SFS是对现实世界中的地理实体抽象描述，包括通用模型和数据库存储上的实现。
# 简单要素标准
简单要素标准包含两部分：Common architecture、SQL option
- Common architecture（通用模型）：是对简单要素的描述，包括几何对象模型、
WKT描述的几何对象、WKB描述的几何对象、WKT描述的空间参考； SQL option：是上一部分在SQL中的实现，包括SQL预定义的Schema、SQL几何类型、SQL空间操作。
# 几何对象模型
上图是SFS中几何对象的关系结构，Geometry作为抽象的根类，派生出点Point、曲线Curve、表面Surface和几何要素的集合类GeometryCollection。主要定义了点、线、面和多点、多线、多面。
另外，SFS也定义了描述几何对象的的属性和方法。
# WKT描述的几何对象
Well-known text (WKT)是一种文本标记语言，用于表示地图上的几何对象、地理空间坐标系。该格式由开放地理空间联盟(OGC)制定。
几何对象WKT文本例子：
| 几何类型 | WKT | 说明 |
|---|---|---|
| Point | Point(6 10) | 点 |
| LineString | LineString(3 4,10 50,20 25) | 有3个节点的线 |
| Polygon | Polygon((1 1,5 1,5 5,1 5,1 1),(2 2, 3 2, 3 3, 2 3,2 2)) | 有内环和外环的多边形 |
| MultiPoint | MultiPoint( (10 10), (4 10) ) | 多点 |
| MultiLineString | MultiLineString( (3 4,10 50,20 25), (-5 -8,-10 -8,-15 -4) ) | 多线 |
| MultiPolygon | MultiPolygon( ((10 10, 10 20, 20 20, 20 15, 10 10)), ((60 60, 70 70, 80 60, 60 60 )) ) | 多面 |
| GeometryCollection | GeometryCollection( POINT(10 10), POINT(30,30), LINESTRING(4 6,7 10) ) | 几何集合 |
# WKT描述的空间参考
地理坐标系（GCS）的WKT格式，以WGS1984的地理坐标系为例：
GEOGCS[
'名称',
'大地基准面椭球体'['名称','参考椭球'['名称','长半轴a','扁率α']],
'起始经线'['名称',0.0],
'单位'['Degree','单位的转换因子'],
'制定的权威机构'['']
]
GEOGCS[
"WGS 84",
DATUM["WGS_1984",SPHEROID["WGS 84", 6378137, 298.257223563]],
PRIMEM["Greenwich", 0.0],
UNIT["Degree", 0.0174532925199433],
AUTHORITY["EPSG", "4326"]
]
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π/180 = 0.0174532925199433
投影坐标系（PCS）的WTK格式，以WGS84 Web Mercator（Auxiliary Sphere）坐标系为例：
PROJCS
[
"WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere",
GEOGCS
[
"GCS_WGS_1984",
DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]],
PRIMEM["Greenwich",0.0],
UNIT["Degree",0.0174532925199433]
],
PROJECTION["Mercator_Auxiliary_Sphere"],
PARAMETER["False_Easting",0.0],
PARAMETER["False_Northing",0.0],
PARAMETER["Central_Meridian",0.0],
PARAMETER["Standard_Parallel_1",0.0],
PARAMETER["Auxiliary_Sphere_Type",0.0],
UNIT["Meter",1.0],
AUTHORITY["EPSG",3857]
]
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投影坐标系中必然包含一个地理坐标系，还有投影方法和一些参数。
# WKB描述的几何对象
WKB(well-known binary)是WKT的二进制形式，通过序列化的字节对象来描述几何对象，常用于数据传输与数据库存储（PostgreSQL）。
WKB 中主要涉及两种数值类型：
- 一种是 uint32，占 4 个字节，用以存储节点数、几何对象类型等信息；
- 另一种是 double，占 8 个字节，用以存储节点坐标值。
其中的几何对象类型对应的整数可以参考下表：
另外，WKB在第一位还存储了一个字节用来标识字节序（0=Big-Indian，1=Little-Indian）。
现代的计算机系统一般采用字节(Octet, 8 bit Byte)作为逻辑寻址单位。当物理单位的长度大于1个字节时，就要区分字节顺序(Byte Order, orEndianness (opens new window))。常见的字节顺序有两种：
- Big Endian(High-byte first):低地址存放最高有效位（MSB），既高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端
- Little Endian(Low-byte first):低地址存放最低有效位（LSB），既低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
对于一个点（不带M值的二位点）来说，WKB描述应该类似如下结构，总占21个字节：
对于有两个节点的线来说，WKB描述应该包含41个字节：
# SQL Option
# SQL 预定义schema
Schema，即XML Schema，XSD (XML Schema Definition)是W3C (opens new window)于2001年5月发布的推荐标准，指出以何种形式描述XML文档的元素的规范。schema是元数据的一个抽象集合，包含一套schema component: 主要是元素与属性的声明、复杂与简单数据类型的定义。
数据库中的schema为一组数据结构的逻辑集合，称之为schema对象，包含索引（index）、视图（view）、表（table）、分区（partitions）、序列（sequences）、维度（dimensions）、同义词（synonyms）等。不同的数据库厂商对schema的定义略有不同。
在空间数据库中，需要一些表来存储和管理几何字段、空间参考等信息，因此 OGC 首先制定了在数据库中需要的 Schema 对象。
从上图可以看出，要素表（Feature Table）中用一个几何类型的字段（Geomentry Column）记录空间几何信息。通过定义几何字段列的信息表（GEOMETRY_COLUMNS）和一张记录空间参考信息表（SPATIAL_REF_SYS）指定几何字段以何种形式（结构）存储几何信息。从支持OCG标准空间数据库中可以找到这两张表，如安装了空间扩展组件（PostGIS）的PostgreSQL。但不同的数据库或地信厂商提供的空间扩展，对这两张表的命名也会有所不同：
PostGIS：GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REF_SYSOracle Spatial：OGIS_GEOMETRY_COLUMNS和OGIS_SPATIAL_REFERENCE_SYSTEMSArcSDE for Oracle：GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REFERENCES
# SQL 几何对象存储
从预定义的schema中可以知道，在OGC标准中几何信息存储在一个Geometry表中，该表有两种存储形式：常规的字段和二进制的WKB。通过GID字段关联Feature表的几何字段。但实际上，OGC标准还规定了要素表（Feature）中的几何字段（Geometry）可以使用自定义类型（SQL UDT），这样就不需要额外的Geometry表来存储几何信息，而是直接保存到要素表（Feature）的几何字段中，如：
ArcGIS中的st_shape_lib库中的ST_Geometry类型PostGIS中的Geometry和ST_Geometry类型。
自定义类型可以采用SFS标准定义的几何类型，也可以采用SQL/MM标准。
SQL/MM趣闻
- 1991~1992年--IEEE的赞助--文本搜索引擎厂商发表
SFQL（结构化查询语言Structured Full-text Query Language）的语言规范- 遭到了其他数据处理机构的批评，因为
SFQL“劫持”了许多其它机构已经通用的关键字（如：CONTAINS）- 此时一部分数据库厂商已经申明他们支持“对象关系模型”。基于这些厂商的建议，东京研讨会提出了第二个标准的概念
- 结构化数据：是第一类SQL类，通过普通的SQL99版本进行存取。
- 增加定义其他的SQL对象“类库”，每个类库对应一类复杂数据
- 建议的标准很快以SQL/MM（这里的MM表示多媒体）为人所共知
| Simple feature access/SQL(SFA-SQL) | ISO/IEC (SQL/MM-Spatial) |
|---|---|
| Point | ST_Point |
| Curve | ST_Curve |
| LineString | ST_Linestring |
| ST_Circularstring | |
| Surface | ST_Surface |
| ST_CurvePolygon | |
| Polygon | ST_Polygon |
| PolyhedralSurface | ST_PolyhedralSurface |
| Multipoint | ST_MultiPoint |
| Multicurve | ST_MultiCurve |
| Multilinestring | ST_MultiLineString |
| Multisurface | ST_MultiSurface |
| Multipolygon | ST_MultiPolygon |
| GeomCollection | ST_Collection |
| ST_CompoundCurve |
用户即可以遵循SFS的定义，使用类似“Geometry”、“Point”的命名，也可以遵循SQL/MM定义的采用“ST_”作为前缀进行命名，如：“ST_Geometry”、“ST_Point”等
SQL
# SQL空间操作
在SQL/MM中定义的空间操作：
| 空间操作函数 | 说明 |
|---|---|
| ST_WKTToSQL | 从 WKT 构造几何对象 |
| ST_WKBToSQL | 从 WKB 构造几何对象 |
| ST_AsText | 获取 WKT 描述 |
| ST_AsBinary | 获取 WKB 描述 |
| ST_Dimension | 获取维数 |
| ST_GeometryType | 获取几何类型 |
| ST_SRID | 获取空间参考 ID |
| ST_IsEmpty | 是否为空 |
| ST_IsSimple | 是否是简单对象 |
| ST_Boundary | 获取边界 |
| ST_Envelope | 获取矩形范围 |
此外还有空间拓扑关系、几何运算相关的操作函数，具体内容可查看ArcGIS和PostGIS中对SQL/MM 标准的实现：
- ArcGIS：与 ST_Geometry 配合使用的 SQL 函数 (opens new window)
- PostGIS：PostGIS Special Functions Index (opens new window)
SFSQL与SQL/MM的对比
- SFSQL与SQL/MM的Geometry总体框架近似
- SFSQL与SQL/MM有相互融合的趋势
- SFSQL对部分类和函数按SQL/MM的形式进行封装
- SQL/MM提供了亮哥符合SFSQL的短名字视图
- SFSQL与SQL/MM优势互补，总体而言SQL/MM的覆盖面更广
| SFSQL | SQL/MM | |
|---|---|---|
| 3D数据类型 | √ | |
| 参数化数据类型 | √ | |
| 文本标注 | √ | |
| Geometry存储方式：Numric | √ | |
| Geometry存储方式：Binary | √ | |
| Geometry存储方式：UDT | √ | √ |
| 拓扑结构 | √ | |
| 网络拓扑 | √ | |
| 图/影像存储 | √ | |
| 图/影像的检索 | √ | |
| 对GML的支持 | √ |
# 参考文章
[1] SFSQL和SQLMM标准 (opens new window) http://www.doc88.com/p-734475445183.html
[2] Simple Feature Access - Part 2: SQL Option (opens new window) https://www.ogc.org/standards/sfs