Avstånd och närmaste grannar

I geodatabaser är avstånd den uppmätta separationen mellan två geografiska platser. PostGIS tillhandahåller kraftfulla funktioner för att beräkna avstånd mellan punkter, linjer, polygoner och andra geometrityper.

Genom att förstå avståndsfrågor kan ni besvara frågor som: Vilken restaurang ligger närmast mig? eller Vilka kunder finns inom 5 km från vårt lager?

ST_Distance(geom_a, geom_b) returnerar det minsta avståndet mellan två geometry-objekt. Som standard är resultatet, när vanliga geometry-typer används, uttryckt i samma enheter som koordinatreferenssystemet (vanligtvis grader för EPSG:4326).

För att få meningsfulla resultat i meter bör ni använda geography-typer eller projicera om era data.

Vi skapar en enkel tabell över platser med geografiska koordinater. Vi använder typen geography så att alla avståndsberäkningar automatiskt returnerar meter — ingen manuell projektion behövs.

Tabellen ska innehålla kaféer i en stad, där varje kafé har ett namn och en plats som lagras som en punkt.

När ni har platsdata kan ni beräkna avståndet från varje rad till en referenspunkt. Här beräknar vi hur långt varje kafé ligger från en användare som befinner sig vid koordinaterna (28.9800, 41.0100).

Resultatet anges i meter eftersom vi använde typen geography.

Om ni vill hitta den enda närmaste platsen till en given punkt sorterar ni efter avstånd och hämtar endast en rad med LIMIT 1. Detta är den klassiska frågan för närmaste granne.

Detta mönster är mycket vanligt i platsbaserade applikationer: för att hitta närmaste butik, läkare eller hållplats.

PostGIS tillhandahåller operatorn <-> (KNN — K närmaste grannar), som kan använda index. Till skillnad från ST_Distance i en ORDER BY-sats kan <-> använda ett GiST-spatialt index för att slippa genomsöka varje rad.

Föredra alltid <-> i ORDER BY när ni behöver hämta närmaste grannar effektivt. Skapa ett index som detta för att stödja operatorn:

ST_DWithin(geom_a, geom_b, distance) returnerar TRUE när två geometrier ligger inom ett angivet avstånd från varandra. För geography-typer anges avståndet i meter.

Detta är effektivare än ST_Distance(...) < radius i en WHERE-sats eftersom ST_DWithin kan använda index och avslutar tidigt så snart villkoret är uppfyllt.

Ett vanligt produktionsmönster kombinerar ST_DWithin som förfilter med sortering med <->. Kontrollen med ST_DWithin använder det spatiala indexet för att snabbt sortera bort rader långt bort. Därefter sorteras de återstående kandidaterna efter exakt avstånd.

På så sätt får ni mycket effektivt fram de N närmaste platserna inom en maximal radie.

Ni kan beräkna avstånd mellan rader i två olika tabeller med hjälp av en JOIN i kombination med ST_Distance. Det är användbart för matchning, till exempel när varje kund ska kopplas till sitt närmaste lager eller varje incident till närmaste sjukhus.

Nedan hittar vi det närmaste kaféet för varje användare i en tabell med namnet users med hjälp av en lateral join — ett kraftfullt PostgreSQL-mönster för underfrågor per rad.

Råa avstånd i meter kan vara svåra att läsa. Ni kan formatera dem som kilometer eller lägga till lättbegripliga etiketter med hjälp av CASE-uttryck och strängformatering. Här är en fråga som visar avstånd i meter för korta avstånd och kilometer för längre avstånd.

Fönsterfunktioner som RANK() och ROW_NUMBER() passar perfekt ihop med avståndsfrågor. Ni kan tilldela varje plats en närhetsrankning i förhållande till en användare, vilket är användbart när ni bygger rangordnade rekommendationslistor eller sökresultat sorterade efter närhet.

I den här lektionen har ni lärt er att arbeta med spatiala avstånd och frågor för närmaste granne i PostGIS:

• ST_Distance beräknar det exakta avståndet mellan två geometrier. Använd typen geography för att automatiskt få resultat i meter.
• ST_DWithin filtrerar effektivt rader inom en radie med hjälp av det spatiala indexet — föredra den framför ST_Distance < radius i WHERE-satser.
• <->-operatorn (KNN) i ORDER BY kan använda index och är det snabbaste sättet att hämta de N närmaste grannarna.
• Kombinera ST_DWithin som förfilter med sortering med <-> för de effektivaste frågorna av typen top-N inom en radie.
• CROSS JOIN LATERAL gör det möjligt att hitta den närmaste matchningen från en annan tabell rad för rad.
• Fönsterfunktioner som ROW_NUMBER() kan tilldela närhetsrankningar till era avståndssorterade resultat.

Dessa mönster utgör grunden för platsbaserade funktioner i verkliga applikationer.