图数据库实践系列 (二)Neo4J空间数据存储

上讲回顾：介绍了Neo4j的概念和安装，同时包括介绍了Git和Maven两个工具。本文会介绍Neo4j Spatial项目以及空间数据(矢量)的存储。

1.Neo4j Spatial 简介

1.1Neo4j Spatial概念

Neo4j Spatial项目是图数据库Neo4j的一个插件，它通过将空间数据映射到图模型(graph model)，它将对象和关系当作顶点和边存储在图模型中。因而使得Neo4j具有空间数据的导入，存储，查询等功能[8]。Neo4j Spatial支持的地理要素遵循OpenGIS的规范[9]，包括点(point),线段(line-string),面(polygon),多点(multipoint),多线段(multi-linestring)等简单要素。Neo4j Spatial使用R树作为空间索引，主要是集成了Lucene 的索引库，支持的空间查询包括覆盖(cover),被覆盖（cover by),包含（contian),相交(intersect)等。一般而言，R树会将叶子结点（COUNT,LEVEL,<OI_i,MBR_i>）上几何要素分组并用它们的数据矩形来表示，相比PostGIS所使用的优化过GisT[13]索引要低效，会使Neo4j在范围查询上效率有所不及PostGIS，但它对适合图模型的数据（如网络数据）操作效率非常高[14]。综上所述，Neo4j在符合图数据模型的分析中如邻近搜索，路径分析等这些特定类型的应用有非常大的优势。

1.2 Neo4j Spatial特性

Neo4j Spatial的部分核心特性包括

• 支持Esri Shapefile格式，OSM(OpenStreetMap)格式（只支持.osm格式）（补充：Open Street Map目前逐步适用PBF替代OSM）
• 支持所有通用的几何要素
• 在空间查询的时候支持拓扑操作
• 允许任何图数据都实现空间操作功能
• 能够将单一图层或者数据集拆分成多个子图层

 2.Neo4j Spatial安装

 2.1 EGit安装

EGit是Eclipse团队提供的Git插件，它基于JGit(Git的java实现版本）实现的，允许在Eclipse中实现Git的各种命令[15]。它的安装和其他插件一样，在eclipse中选择Help->Install New Software，加入Update site http://download.eclipse.org/egit/updates 会如图1所示：

 图1 安装EGit

安装成功的话，需要重启Eclipse。File ->New -> Other，会看到Git的字样。

2.2 M2eclipse安装

M2eclipse是Maven的Eclipse插件，项目的目标是提供为Eclipse 提供一流的Maven支持，使它能够更方便地编辑POM文件，构建项目等[16]。同样可以通过Update Site 安装：http://download.eclipse.org/technology/m2e/releases。如图2所示：

图2 安装M2Eclipse

 安装成功的话，需要重启Eclipse。File ->New -> Other，会看到Maven的字样。

2.2Neo4j Spatial安装

Neo4j Spatial源码可以在Github下载，我们通过以上安装的两个插件，来构建和安装我们的Neo4j Spatial项目。首先在eclipse中File中导入Git项目，

File -> Import -> Git -> Project from Git.如果本地已经存在Git库，可以选择Local.我们远程下载Spatial,选择URI，如图3所示。

图3 选择远程库

输入Neo4j Spatial URI，然后Next,如图-4所示：

图4 输入URI

EGit会自动Fetch回所有的源码，我们可以按照自己需要选择特定版本，然后Next。如图5所示：

图5 选择源码版本

然后可以一直Next，直至选择导入的项目类型，选择Import  as general projcet.如图6 所示：

图6 导入项目

再Next然后点finish 完成neo4j spatial  的导出。此时，还需要将该项目转化成Maven Project ，选中项目，右键：Configure ->Convert to Maven Project.最后我们得到了一个git管理下的maven项目。使用如下命令来安装Neo4j Spatial。

mvn clean install

在eclipse操作是 Run as ->5. Maven Build ->输入构建目标。 如图7所示：

图7 构建Neo4j Spatial 项目

M2eclipse会自动构建工程。如果安装失败的话，可以使用如下命令跳过单元测试

mvn clean install -DskipTests

最后eclipse的console会报出build success。

3.Neo4j Spatial 空间数据读取

 3.1地理图层与编码

Spatial 库中首先需要定义图层中几何要素，可供查询的索引，同时图层是否可编辑 ，其次是确定几何编码接口。Spatial类库提供的默认图层是标准图层，使用WKBGeometryEncoder，将所有的要素以字节数组的形式来存储。地理数据中实体的属性会当作图数据模型中顶点的属性来存储。OSMLayer 是支持Open Street Map格式的特殊图层，neo4j使用单个完全图[17]来存储该图层。同时 OMSLayer继承动态图层，允许包含任意个子图层。

 3.2导入shapefile

导入shapefile大概过程是1.生存Neo4j数据库（调用已有） 2.实例化，并调用ShapefileImporter 3.关闭数据库  实例代码如下所示：

package edu.sirc.gis.data;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.Charset;

import org.geotools.data.shapefile.shp.ShapefileException;
import org.neo4j.gis.spatial.Layer;
import org.neo4j.gis.spatial.ShapefileImporter;
import org.neo4j.gis.spatial.SpatialDatabaseService;
import org.neo4j.graphdb.GraphDatabaseService;
import org.neo4j.kernel.EmbeddedGraphDatabase;

public class importShapefiletest {

    /**
     * @param args
     * import shapefile to neo4j database
     * just Extract from the org.neo4j.gis.spatial.testfordoc
     */
    private String databasepath="/home/vent/environment/neo4j/gis";

     public void importShapfile() throws ShapefileException, FileNotFoundException, IOException
     {
         System.out.println("\n=== Test Import Shapefile ===");

         GraphDatabaseService graphdb = new EmbeddedGraphDatabase(databasepath);
         try
         {
             ShapefileImporter shpImporter = new ShapefileImporter(graphdb);
             shpImporter.importFile("/home/vent/environment/neo4j/data/shp/river.shp", "river", Charset.forName("UTF-8"));
         }
         finally
         {
             graphdb.shutdown();
         }
     }
    public static void main(String[] args) throws ShapefileException, FileNotFoundException, IOException {
        // TODO Auto-generated method stub
        importShapefiletest isf = new importShapefiletest();
        isf.importShapfile();
    }

}

3.3导入OSM

导入OSM的过程和导入shapefile差异不大，旧版Neo4j Spatial 提供了批量读入的接口BatchInserter，可以加快大文件的导入。具体JavaDoc请参阅打包后的文档。

package edu.sirc.gis.data;

import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import org.neo4j.gis.spatial.osm.OSMImporter;
import org.neo4j.graphdb.GraphDatabaseService;
import org.neo4j.kernel.EmbeddedGraphDatabase;
import org.neo4j.kernel.impl.batchinsert.BatchInserter;
import org.neo4j.kernel.impl.batchinsert.BatchInserterImpl;

public class importOSMTest  {

    /**
     * @param args
     */
    //import osm file into the default db for server .
    private String databasepath="/home/vent/environment/neo4j/data/graph.db";
    private String osmPath="/home/vent/Downloads/";
    private static final Map<String, String> NORMAL_CONFIG = new HashMap<String, String>();
    static {
        NORMAL_CONFIG.put( "neostore.nodestore.db.mapped_memory", "50M" );
        NORMAL_CONFIG.put( "neostore.relationshipstore.db.mapped_memory", "120M" );
        NORMAL_CONFIG.put( "neostore.propertystore.db.mapped_memory", "150M" );
        NORMAL_CONFIG.put( "neostore.propertystore.db.strings.mapped_memory", "200M" );
        NORMAL_CONFIG.put( "neostore.propertystore.db.arrays.mapped_memory", "0M" );
        NORMAL_CONFIG.put( "dump_configuration", "false" );
    }
    private void  importOSM() throws Exception
    {

        OSMImporter osmIm = new OSMImporter("FUJIAN");
        Map<String, String> config = NORMAL_CONFIG;
        @SuppressWarnings("deprecation")
        //BatchInserter baIns = new BatchInserterImpl(osmPath,config);
        String dataset ="/home/vent/Downloads/Fujian.osm";
        //osmIm.importFile(baIns,dataset,false);

        GraphDatabaseService db = new EmbeddedGraphDatabase(databasepath);
        osmIm.importFile(db, dataset);
        osmIm.reIndex(db, 100);
        db.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        importOSMTest iOSM = new importOSMTest();
        iOSM.importOSM();
    }

}

下讲会讲述Neo4j Spatial与GeoServer 的集成，以及与Neo4j Server的集成。

[8]Neo4j Spatial  http://nowiki.neo4j.org/content/Neo4j_Spatial

[9] OpenGIS® Simple Features Specification For SQL

[10]Vicknair, C. et al. 2010. A Comparison of a Graph Database and a Relational Database. In Proceedings of the 48th annual Southeast regional conference

[11]Apache Lucene http://lucene.apache.org/core/

[12]R-tree http://en.wikipedia.org/wiki/R-tree

[13]GiST  http://en.wikipedia.org/wiki/GiST

[14]空间数据库索引技术 郭薇 郭菁 上海交通大学出版社  P104-105 2006

[15]EGit http://www.eclipse.org/egit/

[16]Maven Integration (m2e) http://eclipse.org/m2e/

本作品由VentLam创作，采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 2.5 中国大陆许可协议进行许可。