src/nominatim_api/types.py

   1 # SPDX-License-Identifier: GPL-3.0-or-later
   2 #
   3 # This file is part of Nominatim. (https://nominatim.org)
   4 #
   5 # Copyright (C) 2024 by the Nominatim developer community.
   6 # For a full list of authors see the git log.
   7 """
   8 Complex datatypes used by the Nominatim API.
   9 """
  10 from typing import Optional, Union, Tuple, NamedTuple, TypeVar, Type, Dict, \
  11                    Any, List, Sequence
  12 from collections import abc
  13 import dataclasses
  14 import enum
  15 import math
  16 from struct import unpack
  17 from binascii import unhexlify
  18
  19 from .errors import UsageError
  20 from .localization import Locales
  21
  22
  23 @dataclasses.dataclass
  24 class PlaceID:
  25     """ Reference a place by Nominatim's internal ID.
  26
  27         A PlaceID may reference place from the main table placex, from
  28         the interpolation tables or the postcode tables. Place IDs are not
  29         stable between installations. You may use this type theefore only
  30         with place IDs obtained from the same database.
  31     """
  32     place_id: int
  33     """
  34     The internal ID of the place to reference.
  35     """
  36
  37
  38 @dataclasses.dataclass
  39 class OsmID:
  40     """ Reference a place by its OSM ID and potentially the basic category.
  41
  42         The OSM ID may refer to places in the main table placex and OSM
  43         interpolation lines.
  44     """
  45     osm_type: str
  46     """ OSM type of the object. Must be one of `N`(node), `W`(way) or
  47         `R`(relation).
  48     """
  49     osm_id: int
  50     """ The OSM ID of the object.
  51     """
  52     osm_class: Optional[str] = None
  53     """ The same OSM object may appear multiple times in the database under
  54         different categories. The optional class parameter allows to distinguish
  55         the different categories and corresponds to the key part of the category.
  56         If there are multiple objects in the database and `osm_class` is
  57         left out, then one of the objects is returned at random.
  58     """
  59
  60     def __post_init__(self) -> None:
  61         if self.osm_type not in ('N', 'W', 'R'):
  62             raise ValueError(f"Illegal OSM type '{self.osm_type}'. Must be one of N, W, R.")
  63
  64     def class_as_housenumber(self) -> Optional[int]:
  65         """ Interpret the class property as a housenumber and return it.
  66
  67             If the OSM ID points to an interpolation, then the class may be
  68             a number pointing to the exact number requested. This function
  69             returns the housenumber as an int, if class is set and is a number.
  70         """
  71         if self.osm_class and self.osm_class.isdigit():
  72             return int(self.osm_class)
  73         return None
  74
  75
  76 PlaceRef = Union[PlaceID, OsmID]
  77
  78
  79 class Point(NamedTuple):
  80     """ A geographic point in WGS84 projection.
  81     """
  82     x: float
  83     y: float
  84
  85     @property
  86     def lat(self) -> float:
  87         """ Return the latitude of the point.
  88         """
  89         return self.y
  90
  91     @property
  92     def lon(self) -> float:
  93         """ Return the longitude of the point.
  94         """
  95         return self.x
  96
  97     def to_geojson(self) -> str:
  98         """ Return the point in GeoJSON format.
  99         """
 100         return f'{{"type": "Point","coordinates": [{self.x}, {self.y}]}}'
 101
 102     @staticmethod
 103     def from_wkb(wkb: Union[str, bytes]) -> 'Point':
 104         """ Create a point from EWKB as returned from the database.
 105         """
 106         if isinstance(wkb, str):
 107             wkb = unhexlify(wkb)
 108         if len(wkb) != 25:
 109             raise ValueError(f"Point wkb has unexpected length {len(wkb)}")
 110         if wkb[0] == 0:
 111             gtype, srid, x, y = unpack('>iidd', wkb[1:])
 112         elif wkb[0] == 1:
 113             gtype, srid, x, y = unpack('<iidd', wkb[1:])
 114         else:
 115             raise ValueError("WKB has unknown endian value.")
 116
 117         if gtype != 0x20000001:
 118             raise ValueError("WKB must be a point geometry.")
 119         if srid != 4326:
 120             raise ValueError("Only WGS84 WKB supported.")
 121
 122         return Point(x, y)
 123
 124     @staticmethod
 125     def from_param(inp: Any) -> 'Point':
 126         """ Create a point from an input parameter. The parameter
 127             may be given as a point, a string or a sequence of
 128             strings or floats. Raises a UsageError if the format is
 129             not correct.
 130         """
 131         if isinstance(inp, Point):
 132             return inp
 133
 134         seq: Sequence[str]
 135         if isinstance(inp, str):
 136             seq = inp.split(',')
 137         elif isinstance(inp, abc.Sequence):
 138             seq = inp
 139
 140         if len(seq) != 2:
 141             raise UsageError('Point parameter needs 2 coordinates.')
 142         try:
 143             x, y = filter(math.isfinite, map(float, seq))
 144         except ValueError as exc:
 145             raise UsageError('Point parameter needs to be numbers.') from exc
 146
 147         if x < -180.0 or x > 180.0 or y < -90.0 or y > 90.0:
 148             raise UsageError('Point coordinates invalid.')
 149
 150         return Point(x, y)
 151
 152     def to_wkt(self) -> str:
 153         """ Return the WKT representation of the point.
 154         """
 155         return f'POINT({self.x} {self.y})'
 156
 157
 158 AnyPoint = Union[Point, Tuple[float, float]]
 159
 160 WKB_BBOX_HEADER_LE = b'\x01\x03\x00\x00\x20\xE6\x10\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x05\x00\x00\x00'
 161 WKB_BBOX_HEADER_BE = b'\x00\x20\x00\x00\x03\x00\x00\x10\xe6\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x05'
 162
 163
 164 class Bbox:
 165     """ A bounding box in WGS84 projection.
 166
 167         The coordinates are available as an array in the 'coord'
 168         property in the order (minx, miny, maxx, maxy).
 169     """
 170     def __init__(self, minx: float, miny: float, maxx: float, maxy: float) -> None:
 171         """ Create a new bounding box with the given coordinates in WGS84
 172             projection.
 173         """
 174         self.coords = (minx, miny, maxx, maxy)
 175
 176     @property
 177     def minlat(self) -> float:
 178         """ Southern-most latitude, corresponding to the minimum y coordinate.
 179         """
 180         return self.coords[1]
 181
 182     @property
 183     def maxlat(self) -> float:
 184         """ Northern-most latitude, corresponding to the maximum y coordinate.
 185         """
 186         return self.coords[3]
 187
 188     @property
 189     def minlon(self) -> float:
 190         """ Western-most longitude, corresponding to the minimum x coordinate.
 191         """
 192         return self.coords[0]
 193
 194     @property
 195     def maxlon(self) -> float:
 196         """ Eastern-most longitude, corresponding to the maximum x coordinate.
 197         """
 198         return self.coords[2]
 199
 200     @property
 201     def area(self) -> float:
 202         """ Return the area of the box in WGS84.
 203         """
 204         return (self.coords[2] - self.coords[0]) * (self.coords[3] - self.coords[1])
 205
 206     def contains(self, pt: Point) -> bool:
 207         """ Check if the point is inside or on the boundary of the box.
 208         """
 209         return self.coords[0] <= pt[0] and self.coords[1] <= pt[1]\
 210             and self.coords[2] >= pt[0] and self.coords[3] >= pt[1]
 211
 212     def to_wkt(self) -> str:
 213         """ Return the WKT representation of the Bbox. This
 214             is a simple polygon with four points.
 215         """
 216         return 'POLYGON(({0} {1},{0} {3},{2} {3},{2} {1},{0} {1}))'\
 217             .format(*self.coords)
 218
 219     @staticmethod
 220     def from_wkb(wkb: Union[None, str, bytes]) -> 'Optional[Bbox]':
 221         """ Create a Bbox from a bounding box polygon as returned by
 222             the database. Returns `None` if the input value is None.
 223         """
 224         if wkb is None:
 225             return None
 226
 227         if isinstance(wkb, str):
 228             wkb = unhexlify(wkb)
 229
 230         if len(wkb) != 97:
 231             raise ValueError("WKB must be a bounding box polygon")
 232         if wkb.startswith(WKB_BBOX_HEADER_LE):
 233             x1, y1, _, _, x2, y2 = unpack('<dddddd', wkb[17:65])
 234         elif wkb.startswith(WKB_BBOX_HEADER_BE):
 235             x1, y1, _, _, x2, y2 = unpack('>dddddd', wkb[17:65])
 236         else:
 237             raise ValueError("WKB has wrong header")
 238
 239         return Bbox(min(x1, x2), min(y1, y2), max(x1, x2), max(y1, y2))
 240
 241     @staticmethod
 242     def from_point(pt: Point, buffer: float) -> 'Bbox':
 243         """ Return a Bbox around the point with the buffer added to all sides.
 244         """
 245         return Bbox(pt[0] - buffer, pt[1] - buffer,
 246                     pt[0] + buffer, pt[1] + buffer)
 247
 248     @staticmethod
 249     def from_param(inp: Any) -> 'Bbox':
 250         """ Return a Bbox from an input parameter. The box may be
 251             given as a Bbox, a string or a list or strings or integer.
 252             Raises a UsageError if the format is incorrect.
 253         """
 254         if isinstance(inp, Bbox):
 255             return inp
 256
 257         seq: Sequence[str]
 258         if isinstance(inp, str):
 259             seq = inp.split(',')
 260         elif isinstance(inp, abc.Sequence):
 261             seq = inp
 262
 263         if len(seq) != 4:
 264             raise UsageError('Bounding box parameter needs 4 coordinates.')
 265         try:
 266             x1, y1, x2, y2 = filter(math.isfinite, map(float, seq))
 267         except ValueError as exc:
 268             raise UsageError('Bounding box parameter needs to be numbers.') from exc
 269
 270         x1 = min(180, max(-180, x1))
 271         x2 = min(180, max(-180, x2))
 272         y1 = min(90, max(-90, y1))
 273         y2 = min(90, max(-90, y2))
 274
 275         if x1 == x2 or y1 == y2:
 276             raise UsageError('Bounding box with invalid parameters.')
 277
 278         return Bbox(min(x1, x2), min(y1, y2), max(x1, x2), max(y1, y2))
 279
 280
 281 class GeometryFormat(enum.Flag):
 282     """ All search functions support returning the full geometry of a place in
 283         various formats. The internal geometry is converted by PostGIS to
 284         the desired format and then returned as a string. It is possible to
 285         request multiple formats at the same time.
 286     """
 287     NONE = 0
 288     """ No geometry requested. Alias for a empty flag.
 289     """
 290     GEOJSON = enum.auto()
 291     """
 292     [GeoJSON](https://geojson.org/) format
 293     """
 294     KML = enum.auto()
 295     """
 296     [KML](https://en.wikipedia.org/wiki/Keyhole_Markup_Language) format
 297     """
 298     SVG = enum.auto()
 299     """
 300     [SVG](http://www.w3.org/TR/SVG/paths.html) format
 301     """
 302     TEXT = enum.auto()
 303     """
 304     [WKT](https://en.wikipedia.org/wiki/Well-known_text_representation_of_geometry) format
 305     """
 306
 307
 308 class DataLayer(enum.Flag):
 309     """ The `DataLayer` flag type defines the layers that can be selected
 310         for reverse and forward search.
 311     """
 312     ADDRESS = enum.auto()
 313     """ The address layer contains all places relevant for addresses:
 314         fully qualified addresses with a house number (or a house name equivalent,
 315         for some addresses) and places that can be part of an address like
 316         roads, cities, states.
 317     """
 318     POI = enum.auto()
 319     """ Layer for points of interest like shops, restaurants but also
 320         recycling bins or postboxes.
 321     """
 322     RAILWAY = enum.auto()
 323     """ Layer with railway features including tracks and other infrastructure.
 324         Note that in Nominatim's standard configuration, only very few railway
 325         features are imported into the database. Thus a custom configuration
 326         is required to make full use of this layer.
 327     """
 328     NATURAL = enum.auto()
 329     """ Layer with natural features like rivers, lakes and mountains.
 330     """
 331     MANMADE = enum.auto()
 332     """ Layer with other human-made features and boundaries. This layer is
 333         the catch-all and includes all features not covered by the other
 334         layers. A typical example for this layer are national park boundaries.
 335     """
 336
 337
 338 def format_country(cc: Any) -> List[str]:
 339     """ Extract a list of country codes from the input which may be either
 340         a string or list of strings. Filters out all values that are not
 341         a two-letter string.
 342     """
 343     clist: Sequence[str]
 344     if isinstance(cc, str):
 345         clist = cc.split(',')
 346     elif isinstance(cc, abc.Sequence):
 347         clist = cc
 348     else:
 349         raise UsageError("Parameter 'country' needs to be a comma-separated list "
 350                          "or a Python list of strings.")
 351
 352     return [cc.lower() for cc in clist if isinstance(cc, str) and len(cc) == 2]
 353
 354
 355 def format_excluded(ids: Any) -> List[int]:
 356     """ Extract a list of place ids from the input which may be either
 357         a string or a list of strings or ints. Ignores empty value but
 358         throws a UserError on anything that cannot be converted to int.
 359     """
 360     plist: Sequence[str]
 361     if isinstance(ids, str):
 362         plist = [s.strip() for s in ids.split(',')]
 363     elif isinstance(ids, abc.Sequence):
 364         plist = ids
 365     else:
 366         raise UsageError("Parameter 'excluded' needs to be a comma-separated list "
 367                          "or a Python list of numbers.")
 368     if not all(isinstance(i, int) or
 369                (isinstance(i, str) and (not i or i.isdigit())) for i in plist):
 370         raise UsageError("Parameter 'excluded' only takes place IDs.")
 371
 372     return [int(id) for id in plist if id] or [0]
 373
 374
 375 def format_categories(categories: List[Tuple[str, str]]) -> List[Tuple[str, str]]:
 376     """ Extract a list of categories. Currently a noop.
 377     """
 378     return categories
 379
 380
 381 TParam = TypeVar('TParam', bound='LookupDetails')
 382
 383
 384 @dataclasses.dataclass
 385 class LookupDetails:
 386     """ Collection of parameters that define which kind of details are
 387         returned with a lookup or details result.
 388     """
 389     geometry_output: GeometryFormat = GeometryFormat.NONE
 390     """ Add the full geometry of the place to the result. Multiple
 391         formats may be selected. Note that geometries can become quite large.
 392     """
 393     address_details: bool = False
 394     """ Get detailed information on the places that make up the address
 395         for the result.
 396     """
 397     linked_places: bool = False
 398     """ Get detailed information on the places that link to the result.
 399     """
 400     parented_places: bool = False
 401     """ Get detailed information on all places that this place is a parent
 402         for, i.e. all places for which it provides the address details.
 403         Only POI places can have parents.
 404     """
 405     keywords: bool = False
 406     """ Add information about the search terms used for this place.
 407     """
 408     geometry_simplification: float = 0.0
 409     """ Simplification factor for a geometry in degrees WGS. A factor of
 410         0.0 means the original geometry is kept. The higher the value, the
 411         more the geometry gets simplified.
 412     """
 413     locales: Locales = Locales()
 414     """ Preferred languages for localization of results.
 415     """
 416
 417     @classmethod
 418     def from_kwargs(cls: Type[TParam], kwargs: Dict[str, Any]) -> TParam:
 419         """ Load the data fields of the class from a dictionary.
 420             Unknown entries in the dictionary are ignored, missing ones
 421             get the default setting.
 422
 423             The function supports type checking and throws a UsageError
 424             when the value does not fit.
 425         """
 426         def _check_field(v: Any, field: 'dataclasses.Field[Any]') -> Any:
 427             if v is None:
 428                 return field.default_factory() \
 429                        if field.default_factory != dataclasses.MISSING \
 430                        else field.default
 431             if field.metadata and 'transform' in field.metadata:
 432                 return field.metadata['transform'](v)
 433             if not isinstance(v, field.type):  # type: ignore[arg-type]
 434                 raise UsageError(f"Parameter '{field.name}' needs to be of {field.type!s}.")
 435             return v
 436
 437         return cls(**{f.name: _check_field(kwargs[f.name], f)
 438                       for f in dataclasses.fields(cls) if f.name in kwargs})
 439
 440
 441 @dataclasses.dataclass
 442 class ReverseDetails(LookupDetails):
 443     """ Collection of parameters for the reverse call.
 444     """
 445
 446     max_rank: int = dataclasses.field(default=30,
 447                                       metadata={'transform': lambda v: max(0, min(v, 30))})
 448     """ Highest address rank to return.
 449     """
 450
 451     layers: DataLayer = DataLayer.ADDRESS | DataLayer.POI
 452     """ Filter which kind of data to include.
 453     """
 454
 455
 456 @dataclasses.dataclass
 457 class SearchDetails(LookupDetails):
 458     """ Collection of parameters for the search call.
 459     """
 460     max_results: int = 10
 461     """ Maximum number of results to be returned. The actual number of results
 462         may be less.
 463     """
 464
 465     min_rank: int = dataclasses.field(default=0,
 466                                       metadata={'transform': lambda v: max(0, min(v, 30))})
 467     """ Lowest address rank to return.
 468     """
 469
 470     max_rank: int = dataclasses.field(default=30,
 471                                       metadata={'transform': lambda v: max(0, min(v, 30))})
 472     """ Highest address rank to return.
 473     """
 474
 475     layers: Optional[DataLayer] = dataclasses.field(default=None,
 476                                                     metadata={'transform': lambda r: r})
 477     """ Filter which kind of data to include. When 'None' (the default) then
 478         filtering by layers is disabled.
 479     """
 480
 481     countries: List[str] = dataclasses.field(default_factory=list,
 482                                              metadata={'transform': format_country})
 483     """ Restrict search results to the given countries. An empty list (the
 484         default) will disable this filter.
 485     """
 486
 487     excluded: List[int] = dataclasses.field(default_factory=list,
 488                                             metadata={'transform': format_excluded})
 489     """ List of OSM objects to exclude from the results. Currently only
 490         works when the internal place ID is given.
 491         An empty list (the default) will disable this filter.
 492     """
 493
 494     viewbox: Optional[Bbox] = dataclasses.field(default=None,
 495                                                 metadata={'transform': Bbox.from_param})
 496     """ Focus the search on a given map area.
 497     """
 498
 499     bounded_viewbox: bool = False
 500     """ Use 'viewbox' as a filter and restrict results to places within the
 501         given area.
 502     """
 503
 504     near: Optional[Point] = dataclasses.field(default=None,
 505                                               metadata={'transform': Point.from_param})
 506     """ Order results by distance to the given point.
 507     """
 508
 509     near_radius: Optional[float] = dataclasses.field(default=None,
 510                                                      metadata={'transform': lambda r: r})
 511     """ Use near point as a filter and drop results outside the given
 512         radius. Radius is given in degrees WSG84.
 513     """
 514
 515     categories: List[Tuple[str, str]] = dataclasses.field(default_factory=list,
 516                                                           metadata={'transform': format_categories})
 517     """ Restrict search to places with one of the given class/type categories.
 518         An empty list (the default) will disable this filter.
 519     """
 520
 521     viewbox_x2: Optional[Bbox] = None
 522
 523     def __post_init__(self) -> None:
 524         if self.viewbox is not None:
 525             xext = (self.viewbox.maxlon - self.viewbox.minlon)/2
 526             yext = (self.viewbox.maxlat - self.viewbox.minlat)/2
 527             self.viewbox_x2 = Bbox(self.viewbox.minlon - xext, self.viewbox.minlat - yext,
 528                                    self.viewbox.maxlon + xext, self.viewbox.maxlat + yext)
 529
 530     def restrict_min_max_rank(self, new_min: int, new_max: int) -> None:
 531         """ Change the min_rank and max_rank fields to respect the
 532             given boundaries.
 533         """
 534         assert new_min <= new_max
 535         self.min_rank = max(self.min_rank, new_min)
 536         self.max_rank = min(self.max_rank, new_max)
 537
 538     def is_impossible(self) -> bool:
 539         """ Check if the parameter configuration is contradictionary and
 540             cannot yield any results.
 541         """
 542         return (self.min_rank > self.max_rank
 543                 or (self.bounded_viewbox
 544                     and self.viewbox is not None and self.near is not None
 545                     and self.viewbox.contains(self.near))
 546                 or (self.layers is not None and not self.layers)
 547                 or (self.max_rank <= 4 and
 548                     self.layers is not None and not self.layers & DataLayer.ADDRESS))
 549
 550     def layer_enabled(self, layer: DataLayer) -> bool:
 551         """ Check if the given layer has been chosen. Also returns
 552             true when layer restriction has been disabled completely.
 553         """
 554         return self.layers is None or bool(self.layers & layer)