SQL Server 空間型別介紹

SQL Server功能非常強大，它對空間型別也有著非常強的支援。本文用較為簡短的篇幅概述其空間型別的基本使用與原理。可以幫助讀者瞭解空間型別的整體框架，如需瞭解更多細節，可以繼續閱讀其文件獲取更多詳情。

另外，本文內容比較“幹”，看客需要自備礦泉水解渴。

SQL Server的空間型別主要有兩種，分別是空間幾何型別(Geometry)和空間地理型別(Geography)。其中， Geometry 型別表示歐幾里得（平面）座標系中的資料，Geography 型別表示圓形地球座標系中的資料，如 GPS 經緯度座標資料。

• 通俗介紹

Geometry是平面空間資料型別，通過該型別可以儲存平面座標系（也就是X、Y平面座標系）上的點(單點、多點)、線(弧線、折線)、多邊形(多邊形內嵌)。G eography是立體空間資料型別，主要是用於記錄地球的經緯度。

空間幾何和空間地理資料型別支援 16 種空間資料物件或例項型別，分為Point(點)、Curve (線) 、Surface (面) 、GeomCollection (集合)四大類。 這些例項型別中只有 11 種是可例項化的，分別為 Point、LineString、CircularString、CompundCurve、Polygon、CurvePolygon、MultiPolygon、MultiLineString、MultiPoint 和 GeomCollection。圖1顯示16種資料型別所基於的幾何層次結構，其中11種可例項化型別以藍色表示。

圖1

只要例項的格式正確，即使未顯式定義該例項，Geometry 和 Geography 型別也可識別該例項。例如，如果您使用 STPointFromText() 方法顯式定義了一個 Point 例項，只要方法輸入的格式正確，Geometry 和 Geography 便將該例項識別為 Point。如果您使用 STGeomFromText() 方法定義了相同的例項，則 Geometry 和 Geography 資料型別都將該例項識別為 Point。

另外，空間幾何型別有SRID(Spatial Reference Identifiers)概念。因為 地球並不是理想化的平面，也不是理想的圓形，而是一個非標準的橢圓球體。因此，在不同的經緯度位置，計算兩點的距離沒有一個完美的公式。所以座標系應運而生，SRID是指資料的座標系，不同座標系資料不具有比較的意義。SQL Server的Geometry型別預設的SRID是0， Geography型別預設的是4326。 空間幾何的資料型別也是支援create  Spatial index，此型別的索引結構是B-tree， 前提是 該表必須有主鍵 ，詳細的空間索引型別可以參考官方介紹。

• 示例

該示例表示建立包含一個自增列、一個Geography型別列名為GeogCol1的表，第三列使用 Geography中的 STAsText()方法的計算列。 然後插入三行資料，分別是含Point、LineString 和Polygon型別的例項。

DROP TABLE if EXISTS SpatialTable;   


CREATE TABLE SpatialTable   
    ( id int IDENTITY (1,1),  
    GeogCol1 geography,   
    GeogCol2 AS GeogCol1.STAsText() );  
GO  
INSERT INTO SpatialTable (GeogCol1)  
VALUES (geography::STGeomFromText('POINT(-122.360 47.656)', 4326));  


INSERT INTO SpatialTable (GeogCol1)  
VALUES (geography::STGeomFromText('LINESTRING(-122.360 47.656, -122.343 47.656 )', 4326));  


INSERT INTO SpatialTable (GeogCol1)  
VALUES (geography::STGeomFromText('POLYGON((-122.358 47.653 , -122.348 47.649, -122.348 47.658, -122.358 47.658, -122.358 47.653))', 4326));  
GO

下面分別從點、線、面和集合四大類別中各抽取一個可例項化物件為例，簡單介紹SQL Server空間資料型別是如何使用的。

• Geography 型別

在Geography 資料型別中Point表示單個位置，其中 Long 表示經度(前一位)，Lat 表示緯度(後一位)， 維度和經度值以度數進行衡量。其中緯度值始終處於間隔 [-90, 90] 內，如果輸入的值超出此範圍，將引發異常。而經度值始終處於間隔 (-180, 180] 內，如果輸入的值超出此範圍，並不會直接報錯，而是先對對值進行迴繞以便適合此範圍。例 如，如果為經度值輸入 190，則該值將被迴繞到值 -170。 但是經度值必須在 -15069 和 15069 度之間，否則也會報錯。  SRID 表示您希望返回的 geometry 例項的空間引用 ID，預設是4326。

• Geometry型別

在Geometry 資料型別中Point 型別表示單個位置，其中 X 表示要生成的點的 X 座標， Y 表示要生成的點的 Y 座標。SRID 表示您希望返回的 geometry 例項的空間引用 ID ，預設是0。

• 示例

下面的示例建立一個 geometry型別 表示點 (3, 4) 的幾何點例項，它的 SRID 為 0。

DECLARE @g geometry;  
SET @g = geometry::STGeomFromText('POINT (3 4)', 0);

下面的示例建立一個 geometry型別 表示點 (3, 4) 的幾何點例項，它的 Z（高程）值為 7、M（度量）值為 2.5 且預設 SRID 為 0。

DECLARE @g geometry;  
SET @g = geometry::STGeomFromText('POINT(3 4 7 2.5)');

圖2

圖2中：

• 1顯示的是一個簡單、非閉合的 LineString 例項。

• 2顯示的是一個不簡單、非閉合的 LineString 例項。

• 3顯示的是一個閉合、簡單的 LineString 例項，因此是一個環。

• 4顯示的是一個閉合、不簡單的 LineString 例項，因此不是一個環。

LineString例項分為可接受的、有效的，其中有效例項表示必須有兩個及以上不同的點組成或者例項為空，如果兩個是 LineString例項是兩個相同的點，則稱之為可接受但無效例項，使用時會報 System.FormatException 異常。

• 示例

有效例項，返回1。

DECLARE @g1 geometry= 'LINESTRING EMPTY';  
DECLARE @g2 geometry= 'LINESTRING(1 1, 1 2)'; 
DECLARE @g3 geometry= 'LINESTRING(1 1, 3 3, 2 4, 2 0)';  
SELECT @g1.STIsValid(), @g2.STIsValid(), @g3.STIsValid();

無效可接受例項，返回0。

DECLARE @g1 geometry= 'LINESTRING(1 1, 1 1)';
SELECT @g1.STIsValid()

04、面：Polygon    

Polygon 是儲存為一系列點的二維表面，這些點定義一個外部邊界環和零個或多個內部環。至少具有三個不同點的平面才可以構建一個 Polygon 例項。Polygon 例項也可以為空。下圖3顯示了 Polygon 例項的示例。

圖3

圖3中：

• 1是由外部環定義其邊界的 Polygon 例項。

• 2是由外部環和兩個內部環定義其邊界的 Polygon 例項。內部環內的面積是 Polygon 例項的外部環的一部分。

• 3是一個有效的 Polygon 例項，因為其內部環在單個切點處相交。

• 示例

以下示例建立了一個帶有孔且SRID為10的簡單GeometryPolygon例項。

DECLARE @g geometry;
SET @g=geometry::STPolyFromText('POLYGON((0 0, 0 3, 3 3, 3 0, 0 0), (1 1, 1 2, 2 1, 1 1))',10);

05、集合：GemetryCollection    

GeometryCollection 是零個或更多個 geometry 或 geography 例項的集合，也就是該例項可以為空。 GeometryCollection例項中所有的例項都為有效時，該集合型別才為有效例項。

• 示例

以下示例顯示三個有效的 GeometryCollection 例項和一個g4無效的例項。

DECLARE @g1 geometry = 'GEOMETRYCOLLECTION EMPTY';  
DECLARE @g2 geometry = 'GEOMETRYCOLLECTION(LINESTRING EMPTY,POLYGON((-1 -1, -1 -5, -5 -5, -5 -1, -1 -1)))';  
DECLARE @g3 geometry = 'GEOMETRYCOLLECTION(LINESTRING(1 1, 3 5),POLYGON((-1 -1, -1 -5, -5 -5, -5 -1, -1 -1)))';  
DECLARE @g4 geometry = 'GEOMETRYCOLLECTION(LINESTRING(1 1, 3 5),POLYGON((-1 -1, 1 -5, -5 5, -5 -1, -1 -1)))';  
SELECT @g1.STIsValid(), @g2.STIsValid(), @g3.STIsValid(), @g4.STIsValid();

• STAsText將幾何圖形轉換成字串

使用：Geometry例項.STAsText()

返回型別：nvarchar(max)

• STBoundary查詢幾何圖形的邊界

使用：Geometry例項.STBoundary()

返回型別：geometry

當圖形物件是Point時，查詢其邊界，返回的Geometry型別為空。

• STGeometryType查詢幾何圖形的型別

使用：Geometry例項.STGeometryType()

返回型別：nvarchar(4000)

• 線段相關方法

STLength：計算線段長度

STStartPoint：返回Geometry例項第一個Point

STEndPoint：返回Geometry例項最後一個Point

STPointN：返回Geometry例項制定Point

• 多邊形相關方法

STArea：求多邊形面積

STNRings：返回多邊形中環的數量

STPerimeter：返回閉環的長度包括內環

STExteriorRing：以線串的形式返回多邊形最外面的環

STInteriorRingN：以線串形式返回指定的內部環

• 其他常用方法

STGeometryType：返回一個幾何型別

更多的方法使用參考SQL Server官方文件。

@SQL Server  Spatial index

@SQL Server Data types (Transact-SQL)

@Wiki SCID

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