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標準。

空間數據列視圖具有如下結構：

可以通過如下語句查詢當前數據庫中全部幾何數據列：

SELECT * FROM geometry_columns;

索引

空間索引使Ganos處理大型空間數據集時避免對數據庫進行全局“順序掃描”。索引通過將數據組織到搜索樹中來加速搜索，可以快速遍歷該搜索樹以查找特定記錄。

Ganos為空間數據提供了三種空間索引：

簡介

快速入門幫助用戶快速理解Ganos Geometry引擎的基本用法，包括擴展創建、創建表、導入數據、創建索引、空間分析量測、空間關系判斷等內容。

更多專業用法可參考Geometry最佳實踐文章：

• Ganos矢量柵格數據快速入庫方法簡介

• Ganos實時熱力聚合查詢能力解析與最佳實踐

• Ganos矢量快顯功能上手系列2：增強的MVT能力

語法說明

• 創建擴展。

  --創建幾何擴展
  CREATE extension ganos_geometry cascade;

  說明

  建議將擴展安裝在public模式下，避免權限問題。

  CREATE extension ganos_geometry WITH schema public cascade;

• 創建幾何表。

  --方式一：直接創建帶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));

• 導入幾何數據。

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

• 查詢幾何對象信息。

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

• 創建索引。

  --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)
  
  --長度計算
  SELECT sum(ST_Length(the_geom))/1000 AS km_roads FROM bc_roads;
  
  km_roads
  ------------------
  70842.1243039643
  (1 row)
  
  --面積計算
  SELECT ST_Area(the_geom)/10000 AS hectares FROM bc_municipality WHERE name = 'PRINCE GEORGE';
  
  hectares
  ------------------
  32657.9103824927
  (1 row)

• 空間關系判斷。

  --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)

• 刪除擴展（可選）。

  --刪除幾何擴展
  Drop extension ganos_geometry cascade;

SQL參考

詳細SQL手冊請參見Geometry SQL參考。