MySQL的GIS、GEO入门笔记

Posted 2023-03-09

参考技术A

探索和学习mysql中GIS相关功能和特性

这里记录了学习和了解MySQL中GIS特性相关内容的过程。

MySQL官方论坛中GIS的举例

测试数据已经导入成功，下面开始对GIS相关函数和GEOHASH进行了解和体验；

mysql中geometry类型的简单使用
MySQL空间数据类型

经纬度信息存储在geometry格式的字段中，该字段必须非空。

MySQL8.0前按照longitude-latitude的顺序存储位置
MySQL8.0前按照longitude-latitude的顺序存储位置
MySQL8.0前按照longitude-latitude的顺序存储位置

插入数据时候可使用如下语句：

MySQL存储geometry信息的方式采用了25bytes，相比WKB的21bytes，多了4bytes的坐标系表示，组成部分如下：

WTF字符串格式说明
select ST_GeomFromText(WTF格式字符串);


WKT(Well-known text)是一种文本标记语言,用于表示矢量几何对象、空间参照系统及空间参照系统之间的转换。通过WTF字符串生成geometry的方法：

点： POINT(x y)
线： LINESTRING(x1 y1, x2 y2, x3 y3...)
多边形： POLYGON((0 0, 10 0, 10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7,5 5))
多点集： MULTIPOINT(0 0, 20 20, 60 60) 或 MULTIPOINT((0 0),(5 5),(5 0))
多线集： MULTILINESTRING((10 10, 20 20), (15 15, 30 15))
多多边形集： MULTIPOLYGON(((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0)),((5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5)))
例如两点一线组成的几何集： GEOMETRYCOLLECTION(POINT(10 10), POINT(30 30), LINESTRING(15 15, 20 20))

A geometry is syntactically well-formed if it satisfies conditions such as those in this (nonexhaustive) list:

Collections are not empty (except GeometryCollection)

更多内容参见
ST_PointFromText(\'POINT(X Y)\');
ST_LineStringFromText(\'LINESTRING(0 0,1 1,2 2)\');
ST_PolygonFromText(\'POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7,5 5))\');
ST_GeomCollFromText();

更多内容参见

参见
Point(x,y)
LineString((x1,y1),(x2,y2)...)
Polygon(LineString(),LineString()....)

参见
ST_AsText()
ST_AsBinary()
ST_AsWKT()

参见
ST_Dimension(geom) ：返回geom的维度（-1，0，1，2）
ST_Envelope(geom) ：返回geom的最小外接矩形（MBR）
ST_GeometryType(geom) ：返回geom的类型
ST_IsEmpty(geom) ：该函数并不能真实的判空，当geom为任何有效的几何值时返回0，无效的几何值返回1；
ST_IsSimple(geom) ：当geom无任何异常几何点返回1（如自相交和自切线等），否则返回0
ST_SRID(geom) ：返回geom的坐标系ID

参见
ST_X(Point) ：获取Point的X值
ST_Y(Point) ：获取Point的Y值

参见
ST_StartPoint(linestrng) ： 线的起点
ST_EndPoint(linestring) ：返回线的最后一个点
ST_IsClosed(linestring或multilinestring) ：线是否闭合（若为线，则判断起点与终点是否一致；若为线组，则判断组内每个元素是否符合闭合线）
ST_Length(linestring) ：返回线的长度，若入参为线集，则返回集合内所有长度的和
ST_NumPoiints(linestring) ：返回点的数量；
ST_PointN(linestring,N) ：返回第N个点（从1开始）

参见
具体不在一一列举，主要有计算多边形面积、中心点、最小外接圆，最大内接圆等函数，列举几个可能会用到的：


ST_Area(Poly|mPoly) ：返回双精度的面积或面积的和
\'ST_Centroid(Poly|mPoly)\'：返回数学上的中心点
ST_ExteriorRing(Poly) ：返回外接圆

参见
ST_Buffer说明
不再列举，主要有：ST_Buffer（不懂干啥用），ST_ConvexHull(geom)凸包，ST_Dfference(g1,g2)比较差异，ST_Intersecton(g1,g2)交叉点，ST_SymDifference(g1,g2)对称差分，ST_Union(g1,g2)连接、合并等。

检查geometry Objects之间的空间关系的方法。

参见
计算两个Object之间的空间关系的函数，有两个间距离、相交、不相交，包含、相等、相切、重叠、接触、在内等等空间关系。下面列举几个可能会常用的方法：
ST_Contains(g1,g2) ：g1是否完全包含g2
ST_Within(g1,g2) ：g1是否包含于g2中
ST_Distance(g1,g2) ：返回g1和g2之间的距离，已坐标单位计算的
ST_Equals(g1,g2) ：返回g1和g2是否相等

参见
MBRContains(g1,g2) ：g1的mbr是否包含g2的mbr
MBRWithin(g1,g2) ：g1的mbr是否在g2的mbr内
MBRCoveredBy(g1,g2) ：g1的mbr是否被g2的mbr覆盖
MBRCovers(g1,g2) ：g1的mbr是否覆盖g2的mbr
MBRDisjoint(g1,g2) ：g1的mbr,g2的mbr是否不相交
MBRIntersects(g1,g2) ：g1mbr，g2mbr是否相交
MBREqual(g1,g2) ：g1的mbr,g2的mbr的外接是否相等
MBREquals(g1,g2) ：g1的mbr,g2的mbr的外接是否相等
MBROverlaps(g1,g2) ：g1mbr、g2mbr
其他函数请参看原文

GeoHash介绍
GeoHash Wiki百科

MySQL中自带函数 st_geohash(longtude,latitude,max_length) 或 st_geohash(point, max_length) 即可生成某一点的geohash值。

返回一个geohash字符串中的latitude或longitude

返回一个geohash解析出的point数据

官方文档

通过geometry生成一个GeoJSON Object， select st_asgeojson(geometry,max_length,options);

通过GeoJSON生成GeoMetry对象。
ST_GeomFromGeoJSON(jsonstring, [options [, srid]])


具体使用方法参见官方文档

官方文档
MySQL中提供的方便空间运算的函数们

select ST_Distance_Spher(geomPoint1,geomPoint2 [, radius]);
此方法用于计算两点或多个点之间的地球上的距离（是地球球面距离而不是直线距离），返回单位为米，

select ST_IsValid(ST_GeomFromText(\'LINESTRING(0 0,1 1)\'))
判断入参是否是符合地理位置描述的格式。返回1（符合）或者0（不符）；

例如：
返回0：
select st_isvalid(st_geomfromtext(\'linestring(0 0, -0.00 0, 0.0 0)\')
返回1：
select st_isvalid(st_geomfromtext(\'linestring(0 0,1 1)\')

select st_astext(st_makeenvelope(pt1, pt2));
返回两点构成的包络。（此计算是基于笛卡尔坐标系而非球面）

例如：
SELECT ST_AsText ( st_makeenvelope ( st_geomfromtext ( \'point(0 0)\' ), st_geomfromtext ( \'point(1 1)\' ) ) );
返回结果：
POLYGON((0 0,1 0,1 1,0 1,0 0))

效果说明
JS抽稀算法
select st_simplify(geometry, max_distance);
用道格拉斯-普克算法（抽稀函数）简化geometry，并返回与原格式相同格式的结果。

例如，以下点集拟合为直线，步长0.5：
SELECT st_simplify ( st_geomfromtext ( \'LINESTRING(0 0,0 1,1 1,1 2,2 2,2 3,3 3)\' ), 0.5 )
返回结果：
LINESTRING(0 0, 0 1, 1 1, 2 3, 3 3)
再如，步长1.0：
SELECT st_simplify ( st_geomfromtext ( \'LINESTRING(0 0,0 1,1 1,1 2,2 2,2 3,3 3)\' ), 1.0 )
返回结果：
LINESTRING(0 0, 3 3)

SELECT ST_Validate(geometry);
验证geometry是符合正确的地理位置信息格式。例如 Point(0 0) 是合格的； Linestring(0 0) 是非法的； Linestring(0 0, 1 1) 是合格的

了解了上述MySQL中关于集合对象的功能，下面来实践一下

由上面geohash长度-精度对应表可知，前6位表示±610米左右的误差，这里先查询前六位范围之后再用上述方法精确筛选一次即可：

可将上述查询方法封装为MySQL函数方便和简化程序调用.

该方法是运用了内置的几何关系运算函数 ST_Contains 和 ST_MakeEnvelop 来实现的，0.5对应大概500米左右的范围，具体如下；

链接: https://pan.baidu.com/s/1cW-kv6DIgtYMw5I3bNFzKA

提取码: jagn