Panoramica dell'indicizzazione spaziale
SQL Server 2008 e le versioni successive supportano i dati spaziali tra cui un tipo di dati planare, geometry, che consente l'utilizzo di dati geometrici, ossia punti, linee e poligoni, all'interno del sistema di coordinate euclideo. Il tipo di dati geografia rappresenta gli elementi geografici di un'area della superficie terrestre, ad esempio un appezzamento di terreno. In un indice spaziale su una colonna di geografia viene eseguito il mapping dei dati geografici in uno spazio bidimensionale, non euclideo.
Un indice spaziale viene definito su una colonna della tabella in cui sono contenuti dati spaziali (una colonna spaziale). Ogni indice spaziale fa riferimento a uno spazio finito. Ad esempio, un indice per una colonna geometry fa riferimento a un'area rettangolare specificata dall'utente su un piano.
Scomposizione dello spazio indicizzato in una gerarchia di griglie
In SQL Server 2008, gli indici spaziali vengono creati utilizzando alberi B, pertanto gli indici devono rappresentare i dati spaziali bidimensionali nell'ordine lineare degli alberi B. Pertanto, prima della lettura di dati in un indice spaziale, SQL Server 2008 consente di implementare una scomposizione gerarchica uniforme dello spazio. Il processo di creazione dell'indice consente di scomporre lo spazio in una gerarchia di grigliea quattro livelli. Questi livelli vengono indicati come livello 1 (il livello principale), livello 2, livello 3e livello 4.
Ogni livello successivo scompone ulteriormente il livello precedente, pertanto ogni cella di livello superiore contiene una griglia completa al livello successivo. Su un livello specificato, tutte le griglie hanno lo stesso numero di celle lungo entrambi gli assi (ad esempio, 4x4 o 8x8) e le celle hanno tutte la stessa dimensione.
Nell'illustrazione seguente viene mostrata la scomposizione per la cella in alto destra a ogni livello della gerarchia di griglie in una griglia da 4x4. In realtà, tutte le celle vengono scomposte in questo modo. Quindi, ad esempio, scomponendo uno spazio in quattro livelli di griglie 4x4 si produce un totale di 65.536 celle a quattro livelli.
.gif "Quattro livelli di mosaico ricorsivo")
Nota
La scomposizione dello spazio per un indice spaziale è indipendente dall'unità di misura utilizzata dai dati dell'applicazione.
Le celle di una gerarchia di griglie sono numerate in modo lineare utilizzando una variazione della curva di riempimento dello spazio di Hilbert. Tuttavia, a scopo illustrativo, viene utilizzata una semplice numerazione per riga, invece della numerazione effettivamente prodotta dalla curva di Hilbert. Nell'illustrazione seguente, molti poligoni che rappresentano edifici e linee che costituiscono strade sono già stati posizionati in una griglia 4x4 a 1 livello. Le celle a 1 livello sono numerate da 1 a 16 partendo dalla cella in alto a sinistra.
.gif "Poligoni e linee posizionati in una griglia 4x4 di livello 1")
Densità della griglia
Il numero di celle lungo gli assi di una griglia ne determina densità. Maggiore è il numero di celle, più densa è la griglia. Ad esempio, una griglia 8x8 (che crea 64 celle) è più densa di una griglia 4x4 (che crea 16 celle). La densità della griglia è definita per ogni livello.
L'istruzione CREATE SPATIAL INDEXTransact-SQL supporta una clausola GRIDS che consente di specificare diverse densità di griglia a livelli differenti. La densità della griglia per un determinato livello viene specificata utilizzando una delle parole chiave seguenti:
Parola chiave |
Configurazione della griglia |
Numero di celle |
|---|---|---|
LOW |
4X4 |
16 |
MEDIUM |
8X8 |
64 |
HIGH |
16X16 |
256 |
L'impostazione predefinita è MEDIUM su tutti i livelli.
È possibile controllare il processo di scomposizione specificando densità della griglia non predefinite. Ad esempio, diverse densità della griglia a livelli differenti potrebbero essere utili per l'ottimizzazione di un indice in base alle dimensioni dello spazio indicizzato e agli oggetti nella colonna spaziale.
Nota
Le densità della griglia di un indice spaziale sono visibili nelle colonne level_1_grid, level_2_grid, level_3_grid e level_4_grid della vista del catalogo sys.spatial_index_tessellations.
Suddivisione a mosaico
Dopo la scomposizione di uno spazio indicizzato in una gerarchia di griglie, l'indice spaziale consente di leggere i dati dalla colonna spaziale, riga per riga. Dopo avere letto i dati per un oggetto spaziale (o istanza), viene eseguito tramite l'indice spaziale un processo di suddivisione a mosaico per quell'oggetto. Il processo di suddivisione a mosaico adatta l'oggetto nella gerarchia di griglie associandolo a un insieme di celle della griglia interessate dall'oggetto stesso (celle interessate). Partendo dal livello 1 della gerarchia di griglie, la suddivisione a mosaico procede prima in profondità attraverso il livello. Potenzialmente, il processo può continuare per tutti i quattro livelli, uno dopo l'altro.
L'output del processo a mosaico è un insieme di celle interessate registrate nell'indice spaziale per l'oggetto. Riferendosi a queste celle registrate, l'indice spaziale può trovare l'oggetto nello spazio in relazione ad altri oggetti nella colonna spaziale che sono archiviati anche nell'indice.
Regole della suddivisione a mosaico
Per limitare il numero di celle interessate registrate per un oggetto, nel processo di suddivisione a mosaico vengono applicate diverse regole, che permettono di determinare la profondità del processo e indicare quali delle celle interessate devono essere registrate nell'indice.
Le regole sono le seguenti:
Regola di copertura
Se l'oggetto copre completamente una cella, tale cella viene definita coperta dall'oggetto. Una cella coperta viene inserita nel conteggio e non viene suddivisa a mosaico. Questa regola è valida per tutti i livelli della gerarchia di griglie. La regola di copertura semplifica il processo a mosaico e riduce la quantità di dati registrata da un indice spaziale.
Regola delle celle per oggetto
Tramite questa regola viene stabilito il limite di celle per oggetto e viene determinato il numero massimo di celle che possono essere conteggiate per ogni oggetto, ad eccezione del livello 1. A livelli inferiori, la regola delle celle per oggetto consente di controllare la quantità di informazioni che possono essere registrate sull'oggetto.
Regola della cella più in basso
La regola della cella più in basso genera la migliore approssimazione di un oggetto registrando solo le celle più in basso che sono state inserite nel mosaico per l'oggetto. Le celle padre non contribuiscono al conteggio celle per oggetto e non sono registrate nell'indice.
Queste regole vengono applicate in modo ricorsivo a ogni livello della griglia. Nella parte restante di questa sezione vengono descritte le regole in maggiore dettaglio.
Regola di copertura
Se un oggetto copre completamente una cella, quella cella viene definita coperta dall'oggetto. Ad esempio, nell'illustrazione seguente, una delle celle di secondo livello, 15.11, è completamente coperta dalla parte centrale di un ottagono.
.gif "Ottimizzazione della copertura")
Una cella coperta viene inserita nel conteggio e registrata nell'indice e non è più suddivisa a mosaico.
Regola delle celle per oggetto
L'entità della suddivisione a mosaico di ogni oggetto dipende principalmente dal limite di celle per oggetto dell'indice spaziale. Questo limite definisce il numero massimo di celle che la suddivisione a mosaico può conteggiare per ogni oggetto. Tuttavia la regola delle celle per oggetto non viene applicata per il livello 1, pertanto è possibile superare questo limite. Se il livello 1 raggiunge o supera il limite di celle per oggetto, non si verifica alcun altro inserimento nel mosaico ai livelli inferiori.
Finché il conteggio è inferiore al limite di celle per oggetto, il processo a mosaico continua. Partendo dalla cella interessata con il numero più basso (ad esempio, cella 15.6 nell'illustrazione precedente), ogni cella viene testata durante il processo per valutare se conteggiarla o suddividerla a mosaico. Se la suddivisione di una cella a mosaico determina il superamento del limite di celle per oggetto, la cella viene conteggiata e non viene suddivisa a mosaico; in caso contrario è suddivisa a mosaico e le celle di livello inferiore interessate dall'oggetto vengono conteggiate. Il processo continua in questo modo, nel senso della larghezza, attraverso il livello e viene ripetuto in modo ricorsivo per le griglie di livello inferiore delle celle a mosaico fino al raggiungimento del limite oppure al conteggio di tutte le celle.
Ad esempio, nell'illustrazione precedente viene mostrato un ottagono che si inserisce perfettamente nella cella 15 della griglia di livello 1. Nella figura, la cella 15 è stata suddivisa a mosaico, sezionando l'ottagono in nove celle di livello 2. In questa illustrazione si presuppone che il limite di celle per oggetto sia 9 o più. Se tuttavia il limite di celle per oggetto è pari o inferiore a 8, la cella 15 non viene suddivisa e viene conteggiata da sola per l'oggetto.
Per impostazione predefinita il limite di celle per oggetto è pari a 16, una soluzione intermedia soddisfacente tra spazio e precisione per la maggior parte di indici spaziali. Tuttavia, l'istruzione CREATE SPATIAL INDEXTransact-SQL supporta una clausola CELLS_PER_OBJECT**=**n che consente di specificare un limite di celle per oggetto tra 1 e 8192 incluso.
Nota
L'impostazione cells_per_object di un indice spaziale è visibile nella vista del catalogo sys.spatial_index_tessellations.
Regola della cella più in basso
La regola della cella più in basso si basa sul presupposto che ogni cella di livello inferiore appartiene alla cella superiore, quindi ad esempio una cella di livello 4 appartiene a una cella di livello 3, una cella di livello 3 appartiene a una cella di livello 2 e una cella di livello 2 appartiene a una cella di livello 1. Ad esempio, un oggetto che appartiene alla cella 1.1.1.1 appartiene anche alla cella 1.1.1, alla cella 1.1 e alla cella 1. La conoscenza di queste relazioni gerarchiche tra celle è rappresentata nel Query Processor. Pertanto, solo le celle di livello più basso devono essere registrate nell'indice, rendendo minime le informazioni da archiviare.
Nell'illustrazione seguente, un poligono a forma di diamante relativamente piccolo è suddiviso a mosaico. L'indice utilizza il limite di celle per oggetto predefinito di 16 che non è raggiunto per questo piccolo oggetto. Pertanto, il mosaico continua fino al livello 4. Il poligono risiede nel livello 1 seguente attraverso le celle di livello 3: 4, 4.4 e 4.4.10 e 4.4.14. 4.4.10.13-15 e 4.4.14.1-3, 4.4.14.5-7 e 4.4.14.9-11.
.gif "Ottimizzazione della cella più in basso")
Schemi a mosaico
Il comportamento di un indice spaziale dipende parzialmente dal relativo schema a mosaico. Lo schema a mosaico è specifico per il tipo di dati. In SQL Server 2008, gli indici spaziali supportano due schemi a mosaico:
Mosaico per griglia di geometria, ovvero lo schema per il tipo di dati geometry.
Mosaico per griglia di geografia che si applica a colonne del tipo di dati geografia.
Nota
L'impostazione tessellation_scheme di un indice spaziale è visibile nella vista del catalogo sys.spatial_index_tessellations.
Schema a mosaico per griglia di geometria
La suddivisione per la griglia di geometria è lo schema a mosaico predefinito per il tipo di dati geometry e in SQL Server 2008 è l'unico schema a mosaico di questo tipo. In questa sezione vengono discussi aspetti della suddivisione a mosaico per la griglia di geometria che sono rilevanti per l'utilizzo di indici spaziali: metodi e riquadri supportati.
Nota
È possibile specificare in modo esplicito questo schema a mosaico utilizzando la clausola USING GEOMETRY_GRID dell'istruzione CREATE SPATIAL INDEXTransact-SQL.
Metodi di geometria supportati
Un indice spaziale deve ridurre il costo dell'applicazione di metodi orientati all'insieme a una colonna spaziale agendo da filtro sugli oggetti. Il tipo di dati geometry fornisce metodi predefiniti per la creazione di istanze di geometria che descrivono oggetti geometrici e per l'utilizzo di quelle istanze. In determinate condizioni, gli indici spaziali supportano i seguenti metodi di geometria orientati agli insiemi, come STIntersects() e STTouches().
Per ulteriori informazioni sul supporto fornito dagli indici spaziali per i metodi di geometria, vedere Metodi di geometria supportati da indici spaziali.
Riquadro
I dati geometrici occupano un piano che può essere infinito. In SQL Server 2008, tuttavia, un indice spaziale richiede uno spazio finito. Per stabilire uno spazio finito per la scomposizione, lo schema a mosaico per la griglia di geometria richiede un riquadro rettangolare. Il riquadro è definito da quattro coordinate (x-min,y-min) e (x-max,y-max), che sono archiviate come proprietà dell'indice spaziale. Queste coordinate rappresentano gli elementi seguenti:
x-min è la coordinata x dell'angolo inferiore sinistro del riquadro.
y-min è la coordinata y dell'angolo inferiore sinistro.
x-max è la coordinata x dell'angolo superiore destro.
y-max è la coordinata y dell'angolo superiore destro.
Nota
Queste coordinate sono specificate dalla clausola BOUNDING_BOX dell'istruzione CREATE SPATIAL INDEXTransact-SQL.
Le coordinate (x-min,y-min) e (x-max,y-max) determinano la posizione e le dimensioni del riquadro. Lo spazio al di fuori del riquadro viene considerato come una cella unica numerata con 0.
L'indice spaziale scompone lo spazio nel riquadro. che viene riempito dalla griglia di livello 1 della gerarchia di griglie. Per posizionare un oggetto geometrico nella gerarchia di griglie, l'indice spaziale confronta le coordinate dell'oggetto con quelle del riquadro.
Nell'illustrazione seguente sono mostrati i punti definiti dalle coordinate (x-min,y-min) e (x-max,y-max) del riquadro. Il livello superiore della gerarchia di griglie viene mostrato come una griglia 4x4. Ai fini dell'illustrazione, i livelli inferiori sono omessi. Lo spazio al di fuori del riquadro è indicato da uno zero (0). L'oggetto 'A' si estende in parte oltre il riquadro e l'oggetto 'B' si trova completamente al di fuori del riquadro nella cella 0.
.gif "Rettangolo di selezione contenente le coordinate e la cella 0.")
Un riquadro corrisponde ad alcune parti dei dati spaziali di un'applicazione. In base all'applicazione, il riquadro dell'indice può contenere tutti o solo una parte dei dati archiviati nella colonna spaziale. Solo le operazioni calcolate su oggetti che sono completamente inseriti nel riquadro traggono vantaggio dall'indice spaziale. Pertanto, per ottenere il massimo vantaggio da un indice spaziale in una colonna geometry, è necessario specificare un riquadro che contenga tutti o la maggior parte degli oggetti.
Nota
Le densità della griglia di un indice spaziale sono visibili nelle colonne bounding_box_xmin, bounding_box_ymin, bounding_box_xmax e bounding_box_ymax della vista del catalogo sys.spatial_index_tessellations.
Schema a mosaico per la griglia di geografia
Questo schema a mosaico si applica solo a una colonna geography. In questa sezione vengono riepilogati i metodi supportati dal mosaico della griglia di geografia e discusso il modo in cui lo spazio geodetico è proiettato su un piano scomposto in una gerarchia di griglie.
Nota
È possibile specificare in modo esplicito questo schema a mosaico utilizzando la clausola USING GEOGRAPHY_GRID dell'istruzione CREATE SPATIAL INDEXTransact-SQL.
Metodi di geografia supportati
Il tipo di dati geography fornisce metodi predefiniti per la creazione e la modifica di istanze di geography che descrivono oggetti geografici. In determinate condizioni, gli indici spaziali supportano i seguenti metodi di geografia orientati ai set: STIntersects(),STEquals() e STDistance(). Un indice spaziale in una colonna con tipo di dati geography filtra gli oggetti e consente di ridurre il costo delle prestazioni e delle query relativo all'applicazione di questi metodi ai dati spaziali.
Per ulteriori informazioni sul supporto fornito dagli indici spaziali per i metodi di geografia, vedere Metodi di geografia supportati da indici spaziali.
Proiezione dello spazio geodetico su un piano
I calcoli sulle istanze (oggetti) geography considerano lo spazio che contiene gli oggetti come un ellissoide geodetico. Per scomporre questo spazio lo schema a mosaico della griglia di geografia divide la superficie dell'ellissoide negli emisferi superiori e inferiori e quindi esegue i passaggi seguenti:
Proiezione di ogni emisfero sui facet di una piramide del quadrilatero.
Appiattimento delle due piramidi.
Unione delle piramidi piatte per formare un piano non euclideo.
Nell'illustrazione seguente viene mostrata una vista schematica del processo di scomposizione a tre passaggi. Nelle piramidi, le linee punteggiate rappresentano i limiti dei quattro facet di ogni piramide. I passaggi 1 e 2 illustrano l'ellissoide geodetico, utilizzando una linea verde orizzontale per rappresentare la linea longitudinale dell'equatore e una serie di linee verdi verticali per rappresentare diverse linee della latitudine. Il passaggio 1 mostra le piramidi proiettate sui due emisferi. Il passaggio 2 mostra le piramidi appiattite. Il passaggio 3 illustra le piramidi bidimensionali, dopo che sono state combinate per formare un piano, mostrando un certo numero di linee longitudinali proiettate. Queste linee proiettate sono dritte e di lunghezza diversa, a seconda di dove cadono sulle piramidi.
.gif "Proiezione dell'ellissoide in un piano")
Una volta che lo spazio è stato proiettato sul piano, questo viene scomposto in una gerarchia di griglie a quattro livelli. Livelli diversi possono utilizzare densità della griglia differenti. Nell'illustrazione seguente viene mostrato il piano dopo essere stato scomposto in una griglia a 1 livello 4x4. Ai fini dell'illustrazione, i livelli inferiori della gerarchia di griglie sono omessi. In effetti, il piano è completamente scomposto in una gerarchia di griglie a quattro livelli. Al termine del processo di scomposizione, i dati geografici vengono letti, riga per riga, dalla colonna relativa e il processo a mosaico viene eseguito per ogni oggetto.
.gif "Griglia geografica livello 1")
Supporto dell'indice spaziale
Un indice spaziale può essere creato solo in una colonna spaziale. È possibile creare indici spaziali in qualsiasi colonna spaziale all'interno di una tabella che li supporta e crearne più di uno in una colonna specificata. Per informazioni sulle restrizioni alla creazione degli indici spaziali, vedere Restrizioni relative agli indici spaziali.
Vedere anche