Oracle Spatial研究

Oracle Spatial是Oracle公司推出的空间数据库组件，通过Oracle数据库系统存储和管理空间数据。 Oracle从9i开始对空间数据提供了较为完备的支持。

由于Oracle Spatial本身是ORACLE数据库的一个特殊的部分，因此可以用ORACLE提供的程序接口来对Oracle Spatial管理的空间数据进行操作。目前，ORACLE数据库主要提供两种接口方式对其数据进行存取：

•
ORACLE提供的面向C语言程序员的编程接口OCI（Oracle Call Interface，简称OCI）；

• 用ORACLE本身所提供的OLE对象（Oracle Objects for OLE，以下简称OO4O）来快速访问有关数据库。

•
ORACLE对OCI接口进行了封装，提供了C++语言的接口OCCI（Oracle C++ Call Interface）,采用面向对象的方式封装，面向C++程序员。

Oracle Spatial主要通过元数据表、空间数据字段（即SDO_GEOMETRY字段）和空间索引来管理空间数据，并在此基础上提供一系列空间查询和空间分析的函数，让用户进行更深层次的GIS应用开发。Oracle
Spatial使用空间字段SDO_GEOMETRY存储空间数据，用元数据表来管理具有SDO_GEOMETRY字段的空间数据表，并采用R树索引和四叉树索引技术来提高空间查询和空间分析的速度。

1、元数据表说明

Oracle Spatial的元数据表存储了有空间数据的数据表名称、空间字段名称、空间数据的坐标范围、坐标参考信息以及坐标维数说明等信息。用户必须通过元数据表才能知道ORACLE数据库中是否有Oracle Spatial的空间数据信息。一般可以通过元数据视图（USER_SDO_GEOM_METADATA）访问元数据表。元数据视图的基本定义为：

SQL> desc USER_SDO_GEOM_METADATA

名称 是否为空?类型

----------------------------------------- -------- -------------------



TABLE_NAME NOT NULL VARCHAR2(32)

COLUMN_NAME NOT NULL VARCHAR2(1024)

DIMINFO MDSYS.SDO_DIM_ARRAY

SRID NUMBER



其中，TABLE_NAME为含有空间数据字段的表名，COLUMN_NAME为空间数据表中的空间字段名称，DIMINFO是一个按照空间维顺序排列的SDO_DIM_ELEMENT对象的可变长度数组，SRID则用于标识与几何对象相关的空间坐标参考系。SDO_DIM_ELEMENT对象的定义如下所示：

Create Type SDO_DIM_ELEMENT as OBJECT (

SDO_DIMNAME VARCHAR2(64),

SDO_LB NUMBER,

SDO_UB NUMBER,

SDO_TOLERANCE NUMBER);

其中，SDO_DIMNAME是空间维名称，SDO_LB为该空间维的左下角坐标，SDO_UB为该空间维的右上角坐标，SDO_TOLERANCE为几何对象的容差。

元数据插入例子：

INSERT INTO USER_SDO_GEOM_METADATA (TABLE_NAME, COLUMN_NAME, DIMINFO, SRID)

VALUES ('BOUNT_POLY', 'GEOM',

MDSYS.SDO_DIM_ARRAY

(MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('X', 73.446960000, 135.085830000, 0.000000050),

MDSYS.SDO_DIM_ELEMENT('Y', 6.318641200, 53.557926000, 0.000000050)

),

NULL);

2、空间字段解析（SDO_GEOMETRY数据类型）

Oracle存储空间数据是通过SDO_GEOMETRY数据类型存储的，在这种机制下，Oracle能实现空间数据和属性数据一体化存储。理解SDO_GEOMETRY是编写Oracle
Spatial接口程序的关键。SDO_GEOMETRY是基本按照OpenGIS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 MDSYS.SDO_ELEM_INFO_ARRAY,

SDO_ORDINATES MDSYS.SDO_ORDINATE_ARRAY);



该对象由五个部分组成，解释如下：

（1）SDO_GTYPE

SDO_GTYPE是一个NUMBER型的数值，用来定义存储对象的类型。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，当d为2的情况下为空；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（包括一种用户自定义类型），另外，08到99是Oracle
Spatial保留的数字，以备将来几何对象扩展所用。



（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参考系。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。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的值可以忽略（用NULL表示）。Oracle
Spatial强烈建议用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，提高查询效率。



（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，用于解释坐标是如何存储在SDO_ORDINATES数组中的。通常把组成一个元素的3个数称为3元组。一个3元组包含以下3部分的内容：

l
Offset

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。

l
ETYPE

ETYPE 用于表示几何对象中每个组成元素的几何类型。与SDO_GTYPE类型中的T值相对应。

l
INTERPRETATION

INTERPRETATION说明了几何体所包含的更细微的信息。对于一个点来说，INTERPRETATION是1；对于线串和多边形来说，如果是通过直线连接的，则INTERPRETATION是1；如果是通过弧连接的，则INTERPRETATION是2。对于多边形，可以把INTERPRETATION设为3，表示多边形是一个矩形。例如，如果线串通过直线连接，那么SDO_ELEM_INFO为（1,2,1）。



（5）SDO_ORDINATES

SDO_ORDINATES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，它的最大长度为1048576。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，如果几何对象为三维，则SDO_ORDINATES的坐标以{X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2,…..}的顺序排列，如果几何对象为二维，则SDO_ORDINATES的坐标以{X1,Y1,X2,Y2,…..}顺序排列。

3、基于OCCI的Oracle Spatial接口程序实现

要对Oracle Spatial进行操作，首先需要建立与Oracle数据库的连接，可以用以下语句完成对数据库的连接工作。

env = Environment::createEnvironment(Environment::OBJECT); mappings(env); //映射函数 try { assert(env !=NULL); conn = NULL; conn = env->createConnection(username,password,connString); } catch (SQLException*e) { int errNum = e->getErrorCode(); string errMsg = e->getMessage(); }

当把数据读入结果集中后，才可以解析空间数据，下面的代码是对SDO_GEOMETRY字段的解析（以点对象为例）：

OGRGeometry *COracleDBOperation::CreateFromGeom(SDO_GEOMETRY*geometry) { vector<Number>vec =geometry->getsdo_ordinates(); //坐标数组 int gtype = int(geometry->getsdo_gtype()); //获取几何体类型 if (2001 == gtype || 1 == gtype) //点类型 { OGRPoint* poPoint = new OGRPoint(); if (geometry->getsdo_point()) { double x = double(geometry->getsdo_point()->getx()); double y = double(geometry->getsdo_point()->gety()); poPoint->setX(x); poPoint->setY(y); } else { poPoint->setX(double(vec[0])); poPoint->setY(double(vec[1])); } return poPoint; } }

注意：当同样空间数据存入数据库中后读写的数据没有文件存储方式快。

因为数据库读写需要连接数据库，还要进行SQL语句的解析，经过测试，直接读取文件会快一点。