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Java Geometry空间几何数据的处理应用

来源:二三四教育网

先了解几个基本概念,有助于了解本文应用场景

  • 地理信息系统GIS-
  • ArcGIS平台
  • Geometry数据类型
  • 应用场景示例

    如图,该应用主要为使用ArcGIS做地理信息系统,使用SqlServer作为空间数据库,使用Java搭建后台服务处理数据,使用JS的Vue结合ArcGIS的API做前端的渲染,成功的将地理信息高亮标识在地图上

本文关注点:使用java对Geometry数据进行处理,附带对arcgis系统一些简单使用说明 简单描述一个gis应用系统的处理流程


1. 使用ArcGIS创建地理数据库,发布GIS服务


访问该接口,如图


image.png

那这个接口提供了那些功能呢?
支持的操作大概如下:
Supported Operations: Query Apply Edits Add Features Update Features Delete Features Calculate Validate SQL Generate Renderer Return Updates Iteminfo Thumbnail Metadata

由ArcGIS提供的这些服务,我们可以以可视化的方式,对空间地理信息进行查询及展示
后面我们将做进一步的说明


2. 空间数据以及WKT熟知文本

好的,我们有了数据库,也有了arcgis提供的服务,现在该如何新增空间数据呢?
先通过WKT了解下空间数据Geometry大概长什么样

到这里我们清楚了,所谓空间数据就是一个或一组坐标,这个坐标或坐标组有类型(POINT点LINESTRING线POLYGON面),通过这些坐标,GIS系统可以完整地定位查询绘制这些坐标信息


3. 向空间数据库插入数据

那数据库如何新增这些空间数据呢?
先了解一下SQLSERVER空间数据的插入语句长啥样

--GEOM是类型为Geometry的字段--
--我们向该字段新增了一条3D的多边形数据--
--geometry :: STGeomFromText () 是由SQLSERVER提供的函数,它能将WKT文本转换为数据库geometry类型的数据--
INSERT INTO [dbo].[TEST_GEO_TABLE] ( [GEOM] )
VALUES
    ( geometry :: STGeomFromText ( 
    'POLYGON ((
        113.507259000000005 22.24814946 8, 
        113.507188600000006 22.248088559999999 9, 
        113.507117399999998 22.24802743 10, 
        113.507046099999997 22.24796624 11, 
        113.507017300000001 22.247888209999999 12
        ))',4326 )
    );

也就是说,将坐标转化为WKT文本,我们就可以插入空间数据。接下来我们要考虑的是如何产生WKT文本


4. 使用Java创建Geometry对象

wkt文本仅仅是一个字符串而已,直接将坐标点拼接成符合WKT格式的字符串不就可以了吗?
道理是这个道理,要做好可就难了。

  • 拼接工作量巨大
  • 拼接过程容易出错
  • 拼接的结果不一定合法可用
    我们需要一套JAVA API对数据进行处理,能够方便的创建Geometry对象,进行地理信息的绘制、创建、验证等等功能

市面上常见的GeometryApi有

/

/

点击上面链接可以访问其Github地址,本文将以jts为例进行说明


以下为JTS的部分API使用方式

    @Test
    public void geoTest() throws ParseException {
        /**
         * GeometryFactory工厂,参数一:数据精度 参数二空间参考系SRID
         */
        GeometryFactory geometryFactory = new GeometryFactory(new PrecisionModel(PrecisionModel.FLOATING), 4326);

        /**
         * 熟知文本WKT阅读器,可以将WKT文本转换为Geometry对象
         */
        WKTReader wktReader = new WKTReader(geometryFactory);

        /**
         * Geometry对象,包含Point、LineString、Polygon等子类
         */
        Geometry geometry = wktReader.read("POINT (113.53896635 22.36429837)");

        /**
         * 将二进制流的形式读取Geometry对象
         */
        WKBReader wkbReader = new WKBReader(geometryFactory);

        /**
         * 单纯的一个坐标点,单点可以创建Point,多点可以创建LineString、Polygon等
         */
        Coordinate coordinate = new Coordinate(1.00, 2.00);
        Point point = geometryFactory.createPoint(coordinate);

        Polygon polygon = geometryFactory.createPolygon(new Coordinate[]{
                new Coordinate(1, 2),
                new Coordinate(1, 2),
                new Coordinate(1, 2),
                new Coordinate(1, 2),
                new Coordinate(1, 2),
        });
        Geometry geometry1 = point;
        Geometry geometry2 = polygon;

        /**
         * WKT输出器,将Geometry对象写出为WKT文本
         */
        WKTWriter wktWriter = new WKTWriter();
        String write = wktWriter.write(point);
    }

JTS中Geometry数据类型的子类


image.png

根据github中相关文档介绍,我们已经可以在项目中引入相关坐标,并创建Geometry对象,构造WKT文本了


5. 使用JAVA向空间数据库新增数据

环境说明:本案例使用Spring+Mybatis实现
根据上面测试类中Api的使用,让我们总结几个要点

  • 工厂类对象只需初始化一次,应放在配置类注入到Spring容器中
  • 由前端或Excel导入相关坐标数据,生成Geometry对象
  • 在保存数据对象生成sql时,将Geometry字段的值转化为geometry :: STGeomFromText ()的格式

6. 使用TypeHandler处理sql?

聪明的同学想到了,geometry :: STGeomFromText ()需要一个wkt文本,而Geometry对象有了,WKTWriter可以将对象转为wkt文本。
我们需要一个类型转换器,可以将实体对象中的地理信息对象转换成数据库需要的sql

Mybatis官方提供了BaseTypeHandler 它提供数据库类型和java类型属性之间的转化问题,例如将某个对象中JAVA对象Integer转成数据库的int类型

我曾经编写了如下的GeometryTypeHandler将Geometry对象插入时转成geometry :: STGeomFromText ()
当从数据库读取Geometry时将二进制数据转成Geometry对象

/**
 * @author wangqichang
 * @since 2019/4/9
 */
@Slf4j
@MappedTypes(value = {Geometry.class})
public class GeometryTypeHandler extends BaseTypeHandler<Geometry> {
    String geometryPrefix = "geometry :: STGeomFromText ( ";

    @Override
    public void setNonNullParameter(PreparedStatement preparedStatement, int i, Geometry geometry, JdbcType jdbcType) throws SQLException {
//        /**
//         *  这个是将数据库几何图形数据类型geometry 转换成java Geometry 处理器中设置参数方法
//         *  参数的格式要调用sql函数geometry :: STGeomFromText ()进行参数转换
//         *  可是PreparedStatement setString 后变成 'geometry :: STGeomFromText ()' 函数变字符串了
//         */
//
//        String geometryStr = geometry.toString();
//        StringBuilder strParam = new StringBuilder(geometryPrefix);
//        strParam.append(geometryStr).append(",").append(geometry.getSRID()).append(")");
//        log.info(strParam.toString());
//        preparedStatement.setString(i,strParam.toString());
    }

    @Override
    public Geometry getNullableResult(ResultSet resultSet, String s) throws SQLException {
//        try {
//            WKBReader wkbReader = SpringContextUtil.getBean(WKBReader.class);
//            Geometry geometry = wkbReader.read(resultSet.getBytes(s));
//            return geometry;
//        } catch (Exception e) {
//            log.error(e.getMessage());
//            throw new ServiceException(e.getMessage());
//        }
        return null;
    }

    @Override
    public Geometry getNullableResult(ResultSet resultSet, int i) throws SQLException {
        return null;
    }

    @Override
    public Geometry getNullableResult(CallableStatement callableStatement, int i) throws SQLException {
        return null;
    }
}

注意:看代码中的注释,我最后生成的sql 为'geometry :: STGeomFromText ()',带有单引号,这句sql是一个字符串,并不是sqlserver可以解析的函数。

原因:深入了解Mybatis,你会发现TypeHandler是针对PreparedStatement参数化的转化器,这个是预编译的SQL先生成?的占位符,任何实体属性值转化后都是被引号包裹,变成一个替换值,不能成为可执行的sql语句。正因如此,PreparedStatement有防止sql注入的优点


7. 手写xml插入Geometry数据

通过Mybatis文档发现,Mybatis支持的Statement有三种STATEMENT, PREPARED, CALLABLE预编译就是PREPARED,xml中会根据使用占位符#$不同使用不同Statement,如果想在sql中执行函数,只能让mybatis指定当前查询为STATEMENT类型,编写xml即可实现

    <insert id="insertCorridorBySql" parameterType="com.zh.xxx.entity.xxx" useGeneratedKeys="true"
            keyProperty="objectid">
        INSERT INTO [LINE_CORRIDOR] (
        <include refid="other_coloum"/>
        )
        values (
        #{lineName},
        #{lineId},
        #{corridorLayingtype},
        #{corridorWorkdate},
        #{corridorDepartment},
        #{corridorStartWellId},
        #{corridorEndWellId},
        geometry :: STGeomFromText( #{wktText},4326),
        #{corridorName}
        )
    </insert>

注意,wktText是一个非表字段的临时字段,我在此定义了一个父类,所有包含Geometry的空间表实体均继承此类,用于处理wkt文本

import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableField;
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonIgnore;
import lombok.Data;
import org.locationtech.jts.geom.Geometry;
import org.locationtech.jts.io.WKTWriter;

import java.io.Serializable;

/**
 * 针对Geometry获取Wkt文本字段做处理的Geometry父类,getWktText替代getText,输出三维wkt文本
 * 针对sql_server无法识别POLYGON Z 语法,对wkt文本进行替换
 *
 * @author wangqichang
 * @since 2019/7/1
 */
@Data
public class MyGeometry implements Serializable {

    /**
     * 三维wkt输出,默认为2D不带Z
     */
    @TableField(exist = false)
    @JsonIgnore
    private WKTWriter wktWriter = new WKTWriter(3);

    /**
     * sql_server 与 jts wkt不兼容问题
     */
    @TableField(exist = false)
    @JsonIgnore
    private static final String THREE_D_PRIFIX = "POLYGON Z";
    @TableField(exist = false)
    @JsonIgnore
    private static final String TWO_D_PRIFIX = "POLYGON";

    @TableField(exist = false)
    @JsonIgnore
    protected Geometry shape;


    @TableField(exist = false)
    @JsonIgnore
    private String wktText;


    public String getWktText() {
        if (StrUtil.isBlank(wktText)){
            if (getShape() != null) {
                String wkt = wktWriter.write(shape);
                if (wkt.startsWith(THREE_D_PRIFIX)) {
                    wktText = StrUtil.replace(wkt, THREE_D_PRIFIX, TWO_D_PRIFIX);
                } else {
                    wktText = wkt;
                }
            }
        }
        return wktText;
    }
}


8. 总结

  1. 使用相关工具包,我们可以方便的构建空间数据对象,插入空间数据库
  2. 一般java后台只需要做数据插入,空间数据的查询由GIS服务API提供,所以本文并没有对空间数据字段进行读取。甚至生成的实体也不需要Geometry字段(代码中Geometry只是个临时字段标识了@TableField(exist = false)
  3. java后台还需要对空间表中不是空间字段的信息做维护
  4. 效果图参考使用场景图。当然这个效果依赖了ArcGIS的JS API,本文不对此进行展开

采坑记录:

  1. jts与sqlserver识别的wkt不兼容
[2019-07-01 16:40:20,637] [ERROR] [http-nio-8905-exec-5] jdbc.audit 111 7. PreparedStatement.execute() INSERT INTO [zhundergroundcableline].[dbo].[LINE_CORRIDOR] ( [Shape] ) values ( geometry :: STGeomFromText( 'POLYGON Z((113.5079365 22.24850034 
0, 113.5078521 22.24845659 0, 113.5077674 22.24841271 0, 113.5076826 22.24836872 0, 113.5075978 22.24832498 0))',4326) ) 

com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerException: 在执行用户定义例程或聚合“geometry”期间出现  Framework 错误: 
System.FormatException: 24142: 在位置 8 处应为 "(",但输入中实际为 "Z"。
System.FormatException: 
   在 Microsoft.SqlServer.Types.WellKnownTextReader.RecognizeToken(Char token)
   在 Microsoft.SqlServer.Types.SqlGeometry.GeometryFromText(OpenGisType type, SqlChars text, Int32 srid)

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