基于Java和GDAL实现的GeoJSON数据读取与入库实践

目录

前言

一、基础数据介绍

1、 数据格式

2、数据参数

二、空间数据库设计

1、主体表模型

2、DDL语句与空间索引

三、GDAL解析及入库

1、GDAL中GeoJSON驱动

2、解析GeoJSON

3、Java模型

4、数据入库

总结


前言

        在面向空间的矢量数据处理过程当中,虽然shapefile等文件是常用矢量文件的载体。也是大多数应用用来支持矢量文件存储的对象。其实除了shagefile这种格式,还有很多种格式。今天介绍一种在webgis比较常见的数据格式,它就是GeoJSON。

        GeoJSON是一种对各种地理数据结构进行编码的格式,基于Javascript对象表示法(JavaScript Object Notation, 简称JSON)的地理空间信息数据交换格式。GeoJSON对象可以表示几何、特征或者特征集合。GeoJSON支持下面这几种几何类型:点、线、面、多点、多线、多面和几何集合。GeoJSON里的特征包含一个几何对象和其他属性,特征集合表示一系列特征。

        一个完整的GeoJSON数据结构总是一个(JSON术语里的)对象。在GeoJSON里,对象由名/值对--也称作成员的集合组成。对每个成员来说,名字总是字符串。成员的值要么是字符串、数字、对象、数组,要么是下面文本常量中的一个:"true","false"和"null"。数组的值是上面所说的元素组成。

        GeoJSON的格式

GeoJSON总是由一个单独的对象组成。这个对象(指的是下面的GeoJSON对象)表示几何、特征或者特征集合。

  • GeoJSON对象可能有任何数目成员(名/值对)。

  • GeoJSON对象必须有一个名字为"type"的成员。这个成员的值是由GeoJSON对象的类型所确定的字符串。

  • type成员的值必须是下面之一:"Point", "MultiPoint", "LineString", "MultiLineString", "Polygon", "MultiPolygon", "GeometryCollection", "Feature", 或者 "FeatureCollection"。这些值分别对应:点、多点、线、多线、面、多面、几何集合、特征、特征集合。

  • GeoJSON对象可能有一个可选的"crs"成员,它的值必须是一个坐标参考系统的对象。

  • GeoJSON对象可能有一个"bbox"成员,它的值必须是边界框数组。

{
    "type": "FeatureCollection",
    "features": [{
            "type": "Feature",
            "geometry": {
                "type": "Point",
                "coordinates": [102.0, 0.5]
            },
            "properties": {
                "prop0": "value0"
            }
        }, {
            "type": "Feature",
            "geometry": {
                "type": "LineString",
                "coordinates": [[102.0, 0.0], [103.0, 1.0], [104.0, 0.0], [105.0, 1.0]]
            },
            "properties": {
                "prop0": "value0",
                "prop1": 0.0
            }
        }, {
            "type": "Feature",
            "geometry": {
                "type": "Polygon",
                "coordinates": [[100.0, 0.0], [101.0, 0.0], [101.0, 1.0], [100.0, 1.0], [100.0, 0.0]]
            },
            "properties": {
                "prop0": "value0",
                "prop1": {
                    "this": "that"
                }
            }
        }
    ]
}

        本文将重点讲解在Java中如何调用GDAL进行GeoJSON矢量数据处理,首先使用QGIS工具展示待处理的地名GeoJSON数据,然后介绍在PostGIS空间数据库中创建空间表,最后介绍基于Java语言调用GDAL将GeoJSON进行空间数据入库。如果当前您也有GeoJSON数据的处理,不妨来博客指导一二。

一、基础数据介绍

        今天要处理的示例数据是地名数据,原始数据由GISer last 分享,大家有兴趣的可以在他的个人公众号下回复消息,及时获取信息。时间大概是2015年左右的全国分级数据,有省会城市地名、地级市地名、县级市地名、区县地名等,都是以GeoJSON形式的保存的。       

        本小节以Qgis为例,对下载下来的GeoJSON数据进行处理。包括空间可视化、属性数据展示、地图标注等。GeoJSON其实也是一种json,只是在普通的json上面增加了空间数据的属性和规范。所以我们可以直接使用文本的形式来进行数据的编辑与展示。

1、 数据格式

        地名数据主要是一些点位数据,除了在乡镇一级数据条数多一点之外,其它都还可以都没有超过MB。下面使用Qgis对这些数据打开来看一下。

        将GeoJSON数据加载到Qgis当中去之后,查看这些空间数据的属性。比如投影信息、属性信息等等。为了方便数据的展示,辅助添加了省级行政区划矢量数据。打开相关标注后,可以看到x效果如下:

 省会地名数据示意图

 地级市地名示意图

 县级市地名示意图

2、数据参数

        在qgis中查看数据的属性信息,可以看到如下信息。

序号 参数 说明
1 存储类型

GeoJSON

2 编码 UTF-8
3 几何图形

Point (Point)

4 坐标参考系

EPSG:4326 - WGS 84 - 地理的

5 范围

87.6149638000000550,20.0500348290000261 : 126.5286520170000131,45.8019539320000604

6 单位

        数据属性信息如下:

序号 属性名 数据类型 说明
1 NAME String 地名
2 PIINYIN String 地名拼音
3 CLASS String 类型
4 BZ String 备注
5 SLX String 应该是标记,暂无特殊含义

序号 数据名称 数据条数
1 省会城市地名 29
2 地级市地名 283
3 县级市地名 339
4 区县地名 2567

 有了上面的数据参数基础和属性数据基础之后。下面我们介绍如何进行空间数据库表的设计。

二、空间数据库设计

        为了将GeoJSON数据保存到空间数据,我们需要设计对应的数据库表。这里我们采用PostGIS数据库,数据表采用PostGIS中的空间表。本小节将重点讲解讲解空间表的设计。

1、主体表模型

        为了实现数据对象到数据库物理模型的对应。针对上述业务,我们建立1对1的映射。保留原有空间属性的独立性,同时增加表主键以及关键的空间信息字段geom。为了后续我们方便的对空间数据进行空间索引查询,在geom列上,我们构建了关键的GIST空间索引。

2、DDL语句与空间索引

        请注意,空间索引必须要创建,否则在进行空间查询时性能很慢。提前新建好索引,对后续的性能提升有很大的帮助。

CREATE TABLE "public"."biz_geographic_name" (
  "pk_id" int8 NOT NULL,
  "name" varchar(255) COLLATE "pg_catalog"."default" NOT NULL,
  "pinyin" varchar(255) COLLATE "pg_catalog"."default",
  "classz" varchar(4) COLLATE "pg_catalog"."default",
  "bz" varchar(100) COLLATE "pg_catalog"."default",
  "slx" varchar(20) COLLATE "pg_catalog"."default",
  "geom" "public"."geometry" NOT NULL,
  CONSTRAINT "pk_biz_geographic_name" PRIMARY KEY ("pk_id")
)
;

ALTER TABLE "public"."biz_geographic_name" 
  OWNER TO "ghy01";

CREATE INDEX "idex_biz_geographic_name_classz" ON "public"."biz_geographic_name" USING btree (
  "classz" COLLATE "pg_catalog"."default" "pg_catalog"."text_ops" ASC NULLS LAST
);

CREATE INDEX "idx_biz_geographic_name_geom" ON "public"."biz_geographic_name" USING gist (
  "geom" "public"."gist_geometry_ops_2d"
);

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."pk_id" IS '主键id';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."name" IS '地名';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."pinyin" IS '汉语拼音';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."classz" IS 'classz';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."bz" IS '备注';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."slx" IS 'slx';

COMMENT ON COLUMN "public"."biz_geographic_name"."geom" IS '空间对象';

COMMENT ON TABLE "public"."biz_geographic_name" IS '地名基础信息表,用于存储中国范围内的地名信息';

        至此,我们完成了地名表的空间数据库表的设计,同时根据业务需要,创建了数据索引。 

三、GDAL解析及入库

        本节主要讲解如何利用GDAL来进行数据的解析,使用详细的代码讲解如何解析GeoJSON数据,最后调用MP框架实现将GeoJSON数据保存到空间数据库。

1、GDAL中GeoJSON驱动

        在Gdal中,针对不同的数据格式,使用不同的驱动包来解析支持。与解析shapefile的方式一致。解析GeoJSON使用GeoJSON驱动。此驱动程序实现对访问编码在中的功能的读/写支持 GeoJSON 格式。GeoJSON是一种基于 JavaScript Object Notation
(JSON) . JSON是一种用于数据交换的轻量级纯文本格式,GeoJSON只不过是它对地理内容的专门化。

  • FLATTEN_NESTED_ATTRIBUTES =是/否:是否递归地探索嵌套对象并生成扁平OGR属性。默认为否。

  • NESTED_ATTRIBUTE_SEPARATOR =字符:嵌套属性组件之间的分隔符。默认为“

  • FEATURE_SERVER_PAGING =是/否:是否使用ArcGIS功能服务终结点自动滚动结果。

  • NATIVE_DATA =是/否:(GDAL>=2.1)是否在FeatureCollection和Feature级别存储本机JSon表示。默认为否。此选项可用于通过保留一些额外的JSon对象来改进从GeoJSON到GeoJSON的往返,否则OGR抽象将忽略这些额外的JSon对象。请注意,ogr2ogr在默认情况下启用此选项,除非指定其-noNativeData开关。

  • ARRAY_AS_STRING =YES/NO:(GDAL>=2.1)是否将字符串、整数或实数的JSon数组作为OGR字符串公开。默认为“否”。也可以使用 OGR_GEOJSON_ARRAY_AS_STRING 配置选项。

  • DATE_AS_STRING =YES/NO:(GDAL>=3.0.3)是使用专用的OGR日期/时间/日期时间类型还是作为OGR字符串公开日期/时间/日期时间内容。默认值为NO(即检测到日期/时间/日期-时间)。也可以用 OGR_GEOJSON_DATE_AS_STRING 配置选项。

2、解析GeoJSON

        在Java中解析GeoJSON的关键代码如下:

@Test
public void readDjsGeoJSON() {
	// 指定文件的名字和路径
	String strVectorFile = "path/2015省市区县乡镇地名数据/地名点_地级市.geojson";
	// 注册所有的驱动
	ogr.RegisterAll();
	gdal.SetConfigOption("GDAL_FILENAME_IS_UTF8", "YES");
	gdal.SetConfigOption("SHAPE_ENCODING", "UTF-8");
	String strDriverName = "GeoJSON";
	org.gdal.ogr.Driver oDriver = ogr.GetDriverByName(strDriverName);
	if (oDriver == null) {
		System.out.println(strDriverName + " 驱动不可用!n");
		return;
	}
	DataSource dataSource = oDriver.Open(strVectorFile);
	Layer layer = dataSource.GetLayer(0);
	SpatialReference spatialReference = layer.GetSpatialRef();
	String srid = spatialReference.GetAttrValue("AUTHORITY", 1);
	long featureCount = layer.GetFeatureCount();
	List<GeographicName> list = new ArrayList<GeographicName>();
	for (int i = 0; i < featureCount; i++) {
		Feature feature = layer.GetFeature(i);
		String name = feature.GetFieldAsString("NAME");
		String pinyin = feature.GetFieldAsString("PINYIN");
		String classz = feature.GetFieldAsString("CLASS");
		String bz = feature.GetFieldAsString("BZ");
		String slx = feature.GetFieldAsString("SLX");
		Geometry geom = feature.GetGeometryRef();
		//step 1、生成原始wkt
		String wkt = geom.ExportToWkt();
		wkt = "SRID=" + srid +";" + wkt;//拼接srid,实现动态写入
		list.add(new GeographicName(name, pinyin, classz, bz, slx, wkt));
		System.out.println("name=" + name + "tclassz=" + classz+ "twkt="+ wkt);
	}
	geographicNameService.saveBatch(list,300);
	dataSource.delete();
	gdal.GDALDestroyDriverManager();
}

3、Java模型

        下面提供基础的Java实体模型,其它比如Mapper和Service对象,不进行代码说明。

package com.yelang.project.extend.earthquake.domain;
import java.io.Serializable;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableField;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableId;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableName;
import com.yelang.framework.handler.PgGeometryTypeHandler;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

@Data
@ToString
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@TableName(value ="biz_geographic_name",autoResultMap = true)
public class GeographicName implements Serializable{
	private static final long serialVersionUID = -3694849578429480952L;
	@TableId(value = "pk_id")
	private Long pkId;
	private String name;
	private String pinyin;
	private String classz;
	private String bz;
	private String slx;
	public GeographicName(String name, String pinyin, String classz, String bz, String slx, String geom) {
		super();
		this.name = name;
		this.pinyin = pinyin;
		this.classz = classz;
		this.bz = bz;
		this.slx = slx;
		this.geom = geom;
	}
	@TableField(typeHandler = PgGeometryTypeHandler.class)
	private String geom;
	@TableField(exist=false)
	private String geomJson;  
}

4、数据入库

        使用junit进行代码测试,将数据批量插入到数据库中。

        在程序的控制台中可以看到以下的输出,表名在执行数据库的插入操作:

        最后来数据库中是否有批量插入的地名信息,使用以下查询语句:

select * from biz_geographic_name;

        使用navicat可以连接数据库,看到在数据库中已经成功的将地级市的地名数据插入到空间数据中。 

总结

        以上就是本文的主要内容,本文将重点讲解在Java中如何调用GDAL进行GeoJSON矢量数据处理,首先使用QGIS工具展示待处理的地名GeoJSON数据,然后介绍在PostGIS空间数据库中创建空间表,最后介绍基于Java语言调用GDAL将GeoJSON进行空间数据入库。文章行文仓促,定有不足支持,关于文章的任何不足之处,都欢迎各位朋友在评论区留言批评指正交流,不慎感谢。

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