MySQL高级讲座篇之：GIS在MySQL中的应用：地理空间数据的高效存储与查询。

大家好，我是老司机，今天咱们聊点刺激的，GIS！别害怕，不是让你去考地理，是教你如何在MySQL里玩转地图数据，让你的程序也能指点江山，激扬文字。

开场白：谁还不是个地图控呢？

想想你常用的App，哪个没用到地图？外卖要定位，打车要定位，连社交软件都要“附近的人”。 这些功能的背后，都离不开GIS（Geographic Information System，地理信息系统）。 简单来说，GIS就是用来存储、分析、和展示地理数据的系统。 而MySQL，作为我们最熟悉的数据库之一，也能玩GIS！

第一章：GIS数据，MySQL的菜！

MySQL从5.7版本开始，就正式支持了GIS数据类型。 这意味着你可以直接在数据库里存储经纬度、多边形、甚至更复杂的地理形状。

1.1 GIS数据类型：你喜欢哪种形状？

MySQL提供了以下几种GIS数据类型：

• GEOMETRY: 这是最通用的类型，可以存储任何类型的几何对象。
• POINT: 用来存储一个点，也就是经纬度。
• LINESTRING: 用来存储一条线，比如道路或者河流。
• POLYGON: 用来存储一个多边形，比如一个城市或者一个区域。
• MULTIPOINT: 用来存储多个点。
• MULTILINESTRING: 用来存储多条线。
• MULTIPOLYGON: 用来存储多个多边形。
• GEOMETRYCOLLECTION: 用来存储以上所有类型的混合。

就像点菜一样，根据你的需要选择合适的类型。 如果只是存储用户的位置，POINT就够了。 如果要存储一个国家的边界，那就得用POLYGON。

1.2 创建GIS表：地基要打好！

咱们先来创建一个表，用来存储城市的信息：

CREATE TABLE cities (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    location POINT SRID 4326, --  SRID 4326 是 WGS 84 坐标系，也就是 GPS 用的坐标系
    SPATIAL INDEX(location)  -- 别忘了创建空间索引，查询速度会快很多！
);

• location POINT SRID 4326： 这行代码定义了一个名为location的字段，类型是POINT，并且指定了SRID（Spatial Reference Identifier）为4326。 SRID就像是地图的语言，告诉MySQL这个经纬度是用什么坐标系表示的。 4326是最常用的WGS 84坐标系。
• SPATIAL INDEX(location)： 这行代码创建了一个空间索引。 空间索引就像是地图上的目录，可以帮助MySQL快速找到附近的地点。 如果没有空间索引，查询速度会慢得让你怀疑人生。

1.3 插入GIS数据：往地图上插旗！

现在，咱们往表里插入一些城市的数据：

INSERT INTO cities (name, location) VALUES
    ('北京', ST_GeomFromText('POINT(116.4074 39.9042)', 4326)),
    ('上海', ST_GeomFromText('POINT(121.4737 31.2304)', 4326)),
    ('广州', ST_GeomFromText('POINT(113.2644 23.1291)', 4326));

• ST_GeomFromText()： 这个函数可以将文本格式的地理数据转换成MySQL的GIS数据类型。 ‘POINT(经度 纬度)’ 就是文本格式。
• 4326： 再次强调，要指定SRID，告诉MySQL用的是什么坐标系。

第二章：GIS查询，让MySQL带你飞！

数据有了，接下来就是查询了。 MySQL提供了很多GIS相关的函数，可以让你进行各种各样的空间查询。

2.1 查找附近的城市：附近的人？不存在的！

假设你想找到距离某个点一定范围内的城市。 比如，查找距离北京100公里以内的城市：

SELECT name, ST_Distance_Sphere(location, ST_GeomFromText('POINT(116.4074 39.9042)', 4326)) AS distance
FROM cities
WHERE ST_Distance_Sphere(location, ST_GeomFromText('POINT(116.4074 39.9042)', 4326)) <= 100000 -- 单位是米，100000米 = 100公里
ORDER BY distance;

• ST_Distance_Sphere()： 这个函数用来计算两个点之间的球面距离，也就是地球表面上的距离。 注意，单位是米。
• WHERE ST_Distance_Sphere(...) <= 100000： 这个条件用来筛选出距离北京100公里以内的城市。
• ORDER BY distance： 按照距离排序，最近的城市排在前面。

2.2 判断一个点是否在某个区域内：你在我的地盘！

假设你有一个多边形，表示一个区域，你想判断某个点是否在这个区域内。 比如，判断上海是否在长三角地区内：

首先，你需要创建一个POLYGON来表示长三角地区。 这里为了简单起见，我们用一个矩形来代替：

SET @polygon = ST_GeomFromText('POLYGON((118 30, 122 30, 122 34, 118 34, 118 30))', 4326); -- 长三角的大致范围
SELECT name
FROM cities
WHERE ST_Contains(@polygon, location) AND name = '上海';

• ST_Contains()： 这个函数用来判断一个几何对象是否包含另一个几何对象。 如果上海的经纬度在长三角的POLYGON内，就会返回结果。

2.3 更多GIS函数：十八般武艺，样样精通！

MySQL还提供了很多其他的GIS函数，可以让你进行更复杂的空间分析：

函数名	功能
ST_Buffer()	创建一个几何对象的缓冲区。 比如，你可以创建一个城市的缓冲区，用来表示城市的辐射范围。
ST_Intersection()	计算两个几何对象的交集。 比如，你可以计算两个区域的重叠部分。
ST_Union()	计算两个几何对象的并集。 比如，你可以将两个区域合并成一个区域。
ST_Difference()	计算两个几何对象的差集。 比如，你可以从一个区域中减去另一个区域。
ST_Within()	判断一个几何对象是否在另一个几何对象内部。
ST_Intersects()	判断两个几何对象是否相交。
ST_Touches()	判断两个几何对象是否相接。
ST_Crosses()	判断两个几何对象是否相交，但又不包含或相接。
ST_Overlaps()	判断两个几何对象是否重叠。
ST_Equals()	判断两个几何对象是否相等。
ST_Disjoint()	判断两个几何对象是否不相交。
ST_Area()	计算一个几何对象的面积。
ST_Length()	计算一个几何对象的长度。
ST_Centroid()	计算一个几何对象的质心。
ST_Envelope()	计算一个几何对象的最小外接矩形。
ST_AsText()	将一个几何对象转换成文本格式。
ST_AsGeoJSON()	将一个几何对象转换成GeoJSON格式。 GeoJSON是一种常用的地理数据格式，可以方便地在Web地图上显示。

这些函数可以组合使用，实现各种复杂的空间查询。 就像玩乐高一样，你可以用这些积木搭建出你想要的任何模型。

第三章：GIS性能优化，让你的地图飞起来！

GIS数据量通常都很大，如果查询不优化，速度会慢得让你崩溃。 所以，性能优化非常重要。

3.1 空间索引：查询加速的秘密武器！

前面已经提到过，空间索引是GIS查询加速的秘密武器。 一定要为你的GIS字段创建空间索引！

CREATE SPATIAL INDEX idx_cities_location ON cities (location);

3.2 Bounding Box优化：先粗后精，事半功倍！

Bounding Box（简称BBox）是几何对象的最小外接矩形。 在进行空间查询时，可以先用BBox进行粗略的筛选，然后再用精确的几何对象进行精确的判断。 这样可以减少计算量，提高查询速度。

SELECT name
FROM cities
WHERE MBRContains(ST_GeomFromText('POLYGON((118 30, 122 30, 122 34, 118 34, 118 30))', 4326), location) AND ST_Contains(ST_GeomFromText('POLYGON((118 30, 122 30, 122 34, 118 34, 118 30))', 4326), location);

• MBRContains()： 这个函数用来判断一个矩形是否包含另一个几何对象。 它比ST_Contains()更快，因为矩形的计算比复杂的几何对象要简单得多。

3.3 数据分区：化整为零，分而治之！

如果你的GIS数据量非常大，可以考虑进行数据分区。 将数据按照地理位置分成多个区，每个区存储在一个单独的表中。 查询时，只需要查询相关的分区，就可以大大减少查询范围。

3.4 硬件升级：钞能力才是王道！

如果你的数据量实在太大，软件优化已经无法满足需求，那就只能升级硬件了。 更快的CPU，更大的内存，更快的SSD，都能提高查询速度。 毕竟，钞能力才是王道！

第四章：GIS应用场景，让你的想象力飞起来！

GIS的应用场景非常广泛，只要涉及到地理位置，都可以用到GIS。

4.1 共享单车：最后一公里的解决方案！

共享单车需要实时定位单车的位置，并根据用户的位置找到附近的单车。 这就要用到GIS的空间查询功能。

• 存储单车的位置： 用POINT类型存储单车的经纬度。
• 查找附近的单车： 用ST_Distance_Sphere()函数查找距离用户一定范围内的单车。
• 计算骑行距离： 用ST_Distance_Sphere()函数计算用户骑行的距离，用于计费。

4.2 外卖平台：吃货的福音！

外卖平台需要根据用户的位置找到附近的商家，并计算配送距离。 这也要用到GIS的空间查询功能。

• 存储商家的位置： 用POINT类型存储商家的经纬度。
• 查找附近的商家： 用ST_Distance_Sphere()函数查找距离用户一定范围内的商家。
• 计算配送距离： 用ST_Distance_Sphere()函数计算商家到用户的距离，用于显示预计送达时间。
• 区域划分：可以用POLYGON类型存储配送区域，判断用户是否在配送范围内。

4.3 智能交通：让出行更顺畅！

智能交通需要实时监控道路的拥堵情况，并根据用户的目的地规划最佳路线。 这更要用到GIS的空间分析功能。

• 存储道路信息： 用LINESTRING类型存储道路的几何形状。
• 监控道路拥堵情况： 通过分析车辆的速度和密度，判断道路的拥堵情况。
• 规划最佳路线： 用Dijkstra算法或者A*算法，结合道路的拥堵情况，规划最佳路线。

4.4 智慧城市：让生活更美好！

智慧城市需要整合各种各样的地理数据，比如人口分布、建筑物分布、绿地分布等等，用于城市规划和管理。 这就要用到GIS的各种空间分析功能。

• 人口密度分析： 用热力图展示人口分布情况，用于城市规划。
• 建筑物分布分析： 分析建筑物的高度、密度、类型，用于城市管理。
• 绿地分布分析： 分析绿地的面积、位置、覆盖率，用于改善城市环境。

第五章：GIS工具推荐，工欲善其事，必先利其器！

除了MySQL自带的GIS函数，还有很多其他的GIS工具可以帮助你更好地处理地理数据。

• QGIS: 一个开源的桌面GIS软件，功能非常强大，可以进行各种各样的空间分析。
• GeoServer: 一个开源的GIS服务器，可以将地理数据发布成Web地图服务。
• Leaflet: 一个轻量级的JavaScript库，可以让你在Web页面上轻松地创建交互式地图。
• PostGIS: PostgreSQL的GIS扩展，功能比MySQL的GIS更强大，性能也更好。 如果你的项目对GIS功能要求很高，可以考虑使用PostGIS。

结尾：GIS，不仅仅是地图！

GIS不仅仅是地图，它是一种思维方式，一种解决问题的工具。 它可以帮助我们更好地理解世界，更好地管理资源，更好地服务社会。

希望今天的讲座能让你对MySQL的GIS功能有一个初步的了解。 如果你想深入学习，可以查阅MySQL的官方文档，或者参考一些GIS相关的书籍。

记住，GIS的世界是无限的，只要你敢于探索，就能发现更多的惊喜！

下次有机会，咱们再聊聊如何在MySQL里存储和查询更复杂的GIS数据，比如栅格数据（遥感影像、DEM数据等等）。 拜拜！