基于网格编码的多图层穿越查询

在海量空间数据管理系统中，经常需要多图层查询的应用，比如查看指定范围内有哪些图层，各图层在此区域大约有多少对象，并获取属性相关的统计数据。

传统的实现方式是对所有图层逐个进行范围过滤，尽管各图层有空间索引进行加速，随着图层数量的增加，仍无法满足实时或近实时的查询效果。

面向网格的空间数据管理方式，能够很好地解决这个问题。本文详细说明其使用过程。

基本原理

该使用场景的基本原理：对原始数据的各图层对象进行编码，保留对象 ID 和网格，汇总到一张网格编码表中，示例如下：

查询过程：

计算查询对象所压盖的网格；
计算出的网格数组与网格编码表的网格数组列进行求交（&& 操作符），有相同网格的行被命中；
命中的行再与原始数据做 ID 关联，得到最终查询结果。

脚本及过程说明

-- 1. 创建网格编码表格 tb_geogrid
------ 1.1 创建自增序列对象
CREATE SEQUENCE public.tb_geogrid_id_seq
    INCREMENT BY 1 MINVALUE 1 MAXVALUE 2147483647 START 1 CACHE 1 NO CYCLE;

------ 1.2 创建表格 tb_geogrid，编码值将存储在 grids_level_15 列
CREATE TABLE public.tb_geogrid (
    id INT4 NOT NULL DEFAULT nextval('tb_geogrid_id_seq'::regclass),
    tablename TEXT NULL,
    smid INT8 NULL,
    grids_level_15 _geosotgrid NULL
);

-- 2. 各图层对象编码计算并数据写入 tb_geogrid 表的 grids_level_15 列，15 层编码；
--    图层名以 xxx 示意
------ 注意：ST_GeoSOTGrid(smgeometry, 15) 中，smgeometry 是否带 Z 值，
--           决定了生成的网格是否带 Z 值；同一列中的网格必须具有相同层级和 Z 方向标记
INSERT INTO tb_geogrid (tablename, smid, grids_level_15)
SELECT 'xxx', smid, ST_GeoSOTGrid(smgeometry, 15)
FROM xxx;

-- 3. 为 tb_geogrid 表的 grids_level_15 列创建 GIN 索引
CREATE INDEX idx_tb_geogrid_grids
    ON public.tb_geogrid USING GIN (grids_level_15);

-- 4. 查询过滤：指定范围与网格编码表求交，按图层分组统计
SELECT tablename, COUNT(*)
FROM tb_geogrid
WHERE grids_level_15 && ST_GeoSOTGrid(
        ST_MakeEnvelope(116.4, 40, 116.45, 40.05, 4490), 22
    )
GROUP BY tablename;

总结

本例提供的基于网格编码的多图层穿越查询方法，不影响原始数据，提供高效检索性能的同时，也适用于对只读的存量数据管理。