GeoDjango 数据库 API

空间后端

GeoDjango 目前提供以下空间数据库后端：

• django.contrib.gis.db.backends.postgis
• django.contrib.gis.db.backends.mysql
• django.contrib.gis.db.backends.oracle
• django.contrib.gis.db.backends.spatialite

MySQL 的空间限制

Django 支持在现代 MySQL 版本中操作真实几何图形的空间函数。然而，与其他后端如 PostGIS 相比，空间函数并不那么丰富。

栅格支持

RasterField 目前仅在 PostGIS 后端中实现。对于栅格字段，可以使用空间查找，但尚未为栅格字段实现空间数据库函数和聚合函数。

创建和保存具有几何字段的模型

以下是如何创建一个几何对象的示例（假设有 Zipcode 模型）：

>>> from zipcode.models import Zipcode
>>> z = Zipcode(code=77096, poly="POLYGON(( 10 10, 10 20, 20 20, 20 15, 10 10))")
>>> z.save()

GEOSGeometry 对象也可以用于保存几何模型：

>>> from django.contrib.gis.geos import GEOSGeometry
>>> poly = GEOSGeometry("POLYGON(( 10 10, 10 20, 20 20, 20 15, 10 10))")
>>> z = Zipcode(code=77096, poly=poly)
>>> z.save()

此外，如果 GEOSGeometry 的坐标系（SRID 值）与字段不同，它将会被隐式地转换为模型字段的 SRID，使用空间数据库的变换过程：

>>> poly_3084 = GEOSGeometry(
...     "POLYGON(( 10 10, 10 20, 20 20, 20 15, 10 10))", srid=3084
... )  # SRID 3084 is 'NAD83(HARN) / Texas Centric Lambert Conformal'
>>> z = Zipcode(code=78212, poly=poly_3084)
>>> z.save()
>>> from django.db import connection
>>> print(
...     connection.queries[-1]["sql"]
... )  # printing the last SQL statement executed (requires DEBUG=True)
INSERT INTO "geoapp_zipcode" ("code", "poly") VALUES (78212, ST_Transform(ST_GeomFromWKB('\\001 ... ', 3084), 4326))

因此，可以使用 GEOSGeometry 对象、WKT（Well Known Text [1]）、HEXEWKB（PostGIS 特定的十六进制 WKB 几何图形[#fnewkb]_）和 GeoJSON（参见 RFC 7946）传递几何参数。基本上，如果输入不是 GEOSGeometry 对象，几何字段将尝试从输入创建一个 GEOSGeometry 实例。

有关创建 GEOSGeometry 对象的更多信息，请参考 GEOS 教程。

使用栅格字段创建和保存模型

创建栅格模型时，栅格字段将使用延迟计算将输入隐式转换为 GDALRaster。因此，栅格字段将接受任何被 GDALRaster 构造函数接受的输入。

以下是如何从栅格文件 volcano.tif 创建一个栅格对象的示例（假设有 Elevation 模型）：

>>> from elevation.models import Elevation
>>> dem = Elevation(name="Volcano", rast="/path/to/raster/volcano.tif")
>>> dem.save()

GDALRaster 对象也可以用于保存栅格模型：

>>> from django.contrib.gis.gdal import GDALRaster
>>> rast = GDALRaster(
...     {
...         "width": 10,
...         "height": 10,
...         "name": "Canyon",
...         "srid": 4326,
...         "scale": [0.1, -0.1],
...         "bands": [{"data": range(100)}],
...     }
... )
>>> dem = Elevation(name="Canyon", rast=rast)
>>> dem.save()

请注意，这相当于：

>>> dem = Elevation.objects.create(
...     name="Canyon",
...     rast={
...         "width": 10,
...         "height": 10,
...         "name": "Canyon",
...         "srid": 4326,
...         "scale": [0.1, -0.1],
...         "bands": [{"data": range(100)}],
...     },
... )

空间查找

GeoDjango 的查找类型可以与任何管理器方法一起使用，如 filter()、exclude() 等。然而，独特于 GeoDjango 的查找类型仅在空间字段上可用。

对于 'normal' 字段（例如 CharField）的过滤器可以与地理字段的过滤器链式连接。地理查找接受两侧的几何和栅格输入，并且输入类型可以自由混合使用。

地理查找的一般结构如下所述。完整的参考信息可以在 空间查找参考 中找到。

空间查找

使用几何图形的地理查询通常采用以下一般形式（假设在 GeoDjango 模型 API 中使用了 Zipcode 模型）：

>>> qs = Zipcode.objects.filter(<field>__<lookup_type>=<parameter>)
>>> qs = Zipcode.objects.exclude(...)

例如：

>>> qs = Zipcode.objects.filter(poly__contains=pnt)
>>> qs = Elevation.objects.filter(poly__contains=rst)

在这种情况下，poly 是地理字段，contains 是空间查找类型，pnt 是参数（可以是一个 GEOSGeometry 对象或 GeoJSON、WKT 或 HEXEWKB 的字符串），rst 是一个 GDALRaster 对象。

栅格查找

栅格查找的语法与几何图形的语法类似。唯一的区别是可以指定一个带索引作为附加输入。如果未指定带索引，则默认使用第一个带（索引 0）。在这种情况下，语法与几何查找的语法相同。

要指定带索引，可以在查找的两侧指定附加参数。在左侧，使用双下划线语法传递带索引。在右侧，可以指定栅格和带索引的元组。

这导致了涉及栅格的查找的以下一般形式（假设在 GeoDjango 模型 API 中使用了 Elevation 模型）：

>>> qs = Elevation.objects.filter(<field>__<lookup_type>=<parameter>)
>>> qs = Elevation.objects.filter(<field>__<band_index>__<lookup_type>=<parameter>)
>>> qs = Elevation.objects.filter(<field>__<lookup_type>=(<raster_input, <band_index>)

例如：

>>> qs = Elevation.objects.filter(rast__contains=geom)
>>> qs = Elevation.objects.filter(rast__contains=rst)
>>> qs = Elevation.objects.filter(rast__1__contains=geom)
>>> qs = Elevation.objects.filter(rast__contains=(rst, 1))
>>> qs = Elevation.objects.filter(rast__1__contains=(rst, 1))

在示例的左侧，rast 是地理栅格字段，contains 是空间查找类型。在右侧，geom 是一个几何输入，rst 是一个 GDALRaster 对象。带索引在前两个查询中默认为 0，在其他查询中设置为 1。

虽然所有空间查找都可以在两侧使用栅格对象，但并不是所有底层运算符本身都能接受栅格输入。对于期望几何输入的运算符，栅格会自动转换为几何图形。在解释查找结果时，需要牢记这一点。

有关所有查找的栅格支持类型，请参阅 兼容性表。涉及栅格的查找目前仅适用于 PostGIS 后端。

距离查询

介绍

使用空间数据进行距离计算很棘手，因为不幸的是，地球不是平的。由于 PostGIS 的限制，一些在地理坐标系统中的距离查询可能必须以不同的方式表示。有关更多详细信息，请参阅 GeoDjango 模型 API 文档中的 选择一个 SRID 部分。

距离查找

可用性 ：PostGIS, MariaDB, MySQL, Oracle, SpatiaLite, PGRaster (Native)

以下是可用的距离查找：

• distance_lt
• distance_lte
• distance_gt
• distance_gte
• dwithin （除了 MariaDB 和 MySQL）

备注

对于 测量，而不是查询距离，使用 Distance 函数。

距离查找需要一个元组参数，包括：

1. 用于计算的几何体或栅格；和
2. 一个数字或 Distance 对象，包含距离。

如果使用了 Distance 对象，它可以用任何单位表示（生成的 SQL 将使用转换为字段单位的单位）；否则，数字参数被认为是字段的单位。

备注

在 PostGIS 中，ST_Distance_Sphere 不限制地理距离查询所使用的几何类型。然而，这些查询可能会花费很长时间，因为必须为查询中的每一行动态计算大圆距离。这是因为传统几何字段上的空间索引无法使用。

为了在 WGS84 距离查询中获得更好的性能，考虑在数据库中使用 地理列，因为它们能够在距离查询中使用它们的空间索引。您可以通过在字段定义中设置 geography=True 来告诉 GeoDjango 使用地理列。

例如，假设我们有一个 SouthTexasCity 模型（来自 GeoDjango 距离测试 ），在一个适用于德克萨斯南部城市的 投影 坐标系统中：

from django.contrib.gis.db import models


class SouthTexasCity(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=30)
    # A projected coordinate system (only valid for South Texas!)
    # is used, units are in meters.
    point = models.PointField(srid=32140)

然后可以执行以下距离查询：

>>> from django.contrib.gis.geos import GEOSGeometry
>>> from django.contrib.gis.measure import D  # ``D`` is a shortcut for ``Distance``
>>> from geoapp.models import SouthTexasCity
# Distances will be calculated from this point, which does not have to be projected.
>>> pnt = GEOSGeometry("POINT(-96.876369 29.905320)", srid=4326)
# If numeric parameter, units of field (meters in this case) are assumed.
>>> qs = SouthTexasCity.objects.filter(point__distance_lte=(pnt, 7000))
# Find all Cities within 7 km, > 20 miles away, and > 100 chains away (an obscure unit)
>>> qs = SouthTexasCity.objects.filter(point__distance_lte=(pnt, D(km=7)))
>>> qs = SouthTexasCity.objects.filter(point__distance_gte=(pnt, D(mi=20)))
>>> qs = SouthTexasCity.objects.filter(point__distance_gte=(pnt, D(chain=100)))

栅格查询的工作方式相同，只需将几何字段 point 替换为栅格字段，或将 pnt 对象替换为栅格对象，或两者都替换。要在右侧指定栅格输入的带索引，可以将一个 3-元组传递给查找，如下所示：

>>> qs = SouthTexasCity.objects.filter(point__distance_gte=(rst, 2, D(km=7)))

将使用栅格 rst 的带索引为 2（第三个带）进行查找。

兼容性表

空间查找

以下表格提供了每个空间数据库后端可用的空间查找的摘要。PostGIS 栅格（PGRaster）查找分为三个类别，如 栅格查找详细信息 中所述：本机支持 N、双边本机支持 B 和几何转换支持 C。

查找类型	PostGIS	Oracle	MariaDB	MySQL [4]	SpatiaLite	PGRaster
bbcontains	X		X	X	X	N
bboverlaps	X		X	X	X	N
contained	X		X	X	X	N
contains	X	X	X	X	X	B
contains_properly	X					B
coveredby	X	X			X	B
covers	X	X			X	B
crosses	X		X	X	X	C
disjoint	X	X	X	X	X	B
distance_gt	X	X	X	X	X	N
distance_gte	X	X	X	X	X	N
distance_lt	X	X	X	X	X	N
distance_lte	X	X	X	X	X	N
dwithin	X	X			X	B
equals	X	X	X	X	X	C
exact	X	X	X	X	X	B
intersects	X	X	X	X	X	B
isempty	X
isvalid	X	X		X	X
overlaps	X	X	X	X	X	B
relate	X	X	X		X	C
same_as	X	X	X	X	X	B
touches	X	X	X	X	X	B
within	X	X	X	X	X	B
left	X					C
right	X					C
overlaps_left	X					B
overlaps_right	X					B
overlaps_above	X					C
overlaps_below	X					C
strictly_above	X					C
strictly_below	X					C

数据库函数

以下表格提供了每个空间后端可用的地理专用数据库函数的摘要。

函数	PostGIS	Oracle	MariaDB	MySQL	SpatiaLite
Area	X	X	X	X	X
AsGeoJSON	X	X	X	X	X
AsGML	X	X			X
AsKML	X				X
AsSVG	X				X
AsWKB	X	X	X	X	X
AsWKT	X	X	X	X	X
Azimuth	X				X (LWGEOM/RTTOPO)
BoundingCircle	X	X
Centroid	X	X	X	X	X
Difference	X	X	X	X	X
Distance	X	X	X	X	X
Envelope	X	X	X	X	X
ForcePolygonCW	X				X
FromWKB	X	X	X	X	X
FromWKT	X	X	X	X	X
GeoHash	X			X	X (LWGEOM/RTTOPO)
Intersection	X	X	X	X	X
IsEmpty	X
IsValid	X	X		X	X
Length	X	X	X	X	X
LineLocatePoint	X				X
MakeValid	X				X (LWGEOM/RTTOPO)
MemSize	X
NumGeometries	X	X	X	X	X
NumPoints	X	X	X	X	X
Perimeter	X	X			X
PointOnSurface	X	X	X		X
Reverse	X	X			X
Scale	X				X
SnapToGrid	X				X
SymDifference	X	X	X	X	X
Transform	X	X			X
Translate	X				X
Union	X	X	X	X	X

聚合函数

以下表格提供了每个空间后端可用的 GIS 专用聚合函数的摘要。请注意，MySQL 不支持任何这些聚合函数，因此在表格中被排除在外。

聚合	PostGIS	Oracle	SpatiaLite
Collect	X		X
Extent	X	X	X
Extent3D	X
MakeLine	X		X
Union	X	X	X

脚注

[1]	请参阅 Open Geospatial Consortium, Inc. 的 OpenGIS Simple Feature Specification For SQL，文件编号 99-049（1999 年 5 月 5 日），第 3.2.5 章，第 3-11 页（几何图形的 SQL 文本表示）。

[2]	请参阅 PostGIS EWKB、EWKT 和规范形式，PostGIS 文档第 4.1.2 章。

[3]	请参阅 PostGIS 文档 中关于 ST_DistanceSphere 的部分。

[4]	详情请参考 MySQL 的空间限制 部分。