Use dados espaciais com mssql-python

O Microsoft SQL fornece dois tipos de dados espaciais que pode ser utilizado através do driver mssql-python. Escolha o tipo com base no que as suas coordenadas representam:

Inserir dados espaciais

Utilize as funções construtoras do Microsoft SQL, como geography::Point(), ou passe cadeias de texto Well-Known Text (WKT).

Dados geográficos (pontos)

Insira pontos geográficos usando o construtor de pontos com latitude, longitude e SRID.

import mssql_python

connection_string = "Server=<server>.database.windows.net;Database=AdventureWorks2022;Authentication=ActiveDirectoryDefault;Encrypt=yes"

conn = mssql_python.connect(connection_string)
cursor = conn.cursor()

# Insert a geographic point (longitude, latitude)
# Note: Microsoft SQL uses (longitude, latitude) order
cursor.execute("CREATE TABLE #Locations (Name NVARCHAR(100), GeoLocation GEOGRAPHY)")
cursor.execute("""
    INSERT INTO #Locations (Name, GeoLocation)
    VALUES (%(name)s, geography::Point(%(lat)s, %(lon)s, 4326))
""", {"name": "Seattle", "lat": 47.6062, "lon": -122.3321})
conn.commit()

Geografia a partir de WKT (Well-Known Text)

Insira dados geográficos usando o formato Well-Known Text, que suporta pontos, linhas e polígonos.

# Well-Known Text format
wkt_point = "POINT(-122.3321 47.6062)"
wkt_line = "LINESTRING(-122.3321 47.6062, -122.4194 37.7749)"
wkt_polygon = "POLYGON((-122.40 47.60, -122.30 47.60, -122.30 47.65, -122.40 47.65, -122.40 47.60))"

cursor.execute("DROP TABLE IF EXISTS #Locations")
cursor.execute("CREATE TABLE #Locations (Name NVARCHAR(100), GeoLocation GEOGRAPHY)")
cursor.execute("""
    INSERT INTO #Locations (Name, GeoLocation)
    VALUES (%(name)s, geography::STGeomFromText(%(wkt)s, 4326))
""", {"name": "Route", "wkt": wkt_line})
conn.commit()

Dados de geometria

Insira dados geométricos planos usando pontos e polígonos para desenhos CAD ou plantas de piso.

# Insert a geometry point (flat coordinate system)
cursor.execute("CREATE TABLE #FloorPlan (RoomName NVARCHAR(100), RoomShape GEOMETRY)")
cursor.execute("""
    INSERT INTO #FloorPlan (RoomName, RoomShape)
    VALUES (%(name)s, geometry::Point(%(x)s, %(y)s, 0))
""", {"name": "Office 101", "x": 50.0, "y": 100.0})

# Insert a geometry polygon
room_wkt = "POLYGON((0 0, 0 10, 20 10, 20 0, 0 0))"
cursor.execute("""
    INSERT INTO #FloorPlan (RoomName, RoomShape)
    VALUES (%(name)s, geometry::STGeomFromText(%(wkt)s, 0))
""", {"name": "Conference Room", "wkt": room_wkt})
conn.commit()

Consultar dados espaciais

Use métodos espaciais como STAsText() e as Lat/Long propriedades para recuperar coordenadas num formato legível.

Recuperar como texto

Obter coordenadas espaciais no formato Well-Known Text, bem como as propriedades de latitude e longitude.

cursor.execute("""
    SELECT 
        City,
        SpatialLocation.STAsText() AS LocationWKT,
        SpatialLocation.Lat AS Latitude,
        SpatialLocation.Long AS Longitude
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
""")

for row in cursor.fetchall()[:5]:
    print(f"{row.City}: {row.Latitude}, {row.Longitude}")
    print(f"  WKT: {row.LocationWKT}")

Recuperar como GeoJSON

O Microsoft SQL suporta conversão GeoJSON. No SQL Server 2017+, pode usar funções de cadeia para construir GeoJSON diretamente, ou converter em Python como mostrado abaixo:

cursor.execute("""
    SELECT 
        City,
        SpatialLocation.STAsText() AS WKT
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL AND City = %(city)s
""", {"city": "Seattle"})

for row in cursor:
    print(f"{row.City}: {row.WKT}")

Encontre pontos próximos

Encontre todas as localizações dentro de uma distância especificada de um ponto de referência usando funções de distância espacial.

# Find locations within 10 km of Seattle
cursor.execute("""
    DECLARE @seattle geography = geography::Point(47.6062, -122.3321, 4326);
    
    SELECT 
        City,
        SpatialLocation.STDistance(@seattle) / 1000 AS DistanceKM
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND SpatialLocation.STDistance(@seattle) < 50000  -- 50 km in meters
    ORDER BY SpatialLocation.STDistance(@seattle)
""")

for row in cursor.fetchall()[:5]:
    print(f"{row.City}: {row.DistanceKM:.2f} km away")

Encontrar pontos dentro do polígono

Encontre todos os pontos que intersectam ou se encontram dentro de uma região geográfica poligonal.

# Find all addresses within a region
cursor.execute("""
    DECLARE @region geography = geography::STPolyFromText(
        'POLYGON((-122.5 47.5, -122.2 47.5, -122.2 47.7, -122.5 47.7, -122.5 47.5))',
        4326
    );
    
    SELECT City, SpatialLocation.STAsText() AS Location
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND @region.STIntersects(SpatialLocation) = 1
""")

Calcular distâncias

O método do STDistance() Microsoft SQL devolve distâncias em metros para os tipos de geografia.

Distância entre dois pontos

Crie uma função auxiliar para calcular a distância em quilómetros entre dois pontos geográficos.

def get_distance_km(cursor, point1: tuple, point2: tuple) -> float:
    """Calculate distance between two points in kilometers."""
    cursor.execute("""
        DECLARE @point1 geography = geography::Point(%(lat1)s, %(lon1)s, 4326);
        DECLARE @point2 geography = geography::Point(%(lat2)s, %(lon2)s, 4326);
        SELECT @point1.STDistance(@point2) / 1000 AS DistanceKM;
    """, {
        "lat1": point1[0], "lon1": point1[1],
        "lat2": point2[0], "lon2": point2[1]
    })
    return cursor.fetchval()

# Seattle to San Francisco
distance = get_distance_km(cursor, (47.6062, -122.3321), (37.7749, -122.4194))
print(f"Distance: {distance:.2f} km")

Calcular área

Calcule a área de uma região geográfica em quilómetros quadrados.

cursor.execute("""
    DECLARE @region geography = geography::STPolyFromText(
        'POLYGON((-122.5 47.5, -122.2 47.5, -122.2 47.7, -122.5 47.7, -122.5 47.5))',
        4326
    );
    SELECT 
        'Seattle Region' AS Name,
        @region.STArea() / 1000000 AS AreaSqKm
""")

row = cursor.fetchone()
print(f"{row.Name}: {row.AreaSqKm:.2f} sq km")

Operações espaciais

O Microsoft SQL suporta operações conjuntas em objetos espaciais, incluindo união, interseção e buffer.

União de formas

Combine dois polígonos geográficos numa única forma e calcule a área total.

cursor.execute("""
    DECLARE @parcel1 geography = geography::STPolyFromText(
        'POLYGON((-122.35 47.60, -122.33 47.60, -122.33 47.62, -122.35 47.62, -122.35 47.60))',
        4326
    );
    DECLARE @parcel2 geography = geography::STPolyFromText(
        'POLYGON((-122.34 47.61, -122.32 47.61, -122.32 47.63, -122.34 47.63, -122.34 47.61))',
        4326
    );
    DECLARE @combined geography = @parcel1.STUnion(@parcel2);
    
    SELECT @combined.STAsText() AS CombinedWKT,
           @combined.STArea() / 1000000 AS TotalAreaKM
""")

row = cursor.fetchone()
print(f"Combined area: {row.TotalAreaKM:.2f} sq km")

Intersecção

Encontre a área sobreposta onde duas regiões geográficas se cruzam.

polygon1_wkt = "POLYGON((-122.35 47.60, -122.33 47.60, -122.33 47.62, -122.35 47.62, -122.35 47.60))"
polygon2_wkt = "POLYGON((-122.34 47.61, -122.32 47.61, -122.32 47.63, -122.34 47.63, -122.34 47.61))"

cursor.execute("""
    DECLARE @region1 geography = geography::STPolyFromText(%(wkt1)s, 4326);
    DECLARE @region2 geography = geography::STPolyFromText(%(wkt2)s, 4326);
    
    SELECT 
        @region1.STIntersection(@region2).STAsText() AS IntersectionWKT,
        @region1.STIntersection(@region2).STArea() / 1000000 AS AreaKM
""", {"wkt1": polygon1_wkt, "wkt2": polygon2_wkt})

Buffer (expandir área)

Crie uma zona tampão em torno de um ponto geográfico e encontre todas as localizações dentro do raio de tampão.

# Find all addresses within 5km buffer of a point
cursor.execute("""
    DECLARE @center geography = geography::Point(47.6062, -122.3321, 4326);
    DECLARE @buffer geography = @center.STBuffer(5000);  -- 5 km buffer
    
    SELECT City
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND @buffer.STIntersects(SpatialLocation) = 1
""")

Integração com Python

Obtenha as cadeias WKT do Microsoft SQL e analise-as sintaticamente com a biblioteca Shapely para o processamento de geometria no lado do cliente.

Com a biblioteca Shapely

Instale executando pip install shapely.

from shapely import wkt
from shapely.geometry import Point, Polygon

# Retrieve spatial data from Person.Address
cursor.execute("""
    SELECT City, SpatialLocation.STAsText() AS WKT
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL AND City IN ('Seattle', 'Redmond')
""")

for row in cursor:
    # Parse WKT into Shapely geometry
    geom = wkt.loads(row.WKT)
    
    if isinstance(geom, Point):
        print(f"{row.City}: Point at ({geom.x}, {geom.y})")
    elif isinstance(geom, Polygon):
        print(f"{row.City}: Polygon with area {geom.area}")

Criar dados espaciais com o Shapely

Crie objetos geométricos usando a biblioteca Shapely e converta-os para o formato WKT para inserção no Microsoft SQL.

from shapely.geometry import Point, Polygon, LineString
from shapely import wkt

# Create geometries in Python
seattle = Point(-122.3321, 47.6062)
seattle_wkt = wkt.dumps(seattle)

route = LineString([(-122.3321, 47.6062), (-122.4194, 37.7749)])
route_wkt = wkt.dumps(route)

# Insert into a temp table
cursor.execute("CREATE TABLE #Routes (Name NVARCHAR(100), Path NVARCHAR(MAX))")
cursor.execute("""
    INSERT INTO #Routes (Name, Path)
    VALUES (%(name)s, %(wkt)s)
""", {"name": "Seattle to SF", "wkt": route_wkt})

cursor.execute("SELECT Name, Path FROM #Routes")
row = cursor.fetchone()
print(f"{row.Name}: {row.Path[:40]}...")

Converter para GeoJSON

Converter dados espaciais do formato WKT para GeoJSON para aplicações baseadas na web e serviços de mapeamento.

import json
from shapely import wkt
from shapely.geometry import mapping

cursor.execute("""
    SELECT City, SpatialLocation.STAsText() AS WKT
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL AND City = 'Seattle'
""")

row = cursor.fetchone()
geom = wkt.loads(row.WKT)

geojson = {
    "type": "Feature",
    "properties": {"name": row.City},
    "geometry": mapping(geom)
}

print(json.dumps(geojson, indent=2))

Integração com GeoDataFrame

Carregue dados espaciais do Microsoft SQL num GeoPandas GeoDataFrame para análise geoespacial avançada.

import geopandas as gpd
from shapely import wkt
import pandas as pd

cursor.execute("""
    SELECT AddressID, City, SpatialLocation.STAsText() AS WKT
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL AND City = 'Seattle'
""")

# Build DataFrame
rows = cursor.fetchall()
df = pd.DataFrame(
    [(r.AddressID, r.City, r.WKT) for r in rows],
    columns=['id', 'city', 'wkt']
)

# Convert to GeoDataFrame
df['geometry'] = df['wkt'].apply(wkt.loads)
gdf = gpd.GeoDataFrame(df, geometry='geometry', crs="EPSG:4326")

# Now use GeoPandas operations
print(gdf.head())

Índices espaciais

Crie índices espaciais no Microsoft SQL para acelerar consultas em grandes conjuntos de dados espaciais.

-- Geography index on Person.Address
CREATE SPATIAL INDEX SIX_Address_SpatialLocation
ON Person.Address(SpatialLocation)
USING GEOGRAPHY_GRID
WITH (
    GRIDS = (LEVEL_1 = MEDIUM, LEVEL_2 = MEDIUM, LEVEL_3 = MEDIUM, LEVEL_4 = MEDIUM),
    CELLS_PER_OBJECT = 16
);

-- Geometry index (example with custom table)
CREATE SPATIAL INDEX SIX_FloorPlan_RoomShape
ON dbo.FloorPlan(RoomShape)
USING GEOMETRY_GRID
WITH (
    BOUNDING_BOX = (0, 0, 1000, 1000),
    GRIDS = (LEVEL_1 = HIGH, LEVEL_2 = HIGH, LEVEL_3 = HIGH, LEVEL_4 = HIGH)
);

Sugestões de desempenho

Aplique estas técnicas para manter as consultas espaciais eficientes em grande escala.

Utilize sugestões de índice espacial

Use índices espaciais para acelerar consultas em grandes conjuntos de dados espaciais.

cursor.execute("""
    DECLARE @region geography = geography::STPolyFromText(
        'POLYGON((-122.5 47.5, -122.2 47.5, -122.2 47.7, -122.5 47.7, -122.5 47.5))',
        4326
    );

    SELECT City
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND SpatialLocation.STIntersects(@region) = 1
""")

Filtra primeiro e depois calcula

Otimize consultas espaciais aplicando primeiro um filtro rápido de caixa delimitadora e depois realizando cálculos precisos de distância.

# Approximate filter with bounding box, then precise calculation
cursor.execute("""
    DECLARE @center geography = geography::Point(47.6062, -122.3321, 4326);
    
    SELECT City, SpatialLocation.STDistance(@center) AS Distance
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND SpatialLocation.Filter(@center.STBuffer(10000)) = 1  -- Fast bounding box filter
      AND SpatialLocation.STDistance(@center) < 10000         -- Precise distance check
    ORDER BY Distance
""")

Reduzir a precisão na visualização

Simplificar as geometrias espaciais para a visualização reduzindo a precisão das coordenadas.

cursor.execute("""
    SELECT 
        City,
        SpatialLocation.Reduce(100).STAsText() AS SimplifiedWKT  -- 100 meter tolerance
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL AND City = 'Seattle'
""")

Sistemas de referência coordenados

O SRID determina o sistema de coordenadas e afeta a forma como o Microsoft SQL calcula distâncias e áreas.

Valores SRID comuns

O SRID (Identificador de Referência Espacial) define o sistema de coordenadas dos seus dados. Usar o SRID errado produz cálculos incorretos de distância e área.

Converter entre SRIDs

Recupere dados espaciais e verifique o seu SRID para verificar o sistema de coordenadas.

cursor.execute("""
    -- Geography is always round-earth, but SRID defines datum
    SELECT SpatialLocation.STAsText() AS WKT,
           SpatialLocation.STSrid AS SRID
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
""")

Melhores práticas

Aplique estas orientações para trabalhar com dados espaciais de forma correta e eficiente.

Validar geometria

Verifique a validade dos dados espaciais e identifique quaisquer problemas geométricos antes de processar.

cursor.execute("""
    SELECT 
        City,
        SpatialLocation.STIsValid() AS IsValid,
        SpatialLocation.IsValidDetailed() AS InvalidReason
    FROM Person.Address
    WHERE SpatialLocation IS NOT NULL
      AND SpatialLocation.STIsValid() = 0
""")

for row in cursor:
    print(f"Invalid: {row.City} - {row.InvalidReason}")

Tornar a geometria válida

Use o MakeValid() método para corrigir automaticamente formas geométricas inválidas.

# Example with a temp table
cursor.execute("""
    CREATE TABLE #SpatialFix (Name NVARCHAR(100), GeoLocation GEOGRAPHY);
    INSERT INTO #SpatialFix VALUES ('Test', geography::STGeomFromText('POLYGON((0 0, 0 1, 1 0, 0 0))', 4326));
    UPDATE #SpatialFix
    SET GeoLocation = GeoLocation.MakeValid()
    WHERE GeoLocation.STIsValid() = 0
""")

Escolha o tipo certo

A escolha entre geography e geometry determina como o Microsoft SQL calcula distâncias e áreas:

• Geografia: Localizações do mundo real (pontos GPS), cálculos da superfície da Terra, distâncias em metros.
• geometria: Superfícies planas (plantas, CAD), sistemas de coordenadas cartesianas, ou quando o SRID não importa.

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