Postgre SQL+PostGIS的使用
一、 Postgre SQL与Po stGIS的关系
Postgre SQL 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Berkel ey名为In gres 的非关系型数据库，其项目领导人为Michae l Stonebr aker教授。1982年该教授商业化了I ngres；1985年，Michael Stonebr aker教授回到Berk eley，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Postgr es（Post-Ingres）项目。
Postgre s 在1987年形成第一个De mo，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Berke ley中止了该项目。在此期间，Postgre s项目就已经被使用在了一些GIS系统中。
Postgre s项目并未就此消亡，在1994年两个Berke ley的研究生向Post gres中加入了SQL语言解释器，将之改名为Po stgre95并发布到了互联网上。经过一些黑客的修改，1996年Po stgres95再次更名为Postg reSQL，并采用BSD许可证发布了第一个开源版本。经过多年发展，Postgre SQL 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Pos tgreSQ L在数据库领域中的成就。
en.wikipe/wiki/Compari son_of_relat ional_databa se_man agemen t_sy st ems
PostGIS则是Postg reSQL的一个扩展，目的是使Pos tgreSQ L支持空间数据的存储和使用，其本质类似于A rcSDE和Oracle Spatial Extensi on。PostGIS是采用GPL许可发布的，完整地实现了O GC的《SimpleFeature s Specifi cation 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OG C规范的“SimpleFeature s”类型，同时在此基础上扩展了对3D Z、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
LINESTR ING(0 0,1 1,1 2) ——线
POLY GON((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1)) ——面
MULTIPO INT(0 0,1 2) ——多点
MULTILI NESTRI NG((0 0,1 1,1 2),(2 3,3 2,5 4)) ——多线
MULTIPO LY GON(((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
GEOMETR Y COLLE CTION(POINT(2 3),LINESTR ING((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Ge omFrom Text等函数在后面会有详细介绍：
INSERTINTO table ( SHAPE, NAME )
VALUES( GeomFro mText('POINT(116.39 39.9)', 4326), '北京');
2. EWKT、EWKB和Ca nonica l格式
EWKT和EW KB相比OG C 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;MULTIPO INTM(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：
INSERTINTO table ( SHAPE, NAME )
VALUES( GeomFro mEWKT('SRID=4326;POINTM(116.39 39.9 10)'), '北京' )
Canonic al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：
CIRCULA RSTRIN G(0 0, 1 1, 1 0) ——插值圆弧
COMPOUN DCURVE(CIRCULA RSTRIN G(0 0, 1 1, 1 0),(1 0, 0 1)) ——插值复合曲线CURVEPO LY GON(CIRCULA RSTRIN G(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 3 3, 3 1, 1 1)) ——曲线多边形
MULTICU RVE((0 0, 5 5),CIRCULA RSTRIN G(4 0, 4 4, 8 4)) ——多曲线
gis字符串是什么MULTISU RFACE(CURVEPO LY GON(CIRCULA RSTRIN G(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
1. spatial_ref_s y s表
在基于Post GIS模板创建的数据库的public模式下，有一个spat ial_re f_sy s表，它存放的是OG C 规范的空间参考。我们取我们最熟悉的4326参考看一下：
它的srid存放的就是空间参考的Wel l-Known ID，对这个空间参考的定义主要包括两个字段，srtext存放的是以字符串描述的空间参考，proj4te xt存放的则是以字符串描述的PROJ.4 投影定义（PostGIS使用PROJ.4实现投影）。
4326空间参考的srte xt内容：
GEOGCS["WGS 84",DATUM["WGS_1984",SPHEROI D["WGS
84",6378137,298.257223563,AUTHORI TY["EPSG","7030"]],TOWGS84[0,0,0,0,0,0,0],AUT HORI TY["EPSG","6326"]],PRIMEM["Greenwi ch",0,AUTHORI TY["EPSG","8901"]],UNIT["d egree",0.01745329251994328,AUTHORI TY["EPSG","9122"]],AUTHORI TY["EPSG","4326"]]
4326空间参考的proj4text内容：
+proj=longlat +ellps=WGS84 +datum=WGS84 +no_defs
2. geom etr y_colu mns表
geometr y_colu mns表存放了当前数据库中所有几何字段的信息，比如我当前的库里面有两个空间表，在geomet ry_col umns表中就可以到这两个空间表中几何字段的定义：
其中f_tab le_sch ema字段表示的是空间表所在的模式，f_table_name字段表示的是空间表的表名，f_geome try_co lumn字段表示的是该空间表中几何字段的名称，srid字段表示的是该空间表的空间参考。
3. 在PostGI S中创建一个空间表
在PostGI S中创建一个包含几何字段的空间表分为2步：第一步创建一个一般表，第二步给这个表添加几何字段。
以下先在tes t模式下创建一个名为ci ties的一般表：
createtable test.cities(id int4, name varchar(20))
再给citie s添加一个名为shape的几何字段（二维点）：
selectAddGeom etry Co lumn('test', 'cities', 'shape', 4326, 'POINT', 2)
4. PostGIS对几何信息的检查
PostGIS可以检查几何信息的正确性，这主要是通过I sValid函数实现的。
以下语句分辨检查了2个几何对象的正确性，显然，(0, 0)点和(1,1)点可以构成一条线，但是(0, 0)点和(0, 0)点则不能构成，这个语句执行以后的得出的结果是TRUE,FALSE。
selectIsValid('LINESTR ING(0 0, 1 1)'), IsValid('LINESTR ING(0 0,0 0)')
默认PostG IS并不会使用IsVal id函数检查用户插入的新数据，因为这会消耗较多的CPU资源（特别是复杂的几何对象）。当你需要使用这个功能的时候，你可以使用以下语句为表新建一个约束：ALTER TABLE cities
ADD CONSTRA INT geometr y_vali d
CHECK (IsValid(shape))
这时当我们往这个表试图插入一个错误的空间对象的时候，会得到一个错误：
INSERTINTO test.cities( shape, name )
VALUES( GeomFro mText('LINESTR ING(0 0,0 0)', 4326), '北京');
ERROR: new row for relatio n "cities" violate s check constra int "geometr y_vali d"
SQL 状态: 23514
5. PostGIS中的空间索引
数据库对多维数据的存取有两种索引方案，R-Tree和Gi ST（General ized SearchTree），在Postgr eSQL中的GiST比R-Tree的健壮性更好，因此PostG IS对空间数据的索引一般采用GiST 实现。
以下的语句给s de模式中的cities表添加了一个空间索引sh ape_in dex_ci ties，在pgAdmi n中也可以通过图形界面完成相同的功能。
CREATEINDEX shape_i ndex_c ities
ON sde.cities
USING gist
(shape);
另外要注意的是，空间索引只有在进行基于边界范围的查询时才起作用，比如“&&”操作。
四、PostGIS中的常用函数
以下内容包括比较多的尖括号，发布到blog ger的时候会显示不正常，内容太多我也无暇一个个手动改代码，因此如有问题就去参考Pos tGIS官方文档。
首先需要说明一下，这里许多函数是以ST_[X]yyy形式命名的，事实上很多函数也可以通过x yyy 的形式访问，在PostGI S的函数库中我们可以看到这两种函数定义完全一样。
1. OGC标准函数
管理函数：
添加几何字段A ddGeom etry Co lumn(, , , , , )
删除几何字段D ropGeo metryC olumn(, , )
检查数据库几何字段并在ge ometry_colum ns中归档P robe_G eometr y_Colu mns()
给几何对象设置空间参考（在通过一个范围做空间查询时常用）ST_SetS RID(geometr y, integer)
几何对象关系函数：
获取两个几何对象间的距离S T_Dist ance(geometr y, geometr y)
如果两个几何对象间距离在给定值范围内，则返回TRUE ST_DWit hin(geometr y, geometr y, float)
判断两个几何对象是否相等
（比如LINES TRING(0 0, 2 2)和LINEST RING(0 0, 1 1, 2 2)是相同的几何对象）
ST_Equa ls(geometr y, geometr y)
判断两个几何对象是否分离S T_Disj oint(geometr y, geometr y)
判断两个几何对象是否相交S T_Inte rsects(geometr y, geometr y)
判断两个几何对象的边缘是否接触ST_Touc hes(geometr y, geometr y)
判断两个几何对象是否互相穿过ST_Cros ses(geometr y, geometr y)
判断A是否被B包含ST_With in(geometr y A, geometr y B)
判断两个几何对象是否是重叠ST_Over laps(geometr y, geometr y)
判断A是否包含B ST_Cont ains(geometr y A, geometr y B)
判断A是否覆盖 B ST_Cove rs(geometr y A, geometr y B)
判断A是否被B所覆盖ST_Cove redBy(geometr y A, geometr y B)
通过DE-9IM 矩阵判断两个几何对象的关系是否成立ST_Rela te(geometr y, geometr y,
interse ctionP attern Matrix)
获得两个几何对象的关系（DE-9IM矩阵）ST_Rela te(geometr y, geometr y)
几何对象处理函数：
获取几何对象的中心ST_Cent roid(geometr y)
面积量测ST_Area(geometr y)
长度量测ST_Leng th(geometr y)
返回曲面上的一个点ST_Poin tOnSur face(geometr y)
获取边界ST_Boun dary(geometr y)
获取缓冲后的几何对象ST_Buff er(geometr y, double, [integer])
获取多几何对象的外接对象S T_Conv exHull(geometr y)
获取两个几何对象相交的部分ST_Inte rsecti on(geometr y, geometr y)
将经度小于0的值加360使所有经度值在0-360间ST_Shif t_Long itude(geometr y)
获取两个几何对象不相交的部分（A、B可互换）ST_Sy mD iffere nce(geometr y A, geometr y B) 从A去除和B相交的部分后返回ST_Diff erence(geometr y A, geometr y B)
返回两个几何对象的合并结果ST_Unio n(geometr y, geometr y)
返回一系列几何对象的合并结果ST_Unio n(geometr y set)
用较少的内存和较长的时间完成合并操作，结果和ST_U nion相同ST_MemU nion(geometr y set)
几何对象存取函数：
获取几何对象的WKT描述S T_AsTe xt(geometr y)
获取几何对象的WKB描述S T_AsBi nary(geometr y)
获取几何对象的空间参考ID ST_SRID(geometr y)
获取几何对象的维数ST_Dime nsion(geometr y)
获取几何对象的边界范围ST_Enve lope(geometr y)
判断几何对象是否为空ST_IsEm pty(geometr y)
判断几何对象是否不包含特殊点（比如自相交）ST_IsSi mple(geometr y)
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