PostGIS 教程

1. 什么是 PostGIS

PostGIS 是 PostgreSQL 数据库的一个扩展，它允许在数据库中存储和操作 GIS（地理信息系统）空间数据。它为 PostgreSQL 添加了空间数据类型、索引和大量空间函数，可以进行地理分析、距离计算、空间查询等操作。 PostGIS

2. 准备工作：安装与启用扩展

在 PostgreSQL 数据库中启用 PostGIS，需要使用 SQL 命令创建扩展。示例：

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CREATE EXTENSION postgis;

启用后，数据库将支持空间数据类型如 geometry 和 geography。

3. 空间数据类型

坐标系统说明

• SRID 4326：WGS84 坐标系，通常用于 GPS 经纬度数据。
• GEOGRAPHY 类型：采用球面/椭球面计算真实地球表面距离（单位是米）.
• GEOMETRY 类型：采用平面坐标计算，通常用于投影坐标系，不适合直接计算地球表面距离。

3.1 geometry 类型

geometry 是用于表示平面（笛卡尔）空间几何对象的数据类型，支持点、线、多边形等多种几何类型。空间行为依赖于坐标参考系统（SRID）。

常见的几何类型包括：

• POINT：单个点
• LINESTRING：线段序列
• POLYGON：多边形
• MULTIPOINT、MULTILINESTRING、MULTIPOLYGON：复合几何类型

3.2 geography 类型

geography 是用于地理空间数据的类型，面向真实球面或椭球体，适合经纬度数据和真实地球距离的计算。使用此类型的距离和面积计算会基于地球模型返回现实世界的单位（如米）。

4. 空间参考系统（SRID）

空间数据的坐标依赖空间参考系统（SRID）。常见的 SRID 包括：

• 4326（WGS84）：基于全球 GPS 坐标，经度/纬度，常用于地理坐标。

使用 SRID 能确保空间对象在正确的参考系统下解释和计算。

5. 基本操作：创建空间数据

5.1 创建几何点

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SELECT ST_MakePoint(-121.97, 37.38);

这个函数会返回一个 geometry 类型的点对象。

5.2 设置 SRID

几何对象默认没有空间参考，必须设置 SRID：

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SELECT ST_SetSRID(ST_MakePoint(-121.97, 37.38), 4326);

这样这个点就有了 WGS84 坐标系统标识。

5.3 将 geometry 转换为 geography

对真实球体距离计算，常用地理类型：

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SELECT ST_SetSRID(ST_MakePoint(-121.97, 37.38), 4326)::geography;

6. 可视化与文本格式

空间对象可以转换为可读的文本格式（WKT）：

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SELECT ST_AsText(geom);

返回类似 POINT(-121.97 37.38) 的文本。

7. 提取几何属性

• ST_X(geom)：提取点的 X 坐标（经度）。
• ST_Y(geom)：提取点的 Y 坐标（纬度）。

例如：

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SELECT ST_X(geom), ST_Y(geom) FROM points;

8. 空间查询与分析

8.1 计算距离

对地理对象之间距离的计算（返回米）：

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SELECT ST_Distance(a::geography, b::geography);

这里将 geometry 强制转换为 geography 用于真实地球距离计算。

8.2 距离范围查询

查找在某点 R 米以内的对象：

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WHERE ST_DWithin(location::geography, center::geography, R);

ST_DWithin 在范围比较中常与索引结合使用提高性能。

9. 创建空间表

示例：创建包含 geography(Point) 类型的表

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CREATE TABLE airports (
  code VARCHAR(3),
  geog GEOGRAPHY(Point)
);

然后插入点数据：

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INSERT INTO airports VALUES ('LAX', 'POINT(-118.4079 33.9434)');

新插入数据的 geog 列类型为 地理点类型。

10. 索引优化

创建空间索引可以显著提高查询性能。常用的是 GiST 索引：

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CREATE INDEX idx_airports_geog ON airports USING GIST (geog);

索引对大规模空间数据的查询是关键。

11. 常见空间函数参考

PostGIS 包含大量函数用于计算几何/地理属性、空间关系和分析。以下仅列出常见的一部分来自官方函数清单：

• ST_Transform(geometry, srid)：将几何对象转换到指定的 SRID。
• ST_Distance(geomA, geomB)：计算两空间对象的最小距离。
• ST_DWithin(geomA, geomB, distance)：判断对象是否在指定距离内。

12. 推荐官方资源

强烈建议学习官方手册和教程，它们包括更详细的章节和练习：

• 官方手册（English）：https://postgis.net/docs/manual/
• 官方入门教程（Workshops / Introduction）：https://postgis.net/workshops/postgis-intro/

PostGIS 常用函数说明