PostgreSQL+PostGIS的使用

PostgreSQL+PostGIS的使用

一、PostgreSQL与PostGIS的关系

PostgreSQL 是世界上技术最先进的开源数据库，其前身是1977年一个源于Berkeley名为Ingres 的非关系型数据库，其项目领导人为Michael Stonebraker教授。1982年该教授商业化了Ingres；1985年，Michael Stonebraker教授回到Berkeley，开始对新的数据库设计进行研究，并于次年在美国防务高级研究项目局（DARPA）、陆军研究办公室（ARO）、国家科学基金（NSF）以及ESL, Inc等机构的赞助下启动了Postgres（Post-Ingres）项目。

Postgres 在1987年形成第一个Demo，1989年发布第一个版本，直到1993年的4.2版本，由于外部用户过多，做技术支持和维护源代码的时间影响到了对数据库的研究，因此Berkeley中止了该项目。在此期间，Postgres项目就已经被使用在了一些GIS系统中。

Postgres项目并未就此消亡，在1994年两个Berkeley的研究生向Postgres中加入了SQL语言解释器，将之改名为Postgre95并发布到了互联网上。经过一些黑客的修改，1996年Postgres95再次更名为PostgreSQL，并采用BSD许可证发布了第一个开源版本。经过多年发展，PostgreSQL 已经发展成为一个技术非常先进的开源数据库，其支持特性之多性能之强可与诸多高级商业数据库比肩。

这里提供了一个世界上主流数据库的特性比较，有兴趣的可以从中管窥PostgreSQL在数据库领域中的成就。

/wiki/Comparison_of_relational_database_management_systems

PostGIS则是PostgreSQL的一个扩展，目的是使PostgreSQL支持空间数据的存储和使用，其本质类似于ArcSDE和Oracle Spatial Extension。PostGIS是采用GPL许可发布的，完整地实现了OGC的《Simple Features Specification for SQL》规范，并于2006年获得OGC认证。在此基础上，PostGIS还对规范进行了一些扩展，在后面的特性中我们可以慢慢了解到。

二、PostGIS中的几何类型

PostGIS支持所有OGC规范的“Simple Features”类型，同时在此基础上扩展了对3DZ、3DM、4D坐标的支持。

1. OGC的WKB和WKT格式

OGC定义了两种描述几何对象的格式，分别是WKB（Well-Known Binary）和WKT（Well-Known Text）。

在SQL语句中，用以下的方式可以使用WKT格式定义几何对象：

POINT(0 0) ——点

LINESTRING(0 0,1 1,1 2) ——线

POLYGON((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1)) ——面

MULTIPOINT(0 0,1 2) ——多点

MULTILINESTRING((0 0,1 1,1 2),(2 3,3 2,5 4)) ——多线

MULTIPOLYGON(((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1,2 1,2 2,1 2,1 1)), ((-1 -1,-1 -2,-2 -2,-2 -1,-1 -1))) ——多面

GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 3),LINESTRING((2 3,3 4))) ——几何集合

以下语句可以使用WKT格式插入一个点要素到一个表中，其中用到的GeomFromText等函数在后面会有详细介绍：

INSERT INTO table ( SHAPE, NAME )

VALUES ( GeomFromText('POINT(116.39 39.9)', 4326), '北京');

2. EWKT、EWKB和Canonical格式

EWKT和EWKB相比OGC WKT和WKB格式主要的扩展有3DZ、3DM、4D坐标和内嵌空间参考支持。

以下以EWKT语句定义了一些几何对象：

POINT(0 0 0) ——3D点

SRID=32632;POINT(0 0) ——内嵌空间参考的点

POINTM(0 0 0) ——带M值的点

POINT(0 0 0 0) ——带M值的3D点

SRID=4326;MULTIPOINTM(0 0 0,1 2 1) ——内嵌空间参考的带M值的多点

以下语句可以使用EWKT格式插入一个点要素到一个表中：

INSERT INTO table ( SHAPE, NAME )

VALUES ( GeomFromEWKT('SRID=4326;POINTM(116.39 39.9 10)'), '北京' )

Canonical格式是16进制编码的几何对象，直接用SQL语句查询出来的就是这种格式。

3. SQL-MM格式

SQL-MM格式定义了一些插值曲线，这些插值曲线和EWKT有点类似，也支持3DZ、3DM、4D坐标，但是不支持嵌入空间参考。

以下以SQL-MM语句定义了一些插值几何对象：

CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0) ——插值圆弧

COMPOUNDCURVE(CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0),(1 0, 0 1)) ——插值复合曲线CURVEPOLYGON(CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 3 3, 3 1, 1 1)) ——曲线多边形

MULTICURVE((0 0, 5 5),CIRCULARSTRING(4 0, 4 4, 8 4)) ——多曲线

MULTISURFACE(CURVEPOLYGON(CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 3 3, 3 1, 1 1)),((10 10, 14 12, 11 10, 10 10),(11 11, 11.5 11, 11 11.5, 11 11))) ——多曲面

三、PostGIS中空间信息处理的实现