GEOGRAPHY資料類型 - MaxCompute

MaxCompute 原生支援 GEOGRAPHY 地理空間資料類型，用於表示地球表面的點、線、多邊形等幾何對象，支援空間資料的儲存、構造和運算，用於高效儲存與操作地理空間資料。MaxCompute 的 GEOGRAPHY 類型底層採用 S2 Geometry 庫實現。

支援幾何類型

MaxCompute 支援構建以下幾何類型：

幾何類型	描述
Point（點）	地球表面的一個位置，由經度和緯度座標描述，經度在前，緯度在後。樣本如下： `ST_GEOGFROMTEXT('POINT (10 20)')`
LineString（線）	一維曲線，由一系列點及其串連的測地線組成。樣本如下： `ST_GEOGFROMTEXT('LINESTRING (10 20, 30 50, 70 80)')`
Polygon（多邊形）	二維面，用一條或者多條閉合的曲線來描述，其中第1條閉合的曲線用來描述它的外邊界，其他閉合曲線（如果存在）則描述多邊形中的洞，Polygon 中的洞用於描述多邊形內部的排除地區。樣本如下： `-- 只有外邊界，沒有洞 ST_GEOGFROMTEXT('POLYGON ((0 0, 1 1, 1 0, 0 0))') -- 多邊形中有一個洞 ST_GEOGFROMTEXT('POLYGON ((-10 -10, 10 -10, 10 10, -10 10, -10 -10), (-5 -5, 5 -5, 5 5, -5 5, -5 -5))') -- 目前多邊形中的洞不支援嵌套，不支援如下構建行為 ST_GEOGFROMTEXT('POLYGON ((-10 -10, 10 -10, 10 10, -10 10, -10 -10), (-5 -5, 5 -5, 5 5, -5 5, -5 -5), (-2 -2, 2 -2, 2 2, -2 2, -2 -2))')`
MultiPoint	多個點的集合。 `ST_GEOGFROMTEXT('MULTIPOINT(0 0, 1 1)')`
MultiLineString	多條線段的集合。 `ST_GEOGFROMTEXT('MULTILINESTRING ((0 0, 1 1), (2 2, 3 3))')`
MultiPolygon	多個多邊形的集合。 `ST_GEOGFROMTEXT('MULTIPOLYGON (((1 1, 1 3, 3 3, 3 1, 1 1)), ((4 3, 6 3, 6 1, 4 1, 4 3)))')`
GeometryCollection	多種幾何類型對象的集合。 `ST_GEOGFROMTEXT('GEOMETRYCOLLECTION (MULTIPOINT ((0 0), (1 1)), POINT (3 4), LINESTRING (2 3, 3 4))')`

座標以（經度, 緯度）形式給出，單位為度，遵循 WGS84 地理座標系。經度應在 [-180, 180] 範圍內，緯度應在 [-90, 90] 範圍內。
MaxCompute 的 GEOGRAPHY 類型底層採用 S2 Geometry庫實現。與傳統 GIS（地理資訊系統）庫最大的不同是，S2 不使用任何平面地圖投影（如墨卡托投影），而是直接將地球視為一個完美的球體。地球上的經緯度座標首先會被轉換成球體上的三維笛卡爾座標 (x, y, z)，因此在兩極也不會產生平面投影導致的計算誤差增大問題。
S2 地理庫使用 DOUBLE 類型描述地理對象的座標，將輸入的資料轉換為 S2 地理庫對象時可能會有極微小的精度損失，導致輸入和輸出之間存在非常微小的差異。

使用限制

用戶端版本限制：查詢 GEOGRAPHY 類型資料時，若使用本地用戶端 odpscmd，需使用 0.56.0 及以上版本，且不支援設定 use_instance_tunnel=true。
資料類型限制：1.0 資料類型不支援GEOGRAPHY 類型資料，使用時需要在 project 層級或 session 層級設定 odps.sql.type.system.odps2=true; 開啟 2.0 資料類型版本。
GEOGRAPHY 類型不支援比較操作，因此不能用於 SELECT DISTINCT、GROUP BY、ORDER BY 或作為 JOIN 的等值串連條件。
GEOGRAPHY 類型暫不支援地理類型對象的 Z（高程）或 M（測量值）維度。
GEOGRAPHY 類型不支援構造大於半個地球球體的地理對象。樣本如下：若希望通過如下 SQL 陳述式構造一個從西經 179 度到東經 179 度之間幾乎覆蓋整個地球的地理對象，而實際上得到的是一個小於半球的地理對象，其經度範圍是從東經 179 度向東，越過 180 度經線，然後到達西經 179 度。
```
SELECT ST_GEOGFROMTEXT(
  'POLYGON ((-179 -89, 179 -89, 179 89, -179 89, -179 -89))'
);

-- 返回結果：
+------+
| _c0  |
+------+
| POLYGON ((-179 89, 179 89, 179 -89, -179 -89, -179 89)) |
+------+
```

建立與使用 GEOGRAPHY 資料

建表時可直接使用 GEOGRAPHY 類型作為欄位類型：

SET odps.sql.type.system.odps2=true;

CREATE TABLE spatial_points (
    id BIGINT,
    name STRING,
    location GEOGRAPHY,
    region GEOGRAPHY
);

支援使用內建函數（如 ST_GEOGPOINT、ST_GEOGFROMTEXT、ST_GEOGFROMWKB、ST_MAKELINE 和 ST_MAKEPOLYGON 函數）來構造地理類型對象，詳情請參見地理函數概述。

-- 插入資料：使用地理函數構造 GEOGRAPHY 對象
INSERT INTO spatial_points VALUES
  (1, '北京中心', ST_GEOGPOINT(116.4074, 39.9042),
                ST_GEOGFROMTEXT('POLYGON((116.3 39.8, 116.5 39.8, 116.5 40.0, 116.3 40.0, 116.3 39.8))')),
  (2, '上海外灘', ST_GEOGPOINT(121.4894, 31.2403),
                ST_MAKEPOLYGON(ST_MAKELINE(ARRAY(
                  ST_GEOGPOINT(121.4, 31.2),
                  ST_GEOGPOINT(121.5, 31.2),
                  ST_GEOGPOINT(121.5, 31.3),
                  ST_GEOGPOINT(121.4, 31.3),
                  ST_GEOGPOINT(121.4, 31.2)
                ))));

-- 查詢插入的資料
SELECT * FROM spatial_points;
-- 返回結果：
+------------+---------+--------------------------+--------+
| id         | name    | location                 | region |
+------------+---------+--------------------------+--------+
| 1          | 北京中心 | POINT (116.4074 39.9042) | POLYGON ((116.3 39.8, 116.5 39.8, 116.5 40, 116.3 40, 116.3 39.8)) |
| 2          | 上海外灘 | POINT (121.4894 31.2403) | POLYGON ((121.4 31.2, 121.5 31.2, 121.5 31.3, 121.4 31.3, 121.4 31.2)) |
+------------+---------+--------------------------+--------+

地理函數

MaxCompute 提供一系列以 ST_ 開頭的地理函數，用於構造、轉換和分析 GEOGRAPHY 類型的地理資料。通過這些函數，可以從經緯度座標或 WKT/WKB 文本建立點、線、多邊形等地理對象，提取座標、邊界框等屬性資訊，判斷地理對象之間的包含、相交、覆蓋等空間關係，以及計算地理對象之間的距離。

更多詳情請參見地理函數概述。

目前支援的地理函數如下：

分類	函數	說明
構造與解析	ST_GEOGPOINT	通過指定的經度和緯度構造一個 Point 類型的地理對象
	ST_MAKELINE	通過指定的端點構造 LineString 類型的地理對象
	ST_MAKEPOLYGON	通過指定外部邊界（shell）和 0 個或多個洞（hole）構造 Polygon 類型的地理對象
	ST_GEOGFROMTEXT	將 WKT 格式的字串轉換為 GEOGRAPHY 類型的地理對象
	ST_GEOGFROMWKB	將 WKB 格式的 BINARY 資料轉換為 GEOGRAPHY 類型的地理對象
格式化	ST_ASBINARY	將 GEOGRAPHY 值轉換為 BINARY 類型的 WKB 格式
格式化	ST_ASTEXT	將 GEOGRAPHY 值轉換為 STRING 類型的 WKT 格式
屬性訪問	ST_BOUNDINGBOX	擷取 GEOGRAPHY 值的 BoundingBox 資訊
	ST_X	從 POINT 類型的地理對象中擷取經度值
	ST_Y	從 POINT 類型的地理對象中擷取緯度值
空間運算	ST_CONTAINS	判斷 value1 對應的地理對象是否包含 value2 對應的地理對象
	ST_COVERS	判斷 value1 對應的地理對象是否覆蓋 value2 對應的地理對象（value2 的所有點均在 value1 的邊界或內部）
	ST_INTERSECTS	判斷兩個地理對象是否相交（存在至少一個公用點）
	ST_WITHIN	判斷 value1 對應的地理對象是否被包含在 value2 對應的地理對象中
	ST_DWITHIN	判斷兩個地理對象之間的最短距離是否小於或等於指定的距離值
	ST_DISTANCE	計算兩個地理對象之間的最短距離，單位為米

空間串連（Spatial Join）

空間串連（Spatial Join）是在兩個包含 GEOGRAPHY 類型資料的表之間，基於空間謂詞函數（如 ST_CONTAINS、ST_INTERSECTS 等）判斷地理對象之間的空間關係，並以此作為串連條件的非等值串連操作。

通常用法：表中儲存 GEOGRAPHY 列，地理函數判斷空間關係，JOIN 將兩者串聯為串連條件。
典型情境包括：判斷興趣點（POI）是否落在指定地區內、分析軌跡與地理柵欄的交叉關係等。

MaxCompute 基於廣播小表實現空間串連，使用時須通過 MAPJOIN HINT 指定需廣播的小表。

更多詳情請參見Spatial JOIN（空間串連）。