POSTGIS教程

一 什么是PostgreSQL和PostGIS
1.1 什么是PostgreSQL
说起数据库，大家耳熟能详的商业数据库产品当推Oracle、微软的SqlServer和IBM的
DB2等，而开源数据库中则有两大产品MySQL和PostgreSQL。
PostgreSQL 是一种对象-关系型数据库管理系统（ORDBMS），也是目前功能最强大、
特性最丰富和最复杂的自由软件数据库系统。它起源于伯克利（BSD）的数据库研究计划，
目前是最重要的开源数据库产品开发项目之一， 有着非常广泛的用户。
PostgreSQL 可以说是最富特色的自由数据库管理系统，也有人认为可以是最强大的自由
软件数据库管理系统。PostgreSQL 是唯一支持事务、子查询、多版本并行控制系统、数据完
整性检查等特性的唯一的一种自由软件的数据库管理系统。能在多平台下---包括Linux、
FreeBSD和Windows等---运行，并且支持多语言的开发。
在两大开源数据库产品的对比中，一般认为MySQL速度更快，所以得到更为广泛的使
用；而PostgreSQL性能更为先进，PostgreSQL 提供很多 MySQL 目前所不支持的特性，比
如触发器、视图、存储过程等等，在记录数超千万之后性能表现尤其出色。
当前的最新版本是PostgreSQL 8.2.3，官方网站是：
www.postgresql.org
1.2 什么是PostGIS
PostGIS在对象关系型数据库PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力，相当于
Oracle的spatial部分。PostGIS最大的特点是符合并且实现了OpenGIS的一些规范，是最著
名的开源GIS数据库。
当前的最新版本是PostGIS 1.2.1，官方网站是：
www.postgis.org
二 PostgreSQL和PostGIS的安装
2.1 在windows下安装。
新版本的PostgreSQL在其安装程序中集成了PostGIS，只需要在安装过程中选中
PostGIS和pgsql项就可以了。
2.2 在Debian下安装PostGIS
# apt-get install postgresql-8.1 postgresql-8.1-postgis
当前Etch中的版本：PostgreSQL是8.1.7，而PostGIS是1.1.6，虽然不是最新的版本，
但已经足够了。
还需要做的工作是：
1) 创建一个专门用于PostGIS的数据库并为专用数据库导入PostGIS支持：
# su – postgres
$ cd /usr/share/postgresql-8.1-postgis
$ createdb wen1
$ createlang plpgsql wen1
$ psql -d wen1 -f lwpostgis.sql
$ psql -d wen1 -f spatial_ref_sys.sql
2) 创建一个专门的用户，并把相应的数据库和数据表的属主设置为该用户：
# su – postgres
$ psql
$ create user wen1 password ‘123456’;
$ alter database wen1 owner to wen1;
$ alter table spatial_ref_sys owner to wen1;
$ alter table geometry_columns owner to wen1 ;
3) 修改PostgreSQL配置文件以便可以远程使用。
修改PostgreSQL的配置文件/etc/postgresql/8.1/main/Postgresql.conf，将其中的一句：
listen_address=’localhost’
前面的注释去掉，并把’localhost’该为’*’。
修改Postgresql的配置文件/etc/postgresql/8.1/main/pg_hba.conf，在文件后面加一句：
host all all 192.168.0.0/24 password
这句的意思是：同网络中192.168.0.*的机器可以以密码的形式使用所有的数据库。更具
体的参数意义直接看该配置文件中的注释就可以了。
这里一定要配置正确，否则无法在远程连接PostgreSQL数据库。
2.3 源码安装PostgreSQL和PostGIS
参阅以前写的老文章。
三 PostGIS的使用
要使用PostGIS，需要两方面的预备知识，一是要熟悉基本的SQL语法；二是熟悉
PostgreSQL数据库的基本使用。
(一) 快速入门
我们使用前面创建的数据库wen2，用户为wen1，现在创建一个包含三个点的数据库
test1：
首先在Etch下以wen1登陆，然后打开wen2数据库：
$ psql -d wen2 ;
再在PostgreSQL的控制台下输入以下命令：
wen2=> create table test1 (myID int4, pt geometry, myName varchar );
wen2=> insert into test1 values (1, 'POINT(0 0)', 'beijing' );
wen2=> insert into test1 values (2, 'POINT(31.5 60.87)', 'shanghai' );
wen2=> insert into test1 values (3, 'POINT(10.77 85.902)', 'tianjin' );
这样我们利用PostGIS创建了一个包含三个点的GIS数据表。
为了能在QGIS中打开这一图层，我们还需要为数据表创建一个主键：
wen2=>alter table test1 add primary key (myID);
可以看到PostGIS的使用其实就相当于使用一个经过扩展的SQL语法，上述语句熟悉
SQL语法的人一看都很熟悉，都是普通的SQL语句，不同的只不过是增加了PostGIS特殊的
geometry数据类型。
你可以再试试这些SQL语句：
select * from test1;
select myID,AsText(pt) from test1;
select Distance(pt, 'POINT(0 0)') from test1;
(二) PostGIS的Geometry数据类型
Geometry可以说是PostGIS最重要的一个概念，是“几何体”的意思，由于PostGIS很
好地遵守OGC的”Simple Feature for Specification for SQL”规范，目前支持的几何体类型包
含其实例有：
POINT(1 1)
MULTIPOINT(1 1, 3 4, -1 3)
LINESTRING(1 1, 2 2, 3 4)
POLYGON((0 0, 0 1, 1 1, 1 0, 0 0))
MULTIPOLYGON((0 0, 0 1, 1 1, 1 0, 0 0), (5 5, 5 6, 6 6, 6 5, 5 5))
MULTILINESTRING((1 1, 2 2, 3 4),(2 2, 3 3, 4 5))
而geometry具体表现又有两种形式，一种叫做WKT(Well Known Text)形式，如上面的
例子。或者使用如下SQL语句浏览：
select AsText(pt) from test1;
另一种叫做“Canonical Form”形式，看上去是一串古怪的数字，其实是一种增强的十六
进制编码，使用如下SQL语句就可以浏览了：
select pt from test1;
(三) 读写PostGIS数据
建设好PostGIS数据库之后，我们现在需要进行读写GIS数据了，包括把GIS写入到
PostGIS数据库中以及在应用程序中使用PostGIS数据库的数据。读写PostGIS目前主要有以
下四种方式：
3.1 使用psql语言
Psql语言是PostgreSQL内嵌的一个命令行工具，其语法基本上和标准的SQL语法是一
致的，可以使用Psql工具，结合标准SQL语法和一些PostGIS的扩展对PostGIS数据库进行
读写操作。
具体例子如上面“快速入门”中的例子。
这种方式功能强大，但全部需要手工操作，烦琐且繁重。
3.2 使用一些小工具
有两个很有用的小的转换工具，一是shp2pg；一是ogr2ogr
3.2.1 shp2pgsql和pgsql2shp
shp2pgsql和pgsql2shp是PostGIS自身携带的一对在Shape文件和PostGIS数据库之间进
行转换的工具，在Debian中安装好PostGIS之后，这两个程序已经位于可执行文件的搜索路
径上，因此可以在系统中任何位置使用。
假如当前目录下有完整的china.shp文件(应该有三个同名不同扩展名的文件)，需要把其
中数据输入到上述的wen2数据库中的数据表china_postgis中，具体操作为(操作用户为
wen1)：
$ shp2pgsql china china_postgis > tmp.sql
$ psql -d wen2 -f roads.sql
这个工具很好用，缺点在于使用范围有限，只针对Shape文件格式。
3.2.2 ogr2ogr
PostGIS本身的shp2pg工具只把shape文件转换到PostGIS 数据库中，那如何把其他的
GIS数据加入呢？比如说MapInfo的mid格式，ESRI的e00格式呢？这就要使用ogr这个工
具了。
Ogr目前是gdal的一个组成部分，那什么是gdal呢？其官方主页( http://www.gdal.org)上
如此介绍：
GDAL is a translator library for raster geospatial data formats that is released under an X/MIT
style Open Source license by the Open Source Geospatial Foundation. As a library, it presents a
single abstract data model to the calling application for all supported formats. It also comes with a
variety of useful commandline utilties for data translation and processing.
简单地说，Gdal是一个各种Gis数据格式的转换软件库，ogr则是转换矢量GIS数据的
软件库。
目前ogr能够支持的数据格式包括：
Arc/Info Binary Coverage、DWG、ESRI Personal GeoDatabase、ArcSDE、ESRI
Shapefile、GML、GRASS、Mapinfo File、Microstation DGN、ODBC、Oracle Spatial和
PostgreSQL等。应该说，这就基本包括了我们平常用到的所有矢量型GIS文件格式了。
Gdal支持的栅格数据格式参阅http: //www.gdal.org/formats_list.html
下面我们从源码编译安装gdal---因为我在Debian下使用apt方式安装的gdal并不支持
postgresql数据库，其实更为简便的方法也许是去gdal.org下载一个Fwtools的工具包，可以
直接运行不用繁琐的编译，既有Windows的，也有Linux下用的，只不过这个包有些大。
1) 下载最新的gdal-1.3.2
2) 解压
3) ./configure --prefix=/opt/gdal --with-pg=/opt/pg/bin/pg_config --without-ogdi
这里我习惯把软件安装在/opt目录下。
--with-pg参数很重要，使ogr可以支持PostGIS，后面的参数是我的PostGIS安装的地方。
我在这里编译很多次失败，经过仔细查找，发现问题出在ogdi上，所以暂时我只好使
它不支持ogdi。
4) make
5) make install
下面是使用过程，假设现在我要把一个rai.mid文件导入到数据库data1中：
$ ogr2ogr –f Postgresql PG:dbname=data1 rai.mid
注意，f参数后面跟的是导入的数据类型，最后那个文件才是要导出的文件。PG后面说
明的是数据库的名字，需要是已经创建好的数据库，而数据表则由程序自动创建。还要特别
注意权限问题，以上命令我是由postgres用户执行的。
还有一个要注意的是主键问题。一般情况下，你使用shp2pg或者 ogr2ogr向postgis中
增加了Gis数据后，在GIS客户端添加postgis图层的时候，常常会因为数据表没有定义主键
而出错，解决的办法是，在服务器上使用psql或者其他sql工具，使用命令：
alter table table_name add primary key (column_name);
另外我们发现ogr竟然是不支持最常见的GIS格式e00格式，好象是因为版权方面的原
因吧。解决的方法就是去sf.net查找相关工具。我在上面就找到一个e002pg工具，支持将
e00文件导入到postGIS数据库中。
3.3 在其他GIS软件中读写PostGIS数据
比如在QGIS中，能够打开PostGIS图层，还有SPIT插件可以把Shape文件输入到
PostGIS数据库中。
其他GIS软件如uDig，Grass等，甚至连ArcInfo都支持或部分支持读写PostGIS数据。
3.4 利用接口在应用程序中读写PostGIS数据
广大的开源GIS程序员几乎为每一种程序设计语言设计好了读写PostGIS的接口，如利
用PostgreSQL的JDBC库，可以使用Java语言在程序中读写PostGIS数据；利用libpq库，
可以使用C语言读写PostGIS数据。
(四) 使用PostGIS函数
4.1 PostGIS函数
要能熟练使用PostGIS，掌握PostGIS的所有函数是关键。通过掌握这些PostGIS函数，
我们能够高效、稳定地处理各种地理数据。由于PostGIS的函数设计时都遵守OpenGIS规范，
我们也可以把这些PostGIS叫做OpenGIS函数。
4.2 PostGIS函数的分类
PostGIS函数大致可以分为以下四类
1) 字段处理函数
这类函数当前一共有3个，分别是：
AddGeometryColumn(var1,var2,var3,var4,var5,var6)：为已有的数据表增加一个地理几何
数据字段。Var1代表数据表的模式(schema)的名字，一般是public，也可以省略，则使用当
前的缺省模式；var2是已有的数据表的名字；var3是新的地理数据字段的名字；var4是
SRID值，不确定的话就取-1吧；var5是地理数据的类型，可以是POINT等；var6是指该几
何数据是二维还是三维数据。
前面的SQL语句 create table test1 (myID int4, pt geometry, myName varchar )更规范的写
法为：
create table test1 (myID int4, myName varchar );
select AddGeometryColumn('test1','pt',-1,'GEOMETRY',2);
DropGeometryColumn函数显然是删除一个地理数据字段的；
SetSRID函数显然是设置SRID值的。
2) 几何关系函数
这类函数目前共有10个，分别是：
Distance Equals Disjoint Intersects Touches Crosses Within Overlaps Contains Relate
3) 几何分析函数
这类函数目前共有12个，分别是：Centroid Area Lenth PointOnSurface Boundary Buffer
ConvexHull Intersection SymDifference Difference GeomUnion MemGeomUnion
4) 读写函数
这类函数很多，主要是用于在各种数据类型之间的转换，尤其是在于Geometry数据类
型与其他如字符型等数据类型之间的转换，函数名如AsText、GeomFromText等，其作用是
显然的。
4.3 PostGIS函数使用示例。
假设在我们的wen2数据库中，有两张表，一张为guojia，是从“国家基础地理数据”
网站下载的国界数据表，数据类型为LINE；二为shengqu_polygon，也从同一个网站下载，
地理数据类型为多边形。
1) 查询我国边境线的长度：
wen1=> select sum(length(the_geom)) as lenth from guojie;
2) 查询我国面积最大的省区名字：
wen1=> select name area(the_geom) as myarea
from shengqu_polygon
order by myarea DESC
LIMIT 1;
(五) 使用PostGIS扩展函数
除了上述遵循OpenGIS的函数之外，PostGIS还自行扩展了一些当前OpenGIS规范之外
的函数，主要包括以下几类：
5.1 管理类函数
扩展的管理类函数主要包括一些软件版本查询函数，如
postgis_version()、postgis_geos_version()、postgis_proj_version()函数等，分别查询当前的
PostGIS的版本及其使用的Geos和Proj库的版本。
5.2 数据类型的输入输出函数
除了OpenGIS定义的地理数据类型之外，PostGIS还对数据类型进行了扩展，这种扩展
主要是两方面的扩展，一是把二维的数据向三维和四维扩展；二就是在WKT和WKB数据
类型基础上扩展出EWKT和EWKB数据类型。
PostGIS提供了在这些地理数据类型和常用数据类型如字符型、浮点型数据之间进行转
换的函数。
5.3 量算函数
如length3d函数是对length2d函数的扩展。
5.4 几何操作函数
如addBBox(geometry)函数给所给的几何体加上一个边框。
如simplify(geometry,tolerance)函数可以对折线和多边形利用Douglas-Peuker算法进行一
些节点进行删除，从而使表现的图形更简单而清晰，在网络传输数据时具有更高的效率。
5.5 操作符号
5.6 其他扩展函数
(六) 建立PostGIS索引
当数据库的记录增大的时候，如果没有建立索引的话，操作的效率就显著下降。
POstGIS建议当记录数超过几千的时候就应该建立索引，而GIS数据库一般都是海量数据，
所以对PostGIS而言，索引就非常重要。