第04章 - 内置算子详解

OpenGIS DAF 内置了 9 个算子，按功能分为四类：空间运算、空间关系、属性操作、质检规则。本章逐一详解每个算子的用途、参数、输入输出约定与典型用法。

4.1 算子总览

分类 算子 ID 用途 关键参数
空间运算 buffer 缓冲区分析 distance（必填）
空间运算 clip 裁剪 无
空间关系 intersect_check 相交检查 use_second_input
空间关系 containment_check 包含/包含于检查 relationship
属性操作 field_calculator 字段计算 target_field/expression/field_type
属性操作 null_value_filler 空值填充 target_field/default_value/field_type
属性操作 coordinate_transform 坐标系转换 source_epsg/target_epsg
质检规则 attribute_completeness_checker 属性完整性检查 required_fields
质检规则 geometry_validity_checker 几何有效性检查 无

提示：算子 ID 是方案中 operatorId 字段的值。运行 daf operator list 可查看当前环境可用的全部算子及其分类。

4.2 空间运算算子

4.2.1 buffer（缓冲区）

对输入要素按指定距离生成缓冲区多边形。

参数：

参数 类型 必填 说明
distance double 是 缓冲距离（单位与输入坐标系一致）

输入：单个输入 source。

示例（对学校点生成 800 米缓冲区）：

{
  "id": "buffer-schools",
  "operatorId": "buffer",
  "inputs": {
    "source": { "type": "upstream", "sourceId": "transform-schools" }
  },
  "parameters": { "distance": 800 },
  "output": {
    "adapterType": "geojson",
    "targetPath": "output/demo01/school-buffer-800m.geojson",
    "isIntermediate": true
  }
}

注意：缓冲距离的单位取决于输入数据的坐标系。若输入是经纬度（EPSG:4326），distance: 800 表示 800 度而非 800 米——这正是演示方案先做 coordinate_transform（4326→3857 米制）再缓冲的原因。

4.2.2 clip（裁剪）

用裁剪面裁剪源要素。

参数：无。

输入：两个输入——source（被裁剪的要素）与 clip（裁剪面）。

语义要点：clip 采用逐面求交语义。一个源要素若与多个裁剪面相交，会输出多条结果（可能发生要素分裂）。这与 ogr2ogr / QGIS 中”先 union 裁剪面再裁剪”的语义不同。若需要后者，请先在数据准备阶段对裁剪面做合并。

示例（用城市边界裁剪学校缓冲区）：

{
  "id": "clip-service-area",
  "operatorId": "clip",
  "inputs": {
    "source": { "type": "upstream", "sourceId": "buffer-schools" },
    "clip": { "type": "upstream", "sourceId": "transform-boundary" }
  },
  "output": {
    "adapterType": "geojson",
    "targetPath": "output/demo01/school-service-area.geojson",
    "isIntermediate": true
  }
}

4.3 空间关系算子

空间关系算子通常配合 qcMode: true 使用，在质检模式下输出 issues 问题清单；也可作为普通算子运行。

4.3.1 intersect_check（相交检查）

检查要素之间是否相交。

参数：

参数 类型 默认 说明
use_second_input bool true true：检查两个输入集合（source + target）之间的交叉；false：检查单个输入集合内部两两相交

输入：use_second_input=true 时需要 source + target 两个输入；false 时只需 source。

示例（检查地块两两重叠，use_second_input=false）：

{
  "id": "qc-landuse-overlap",
  "operatorId": "intersect_check",
  "inputs": {
    "source": { "type": "external", "sourceId": "data/landuse.geojson" }
  },
  "parameters": { "use_second_input": false },
  "output": { "adapterType": "console" },
  "executionPolicy": { "qcMode": true }
}

4.3.2 containment_check（包含/包含于检查）

检查要素之间的包含关系。

参数：

参数 类型 默认 说明
relationship string contains contains：检查 source 是否包含 target；within：检查 source 是否位于 target 内部

输入：source + target 两个输入。

示例（检查道路是否完全位于生态保护区内，relationship: within）：

{
  "id": "qc-road-in-ecozone",
  "operatorId": "containment_check",
  "inputs": {
    "source": { "type": "external", "sourceId": "data/roads.geojson" },
    "target": { "type": "external", "sourceId": "data/landuse.geojson" }
  },
  "parameters": { "relationship": "within" },
  "output": { "adapterType": "console" },
  "executionPolicy": { "qcMode": true }
}

4.4 属性操作算子

4.4.1 field_calculator（字段计算）

按表达式计算并写入目标字段。

参数：

参数 类型 必填 说明
target_field string 是 目标字段名
expression string 是 计算表达式
field_type string 是 结果类型：String/Integer/Double/Boolean/DateTime

表达式语法：

  • 字符串字面量：用双引号包裹，如 "服务区"；
  • 字段引用：用花括号包裹，如 {school_name}；
  • 算术运算：+ - * / 与括号；
  • 纯数字：直接书写。

字段引用大小写敏感：表达式中的字段引用是大小写敏感的。Shapefile 读取的字段名通常为大写，PostGIS 写入/读取会折叠为小写。跨数据源方案需注意字段名实际大小写。

示例（拼接字符串，生成服务区标签）：

{
  "id": "label-zones",
  "operatorId": "field_calculator",
  "inputs": {
    "source": { "type": "upstream", "sourceId": "clip-service-area" }
  },
  "parameters": {
    "target_field": "zone_label",
    "expression": "\"服务区-{school_name}\"",
    "field_type": "String"
  },
  "output": {
    "adapterType": "geojson",
    "targetPath": "output/demo01/school-service-area-labeled.geojson",
    "isIntermediate": true
  }
}

4.4.2 null_value_filler（空值填充）

将目标字段中的空值（null）替换为指定默认值。

参数：

参数 类型 必填 说明
target_field string 是 目标字段名
default_value string 是 填充的默认值
field_type string 是 字段类型

示例（将 principal 字段的空值填充为”（未登记）”）：

{
  "id": "fill-principal",
  "operatorId": "null_value_filler",
  "inputs": {
    "source": { "type": "upstream", "sourceId": "label-zones" }
  },
  "parameters": {
    "target_field": "principal",
    "default_value": "（未登记）",
    "field_type": "String"
  },
  "output": {
    "adapterType": "geojson",
    "targetPath": "output/demo01/school-service-area-final.geojson"
  }
}

4.4.3 coordinate_transform（坐标系转换）

将要素从源坐标系转换到目标坐标系。

参数：

参数 类型 必填 说明
source_epsg int 是 源坐标系 EPSG 编码
target_epsg int 是 目标坐标系 EPSG 编码

示例（WGS84 经纬度 → Web 墨卡托米制）：

{
  "id": "transform-schools",
  "operatorId": "coordinate_transform",
  "inputs": {
    "source": { "type": "external", "sourceId": "data/schools.geojson" }
  },
  "parameters": { "source_epsg": 4326, "target_epsg": 3857 },
  "output": { "adapterType": "console", "isIntermediate": true }
}

CRS 传播：转换后的坐标系会随数据流传播到下游算子与最终输出。GeoJSON 输出会在头部写入 crs 字段（如 urn:ogc:def:crs:EPSG::3857），Shapefile 输出会生成对应的 .prj 文件。

4.5 质检规则算子

质检规则算子运行在 qcMode: true 下，输出 issues 问题清单，并参与质量评分。详见第 06 章。

4.5.1 attribute_completeness_checker（属性完整性检查）

检查指定字段是否缺失或为空。

参数：

参数 类型 必填 说明
required_fields string 是 必填字段名，逗号分隔

输出问题类型：

问题类型 严重级别 触发条件
ATTR_MISSING Error 字段值为 null
ATTR_EMPTY Warning 字段值为空字符串

示例（检查学校 5 个必填字段）：

{
  "id": "qc-schools-attributes",
  "operatorId": "attribute_completeness_checker",
  "inputs": {
    "source": { "type": "external", "sourceId": "data/schools.geojson" }
  },
  "parameters": { "required_fields": "school_name,principal,phone,capacity,built_year" },
  "output": { "adapterType": "console" },
  "executionPolicy": { "qcMode": true }
}

4.5.2 geometry_validity_checker（几何有效性检查）

检查要素几何是否有效。

参数：无。

输出问题类型：

问题类型 严重级别 触发条件
GEOM_EMPTY Error 几何为空
GEOM_INVALID Error 几何无效（自相交、环方向错误等）
GEOM_NOT_SIMPLE Warning 线几何不简单（自交）

示例（检查道路几何）：

{
  "id": "qc-roads-geometry",
  "operatorId": "geometry_validity_checker",
  "inputs": {
    "source": { "type": "external", "sourceId": "data/roads.geojson" }
  },
  "output": { "adapterType": "console" },
  "executionPolicy": { "qcMode": true }
}

4.6 算子组合与数据流

算子通过方案的 inputs 绑定串联成 DAG。一个算子的输出可以作为下游算子的输入，形成处理流水线。演示方案 01 展示了完整的六步链：

coordinate_transform → buffer → clip → field_calculator → null_value_filler

其中 coordinate_transform 与 buffer 之间、clip 与 field_calculator 之间通过 upstream 绑定传递数据。算子本身不关心数据来自文件还是上游算子——统一通过 IFeatureSource 抽象访问。

4.7 本章小结

  • OpenGIS DAF 内置 9 个算子，分属空间运算、空间关系、属性操作、质检规则四类；
  • 空间运算算子（buffer/clip）用于几何变换，注意 clip 的逐面求交语义与缓冲距离单位；
  • 空间关系算子（intersect_check/containment_check）常用于质检，支持集合间与集合内两种模式；
  • 属性操作算子（field_calculator/null_value_filler/coordinate_transform）处理字段与坐标系；
  • 质检规则算子（attribute_completeness_checker/geometry_validity_checker）在 qcMode 下输出问题清单；
  • 算子通过 upstream 绑定串联成 DAG，形成可复用的处理流水线。
← 上一章 返回目录 下一章 →