「瀚高数据库技术栈」PostGIS 介绍

瀚高数据库 2022-12-21

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GIS是什么

随着时代的发展，业务的发展，数字化的推进，数据形式的多样性发展，空间数据应用的深入和广泛，空间数据的分析和管理，海量空间数据访问的高性能需求等随之与日俱增。

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是用来采集、存储、处理、分析、检索和显示空间数据的计算机系统。GIS的主要功能是空间分析能力，是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描述。

GIS数据库,也叫空间数据库（Spatial database），是负责存储处理位置(空间)数据和非空间数据的数据库。GIS数据具有多源异构、海量、非结构化等特征，基于关系型数据库实现空间数据的高效存储、分析和管理是GIS领域非常重要的研究方向。

GIS应用

GIS应用广泛，可应用于地质普查、资源调查、城市规划、自然资源，可应用于管理与人体解剖、大规模集成电路、分子结构，也可应用于政务信息化、企业信息化和个人信息服务等领域。

PostGIS是什么

PostGIS是一个开源空间数据库，是开源对象关系数据库系统PostgreSQL的扩展，是在PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力，提供空间数据类型、空间索引、空间操作函数和空间操作符等空间信息服务功能。PostGIS与PostgreSQL的结合，使得数据库管理系统对空间数据的管理更加高效。

PostGIS用于分析和处理GIS对象，允许将GIS对象存储在数据库中。图形类型（Geometry）是PostGIS的核心，可以把地图的视觉化效果和地理分析功能与数据库操作（如：查询、统计分析等）集成在一起。

PostGIS遵循OpenGIS的规范，支持所有的开放地理空间信息联盟（Open Geospatial Consortium，简称OGC）的标准。OGC是为制定与空间信息、基于位置服务相关标准的标准化组织。PostGIS在OGC的标准基础上，扩展了对 3DZ、3DM、4D坐标的支持，以实现对包含GIS函数、矢量、栅格等各种不同类型的空间数据的全面支持。

PostGIS遵守GPLv2协议，任何人可以自由得到其源码并做研究和改进。PostGIS由C语言编写，目前最新版本为3.4。

各版本文档可参考：

http://postgis.net/documentation/。

PostGIS应用

PostGIS支持空间数据的存储、输出、访问、编辑、处理、关系判断和测量等；支持拼接、切割、形变、重分类、聚合等矢量数据和栅格数据，能导入GeoTiff、NetCDF、JPG等栅格数据；能导入KML、GML、GeoJson、GeoHash、WKT等矢量数据；支持3D对象；支持Gist等空间索引。

瀚高的GIS组件基于PostGIS，以下以瀚高的GIS组件结合瀚高数据库为例，介绍PostGIS在矢量数据、栅格数据、空间索引等空间数据类型方面的应用。

4.1 矢量数据

矢量数据包括点、线、面、多点、多线、多面及几何集合（即：点线面混合的复合对象）。矢量数据不会随缩放比例而失真。如下为PostGIS存储矢量数据的应用示例：

插入点、线和多边形数据的矢量数据并查询：

(1) 插入点数据；

create table t_point(gid serial primary key,name text,geom geometry(point,4326));
insert into t_point values (1,'点','point(0 0)');

(2) 插入线数据；

create table t_line(gid serial primary key,name text,geom geometry(linestring,26910));
insert into t_line values (1,'线','linestring(0 0,1 1,1 2)');

(3) 插入多边形数据；

create table t_polygon(gid serial primary key,name text,geom geometry(polygon,26910));
insert into t_polygon values (1,'面','polygon((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1))');

(4)

查询数据。

select * from t_point;
select * from t_line;
select * from t_polygon;

4.2 栅格数据

栅格数据用来处理照片、图片、影像等数据，PostGIS可存储栅格数据，并实现对照片、图片、影像等数据的统计分析。比如在气象行业里，通过把一张格网的全部格点投影到一张图像上，利用PostGIS的矢量栅格化，栅格矢量化等格式转换功能，对气象栅格数据进行分析和可视化。如下为PostGIS存储栅格数据的应用示例：

建表并插入栅格数据：

' || '0000000000000000' || '00000000' || '0A00' || '1400' )::raster ), (2,  ('01000003009A9999999999A93F9A9999999999A9BF000000E02B274A' || '41000000007719564100000000000000000000000000000000FFFFFFFF050005000400FDFEFDFEFEFDFEFEFDF9FAFEF' || 
'EFCF9FBFDFEFEFDFCFAFEFEFE04004E627AADD16076B4F9FE6370A9F5FE59637AB0E54F58617087040046566487A1506CA2E3FA5A6CAFFBFE4D566DA4CB3E454C5665')::raster);
select st_srid(rast) as srid from t_rast;

4.3 空间索引

PostGIS支持Brin、R-Tree、Gist等空间索引。如下为Gist索引的应用示例：

(1) 创建包含几何类型表并插入10万条数据；

create table t_gist(id int, pos point);
insert into t_gist select generate_series(1,100000), point(round((random()*1000)::numeric, 2), round((random()*1000)::numeric, 2));

(2) 创建GIST类型索引；

create index idx_t_gist on t_gist using gist(pos);

(3) 使用查询语句并显示执行计划，确认使用了GIST索引。

explain (analyze,verbose,timing,costs,buffers) select * from t_gist where circle '((100,100) 10)'  @> pos;

4.4 空间函数

OGC定义了两种描述几何对象的格式，分别是WKT（Well-Known Text）和WKB（Well-Known Binary）。WKT用于表示点、线、面、多点、多线、多面及几何集合这些矢量数据中的几何对象；在数据传输与数据库存储时常用的二进制形式，即WKB。如下为WKT和WKB的应用示例：

(1) 获取几何对象的WKT描述；

select ST_AsText(geom) from t_point;
select ST_AsEWKT(geom) from t_line;
select ST_AsText(geom) from t_polygon;

(2) 获取几何对象的WKB描述；

select ST_AsBinary(geom) from t_point;
select ST_AsBinary(geom) from t_line;
select ST_AsBinary(geom) from t_polygon;

4.5 超图应用

瀚高的GIS组件已全面支持空间基础平台、空间规划、智慧城市时空大数据平台等GIS业务系统，对超图软件的各个主流版本也已全面支持和兼容。GIS组件与超图的结合给空间数据带来了可视化的效果。如下为应用示例：

(1) 建立空间表，插入矢量数据，在超图iDesktopX软件中查看该表；

建立空间表：

create table stations ( id varchar(12) primary key, lonlat geometry(Point,4326), area float8, polygon geometry(Polygon,4326) );

插入数据：

insert into stations (id, lonlat, area, polygon) VALUES ('A12345',ST_GeomFromText('POINT(121.50 31.22)',4326),22222.1234,ST_GeomFromText('POLYGON ((121.71436091670316 31.38080337674083, 121.70173615072089 31.388605486784197, 121.70751628677645 31.4199972067024, 121.71832867120243 31.437168981489133, 121.73193985623796 31.37984624401758, 121.71436091670316 31.38080337674083))',4326));

(2) 继续插入矢量数据，在超图iDesktopX软件中查看该表；

insert into stations (id, lonlat, area, polygon) VALUES ('A12347',ST_GeomFromText('POINT(121.50 31.22)',4326),22222.1234,ST_GeomFromText('POLYGON ((121.71436091670316 31.38080337674083, 121.70212345678233 31.388605486784197, 121.70628392347901 31.4199972067024, 121.71132867120243 31.437168981489133, 121.73193985623796 31.37984624401758, 121.71436091670316 31.38080337674083))',4326));

前景广阔

目前市场上的空间数据库除了PostGIS，还有Oracle的Spatial、IBM的DB2 Spatial Extender、微软的SQL Server Spatial等。PostGIS依托PostgreSQL的支撑，得到了迅速的发展，也有越来越多的爱好者和研究机构参与到PostGIS的应用开发和完善当中。

近年来，我国地理信息产业一直保持着较高的发展速度，地理信息系统也在越来越多的行业中扮演重要角色。瀚高早在几年前就已提前布局，完成与超图、特力惠、吉威、臻善、城信所等GIS行业著名厂商的兼容适配。瀚高完成的国土资源部、各省厅、市级、区县等众多成功案例，获得了地理信息领域业界专家的认可及客户好评，也为行业带来深刻价值性改变。此外，瀚高已与超图、华为等公司共同发布了GIS全国产化开放测试平台，将共同致力于该平台在资源共享、协同研发、平台适配、产品评测、应用推广等方面的工作。

未来，随着云计算、移动终端等的快速发展，地理信息产业将会向专业化、普适化、智能化发展。将会有越来越多的人不再依赖于专业终端，可以通过多重媒介访问GIS服务，获得地图数据，满足日益多样的需求。随着国家“全面替代”、“能替就替”的政策推动下，地理信息、水利等GIS相关行业势必迎来更高速的发展。

本期内容就到这里，感谢您的喜欢~

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