DatistEQ之空间查询

根据空间实体之间关系查找图元，是地学研究中的最基本和常用的功能，用户提出的很大一部分问题都可通过查询的方式解决。

空间查询需要一定的关系运算符（算子）来表达几何图元之间的关系。这种查询与普通查询有较大的差别。首先，空间查询允许用户使用一些普通数据没有的几何数据类型，如点类型、线类型与面类型，而普通查询的操作对象多数为数值、文本等数据。此外，空间查询有许多与几何关系有关的运算符，如相邻、相交，而普通查询用到的多数都是相等、大于、小于等运算符。^[1]

拓扑关系用于表达点、线、面等空间实体之间的空间联系，如连通性、邻接性、包含关系等。它能清楚地反映空间实体之间的逻辑结构关系，它比几何数据更稳定，不随地图投影的变化而变化。拓扑是对各种物体的空间位置的抽象。如计算机网络拓扑图中，形象地描述了网络的安排和配置，防火墙在服务器的什么位置等。拓扑不关心物体的细节，也不在乎物体的大小，只将讨论范围内的事物之间的相互关系，将这些事物之间的关系通过图表示出来。^[2]

说到拓扑关系，不得不提一下九交模型（Dimensionally Extended nine-Intersection Model，简称为DE-9IM）。该模型是OGC（Open Geospatial Consortium，开放空间信息协会）制定的一套适用空间查询的一套模型。它根据不同维度，不同类型的几何对象之间的空间关系来定义空间查询的基本算子。^[3]

一、非拓扑属性 VS 拓扑关系

非拓扑属性：两点之间的距离；一个点指向另一个点的方向；弧段的长度；一个区域的周长；一个区域的面积。

拓扑关系：一个点在一个弧段的端点；一个简单弧段不会自相交；一个点在一个区域的边界上；一个点在一个区域的内部；一个点在一个区域的外部；一个点在一个环的内部；一个简单面是一个连续的面。

二、空间关系

空间关系体现在点线面之间的关系上，即点线面两两之间的组合而构成的关系，有六大关系：点点关系、点线关系、点面关系、线线关系、线面关系、面面关系。

点线面的关系表

在地理信息系统中，点线面之间关系描述如下：

点线面的关系

在数据专家中，把点线面之间的关系用以下7种关系表达。为了便于理解，可将它们想向为图形A与图形B之间相对运行，而产生了这7种关系。

数据专家中空间关系

下图中以两个多边形来表示空间实体A与B，只是为了演示的需要，在系统的运算过程中，空间实体可以是点、线和面。

1.相离（Disjoint）：两个几何图形没有任何共同部分称为相离。图形A、B离得很远，没有任何的空间交集。

2.边界矩形重叠：两个几何图形的边界矩形有内部相交。可以理解为图形A、B相向移动，它们的边界是矩形有了空间交集。

3.接触（Touch）：亦称之为相碰，两个几何图形的边界有交集，但内部没交集则称为接触。 图形A、B再次相向移动，它们的边界有接触。

4.重叠（Overlaps）：是指两个几何图形有公共部分，且公共部分不等任何其中的几何图形。图形A、B再次相向移动，它们的内部有了交集。值得注意的是重叠关系，两个图形不能有包含关系。

5.包含（Contains）：一个几何图形的内部完全包含了另一个几何图形的内部和边界。图形A、B再次相向移动，B进入A的内部。

6.被包含（Within）：一个几何图形的内部和边界完全在另一个几何图形的内部。它与包含关系相反，图形B比A大，A被B包住了。

7.相交（Intersects）：两个几何图形如果不是相离，就是相交。相交是可以接触、重叠和包含三种关系的总称。

三、空间查询节点

数据专家中空间实体之间关系的查询，通过空间查询节点实现，根据图元之间的空间关系进行数据匹配与查找。空间查询节点需要两个前节点，在空间查询编辑器中，分为对应于数据源栏图元A和图元B。在空间关系栏，支持相离、相交、包含等7种空间关系，并以图示方式表征，以便于设置空间查询关系。

示例流程中，空间查询节点有两个表格数据源节点。表格数据源“图A”，包含两条数据，分别是图元A1、A2，对应于黄色区域。表格数据源“图B”，有5个图元，对应于粉色区域。

空间查询节点，以数据源“图A”为蒙板（查询图元），以数据源“图B”为查找数据集，进行空间重叠查询。即根据图A中的图元，在图B中查找图元。

浏览数据器的运行结果显示了，两个数据源的空间重叠查询后，产生了4条记录。数据源“图B”中，图元B1、B3、B5与“图A”中的图元A2重叠；数据源“图B”中，未找到与图元A1重叠的图元。值得注意的是，图元B2和图元A2是包含关系，而不是重叠关系。

空间查询

空间关系，是空间实体分析与应用的基础，也是地学研究的基础。对于使用者而言，我们可视之为等同于加减乘除等运算符，只是参与计算的数据类型比较特殊而已。