PostgreSQL与PostGIS的基础入门

每一个成功人士的背后，必定曾经做出过勇敢而又孤独的决定。

放弃不难，但坚持很酷~

PostgreSQL版本：9.6.12 PostGIS版本：2.4.6

一、概述

1.1 PostgreSQL概述

PostgreSQL是一个功能强大的对象关系型数据库管理系统（ORDBMS）。用于安全地存储数据，支持最佳做法，并允许在处理请求时检索它们。

PostgreSQL的特点如下：

• PostgreSQL支持SQL的许多功能，例如复杂SQL查询、SQL子选择、外键、触发器、视图、事务、多进程并发控制、流式复制、热备等。
• 支持更多的数据类型，除了支持SQL基本的数据类型以外，还支持uuid，monetary， enumerated，geometric，binary，network address，bit string，text search，xml，json，array，composite和range数据类型，以及一些内部对象标识和日志位置类型。
• 可以安装多个扩展以向PostgreSQL添加附加功能，比如支持PostGIS扩展。
• 继承表，分区表就是依赖于继承实现的。
• 搜索索引：全文搜索索引足以应对简单场景；丰富的索引类型，支持函数索引，条件索引。
• 支持OLAP：citus分布式插件，ANSI SQL兼容，窗口函数，CTE，CUBE等高级分析功能，任意语言写UDF。

1.2 PostGIS概述

PostGIS作为新一代空间数据存储标准模型，将空间地理信息数据结构规范为关系型数据库可以承载的sp模式（simple features），这样，使得之前门槛颇高的gis空间数据存储模式变得通俗易懂、简单明了。

最重要的只要接触过SQL语言，就可以利用PostGIS的SQL语法便捷的操纵装载着空间信息的数据框（数据表），这些二维表除了被设定了一个特殊的空间地理信息字段（带有空间投影信息、经纬度信息等）之外，与主流数据管理系统所定义的各种字段并无两样。

PostGIS安装不仅依赖于PostgreSQL，还依赖于很多插件：

• GEOS几何对象库
• GDAL栅格功能
• LibXML2
• LIBJSON

PostGIS的特点如下：

• PostGIS支持所有的空间数据类型，这些类型包括：点（POINT）、线（LINESTRING）、面（POLYGON）、多点 （MULTIPOINT）、多线（MULTILINESTRING）、多面（MULTIPOLYGON）和几何集合 （GEOMETRYCOLLECTION）等。PostGIS支持所有的对象表达方法，比如WKT和WKB。
• PostGIS支持所有的数据存取和构造方法，如GeomFromText()、AsBinary()，以及GeometryN()等。
• PostGIS提供简单的空间分析函数（如Area和Length）同时也提供其他一些具有复杂分析功能的函数，比如Distance。
• PostGIS提供了对于元数据的支持，如GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REF_SYS。同时，PostGIS也提供了相应的支持函数，如AddGeometryColumn和DropGeometryColumn。
• PostGIS提供了一系列的二元谓词（如Contains、Within、Overlaps和Touches）用于检测空间对象之间的空间关系，同时返回布尔值来表征对象之间符合这个关系。
• PostGIS提供了空间操作符（如Union和Difference）用于空间数据操作。
• 数据库坐标变换
• 球体长度运算
• 三维的几何类型
• 空间聚集函数
• 栅格数据类型

二、安装

如何安装PostgreSQL + PostGIS请参考：《如何安装PostgreSQL + PostGIS请点击》。

PostgreSQL与PostGIS版本的依赖关系可点击：http://trac.osgeo.org/postgis/wiki/UsersWikiPostgreSQLPostGIS

三、基本使用

3.1 PostgreSQL

3.1.1 psql登陆

# 切换用户
su postgres
# 执行psql命令
psql

默认连接postgres数据库，会出现“postgres=#”的字符串，执行效果如下图所示：

3.1.2 创建数据库

创建testdb数据库：

CREATE DATABASE testdb;

3.1.3 复制数据库

创建demo数据库，内容与testdb数据库一致：

CREATE DATABASE demo TEMPLATE=testdb;

3.1.4 删除数据库

删除demo数据库：

drop database demo;

3.1.5 查看数据库列表

执行\l来查看数据库列表：

\l

执行效果如下图所示：

3.1.6 连接数据库

连接数据库有两种方式：

• psql模式内连接

假如连接testdb数据库，执行以下代码：

postgres=# \c testdb

执行效果如下图所示：

• psql模式外连接

postgres=# \q   # 退出psql模式
bash-4.2$ psql -d testdb

执行效果如下图所示：

3.1.7 创建表

创建一个表，用来存储城市的最高及最低温度。代码如下所示：

CREATE TABLE location_city (
    name            varchar(80),
    location        point
);

3.1.8 列出数据表

在testdb数据库下，执行\d命令列出数据表：

\d

执行效果如下：

3.1.9 查看表结构

使用\d [tableName]命令来查看表结构，比如查看location_city表：

\d location_city;

执行效果如下图所示：

3.1.10 批量插入数据

批量插入数据有两种常用的方式：

• 多values方式

INSERT INTO location_city VALUES ('San Francisco', '(-194.0, 53.0)'), ('New York', '(-184.0, 43.0)'), ('北京', '(-94.0, 133.0)'), ('Los Angeles', '(-297.0, 63.0)'), ('Chicago', '(-94.0, 283.0)');

• copy方式

首先，在/tmp创建一个文件location_city.csv，插入如下数据，其中第一行的内容为空：

"Denver","(123,34)"
"Fort Worth","(-23,21)"
"上海","(45,66)"

执行如下代码：

COPY location_city FROM '/tmp/location_city.csv' delimiter ',' csv header;

执行结果如下图所示：

copy扩展

copy location_city to '/tmp/location_city_out.csv' delimiter ',' csv header encoding 'GBK';

打开该文件后效果：

• 通过window的excel查看，正常。
• 用linux的vim命令查看，中文乱码。解决方案：

解决linux下查看文件乱码问题：

vim ~/.vimrc
set encoding=utf-8 fileencodings=ucs-bom,utf-8,cp936

查看文件编码：

# 在Vim中可以直接查看文件编码
:set fileencoding

3.1.11 查询数据

查询location_city表中name与position字段的所有数据：

SELECT * FROM location_city;

3.1.12 更新数据

使用UPDATE … SET …命令来更新location_city表的数据：

UPDATE location_city SET location = '(52,53)' WHERE name = 'Fort Worth';

3.1.13 删除数据

• 删除指定数据，比如删除name为“San Francisco”的数据：

DELETE FROM location_city WHERE name = 'San Francisco';

• 清空cities表数据：

DELETE FROM location_city;
# 或者
TRUNCATE location_city;

3.2 PostGIS

PostgreSQL数据库安装PostGIS扩展，数据库将可以进行空间数据管理、数量测量与几何拓扑分析。

3.2.1 在testdb数据库下安装PostGIS扩展

安装PostGIS扩展：

CREATE EXTENSION postgis;

验证PostGIS扩展是否安装成功：

SELECT postgis_full_version();

执行效果如下图所示：

还可以安装其它的一些扩展：

-- Enable Topology
CREATE EXTENSION postgis_topology;
-- Enable PostGIS Advanced 3D-- and other geoprocessing algorithms
-- sfcgal not available with all distributions
CREATE EXTENSION postgis_sfcgal;
-- fuzzy matching needed for Tiger
CREATE EXTENSION fuzzystrmatch;
-- rule based standardizer
CREATE EXTENSION address_standardizer;
-- example rule data set
CREATE EXTENSION address_standardizer_data_us;
-- Enable US Tiger Geocoder
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder;

可使用\dx命令查看已安装的扩展。

3.2.2 创建空间数据表

• 先建立一个常规的表存储

CREATE TABLE cities(id smallint,name varchar(50));

• 添加一个空间列，用于存储城市的位置。 习惯上这个列叫做 “the_geom”。它记录了数据的类型（点、线、面）、有几维（这里是二维）以及空间坐标系统。这里使用 EPSG:4326 坐标系统： SELECT AddGeometryColumn ('cities', 'the_geom', 4326, 'POINT', 2);

3.2.3 插入数据到空间表

批量插入三条数据：

INSERT INTO cities(id, the_geom, name) VALUES (1,ST_GeomFromText('POINT(-0.1257 51.508)',4326),'London, England'), (2,ST_GeomFromText('POINT(-81.233 42.983)',4326),'London, Ontario'), (3,ST_GeomFromText('POINT(27.91162491 -33.01529)',4326),'East London,SA');

3.2.4 简单查询

标准的PostgreSQL语句都可以用于PostGIS，这里我们查询cities表数据：

SELECT * FROM cities;

执行效果如下图所示：

这里的坐标是无法阅读的 16 进制格式。要以WKT文本显示，使用ST_AsText(the_geom)或ST_AsEwkt(the_geom)函数。也可以使用ST_X(the_geom)和ST_Y(the_geom)显示一个维度的坐标：

SELECT id, ST_AsText(the_geom), ST_AsEwkt(the_geom), ST_X(the_geom), ST_Y(the_geom) FROM cities;

执行效果如下图所示：

3.2.5 空间查询

以米为单位并假设地球是完美椭球，上面三个城市相互的距离是多少？

执行以下代码计算距离：

SELECT p1.name,p2.name,ST_Distance_Sphere(p1.the_geom,p2.the_geom) FROM cities AS p1, cities AS p2 WHERE p1.id > p2.id;

执行效果如下图所示：

四、总结

本文首先说明了PostgreSQL与PostGIS的基本概念，又罗列了两者的yum安装教程及版本兼容关系，最后讲解了一下PostgreSQL的简单使用及PostGIS的空间查询的简单示例。

关于PostgreSQL的一些官方学习资料如下，请参考：

• https://www.postgresql.org/files/documentation/pdf/9.6/postgresql-9.6-A4.pdf
• https://wiki.postgresql.org/wiki/9.1%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E7%AB%A0
• https://wiki.postgresql.org/wiki/Main_Page
• 易百教程：https://www.yiibai.com/postgresql/postgresql-datatypes.html
• 中文手册：http://www.postgres.cn/docs/9.6/index.html
• Postgres中文社区：http://www.postgres.cn/v2/home

关于PostGIS的官方学习资料如下，请参考：

• 英文官方资料：http://www.postgis.net/stuff/postgis-2.4.pdf
• 中文社区资料：http://www.postgres.cn/docs/PostGis-2.2.0dev_Manual.pdf