Mysql空间数据，空间索引，Spatial Data，Spatial Index

前文：

　　这两天因为项目原因看了一下MySQL的空间索引，发现网上的资料不多，查了一下官方文档，为了强化记忆做了一个简单的翻译。基本上理解了mysql空间索引的要点。谨以此纪。

Extensions for Spatial Data

• 一个实体，例如一座山，一个池塘，一个城市 An entity. For example, a mountain, a pond, a city.

• 一个空间，例如城区，热带地区A space. For example, town district, the tropics.

• 一个确定的位置。例如一个特定两条街交叉的十字路口A definable location. For example, a crossroad, as a particular place where two streets intersect. 

MySQL GIS Conformance（一致性） and Compatibility（兼容性）

Additional Resources

Spatial Data Types

• GEOMETRY 几何体

• POINT 点

• LINESTRING 线

• POLYGON 多边形

   

• MULTIPOINT 多点

• MULTILINESTRING 多线

• MULTIPOLYGON 多个多边形

• GEOMETRYCOLLECTION 几何集合

12.5.2 The OpenGIS Geometry Model

• 它由一个空间关系系统关联起来，这个系统描述了对象定义的坐标空间。

• 他属于一些几何类

12.5.2.1 The Geometry Class Hierarchy几何类层级

• 点表示0维对象 Point represents zero-dimensional objects.

• Curve曲线代表一维对象，他有LineString线串子类（子-子类=》Line 线，LinearRing线圈）

• 面Surface表示一个二 维对象，他有Polygon多边形这个子类

• GeometryCollection几何集合有专门的0/1/2维集合类叫做MultiPoint, MultiLineString, and MultiPolygon 来建立Points, LineStrings, and Polygons集合相应的几何模型, .MultiCurve and MultiSurface 是做为处理 Curves and Surfaces几何的接口引进的虚拟父类。

12.5.2.2 Geometry Class

•  Its type. 每一个geometry属于层级中的某一个可实例化类。

• Its SRID, or Spatial Reference Identifier.空间关系标示，这个值标识了geometr关联的空间关系系统，系统描述了几何对象在其中定义的坐标空间。

  In MySQL, the SRID value是一个整数关联到几何value.所有的计算通过欧几里得（平面）几何所得.  SRID最大值是2³²−1. 如果提供了一个更大值只会取其低32位。

• Its coordinates 在他的空间关系系统中的坐标。由双精度（8-byte）数据表示. 所有的非空几何体包含至少一对(X,Y)坐标.空几何体不包含任何坐标.

  坐标Coordinates和SRID相关 .例如，在不同的坐标系统,两个对象即使这两个对象有相同的坐标但是距离可能会不同，,因为在平面 planar 坐标系统的距离和在地理测量geodetic 系统(地球表面上的系统坐标)的距离是不同的东西.

• Its interior内部, boundary边界, and exterior外部.

  每一个几何占据了一些空间中的位置。 几何体的外部是指所有没有被几何体占用的空间.内部是指几何体占据的空间。边界是指内部和外部间的交接处

• Its MBR (最小边框矩形minimum bounding rectangle), 或者envelope封闭线. 这个是边界几何体，由最大的坐标和最小的坐标组成(X,Y):

  ((MINX MINY, MAXX MINY, MAXX MAXY, MINX MAXY, MINX MINY))
  

• Whether the value is simple or nonsimple.  (LineString, MultiPoint, MultiLineString) 类型的几何值既不是simple 也不是 nonsimple.每个类型自行决定自己是simple or nonsimple.

• Whether the value is closed or not closed. (LineString, MultiString) 的Geometry values 既不是closed 也不是 not closed. .每个类型自行决定自己是 closed or not closed.

• Whether the value is empty or nonempty 如果一个几何体不包含任何点则为empty. empty几何体的内部外部和边界都没有定义 ( 用 NULL 表示).一个空几何体总是simple的包含的区域为0。

• Its dimension维度. 维度有 −1, 0, 1, or 2:

  • −1 空几何体

  • 0  没有长度没有空间的几何体

  • 1 非零长度但是0空间的几何体

  • 2 非零空间的几何体

  Point 是zero. LineString 是 1. Polygon 是 2. MultiPoint, MultiLineString, and MultiPolygon由他们包含的组件维度决定

12.5.2.3 Point Class

           A Point 是指在坐标系统中单一的位置的几何体

Point Examples

Point Properties

A Curve 是一维几何体, 通常表示一个序列的点. 其子类定义了点和点之间的插入类型 。Curve  是一个不可实例化的类。

Curve Properties

A LineString 是两点之间的线.

LineString Examples

LineString Properties

A Surface 是二维几何体。不可实例化. 他的可实例化子类是Polygon.

Surface Properties

A Polygon是一个平面Surface 表示一个多边的几何体。 由一个外部边界和0个或者多个内部边界组成,每一个内部边界表示几何体中的一个孔

Polygon Examples

Polygon Assertions

前面的判断使得Polygon成为simple几何体. 

A GeometryCollection 是一个任意数量几何体的集合

所有的子项必须在同一个空间关系系统(相同的坐标空间). 除此之外没有其他额外约束, 但是GeometryCollection的子类可能限制子项资格. 限制条件基于:

A MultiPoint是一个由Point 子项组成的集合. 这些点无论如何没有联系或者顺序.

MultiPoint Examples

MultiPoint Properties

12.5.3 Using Spatial Data

有两个标准的空间数据格式被用来表示集合对象Two standard spatial data formats are used to represent geometry objects in queries:

在内部，MySQL存储几何值到一个既不是WKT也不是WKB的格式。

12.5.3.1.1 Well-Known Text (WKT) Format

• A Point:

  POINT(15 20)
  

  点坐标之间没有用逗号分隔。这个和  SQL Point() 方法不同,后者需要用逗号隔开坐标.注意使用适当的语法到给定空间操作的上下文。例如下面的语句都是从Point对象中取出X坐标。第一个直接使用Point() 函数，第二个使用WKT的GeomFormText（）转换Point
  The first produces the object directly using the Point() function. The second uses a WKT representation converted to a Point with GeomFromText().

  mysql> SELECT ST_X(Point(15, 20));
  +---------------------+
  | ST_X(POINT(15, 20)) |
  +---------------------+
  |                  15 |
  +---------------------+
  
  mysql> SELECT ST_X(ST_GeomFromText(‘POINT(15 20)‘));
  +---------------------------------------+
  | ST_X(ST_GeomFromText(‘POINT(15 20)‘)) |
  +---------------------------------------+
  |                                    15 |
  +---------------------------------------+
  

• A LineString有四个点:

  LINESTRING(0 0, 10 10, 20 25, 50 60)
  

  点和点直接由逗号分开

• A 带有一个外部圈和一个内部圈的Polygon

  POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5))
  

• 多点:

  MULTIPOINT(0 0, 20 20, 60 60)
  

  在5.7.9中，空间函数例如 ST_MPointFromText() and ST_GeomFromText() 接受WKT格式化的MutilPoint数值中使用圆括号把点包裹起来.例如下面两个函数调用都是有效的。但是，在5.7.9之前的版本，第二种方式会产生错误:

  ST_MPointFromText(‘MULTIPOINT (1 1, 2 2, 3 3)‘)
  ST_MPointFromText(‘MULTIPOINT ((1 1), (2 2), (3 3))‘)
  

  在5.7.9中，输出的MultiPoint值会使用圆括号把每个点包裹起来

  mysql> SET @mp = ‘MULTIPOINT(1 1, 2 2, 3 3)‘;
  mysql> SELECT ST_AsText(ST_GeomFromText(@mp));
  +---------------------------------+
  | ST_AsText(ST_GeomFromText(@mp)) |
  +---------------------------------+
  | MULTIPOINT((1 1),(2 2),(3 3))   |
  +---------------------------------+
  

  5.7.9之前的输出不会带有括号

  mysql> SET @mp = ‘MULTIPOINT(1 1, 2 2, 3 3)‘;
  mysql> SELECT ST_AsText(ST_GeomFromText(@mp));
  +---------------------------------+
  | ST_AsText(ST_GeomFromText(@mp)) |
  +---------------------------------+
  | MULTIPOINT(1 1,2 2,3 3)         |
  +---------------------------------+
  

• A MultiLineString with two LineString values:

  MULTILINESTRING((10 10, 20 20), (15 15, 30 15))
  

• A MultiPolygon with two Polygon values:

  MULTIPOLYGON(((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0)),((5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5)))
  

• A GeometryCollection consisting of two Point values and one LineString:

  GEOMETRYCOLLECTION(POINT(10 10), POINT(30 30), LINESTRING(15 15, 20 20))
  

The Well-Known Binary (WKB) 使用转换几何数据成二进制流representation of geometric values is used for exchanging geometry data as binary streams represented by BLOB values containing geometric WKB information. WKB 使用1-byte 无符号整数，4-byte无符号整数，和8-byte 双精度数字。一个byte是8bit。例如，一个WKB值表示POINT（1,1）用21byte组成这个序列，每一个由两个十六进制表示。

0101000000000000000000F03F000000000000F03F

这个序列由以下组件组成:

Byte order:   01
WKB type:     01000000
X coordinate: 000000000000F03F
Y coordinate: 000000000000F03F

Component representation is as follows:

MySQL 提供了一个标准的方法去为几何类型创建空间列。例如， 在 CREATE TABLE or ALTER TABLE中. 空间列在 MyISAM, InnoDB, NDB, and ARCHIVE tables 中支持. 

创建空间列之后，你可以填充进去空间数据。数值必须存储为内部几何格式的值。但是你可以转换成 Well-Known Text (WKT) or Well-Known Binary (WKB) 格式。下面例子展示如何插入几何值到一个表中。使用WKT转换成内部几何格式：

下面的例子插入了更加复杂的几何数据到表中

    SET @g = ‘LINESTRING(0 0,1 1,2 2)‘;
   INSERT INTO geom VALUES (ST_GeomFromText(@g));

   SET @g = ‘POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5))‘;
   INSERT INTO geom VALUES (ST_GeomFromText(@g));

  SET @g =‘GEOMETRYCOLLECTION(POINT(1 1),LINESTRING(0 0,1 1,2 2,3 3,4 4))‘;
  INSERT INTO geom VALUES (ST_GeomFromText(@g));

前面的语句使用了ST_GeomFromText() 来创建几何值。你可以使用type-specific(类型定义)函数//这里留有疑义，下面的例子和前面的相同都是使用ST_GeomFromText() 但是我感觉更像是要使用类似POINT() 函数:

SET @g = ‘POINT(1 1)‘;
INSERT INTO geom VALUES (ST_PointFromText(@g));

SET @g = ‘LINESTRING(0 0,1 1,2 2)‘;
INSERT INTO geom VALUES (ST_LineStringFromText(@g));

SET @g = ‘POLYGON((0 0,10 0,10 10,0 10,0 0),(5 5,7 5,7 7,5 7, 5 5))‘;
INSERT INTO geom VALUES (ST_PolygonFromText(@g));

SET @g =
‘GEOMETRYCOLLECTION(POINT(1 1),LINESTRING(0 0,1 1,2 2,3 3,4 4))‘;
INSERT INTO geom VALUES (ST_GeomCollFromText(@g));

一个应用程序想要在查询服务器的时候使用WKB 表示几何数值.下面有几个方法实现这个需求。例如

13.15 Spatial Analysis Functions

The following table lists each spatial function and provides a short description of each one.