PostGIS

PostGIS中的几何类型

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：

几何要素	WKT格式
点	POINT(0 0)
线	LINESTRING(0 0,1 1,1 2)
面	POLYGON((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1))
多点	MULTIPOINT(0 0,1 2)
多线	MULTILINESTRING((0 0,1 1,1 2),(2 3,3 2,5 4))
多面	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)))
几何集合	GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 3),LINESTRING((2 3,3 4)))

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');

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：

几何类型	格式
3D点	POINT(0 0 0)
内嵌空间参考的点	SRID=32632;POINT(0 0)
带M值的点	POINTM(0 0 0)
带M值的3D点	POINT(0 0 0 0)
内嵌空间参考的带M值的多点	SRID=4326;MULTIPOINTM(0 0 0,1 2 1)

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。

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：

几何类型	格式
插值圆弧	CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0)
插值复合曲线	COMPOUNDCURVE(CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0),(1 0, 0 1))
曲线多边形	CURVEPOLYGON(CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 3 3, 3 1, 1 1))
多曲线	MULTICURVE((0 0, 5 5),CIRCULARSTRING(4 0, 4 4, 8 4))
多曲面	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)))

PostGIS中空间信息处理的实现

spatial_ref_sys表

在基于PostGIS模板创建的数据库的public模式下，有一个spatial_ref_sys表，它存放的是OGC规范的空间参考。

srid存放的就是空间参考的Well-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，proj4text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）。

geometry_columns表

geometry_columns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geometry_columns表中就可以找到这两个空间表中几何字段的定义

其中f_table_schema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_geometry_column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。

在PostGIS中创建一个空间表

在PostGIS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test模式下创建一个名为cities的一般表：

create table test.cities (id int4, name varchar(20))

再给cities添加一个名为shape的几何字段（二维点）：

select AddGeometryColumn('test', 'cities', 'shape', 4326, 'POINT', 2)

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IsValid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。

select IsValid('LINESTRING(0 0, 1 1)'), IsValid('LINESTRING(0 0,0 0)')

默认PostGIS并不会使用IsValid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 CONSTRAINT geometry_valid
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：

INSERT INTO test.cities ( shape, name )
VALUES ( GeomFromText('LINESTRING(0 0,0 0)', 4326), '北京');

ERROR: new row for relation “cities” violates check constraint “geometry_valid”
SQL 状态: 23514

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GiST（Generalized Search Tree），在PostgreSQL中的GiST比R-Tree的健壮性更好，因此PostGIS对空间数据的索引一般采用GiST实现。

以下的语句给sde模式中的cities表添加了一个空间索引shape_index_cities，在pgAdmin中也可以通过图形界面完成相同的功能。

CREATE INDEX shape_index_cities
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。

PostGIS中的常用函数

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xyyy的形式访问，在PostGIS的函数库中我们可以看到这两种函数定义完全一样。

OGC标准函数

管理函数：

函数	说明
AddGeometryColumn(, , , , , )	添加几何字段
DropGeometryColumn(, , )	删除几何字段
Probe_Geometry_Columns()	检查数据库几何字段并在geometry_columns中归档
ST_SetSRID(geometry, integer)	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）

几何对象关系函数：

函数	说明
ST_Distance(geometry, geometry)	获取两个几何对象间的距离
ST_DWithin(geometry, geometry, float)	如果两个几何对象间距离在给定值范围内，则返回TRUE
ST_Equals(geometry, geometry)	判断两个几何对象是否相等（比如LINESTRING(0 0, 2 2)和LINESTRING(0 0, 1 1, 2 2)是相同的几何对象）
ST_Disjoint(geometry, geometry)	判断两个几何对象是否分离
ST_Intersects(geometry, geometry)	判断两个几何对象是否相交
ST_Touches(geometry, geometry)	判断两个几何对象的边缘是否接触
ST_Crosses(geometry, geometry)	判断两个几何对象是否互相穿过
ST_Within(geometry A, geometry B)	判断A是否被B包含
ST_Overlaps(geometry, geometry)	判断两个几何对象是否是重叠
ST_Contains(geometry A, geometry B)	判断A是否包含B
ST_Covers(geometry A, geometry B)	判断A是否覆盖 B
ST_CoveredBy(geometry A, geometry B)	判断A是否被B所覆盖
ST_Relate(geometry, geometry, intersectionPatternMatrix)	通过DE-9IM 矩阵判断两个几何对象的关系是否成立
ST_Relate(geometry, geometry)	获得两个几何对象的关系（DE-9IM矩阵）

几何对象处理函数：

函数	说明
ST_Centroid(geometry)	获取几何对象的中心
ST_Area(geometry)	面积量测
ST_Length(geometry)	长度量测
ST_PointOnSurface(geometry)	返回曲面上的一个点
ST_Boundary(geometry)	获取边界
ST_Buffer(geometry, double, [integer])	获取缓冲后的几何对象
ST_ConvexHull(geometry)	获取多几何对象的外接对象
ST_Intersection(geometry, geometry)	获取两个几何对象相交的部分
ST_Shift_Longitude(geometry)	将经度小于0的值加360使所有经度值在0-360间
ST_SymDifference(geometry A, geometry B)	获取两个几何对象不相交的部分（A、B可互换）
ST_Difference(geometry A, geometry B)	从A去除和B相交的部分后返回
ST_Union(geometry, geometry)	返回两个几何对象的合并结果
ST_Union(geometry set)	返回一系列几何对象的合并结果
ST_MemUnion(geometry set)	用较少的内存和较长的时间完成合并操作，结果和ST_Union

几何对象存取函数：

函数	说明
ST_AsText(geometry)	获取几何对象的WKT描述
ST_AsBinary(geometry)	获取几何对象的WKB描述
ST_SRID(geometry)	获取几何对象的空间参考ID
ST_Dimension(geometry)获取几何对象的维数
ST_Envelope(geometry)	获取几何对象的边界范围
ST_IsEmpty(geometry)	判断几何对象是否为空
ST_IsSimple(geometry)	判断几何对象是否不包含特殊点（比如自相交）
ST_IsClosed(geometry)	判断几何对象是否闭合
ST_IsRing(geometry)	判断曲线是否闭合并且不包含特殊点
ST_NumGeometries(geometry)	获取多几何对象中的对象个数
ST_GeometryN(geometry,int)	获取多几何对象中第N个对象
ST_NumPoints(geometry)	获取几何对象中的点个数
ST_PointN(geometry,integer)	获取几何对象的第N个点
ST_ExteriorRing(geometry)	获取多边形的外边缘
ST_NumInteriorRings(geometry)	获取多边形内边界个数
ST_NumInteriorRing(geometry)	(同上)
ST_InteriorRingN(geometry,integer)	获取多边形的第N个内边界
ST_EndPoint(geometry)	获取线的终点
ST_StartPoint(geometry)	获取线的起始点
ST_GeometryType(geometry)	获取几何对象的类型
ST_GeometryType(geometry)	类似上，但是不检查M值，即POINTM对象会被判断为point
ST_X(geometry)	获取点的X坐标
ST_Y(geometry)	获取点的Y坐标
ST_Z(geometry)	获取点的Z坐标
ST_M(geometry)	获取点的M值

几何对象构造函数：

参考语义：
Text：WKT
WKB：WKB
Geom:Geometry
M:Multi
Bd:BuildArea
Coll:Collection ST_GeomFromText(text,[])

PostGIS扩展函数

管理函数：

删除一个空间表（包括geometry_columns中的记录） DropGeometryTable([], )
更新空间表的空间参考 UpdateGeometrySRID([], , , )
更新空间表的统计信息 update_geometry_stats([, ])

参考语义：
Geos：GEOS库
Jts：JTS库
Proj：PROJ4库 postgis_version()

几何操作符：

函数	说明
A范围=B范围	A = B
A范围覆盖B范围或A范围在B范围左侧	A &<> B
A范围在B范围左侧	A <<>> B
A范围覆盖B范围或A范围在B范围下方	A &<|B
A范围覆盖B范围或A范围在B范围上方	A |&> B
A范围在B范围下方	A <<| B
A范围在B范围上方	A |>> B
A=B	A ~= B
A范围被B范围包含	A @ B
A范围包含B范围	A ~ B
A范围覆盖B范围	A && B

几何量测函数：

函数	说明
ST_Area(geometry)	量测面积
ST_distance_sphere(point, point)	根据经纬度点计算在地球曲面上的距离，单位米，地球半径取值6370986米
ST_distance_spheroid(point, point, spheroid)	类似上，使用指定的地球椭球参数
ST_length2d(geometry)	量测2D对象长度
ST_length3d(geometry)	量测3D对象长度
ST_length_spheroid(geometry,spheroid)	根据经纬度对象计算在地球曲面上的长度
ST_distance(geometry, geometry)	量测两个对象间距离
ST_max_distance(linestring,linestring)	量测两条线之间的最大距离
ST_perimeter2d(geometry)	量测2D对象的周长
ST_perimeter3d(geometry)	量测3D对象的周长
ST_azimuth(geometry, geometry)	量测两点构成的方位角，单位弧度

几何对象输出：

函数	说明
ST_AsBinary(geometry,{‘NDR’|’XDR’})	Binary
ST_AsEWKT(geometry)	EWKT
ST_AsEWKB(geometry, {‘NDR’|’XDR’})	EWKB
ST_AsHEXEWKB(geometry, {‘NDR’|’XDR’})	Canonical
ST_AsSVG(geometry, [rel], [precision])	SVG
ST_AsGML([version], geometry, [precision])	GML
ST_AsKML([version], geometry, [precision])	KML
ST_AsGeoJson([version], geometry, [precision], [options])	GeoJson

几何对象创建：

ST_GeomFromEWKB(bytea)；ST_MakePoint(, , [], [])；ST_MakePointM(, , )；ST_MakeBox2D(, )；ST_MakeBox3D(, )；ST_MakeLine(geometry set)；ST_MakeLine(geometry, geometry)
ST_LineFromMultiPoint(multipoint)；ST_MakePolygon(linestring, [linestring[]])；ST_BuildArea(geometry)；ST_Polygonize(geometry set)；ST_Collect(geometry set)；ST_Collect(geometry, geometry)
ST_Dump(geometry)；ST_DumpRings(geometry)

几何对象编辑：

线性参考：

根据location（0-1）获得该位置的点 ST_line_interpolate_point(linestring, location)

获取一段线 ST_line_substring(linestring, start, end)

根据点获取location（0-1） ST_line_locate_point(LineString, Point)

根据量测值获得几何对象 ST_locate_along_measure(geometry, float8)

根据量测值区间获得几何对象集合 ST_locate_between_measures(geometry, float8, float8)

杂项功能函数：

长事务支持：