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。