mysql对GIS的支持 & oracle 空间数据库说明

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

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)
);