时空索引的概念和分类介绍 - 云原生多模数据库 Lindorm

Lindorm GanosBase时空服务扩展了云原生多模数据库 Lindorm原有的主键索引和二级索引能力来提高时空查询速度。时空查询是指查询条件中包含空间列（经纬度坐标或Geometry类型的列）或者空间和时间组合列（经纬度坐标或Geometry类型的列+时间列）的查询。本文介绍时空索引的概念、分类和使用场景。

Z-ORDER索引

在创建主键索引或二级索引时，通过加入Z-ORDER索引函数来为空间列或者空间和时间组合列添加索引。Z-ORDER索引函数返回一个编码值（称为Z-ORDER编码或时空编码），该编码值作为主键索引或二级索引的一部分。因此，时空索引并不是一个独立的索引，而是内嵌到Lindorm主键索引或二级索引中来实现加速时空查询的需求。

Z-ORDER函数索引分类

Z-ORDER主键索引

Z-ORDER编码作为主键索引的组成部分，此时主键索引为Z-ORDER主键索引。例如：PRIMARY KEY(Z-ORDER(g))。

Z-ORDER二级索引

Z-ORDER编码作为二级索引的组成部分，此时二级索引为Z-ORDER二级索引。例如：Z-ORDER(g)。

创建Z-ORDER索引的方法请参见创建时空索引。

Z-ORDER函数说明

Lindorm GanosBase根据Z-ORDER索引函数的入参自动计算出不同的时空编码，Z-ORDER索引函数的类型和说明如下表。

说明

当两个空间对象在位置上足够相近时（厘米级别），Z-ORDER索引函数生成的时空编码可能相同。

类型	参数说明	适用场景
`Z-ORDER(Point)`或者`Z-ORDER(X, Y)`	点类型的列由经度x列和纬度y列组成	为点数据创建索引，当查询条件包含空间范围时，可使用该索引进行加速。
`Z-ORDER(Point, Time)`或者`Z-ORDER(X, Y, Time)`	由点类型的列和时间列组成由经度x列、纬度y列和时间列组成	为点数据和时间创建索引，当查询条件包含时间范围和空间范围时，可使用该索引进行加速。
`Z-ORDER(LineString)`或者`Z-ORDER(Polygon)`	线类型的列面类型的列	为线或者面数据创建索引，当查询条件包含空间范围时，可使用该索引进行加速。
`Z-ORDER(LineString, Time)`或者`Z-ORDER(Polygon, Time)`	由线类型的列和时间列组成由面类型的列和时间列组成	为线数据和时间、面数据和时间创建索引，当查询条件包含时间范围和空间范围时，可使用该索引进行加速。

网格二级索引

重要

仅2.6.5以上版本的宽表引擎支持网格二级索引功能。

在创建索引时，如果对Geometry（目前支持POLYGON、MULTIPOLYGON、LINESTRING、MULTILINESTRING）列使用了S2索引函数，宽表引擎会自动构建网格二级索引。使用网格二级索引可以实现基于网格的过滤和计算功能。

网格二级索引根据Google S2算法，将空间划分成均匀大小的网格（S2Cell），每个网格对应一个唯一ID（S2CellID）。每个网格都会与一个面或多个面相交，这些相交信息都会被记录在索引中。

S2索引函数说明

语法

输入几何对象和精度，计算几何对象覆盖到的该精度下的网格，并返回网格ID（S2CellID）的集合。创建网格索引的方法请参见创建时空索引。

Set<Long> S2(String geomColumnName, int level)

参数说明

参数	说明
geomColumnName	面类型（POLYGON或MULTIPOLYGON）或线类型（LINESTRING或MULTILINESTRING）列的列名，该列存储的空间数据坐标需为WGS84坐标系坐标。重要仅宽表引擎2.6.7.5及以上版本，支持线类型（LINESTRING或MULTILINESTRING）。如果您的宽表引擎无法通过控制台进行升级，请联系Lindorm技术支持（钉钉号：s0s3eg3）。
level	S2网格精度，取值范围为[1,30]。

索引选择

Z-ORDER索引适用场景

Z-ORDER索引对空间点类型数据有较好的过滤效果，当查询条件涉及到对空间点位置关系判断时，您可以根据Z-ORDER函数的适用场景，选择适合的函数创建索引。Z-ORDER函数的适用场景，请参见Z-ORDER函数说明。

以下是使用Z-ORDER索引的最佳实践场景：

时空范围查询：查询过去某段时间内车辆在某个区域的行驶轨迹。
周边查询：查询某位置附近一定距离内的车辆，返回车辆的实时位置。
轨迹出入统计：统计出轨迹点出入某个区域的信息，包括：驶入时间、驶出时间、停留时长、轨迹数量等。

同时，Z-ORDER索引对线或面类型数据也有一定的过滤效果，可以支持简单的过滤查询，例如：

对线类型：查询某位置附近一定距离内的道路，每条道路是一个LINESTRING或MULTILINESTRING。
对面类型：查询落在某个范围内的商圈，每个商圈是一个POLYGON或MULTIPOLYGON。

网格二级索引适用场景

网格二级索引较Z-ORDER索引对线或面有更好的过滤效果。对于非聚合查询，使用网格二索引可有效过滤掉与查询条件不相关的网格内的数据，加速查询，例如：

围栏监测：实时查询轨迹点落在哪些围栏内，可达到百万级围栏数据毫秒级返回结果。
周边查询：实时查询某位置周边一定半径范围内的商区。

同时，网格索引可以随时更新存储统计数据，可基于网格进行快速聚合统计，例如：

统计数量：以网格为单位统计商区数量、轨迹数量等。
统计区域属性：以网格为单位统计植被覆盖率、交易量总和等指标。