小能豆

如何在 Django 中计算 Frechet 距离?

py

这基本上是一个关于在 Django 代码中运行自定义 PostGIS 函数的问题。
我必须完成的任务是LineStrings根据它们与给定几何图形的 Frechet 距离进行过滤。Frechet 距离应该使用ST_FrechetDistancePostGIS 提供的函数来计算。

在另一个基于 SQLAlchemy 的项目中,我使用以下功能完成完全相同的任务(它正在运行):

from geoalchemy2 import Geography, Geometry
from sqlalchemy import func, cast

def get_matched_segments(wkt: str, freche_threshold: float = 0.002):
    matched_segments = db_session.query(RoadElement).filter(
        func.ST_Dwithin(
            RoadElement.geom,
            cast(wkt, Geography),
            10
        )
    ).filter(
        (func.ST_FrechetDistance(
            cast(RoadElement.geom, Geometry),
            cast(wkt, Geometry),
            0.1
        ) < freche_threshold) |
        # Frechet Distance is sensitive to geometry direction
        (func.ST_FrechetDistance(
            cast(RoadElement.geom, Geometry),
            func.ST_Reverse(cast(wkt, Geometry)),
            0.1
        ) < freche_threshold)
    )
    return matched_segments

正如我所说,上面的函数正在运行,我想在 Django 中重新实现它。我必须添加额外的几何 SRS 转换,因为在基于 SQLite 的项目中,LineStrings 最初位于 EPSG:4326 中,而在 Django 中它们位于 EPSG:3857 中。以下是我想出的办法:

from django.db.models import Func, Value, Q, QuerySet, F
from django.contrib.gis.geos import GEOSGeometry


class HighwayOnlyMotor(models.Model):
    geom = LineStringField(srid=3857)

def get_matched_segments(wkt: str, freche_threshold: float = 0.002) -> QuerySet:
    linestring = GEOSGeometry(wkt, srid=4326)
    transform_ls = linestring.transform(3857, clone=True)
    linestring.reverse()
    frechet_annotation = HighwayOnlyMotor.objects.filter(
        geom__dwithin=(transform_ls, D(m=20))  
    ).annotate(
        fre_forward=Func(
            Func(F('geom'), Value(4326), function='ST_Transform'),
            Value(wkt),
            Value(0.1),
            function='ST_FrechetDistance'
        ),
        fre_backward=Func(
            Func(F('geom'), Value(4326), function='ST_Transform'),
            Value(linestring.wkt),
            Value(0.1),
            function='ST_FrechetDistance'
        )
    )
    matched_segments = frechet_annotation.filter(
        Q(fre_forward__lte=freche_threshold) |
        Q(fre_backward__lte=freche_threshold)
    )
    return matched_segments

它不起作用,因为frechet_annotationQuerySet 引发了异常:

django.db.utils.ProgrammingError: cannot cast type double precision to bytea
LINE 1: ...548 55.717805109,36.825235998 55.717761246)', 0.1)::bytea AS...
                                                             ^

似乎我错误地定义了“ST_FrechetDistance”计算。我该如何修复它?


更新

检查了 Django 编写的 SQL。它总体上是正确的,但尝试将结果转换为 会FrecheDistance破坏byteaST_FrechetDistance(...)::bytea。当我手动运行未进行转换的查询时bytea,SQL 可以正常工作。那么问题是如何避免将结果转换为bytea


阅读 14

收藏
2025-01-03

共1个答案

小能豆

在 SQLAlchemy 示例中,您正在执行在 GeoDjango 示例中未执行的操作,即将WKT字符串转换为Geometry
这里发生的事情本质上是您正在尝试使用一个PostGIS函数,但不是 Geometry,而是向它传递一个字符串。

修复第一个问题后我们会遇到的另一个问题是以下异常:

django.core.exceptions.FieldError: Cannot resolve expression type, unknown output_field

这就是为什么我们需要基于 创建一个自定义数据库函数GeoFunc。但这本身也带来了一些问题,我们需要考虑以下几点:

  • 我们的 DB 函数将接收 2 个几何图形作为参数。

这有点复杂,但如果我们看一下代码,GeoFunc我们会看到该类继承了一个名为的混合类:GeoFuncMixin它具有属性geom_param_pos = (0,)并指定将是几何体的函数参数的位置。(是的,框架很有趣:P)

  • 我们的函数将输出一个FloatField

因此我们的自定义 DB 函数应该是这样的:

from django.contrib.gis.db.models.functions import GeoFunc
from django.db.models.fields import FloatField

class FrechetDistance(GeoFunc):
    function='ST_FrechetDistance'
    geom_param_pos = (0, 1,)
    output_field = FloatField()

现在我们可以在查询中使用此函数来计算ST_FrechetDistance
我们还需要解决将几何图形(而不仅仅是WKT字符串)传递给函数的原始问题:

def get_matched_segments(wkt: str, freche_threshold: float = 0.002) -> QuerySet:
    forward_linestring = GEOSGeometry(wkt, srid=4326)
    backward_linestring = GEOSGeometry(wkt, srid=4326)
    backward_linestring.reverse()
    backward_linestring.srid = 4326  # On Django 2.1.5 `srid` is lost after `reverse()`
    transform_ls = linestring.transform(3857, clone=True)

    frechet_annotation = HighwayOnlyMotor.objects.filter(
        geom__dwithin=(transform_ls, D(m=20))  
    ).annotate(
        fre_forward=FrechetDistance(
            Func(F('geom'), Value(4326), function='ST_Transform'),
            Value(forward_linestring),
            Value(0.1)
        ),
        fre_backward=FrechetDistance(
            Func(F('geom'), Value(4326), function='ST_Transform'),
            Value(backward_linestring),
            Value(0.1)
        )
    )
    matched_segments = frechet_annotation.filter(
        Q(fre_forward__lte=freche_threshold) |
        Q(fre_backward__lte=freche_threshold)
    )
    return matched_segments   
2025-01-03