Przestrzenne bazy danych. Funkcje geometryczne

Transkrypt

1 Przestrzenne bazy danych Funkcje geometryczne

2 SQL/MM SQL/MM (SQL Multimedia and Application Packages) standard uzupełniający język SQL o obsługę zaawansowanych typów danych, składa się części: Framework zawiera ona definicje i koncepcje wspólne dla pozostałych, specjalistycznych części standardu. Dotyczy między innymi sposobu, w jaki inne części standardu SQL/MM wykorzystują mechanizm obiektowych typów SQL. Full-Text definiuje typy danych do składowania dużych obiektów tekstowych, skupiając się na wsparciu dla operacji wyszukiwania zadanych wzorców w tekście. Spatial definiuje typy danych wspierające aplikacje przetwarzające dane przestrzenne. W obecnej wersji standardu wsparcie ograniczone jest do obiektów 0- wymiarowych (punktów), 1-wymiarowych (linii) i 2-wymiarowych (figur płaskich). Still Image definiuje typy danych do obsługi obrazów w bazie danych, ze szczególnym naciskiem na wyszukiwanie obrazów ze względu na zawartość. Data mining eksploracja danych, wyszukiwanie wzorców i reguł w dużych zbiorach danych

3 SQL/MM Spatial Zgodnie z standardem SQL/MM wszystkie obiekty i funkcje posiadają prefix ST_ (spatial type) Hierarchia typów obiektów zgodna z SQL

4 Funkcje geometryczne (jednoobiektowe) Funkcje konstruujące Funkcje exportujące dane do zewnętrznych formatów Funkcje pobierające i ustawiające atrybuty geometrii Funkcje rozdzielające obiekty geometryczne Funkcje łączące obiekty geometryczne Funkcje pomiarowe Funkcje kontrolujące poprawność geometrii

5 Funkcje konstruujące Tworzenie obiektów geometrycznych z WKT i WKB (well-known text i binary) Tworzenie obiektów geometrycznych z istniejących już obiektów

6 Tworzenie obiektów geometrycznych z WKT i WKB (well-known text i binary) ST_GeomFromText - funkcja do tworzenia obiektów 2d (dostępna w innych SQL/MM) INSERT INTO my_geometries (geom) VALUES (ST_GeomFromText('POINT( )',4326)), (ST_GeomFromText('LINESTRING(-80 28, )',4326)), (ST_GeomFromText('POLYGON((10 28, 9 29, 7 30, 10 28)),4326)); ST_GeomFromEWKT - funkcja dekodująca układ odniesienia i obsługująca wymiary 3d i 4d (dostępna jedynie w PostGIS) INSERT INTO my_geometries (geom) VALUES (ST_GeomFromEWKT('SRID=4326;POINT( )')), (ST_GeomFromEWKT('SRID=4326;LINESTRING(-80 28,-90 29)')), (ST_GeomFromEWKT('SRID=4326;POLYGON((10 28, 9 29, 7 30, 10 28)); ST_GeomFromWKB funkcja do tworzenia obiektów na podstawie binarnej reprezentacji danych (dostępna w innych SQL/MM) SELECT ST_GeomFromWKB(E'\\001\\001\\000\\000\\000\\321\\256B\\312O\\304Q\\300\\34 7\\030\\220\\275\\336%E@',4326);

7 Funkcje exportujące Funkcje eksportujące do WKT i WKB (ST_AsText, ST_AsBinary) Keyhole markup language (KML) format oparty XML stosowany w Google Maps Geography markup language (GML) format oparty na XML zgodny z OGC Geometry JavaScript object notation (GeoJSON) Scalar vector graphics (SVG) format geometrii 2d bez SRID Geohash format przechowujący informacje o współrzędnych SELECT ST_AsGML(geom,5) As GML, ST_AsKML(geom,5) As KML, ST_AsGeoJSON(geom,5) As GeoJSON, ST_AsSVG(geom,0,5) As SVG_Absolute, ST_AsSVG(geom,1,5) As SVG_Relative, ST_GeoHash(geom) As Geohash FROM (SELECT ST_GeomFromText('LINESTRING(2 48, 0 51)', 4326) As geom) foo;

8 Funkcje zarządzające atrybutami geometrii Ustawiania układu odniesienia (SRID) Transformacja współrzędnych Nazwa typu geometrii Ustawianie współrzędnych i wymiarów przestrzennych

9 Ustawianie układu odniesienia (SRID) ST_SRID() pobieranie układu odniesienia (zgodna z SQL/MM) ST_SetSRID() ustawianie układu odniesienia (zgodna z SQL/MM)

10 Transformacja współrzędnych ST_Transform() konwertuje współrzędne z jednego układu współrzędnych do drugiego przy użyciu biblioteki proj4 Zmiana współrzędnych z układu WGS-84 Lon Lat na WGS-84 UTM Zone 18N SELECT ST_AsEWKT(ST_Transform(ST_GeomFromEWKT('SRID=4326;LINES TRING(-73 41, )'), 32618)); Wynik działania to nowe współrzędne: SRID=32618;LINESTRING( , )

11 Nazwa geometrii ST_geometryType zwraca nazwę typu POLYGON jako ST_Polygon zgodnie z SQL/MM SELECT ST_GeometryType(geom) As new_name, GeometryType(geom) As old_name FROM (VALUES (ST_GeomFromText('POLYGON((0 0, 1 1, 0 1, 0 0))')), (ST_Point(1, 2)), (ST_MakeLine(ST_Point(1, 2), ST_Point(1, 2))), (ST_Collect(ST_Point(1, 2), ST_Buffer(ST_Point(1, 2),3))), (ST_LineToCurve(ST_Buffer(ST_Point(1, 2), 3))), (ST_LineToCurve(ST_Boundary(ST_Buffer(ST_Point(1, 2), 3)))), (ST_Multi(ST_LineToCurve(ST_Boundary(ST_Buffer(ST_Point(1, 2),3))))) ) As foo (geom);

12 Wymiary układu i wymiary obiektu ST_CoordDim() pobiera wymiary układu odniesiona ST_Dimension() pobiera wymiary obiektu geometrycznego

13 Funkcje pomiarowe Pomiary obiektów geometrycznych na powierzchni płaskiej (planar measures) Pomiary obiektów geometrycznych na powierzchni kuli (spherical measures)

14 Pomiary obiektów geometrycznych na powierzchni płaskiej ST_Length, ST_Length3D pomiary linii, w 3D dodatkowo w wymiarze z, wyniki pomiarów są uzależnione od układu odniesienia ST_Distance odlegośći między obiektami ST_Area powierzchnia poligonów ST_Perimeter obwód poligonów i zamkniętych linii

15 ST_Length SELECT feature_type, sum(st_length(geom))/1000 AS length_km FROM gis.wp_linestrings GROUP BY feature_type ORDER BY length_km DESC;

16 Pomiary obiektów geometrycznych i geograficznych na powierzchni kuli i geoidy Pomiary typu geograficznego są wykonywane w przestrzeni układu w stopniach WGS-84 lan lat ale wyniki zwracane są w metrach ST_Length(geography, boolean) pomiar długości linii na geoidzie (true) lub idealnej kuli (false) ST_Length_Spheroid(geometry,boolean) pomiar długości linii na geoidzie lub idealnej kuli (false) ST_Distance(geography, geography) - pomiar najkrótszej odległości na modelu geoidy, ST_Distance_Spheroid(geometry, geometry,spheroid) - pomiar na modelu geoidy, ST_Distance_Sphere(geometry,geometry) - pomiar na idealnej kuli

17 Pomiary długości na powierzchni kuli i geoidy

18 Pomiary odległości na powierzchni kuli i geoidy

19 Funkcje dekompozycyjne ST_Box2D, ST_Envelope ST_X, ST_Y ST_Boundary ST_Centroid, ST_PointOnSurface ST_Dump, ST_GeometryN

20 ST_Box2D Funkcja ST_Box2D generuje najmniejszy prostokąt (nie jest on obiektem geometrycznym), do którego można wpisać obiekt. Aby uzyskać prostokąt jako obiekt geometryczny należy zastosować funkcję ST_Envelope

21 Rozdzielanie obiektów ST_Boundary ST_Boundary pobiera dowolny obiekt geometryczny i zwraca obiekty będące składnikami pobieranego obiektu np. Otwarta linia zwraca wielopunkt składający się z punktu początkowego i punktu końcowego Poligon zwraca linię obejmującą obszar poligonu Poligon z pustymi polami zwraca wielolinię

22 Rozdzielanie obiektów ST_Boundary

23 Rozdzielanie obiektów (ST_Boundary) INSERT INTO polygon_poznan(name,way) VALUES ('obwód Jeziora Maltańskiego', (SELECT ST_Boundary(way) FROM planet_osm_polygon WHERE name='jezioro Maltańskie'));

24 Rozdzielanie obiektów ST_Centroid ST_Centroid, ST_PointOnSurface zwracają punkt centralny obiektu geometrycznego Gwiazdka pokazuje umiejscowienie punktu ST_Centroid ST_PointOnSurface

25 Rozdzielanie obiektów ST_Centroid INSERT INTO point_poznan(name,way) VALUES ('Jezioro Maltańskie', (SELECT ST_Centroid(way) FROM planet_osm_polygon WHERE name='jezioro Maltańskie'));

26 Rozbijanie obiektów złożonych ST_Dump() -rozbija złożone do najprostszej postaci ST_GeometryN() - rozbija obiekty złożone na prostsze tylko o jeden poziom

27 ST_Dump

28 ST_GeometryN

29 Tworzenie poligonów z innych obiektów ST_MakePolygon tworzy poligon z zamkniętej linii, akceptuje dodatkowo zamknięte linie wewnętrzne ST_BuiltArea tworzy poligon z linnii, wielolinii, poligonów i wielopoligonów w efekcie powstają poligony i wielopoligony ST_Polygonize funkcja agregująca, pobiera linie i zwraca wszystkie możliwe kombinacje poligonów INSERT INTO polygon_poznan(name,way) VALUES ('obręb_gdańskiej', (SELECT ST_AsEWKT(ST_Polygonize(way)) FROM planet_osm_line WHERE name='gdańska'));

30 Kontrola poprawności geometrii (validity)

31 Funkcje geometryczne relacyjne

32 Przestrzenne relacje między obiektami W zwykłych bazach danych można wykonywać analizy relacji między takimi obiektami jak liczby (dodawanie, mnożenie i inne obliczenia), łańcuchy znaków (łączenie, rozdzielanie, porównywanie i inne) W przestrzennej bazie danych można dokonywać analiz relacji pomiędzy obiektami geometrycznymi umiejscowionymi w przestrzeni geograficznej Funkcje do analiz przestrzennych relacji akceptują na wejściu dwa obiekty geometryczne, a na wyjściu zawracają wartość logiczną lub inny obiekt geometryczny Jeżeli chcemy np. sprawdzić czy jeden obiekt zwiera w swoim obszarze inny obiekt możemy użyć funkcji ST_Contains ST_Contains(geom1, geom2) co można czytać geom1 contains geom2

33 Analiza relacji między obiektami Przecinanie się obiektów Porównywanie obiektów Najbliższe sąsiedztwo Relacje warunkowe

34 Relacja przecinania się Interior - wnętrze obiektu Boundary - granica Exterior - obszar zewnętrzny

35 Przecinanie się obiektów ST_Intersects funkcja pobiera dwa obiekty i zwraca prawdę, jeżeli obiekty przecinają się ST_Intersection funkcja pobiera dwa obiekty i zwraca obiekt geometryczny będący wspólnym obszarem SELECT ST_Intersects(g1.geom1,g1.geom2) As they_intersect, GeometryType(ST_Intersection(g1.geom1, g1.geom2)) As intersect_geom_type FROM (SELECT ST_GeomFromText('POLYGON((2 4.5,3 2.6,3 1.8,2 0, , , ,2 6.5,2 4.5))') As geom1, ST_GeomFromText('LINESTRING( , )') As geom2) As g1;

36 Specyficzne przypadki przecinania się obiektów Funkcja ST_Contains - Jeżeli obiekt A jest w wewnątrz obiektu B to obiekt B zawiera (contains) obiekt A - Obiekt A nie może przecinać (intersects) się z granicą obiektu B - Obiekt geometryczny nie zawiera swojej granicy tylko to co znajduje się wewnątrz

37 Przykład zastosowania ST_Contains CREATE TABLE example_set(ex_name varchar(150) PRIMARY KEY, the_geom geometry); INSERT INTO example_set(ex_name, the_geom) VALUES ('A polygon with hole', ST_GeomFromText('POLYGON (( , , , , , , ), ( , , , ))') ), ('A point',st_geomfromtext('point( )')), ('A linestring',st_geomfromtext('linestring( , , )')), ('A multipoint',st_geomfromtext('multipoint( , )')) ;

38 Przykład ST_Contains SELECT A.ex_name As a_name, B.ex_name As b_name, ST_Contains(A.the_geom, B.the_geom) As a_co_b, ST_Intersects(A.the_geom, B.the_geom) As a_in_b FROM example_set As A CROSS JOIN example_set As B;

39 ST_Contains: Wnioski Wszystkie obiekty przecinają się Poligon nie zawiera wielopunktu, ale wielopunkt przecina się z poligonem Linia nie zawiera punktu znajdującego się na jej końcu ale zawiera wielopunkt Jeżeli obiekt B znajduje się na granicy obiektu A, to obiekt A nie zawiera obiektu B Wszystkie obiekty zawierają samych siebie