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索引和查询 Azure Cosmos DB for NoSQL 中的 GeoJSON 位置数据

项目
08/02/2023

适用范围： NoSQL

通过 Azure Cosmos DB for NoSQL 中的地理空间数据，可存储位置信息并执行常见查询，这包括但不限于：

查找某个位置是否在定义的区域内
测量两个位置之间的距离
确定某条道路是否横穿过某个位置或区域

本指南逐步讲解创建地理空间数据、索引数据，然后在容器中查询数据的过程。

先决条件

一个现有的 Azure Cosmos DB for NoSQL 帐户。
- 如果你没有 Azure 订阅，请免费试用 Azure Cosmos DB for NoSQL。
- 如果你当前有 Azure 订阅，请创建新的 Azure Cosmos DB for NoSQL 帐户。
最新版本的 .NET。
最新版本的 Azure CLI。
- 如果使用的是本地安装，请使用 az login 命令登录到 Azure CLI。

创建容器和索引策略

所有容器都包含一个默认索引策略，该策略将成功地索引地理空间数据。若要创建自定义索引策略，请创建一个帐户，并使用策略的配置指定 JSON 文件。在本部分中，对新创建的容器使用自定义空间索引。

打开终端。

创建一个 shell 变量来存储 Azure Cosmos DB for NoSQL 帐户和资源组的名称。

# Variable for resource group name
resourceGroupName="<name-of-your-resource-group>"

# Variable for account name
accountName="<name-of-your-account>"

使用 az cosmosdb sql database create 创建一个名为 cosmicworks 的新数据库。

az cosmosdb sql database create \
    --resource-group $resourceGroupName \
    --account-name $accountName \
    --name "cosmicworks" \
    --throughput 400

新建一个名为 index-policy.json 的 JSON 文件，并将以下 JSON 对象添加到该文件。

{
  "indexingMode": "consistent",
  "automatic": true,
  "includedPaths": [
    {
      "path": "/*"
    }
  ],
  "excludedPaths": [
    {
      "path": "/\"_etag\"/?"
    }
  ],
  "spatialIndexes": [
    {
      "path": "/location/*",
      "types": [
        "Point",
        "Polygon"
      ]
    }
  ]
}

使用 az cosmosdb sql container create 新建一个分区键路径为 /region 的 locations 容器。

az cosmosdb sql container create \
    --resource-group $resourceGroupName \
    --account-name $accountName \
    --database-name "cosmicworks" \
    --name "locations" \
    --partition-key-path "/category" \
    --idx @index-policy.json

使用 az cosmosdb keys list 检索帐户的主要连接字符串。
```
az cosmosdb keys list \
    --resource-group $resourceGroupName \
    --name $accountName \
    --type "connection-strings" \
    --query "connectionStrings[?keyKind == \`Primary\`].connectionString" \
    --output tsv
```
提示

若要查看帐户的所有可能的连接字符串，请使用 az cosmosdb keys list --resource-group $resourceGroupName --name $accountName --type "connection-strings"。
记录连接字符串。本指南稍后将使用此凭据。

创建 .NET SDK 控制台应用程序

.NET SDK for Azure Cosmos DB for NoSQL 为常见的 GeoJSON 对象提供了类。使用此 SDK 可简化将地理对象添加到容器的过程。

在空目录中打开终端。
通过将 dotnet new 命令与控制台模板一起使用，创建一个新的 .NET 应用程序。
```
dotnet new console
```
使用 dotnet add package 命令导入 Microsoft.Azure.Cosmos NuGet 包。
```
dotnet add package Microsoft.Azure.Cosmos --version 3.*
```
警告

实体框架目前不支持 Azure Cosmos DB for NoSQL 中的空间数据。使用其中一个 Azure Cosmos DB for NoSQL SDK 来获取强类型的 GeoJSON 支持。
使用 dotnet build 命令生成项目。
```
dotnet build
```
在 .NET 控制台应用程序所在的同一目录中打开所选的集成开发人员环境 (IDE)。
打开新创建的 Program.cs 文件并删除所有现有代码。为 Microsoft.Azure.Cosmos、Microsoft.Azure.Cosmos.Linq 和 Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial 命名空间添加 using 指令。
```
using Microsoft.Azure.Cosmos;
using Microsoft.Azure.Cosmos.Linq;
using Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial;
```
使用本指南前面记录的连接字符串添加名为 *connectionString 的字符串变量。
```
string connectionString = "<your-account-connection-string>"
```
创建 CosmosClient 类的新实例，从而传入 connectionString 并将其包装在 using 语句中。
```
using CosmosClient client = new (connectionString);
```
通过使用 CosmosClient.GetDatabase，然后使用 Database.GetContainer，在 Azure Cosmos DB for NoSQL 帐户中检索对先前创建的容器 (cosmicworks/locations) 的引用。将结果存储在名为 container 的变量中。
```
var container = client.GetDatabase("cosmicworks").GetContainer("locations");
```
保存 Program.cs 文件。

添加地理空间数据

.NET SDK 在 Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial 命名空间中包含多个类型来表示常见的 GeoJSON 对象。这些类型简化了向容器中的项添加新位置信息的过程。

创建一个名为 Office.cs 的新文件。在该文件中，将 using 指令添加到 Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial，然后使用以下属性创建 Office记录类型：

类型说明默认值

id string 唯一标识符

name string 办公室名称

location Point GeoJSON 地理点

category string 分区键值 business-office
```
using Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial;

public record Office(
    string id,
    string name,
    Point location,
    string category = "business-office"
);
```
注意

此记录包含一个 Point 属性，该属性表示在 GeoJSON 中的特定位置。有关详细信息，请参阅 GeoJSON 点。
另外新建一个名为 Region.cs 的文件。使用以下属性另外添加一个名为 Region 的记录类型：

类型说明默认值

id string 唯一标识符

name string 办公室名称

location Polygon GeoJSON 地理形状

category string 分区键值 business-region
```
using Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial;

public record Region(
    string id,
    string name,
    Polygon location,
    string category = "business-region"
);
```
注意

此记录包含一个 Polygon 属性，该属性表示由在 GeoJSON 中的多个位置之间绘制的线条组成的形状。有关详细信息，请参阅 GeoJSON 多边形。
另外新建一个名为 Result.cs 的文件。添加包含下面两个属性的名为 Result 的记录类型：

类型说明

name string 匹配结果的名称

distanceKilometers decimal 距离（以公里为单位）
```
public record Result(
    string name,
    decimal distanceKilometers
);
```
保存 Office.cs、Region.cs 和 Result.cs 文件。
再次打开 Program.cs 文件。

	类型	说明	默认值
id	`string`	唯一标识符
name	`string`	办公室名称
location	`Point`	GeoJSON 地理点
category	`string`	分区键值	`business-office`

	类型	说明	默认值
id	`string`	唯一标识符
name	`string`	办公室名称
location	`Polygon`	GeoJSON 地理形状
category	`string`	分区键值	`business-region`

	类型	说明
name	`string`	匹配结果的名称
distanceKilometers	`decimal`	距离（以公里为单位）

在名为 mainCampusPolygon 的变量中创建一个新的 Polygon。

Polygon mainCampusPolygon = new (
    new []
    {
        new LinearRing(new [] {
            new Position(-122.13237, 47.64606),
            new Position(-122.13222, 47.63376),
            new Position(-122.11841, 47.64175),
            new Position(-122.12061, 47.64589),
            new Position(-122.13237, 47.64606),
        })
    }
);

使用多边形、唯一标识符 1000 和名称 Main Campus 新建一个名为 mainCampusRegion 的 Region 变量。
```
Region mainCampusRegion = new ("1000", "Main Campus", mainCampusPolygon);
```
使用 Container.UpsertItemAsync 将区域添加到容器。将区域的信息写入控制台。
```
await container.UpsertItemAsync<Region>(mainCampusRegion);
Console.WriteLine($"[UPSERT ITEM]\t{mainCampusRegion}");
```
提示

本指南使用“更新插入”而不是“插入”，因此可以多次运行脚本，而不会导致唯一标识符之间出现冲突。有关更新插入操作的详细信息，请参阅创建项。
新建一个名为 headquartersPoint 的 Point 变量。通过该变量，使用点、唯一标识符 0001 和名称 Headquarters 新建一个名为 headquartersOffice 的 Office 变量。
```
Point headquartersPoint = new (-122.12827, 47.63980);
Office headquartersOffice = new ("0001", "Headquarters", headquartersPoint);
```
另外创建一个名为 researchPoint 的 Point 变量。通过该变量，使用相应的点、唯一标识符 0002 和名称 Research and Development 另外创建一个名为 researchOffice 的 Office 变量。
```
Point researchPoint = new (-96.84369, 46.81298);
Office researchOffice = new ("0002", "Research and Development", researchPoint);
```

创建一个 TransactionalBatch 来将这两个 Office 变量作为单个事务更新插入。然后，将两个办公室的信息写入控制台。

TransactionalBatch officeBatch = container.CreateTransactionalBatch(new PartitionKey("business-office"));
officeBatch.UpsertItem<Office>(headquartersOffice);
officeBatch.UpsertItem<Office>(researchOffice);
await officeBatch.ExecuteAsync();

Console.WriteLine($"[UPSERT ITEM]\t{headquartersOffice}");
Console.WriteLine($"[UPSERT ITEM]\t{researchOffice}");

注意

有关事务的详细信息，请参阅事务批处理操作。

保存 Program.cs 文件。

使用 dotnet run 在终端中运行应用程序。请注意，应用程序运行的输出包括 3 个新创建的项的相关信息。

dotnet run

[UPSERT ITEM]   Region { id = 1000, name = Main Campus, location = Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial.Polygon, category = business-region }
[UPSERT ITEM]   Office { id = 0001, name = Headquarters, location = Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial.Point, category = business-office }
[UPSERT ITEM]   Office { id = 0002, name = Research and Development, location = Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial.Point, category = business-office }

使用 NoSQL 查询来查询地理空间数据

Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial 命名空间中的类型可用作 NoSQL 参数化查询的输入，以使用 ST_DISTANCE 等内置函数。

打开 Program.cs 文件。

使用在本部分中所用的查询新建一个名为 nosql 的 string 变量，来测量点之间的距离。

string nosqlString = @"
    SELECT
        o.name,
        NumberBin(distanceMeters / 1000, 0.01) AS distanceKilometers
    FROM
        offices o
    JOIN
        (SELECT VALUE ROUND(ST_DISTANCE(o.location, @compareLocation))) AS distanceMeters
    WHERE
        o.category = @partitionKey AND
        distanceMeters > @maxDistance
";

提示

此查询将地理空间函数置于子查询中，来简化在 SELECT 和 WHERE 子句中多次重用已计算的值的过程。

使用 nosqlString 变量作为参数，新建一个名为 query 的 QueryDefinition 变量。然后，多次使用 QueryDefinition.WithParameter fluent 方法将这些参数添加到查询：

值

@maxDistance 2000

@partitionKey "business-office"

@compareLocation new Point(-122.11758, 47.66901)
```
var query = new QueryDefinition(nosqlString)
    .WithParameter("@maxDistance", 2000)
    .WithParameter("@partitionKey", "business-office")
    .WithParameter("@compareLocation", new Point(-122.11758, 47.66901));
```
使用 Container.GetItemQueryIterator<>、Result 泛型类型和 query 变量创建新的迭代器。然后，结合使用 while 和 foreach 循环来循环访问每个结果页面中的所有结果。将每个结果输出到控制台。
```
var distanceIterator = container.GetItemQueryIterator<Result>(query);
while (distanceIterator.HasMoreResults)
{
    var response = await distanceIterator.ReadNextAsync();
    foreach (var result in response)
    {
        Console.WriteLine($"[DISTANCE KM]\t{result}");
    }
}
```
注意

若要详细了解如何枚举查询结果，请参阅查询项。
保存 Program.cs 文件。

	值
@maxDistance	`2000`
@partitionKey	`"business-office"`
@compareLocation	`new Point(-122.11758, 47.66901)`

使用 dotnet run 在终端中再次运行应用程序。请注意，输出现在包含查询的结果。

dotnet run

[DISTANCE KM]   Result { name = Headquarters, distanceKilometers = 3.34 }
[DISTANCE KM]   Result { name = Research and Development, distanceKilometers = 1907.43 }

使用 LINQ 查询地理空间数据

.NET SDK 中的 LINQ to NoSQL 功能支持在查询表达式中包含地理空间类型。此外，SDK 还包括映射到等效内置函数的扩展方法：

扩展方法	内置函数
`Distance()`	`ST_DISTANCE`
`Intersects()`	`ST_INTERSECTS`
`IsValid()`	`ST_ISVALID`
`IsValidDetailed()`	`ST_ISVALIDDETAILED`
`Within()`	`ST_WITHIN`

打开 Program.cs 文件。

使用唯一标识符 1000 在容器中检索 Region 项，并将它存储在名为 region 的变量中。

Region region = await container.ReadItemAsync<Region>("1000", new PartitionKey("business-region"));

使用 Container.GetItemLinqQueryable<> 方法获取 LINQ 可查询项，并执行下面 3 个操作来顺场地生成 LINQ 查询：
1. 使用 Queryable.Where<> 扩展方法筛选找到 category 等效于 "business-office" 的项。
2. 再次使用 Queryable.Where<>，通过 Geometry.Within() 筛选找到 region 变量的 location 属性中的位置。
3. 使用 CosmosLinqExtensions.ToFeedIterator<> 将 LINQ 表达式转换为源迭代器。
```
var regionIterator = container.GetItemLinqQueryable<Office>()
    .Where(o => o.category == "business-office")
    .Where(o => o.location.Within(region.location))
    .ToFeedIterator<Office>();
```
重要

在此示例中，办公室的位置属性具有点，区域的位置属性具有多边形。 ST_WITHIN 确定办公室的点是否在该区域的多边形内。

结合使用 while 和 foreach 循环来循环访问每个结果页面中的所有结果。将每个结果输出到控制台。

while (regionIterator.HasMoreResults)
{
    var response = await regionIterator.ReadNextAsync();
    foreach (var office in response)
    {
        Console.WriteLine($"[IN REGION]\t{office}");
    }
}

保存 Program.cs 文件。

使用 dotnet run 在终端中最后运行一次应用程序。请注意，输出现在包含第二个基于 LINQ 的查询的结果。

dotnet run

[IN REGION]     Office { id = 0001, name = Headquarters, location = Microsoft.Azure.Cosmos.Spatial.Point, category = business-office }

清理资源

完成本指南后，请移除你的数据库。

打开终端，创建一个 shell 变量来存储帐户和资源组的名称。

# Variable for resource group name
resourceGroupName="<name-of-your-resource-group>"

# Variable for account name
accountName="<name-of-your-account>"

使用 az cosmosdb sql database delete 来移除数据库。

az cosmosdb sql database delete \
    --resource-group $resourceGroupName \
    --account-name $accountName \
    --name "cosmicworks"

后续步骤

地理空间和 GeoJSON 位置数据