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简单要素标准

简单要素标准包含两部分：Common architecture、SQL option

Common architecture（通用模型）：是对简单要素的描述，包括几何对象模型、WKT描述的几何对象、WKB描述的几何对象、WKT描述的空间参考；
SQL option：是上一部分在SQL中的实现，包括SQL预定义的Schema、SQL几何类型、SQL空间操作。

几何对象模型

SFS 中定义的几何对象模型

上图是SFS中几何对象的关系结构，Geometry作为抽象的根类，派生出点Point、曲线Curve、表面Surface和几何要素的集合类GeometryCollection。主要定义了点、线、面和多点、多线、多面。

Geometry的操作

另外，SFS也定义了描述几何对象的的属性和方法。

WKT描述的几何对象

Well-known text (WKT)是一种文本标记语言，用于表示地图上的几何对象、地理空间坐标系。该格式由开放地理空间联盟(OGC)制定。

几何对象WKT文本例子：

几何类型	WKT	说明
Point	Point(6 10)	点
LineString	LineString(3 4,10 50,20 25)	有3个节点的线
Polygon	Polygon((1 1,5 1,5 5,1 5,1 1),(2 2, 3 2, 3 3, 2 3,2 2))	有内环和外环的多边形
MultiPoint	MultiPoint( (10 10), (4 10) )	多点
MultiLineString	MultiLineString( (3 4,10 50,20 25), (-5 -8,-10 -8,-15 -4) )	多线
MultiPolygon	MultiPolygon( ((10 10, 10 20, 20 20, 20 15, 10 10)), ((60 60, 70 70, 80 60, 60 60 )) )	多面
GeometryCollection	GeometryCollection( POINT(10 10), POINT(30,30), LINESTRING(4 6,7 10) )	几何集合

WKT描述的空间参考

地理坐标系（GCS）的WKT格式，以WGS1984的地理坐标系为例：

GEOGCS[
	'名称',
	'大地基准面椭球体'['名称','参考椭球'['名称','长半轴a','扁率α']],
	'起始经线'['名称',0.0],
	'单位'['Degree','单位的转换因子'],
	'制定的权威机构'['']
]
GEOGCS[
	"WGS 84",
	DATUM["WGS_1984",SPHEROID["WGS 84", 6378137, 298.257223563]],
	PRIMEM["Greenwich", 0.0],
	UNIT["Degree", 0.0174532925199433],
	AUTHORITY["EPSG", "4326"]
]

π/180 = 0.0174532925199433

投影坐标系（PCS）的WTK格式，以WGS84 Web Mercator（Auxiliary Sphere）坐标系为例：

PROJCS
[
    "WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere",
    GEOGCS
    [
        "GCS_WGS_1984",
        DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]],
        PRIMEM["Greenwich",0.0],
        UNIT["Degree",0.0174532925199433]
    ],
    PROJECTION["Mercator_Auxiliary_Sphere"],
    PARAMETER["False_Easting",0.0],
    PARAMETER["False_Northing",0.0],
    PARAMETER["Central_Meridian",0.0],
    PARAMETER["Standard_Parallel_1",0.0],
    PARAMETER["Auxiliary_Sphere_Type",0.0],
    UNIT["Meter",1.0],
    AUTHORITY["EPSG",3857]
]

投影坐标系中必然包含一个地理坐标系，还有投影方法和一些参数。

WKB描述的几何对象

WKB(well-known binary)是WKT的二进制形式，通过序列化的字节对象来描述几何对象，常用于数据传输与数据库存储（PostgreSQL）。

WKB 中主要涉及两种数值类型：

一种是 uint32，占 4 个字节，用以存储节点数、几何对象类型等信息；
另一种是 double，占 8 个字节，用以存储节点坐标值。

其中的几何对象类型对应的整数可以参考下表：

另外，WKB在第一位还存储了一个字节用来标识字节序（0=Big-Indian，1=Little-Indian）。

现代的计算机系统一般采用字节(Octet, 8 bit Byte)作为逻辑寻址单位。当物理单位的长度大于1个字节时，就要区分字节顺序(Byte Order, orEndianness)。常见的字节顺序有两种：

Big Endian(High-byte first):低地址存放最高有效位（MSB），既高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端

Little Endian(Low-byte first):低地址存放最低有效位（LSB），既低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

对于一个点（不带M值的二位点）来说，WKB描述应该类似如下结构，总占21个字节：

对于有两个节点的线来说，WKB描述应该包含41个字节：

SQL Option

SQL 预定义schema

Schema，即XML Schema，XSD (XML Schema Definition)是W3C于2001年5月发布的推荐标准，指出以何种形式描述XML文档的元素的规范。schema是元数据的一个抽象集合，包含一套schema component: 主要是元素与属性的声明、复杂与简单数据类型的定义。

数据库中的schema为一组数据结构的逻辑集合，称之为schema对象，包含索引（index）、视图（view）、表（table）、分区（partitions）、序列（sequences）、维度（dimensions）、同义词（synonyms）等。不同的数据库厂商对schema的定义略有不同。

在空间数据库中，需要一些表来存储和管理几何字段、空间参考等信息，因此 OGC 首先制定了在数据库中需要的 Schema 对象。

OGC空间数据库中预定义的schema

从上图可以看出，要素表（Feature Table）中用一个几何类型的字段（Geomentry Column）记录空间几何信息。通过定义几何字段列的信息表（GEOMETRY_COLUMNS）和一张记录空间参考信息表（SPATIAL_REF_SYS）指定几何字段以何种形式（结构）存储几何信息。从支持OCG标准空间数据库中可以找到这两张表，如安装了空间扩展组件（PostGIS）的PostgreSQL。但不同的数据库或地信厂商提供的空间扩展，对这两张表的命名也会有所不同：

PostGIS：GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REF_SYS
Oracle Spatial：OGIS_GEOMETRY_COLUMNS和OGIS_SPATIAL_REFERENCE_SYSTEMS
ArcSDE for Oracle：GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REFERENCES

SQL 几何对象存储

从预定义的schema中可以知道，在OGC标准中几何信息存储在一个Geometry表中，该表有两种存储形式：常规的字段和二进制的WKB。通过GID字段关联Feature表的几何字段。但实际上，OGC标准还规定了要素表（Feature）中的几何字段（Geometry）可以使用自定义类型（SQL UDT），这样就不需要额外的Geometry表来存储几何信息，而是直接保存到要素表（Feature）的几何字段中，如：

ArcGIS中的st_shape_lib库中的ST_Geometry类型
PostGIS中的Geometry和ST_Geometry类型。

自定义类型可以采用SFS标准定义的几何类型，也可以采用SQL/MM标准。

SQL/MM趣闻

1991~1992年--IEEE的赞助--文本搜索引擎厂商发表SFQL（结构化查询语言Structured Full-text Query Language）的语言规范

遭到了其他数据处理机构的批评，因为SFQL“劫持”了许多其它机构已经通用的关键字（如：CONTAINS）

此时一部分数据库厂商已经申明他们支持“对象关系模型”。基于这些厂商的建议，东京研讨会提出了第二个标准的概念

结构化数据：是第一类SQL类，通过普通的SQL99版本进行存取。

增加定义其他的SQL对象“类库”，每个类库对应一类复杂数据

建议的标准很快以SQL/MM（这里的MM表示多媒体）为人所共知

SQL/MM Geometry模型

Simple feature access/SQL(SFA-SQL)	ISO/IEC (SQL/MM-Spatial)
Point	ST_Point
Curve	ST_Curve
LineString	ST_Linestring
	ST_Circularstring
Surface	ST_Surface
	ST_CurvePolygon
Polygon	ST_Polygon
PolyhedralSurface	ST_PolyhedralSurface
Multipoint	ST_MultiPoint
Multicurve	ST_MultiCurve
Multilinestring	ST_MultiLineString
Multisurface	ST_MultiSurface
Multipolygon	ST_MultiPolygon
GeomCollection	ST_Collection
	ST_CompoundCurve

SFS和SQL/MM几何类型的对应关系

用户即可以遵循SFS的定义，使用类似“Geometry”、“Point”的命名，也可以遵循SQL/MM定义的采用“ST_”作为前缀进行命名，如：“ST_Geometry”、“ST_Point”等

SQL

SQL空间操作

在SQL/MM中定义的空间操作：

空间操作函数	说明
ST_WKTToSQL	从 WKT 构造几何对象
ST_WKBToSQL	从 WKB 构造几何对象
ST_AsText	获取 WKT 描述
ST_AsBinary	获取 WKB 描述
ST_Dimension	获取维数
ST_GeometryType	获取几何类型
ST_SRID	获取空间参考 ID
ST_IsEmpty	是否为空
ST_IsSimple	是否是简单对象
ST_Boundary	获取边界
ST_Envelope	获取矩形范围

此外还有空间拓扑关系、几何运算相关的操作函数，具体内容可查看ArcGIS和PostGIS中对SQL/MM 标准的实现：

ArcGIS：与 ST_Geometry 配合使用的 SQL 函数
PostGIS：PostGIS Special Functions Index

SFSQL与SQL/MM的对比

SFSQL与SQL/MM的Geometry总体框架近似
SFSQL与SQL/MM有相互融合的趋势
- SFSQL对部分类和函数按SQL/MM的形式进行封装
- SQL/MM提供了亮哥符合SFSQL的短名字视图
SFSQL与SQL/MM优势互补，总体而言SQL/MM的覆盖面更广

	SFSQL	SQL/MM
3D数据类型	√
参数化数据类型		√
文本标注	√
Geometry存储方式：Numric	√
Geometry存储方式：Binary	√
Geometry存储方式：UDT	√	√
拓扑结构		√
网络拓扑		√
图/影像存储		√
图/影像的检索		√
对GML的支持		√

参考文章

[1] SFSQL和SQLMM标准 http://www.doc88.com/p-734475445183.html

[2] Simple Feature Access - Part 2: SQL Option https://www.ogc.org/standards/sfs

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