基于PostgreSQL的時(shí)空格網(wǎng)在智慧城市的應(yīng)用

1、 揚(yáng)帆起航基于PostgreSQL的時(shí)空格網(wǎng)在智慧城市的應(yīng)用目錄格網(wǎng)簡介PG的時(shí)空索引方式基于PG的時(shí)空格網(wǎng)在智慧城市中應(yīng)用什么是格網(wǎng)地理格網(wǎng)是一種統(tǒng)一、簡單的地理空間劃 分和定位參照系統(tǒng)， 依據(jù)統(tǒng)一規(guī)則， 將地 面區(qū)域按照一定經(jīng)緯度或地面距離進(jìn)行連 續(xù)分割， 并將空間不確定性控制在一定范 圍內(nèi)， 形成規(guī)則多邊形， 每個(gè)多邊形均稱 為格網(wǎng)單元， 從而構(gòu)成分級(jí)、分層次的多 級(jí)格網(wǎng)體系， 實(shí)現(xiàn)地面空間離散化， 并賦 予統(tǒng)一編碼。格網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)經(jīng)緯網(wǎng)則由表示地球上緯度的平行線和 表示經(jīng)度的子午線組成。可用于通過地 理坐標(biāo)（經(jīng)緯度）顯示位置。方里格網(wǎng)是由間隔均勻的水平線和垂 直線組成的網(wǎng)絡(luò)，用于在地圖上

2、標(biāo)識(shí) 各個(gè)位置?？蓪⑵溆糜谕ㄟ^投影坐標(biāo) 顯示位置。軍事格網(wǎng)參考系 (MGRS) 格網(wǎng)是一 種特殊類型的方里格網(wǎng)。格網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)Google S2Uber H3GeoHash格網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)北斗網(wǎng)格碼為什么要用格網(wǎng)地理格網(wǎng)具有以下特點(diǎn):1 ) 按照一定規(guī)則劃分， 形成邊界清晰的多邊形實(shí) 地區(qū)域;2 ) 相鄰格網(wǎng)單元彼此鄰接不交叉;3 ) 可選擇不同的格網(wǎng)層級(jí)間隔;4 ) 在二維空間上表達(dá)地表位置關(guān)系;5 ) 表示呈面狀分布的地理信息;6 ) 作為統(tǒng)計(jì)分析的共同基本單元， 具有可比性， 便于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。全球離散格網(wǎng)(DGG)全球離散格網(wǎng)采用特定方法將地球均勻剖分， 形成無縫無疊的多分辨率格網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)， 采

3、 用單元地址編碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)地理坐標(biāo)參與數(shù)據(jù)操作， 其優(yōu)勢體現(xiàn)在：1）以整個(gè)地球?yàn)檠芯繉?duì)象，更適合處理全球尺度的問題；2）單元圖形與地面位置一一對(duì)應(yīng)，有助于建立以位置為 對(duì)象的多源數(shù)據(jù)處理模式；3）單元大小隨格網(wǎng)層次不斷變化，在結(jié)構(gòu)上支持多分辨 率 數(shù) 據(jù) 處 理 ； 4）單元具有嚴(yán)密的層次隸屬關(guān)系，是一個(gè)天然的全球空 間 索 引 結(jié) 構(gòu) ； 5）單元運(yùn)算可完全借助編碼實(shí)現(xiàn)，有利于提高數(shù)據(jù)計(jì)算 和處理效率。GiST索引G i S T 通用倒序搜索樹， 是一棵平衡樹。在數(shù)據(jù)庫中 引入新的數(shù)據(jù)類型時(shí)能提供對(duì)新的數(shù)據(jù)類型索引的 支持， 利用這種結(jié)構(gòu)可以很容易實(shí)現(xiàn)R 樹、R D 樹等。 不僅僅適合空間數(shù)據(jù)

4、類型的檢索， 同樣適合其他數(shù) 據(jù)類型。c r e a t e i n d ex i d x _ t e s t _ 2 o n t e s t u s i n g g i s t ( p o s ) ;這個(gè)索引支持空間K N N 搜索， 空間位置判斷等。SP-GiST索引S P - G i S T 支持分區(qū)的搜索樹， 這有助于開發(fā)四叉樹， K D 樹， 基數(shù)樹等范圍廣泛的不同的非平衡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 這 些結(jié)構(gòu)的共通特征是它們反復(fù)地把搜索空間劃分成大 小不必相等的分區(qū)。能很好的匹配分區(qū)規(guī)則的查詢會(huì) 非?？?。c r e a t e i n d ex i d x _ t e s t _ 2 o n t

5、e s t u s i n g s p g i s t ( p o s ) ;這個(gè)索引支持K D 樹、點(diǎn)搜索等。GeoHash+Btree索引G EO H A S H 和BT R E E 索引， 將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為G EO H A S H ， 對(duì)H A S H VA LU E 創(chuàng)建BT R E E 索引。使用 表達(dá)式索引即可。c r e a t e i n d e x i d x _ t e s t _ 3 o n t e s t u s i n g b t r e e ( S T _ G e o H a s h ( p o s , 1 5 ) ) ;這個(gè)索引支持p r e f i x 搜索（ 從

6、而實(shí)現(xiàn)編碼后的地理 位置信息網(wǎng)格包含的關(guān)系） 。屬于LO S S Y 索引， 需 要二次過濾。BRIN索引B R I N 表示塊范圍索引。 B R I N 是為處理這樣的表而設(shè)計(jì)的： 表的規(guī)模非常大， 并且其中某些列與它們 在表中的物理位置存在某種自然關(guān)聯(lián)。一個(gè)塊范圍是一組在表中物理上相鄰的頁面， 對(duì)于每一個(gè)塊 范圍在 索引中存儲(chǔ)了一些摘要信息。c r e a t e i n d e x i d x _ t 1 _ i d o n t 1 u s i n g b r i n ( i d ) ;Geo Hash+ Btree索引在范圍查詢( 大于、小于、大于等于、小 于等于) 、精確查詢（ 等于

7、） 的場景中非 常有效。適合對(duì)精度沒有要求（ 例如本土化， 小范 圍的業(yè)務(wù)） ， 同時(shí)G EO H A S H 不支持排序。BRIN索引重點(diǎn)的使用場景是物聯(lián)網(wǎng)類型的， 流式入 庫， 范圍查詢的場景。 不僅僅對(duì)插入的影 響微乎其微， 而且索引大小非常的小。Gist索引用于解決一些B - Tr e e , G I N 難以解決的數(shù)據(jù) 減少問題， 例如， 范圍是否相交， 是否包 含， 地理位置中的點(diǎn)面相交， 或者按點(diǎn)搜 索附近的點(diǎn)。不限于G I S 場景， 也可以用來所全文檢索。SP-Gist索引與G i S T 的場景類似， 但更適宜檢索點(diǎn)， 或 者不重疊的結(jié)構(gòu)。索引總結(jié)在PG中使用格網(wǎng)DGG+G

8、ist編碼層級(jí)運(yùn)算編碼與格網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換運(yùn)算父/子單元查詢：尺度運(yùn)算編碼平移運(yùn)算：+、-：鄰域運(yùn)算編碼的旋轉(zhuǎn)運(yùn)算：、/：角度定義編碼的關(guān)系運(yùn)算（相鄰、相離、相接、 包含）：區(qū)間運(yùn)算create index idx_test_5 on test using dggs(geom);“景軒信息”實(shí)現(xiàn)了多種基于網(wǎng)格索引的格網(wǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)庫，用于高性能時(shí) 空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算。時(shí)空格網(wǎng)在智慧城市中應(yīng)用智慧城市時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)是智慧城市的重要組成， 為智慧 城市建設(shè)提供不可或缺的基礎(chǔ)性信息資源， 也是其他信息 交換共享與協(xié)同應(yīng)用的載體， 為其他信息在三維空間和時(shí) 間交織構(gòu)成的四維環(huán)境中提供時(shí)空基礎(chǔ)， 實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一時(shí) 空

9、基礎(chǔ)下的規(guī)劃、布局、分析和決策?；诰W(wǎng)絡(luò)服務(wù)的空間信息共享和空間數(shù)據(jù)互操作技術(shù) 模式基于網(wǎng)格服務(wù)的信息資源共享與協(xié)同工作技術(shù)模式基于云計(jì)算的時(shí)空信息服務(wù)模式基于網(wǎng)格集成與彈性云的“ 混合式” 時(shí)空信息服務(wù)模 式統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)時(shí)空基準(zhǔn)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施， 是時(shí)空大數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間 維度上的基本依據(jù)。全球離散格網(wǎng)對(duì)于國內(nèi)外現(xiàn)有的各種地圖分幅體系， 能夠?qū)崿F(xiàn)完全兼 容和良好繼承， 能夠與各種地理信息與空間計(jì)算網(wǎng)格體系很好兼容， 運(yùn)用全球離散格網(wǎng)編 碼， 能夠很方便的將不同類型、不同大小的實(shí)體對(duì)象建立統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)。遙感資源組織交換共享現(xiàn)有這種組織框架多樣化、劃分方式不統(tǒng)一的遙

10、 感資源組織框架體系， 使得不同業(yè)務(wù)部門、不同 行業(yè)之間的遙感資源共享與交換， 需要實(shí)施很多 諸如數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)切割等之類的額外處理， 不 僅增加了處理流程， 也降低了遙感資源交換共享 效率。另外， 現(xiàn)有的各類空間信息對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)部的 編碼多采用各自不同局部網(wǎng)格與編碼， 缺少對(duì)空 間信息內(nèi)部信息的一致性的組織參考框架。遙感資源組織交換共享制定統(tǒng)一的時(shí)空編碼標(biāo)準(zhǔn), 構(gòu)建遙感辨率對(duì)地觀測傳感器的時(shí)空索引c r e a t e i n d ex i d x _ t e s t _ 5 o n t e s t u s i n g d g g s ( g e o m ) ;構(gòu)建一套適合時(shí)空編碼的操作方法s

11、e l e c t * f r o m t e s t w h e r e s t _ g e t c o d e ( g e o m ) 7 6 2 7 6 2 9 0 6 8 4 5 9 9 6 6 4 6 3 ;遙感資源組織交換共享格網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行查詢， 由于多尺度整數(shù)編碼為一維編碼， 多尺度整數(shù)編碼將三維數(shù)據(jù)查詢問 題轉(zhuǎn)換為了一維數(shù)據(jù)的查詢問題， 因此多尺度編碼的查詢效率要優(yōu)于o ra c l e s p a t i a l ， 在數(shù) 據(jù)量為1 0 0 0 萬的情況下， 多尺度整數(shù)編碼的查詢時(shí)間約為o ra c l e s p a t i a l 的1 / 6 0 。信息格網(wǎng)化整合在建設(shè)“

12、 智慧城市” 信息系統(tǒng)的過程中， 需要將積累的相關(guān)人口、法人、宏觀經(jīng)濟(jì)等等公 共專題數(shù)據(jù)匯集起來， 與轄區(qū)內(nèi)的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。但由于積累的部分歷史數(shù)據(jù) 存在的數(shù)據(jù)類型與格式多樣， 在實(shí)際應(yīng)用中給信息中心的信息化管理和空間化展示帶來了 極大不便， 尤其在數(shù)據(jù)的屬性和空間分析、綜合利用方面等方面更加突出?；诟窬W(wǎng)的綜合性分析交通可達(dá)性是城市規(guī)劃要考慮的一個(gè)重要因素， 交通可達(dá)性分析可在路網(wǎng)優(yōu)化、土地使用 規(guī)劃、地價(jià)評(píng)價(jià)、區(qū)位分析等方面發(fā)揮重要作用。所謂可達(dá)性一般指某一地點(diǎn)到達(dá)其它地 點(diǎn)的交通方便程度， 也可指其它地點(diǎn)到達(dá)這一地點(diǎn)的交通方便程度。識(shí)別因交通改善而得益的區(qū)域；更好的了解新的公交

13、線路、站點(diǎn)和道路規(guī)劃的 影響；識(shí)別就醫(yī)、公園等公共服務(wù)的最佳選址以便居 民使用；了解哪些地方更適合居住和辦公的開發(fā)；對(duì)不同區(qū)域的停車配建指標(biāo)高低提出建議。全新的空間位置服務(wù)模式格網(wǎng)不僅在導(dǎo)航定位領(lǐng)域?yàn)橛脩籼峁┤碌目臻g位置服務(wù)模式， 而且將在構(gòu)建新型智慧城 市的過程中， 實(shí)現(xiàn)“ 資源驅(qū)動(dòng)發(fā)展到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展” 的城市發(fā)展模式轉(zhuǎn)型， 實(shí)現(xiàn)“ 互聯(lián)網(wǎng)+ ” 、時(shí)空大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興信息技術(shù)與城市發(fā)展融合創(chuàng)新， 提高科技創(chuàng)新能力， 構(gòu)建 技術(shù)創(chuàng)新體系， 消除“ 孤島現(xiàn)象” ; 實(shí)現(xiàn)城市管理治理能力的現(xiàn)代化， 促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。全新的空間位置服務(wù)模式當(dāng)前門診就診普遍的一個(gè)痛點(diǎn): 科室多， 不好找。大部分醫(yī)院相 關(guān)公眾號(hào)缺少院內(nèi)結(jié)構(gòu)信息查詢 和室內(nèi)導(dǎo)航以及自助導(dǎo)診功能模 塊。為了解決患者的就診難題， 提升醫(yī)院的便民服務(wù)質(zhì)量， 提高醫(yī)院的工作效率， 減少醫(yī)患糾紛。綜合性網(wǎng)格碼定位方案