元数据表

为了符合Simple Features for SQL（SFSQL）规范，PostGIS提供了两张表用于追踪和报告数据库中的几何图形（这两张表中的内容相当于元数据）：

  • 第一张表spatial_ref_sys —— 定义了数据库已知的所有空间参照系统。

  • 第二张表（实际上是视图-view）geometry_columns —— 提供了数据库中所有空间数据表的描述信息。

数据库中的geometry_columns表

SELECT * FROM geometry_columns;

  • f_table_catalog，f_table_schema，和f_table_name提供各个几何图形（geometry）的要素表（feature table）—— 即空间数据表 —— 的完全限定名称，分别是数据库名、模式名、空间数据表名。

  • f_geometry_column包含对应空间数据表中用于记录几何信息的属性列的列名。

  • coord_dimension定义几何图形的维度（2维、3维或4维）

  • srid会引用自spatial_ref_sys表的空间参考标识符

  • type列定义了几何图形的类型。比如"点（Point）"和"线串（Linestring）"等类型。

通过查询该表，GIS客户端和数据库可以确定检索数据时的预期内容，并可以执行任何必要的投影、处理、渲染而无需检查每个几何图形。

注意：如果nyc数据库的表没有指定26918的srid，通过更新表很容易修复：

SELECT UpdateGeometrySRID('nyc_neighborhoods','geom',26918);

表示真实世界的对象

Simple Features for SQL（SFSQL）规范是PostGIS开发的原始指导标准，它定义了如何表示真实世界的对象。

通过形成连续的图形并以固定的分辨率对其进行数字化，实现了对真实世界的合理表示。

SFSQL只规定了对真实世界对象的二维表示，然而，PostGIS已自行扩展了3维和4维的表示。

我们可以使用读取几何图形元数据的函数获取每个对象的基本信息：

  • ST_GeometryType(geometry) —— 返回几何图形的类型

  • ST_NDims(geometry) —— 返回几何图形的维数

  • ST_SRID(geometry) —— 返回几何图形的空间参考标识码

点（Points）

空间点（Point）表示地球上的单个位置。点由单个坐标表示（包括2维、3维或4维）。

当详细的细节（例如形状和大小）在目标空间尺度上不重要时，真实世界中的对象可以直接用点表示。例如，世界地图上的城市可以描述为点，而在一幅州地图中可以将城市表示为多边形。

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Point';

针对点的一些特定空间函数包括：

  • ST_X(geometry) —— 返回X坐标

  • ST_Y(geometry) —— 返回Y坐标

  • ST_Z(geometry) —— 返回Z坐标

  • ST_M(geometry) —— 返回M信息

所以，我们这样来读取一个点图形的坐标值：

SELECT ST_X(geom), ST_Y(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Point';

纽约市地铁站（nyc_subway_stations）表是一个以点表示的数据集。以下SQL查询将返回一个点图形数据（在ST_AsText列中）：

SELECT name, ST_AsText(geom)
FROM nyc_subway_stations
LIMIT 1;

线串（Linestring）

线串（Linestring）是表示两个或多个位置之间的路径，它的形式是由两个或多个点组成的有序序列。道路和河流通常表示为线串。

如果线串的起始点和结束点是同一个点，则称其是闭合的（closed），可以使用ST_IsClosed函数进行测试。

如果线串不与自身交叉或接触（如果线串是闭合的，则排除结束点），则称其是简单的（simple），可以使用ST_IsSimple函数进行测试。

线串既可以是闭合的，也可以是简单的。

一条真实的街道可能由许多线串组成，每条线串代表一段具有不同属性特征的道路。

以下SQL查询将返回一个线串图形的信息（在ST_AsText列中）

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Linestring';

用于处理线串的一些特定空间函数包括：

  • ST_Length(geometry) —— 返回线串的长度

  • ST_StartPoint(geometry) —— 将线串的第一个坐标作为点返回

  • ST_EndPoint(geometry） —— 将线串的最后一个坐标作为点返回

  • ST_NPoints(geometry) —— 返回线串的坐标数量

所以，我们的线串的长度为：

SELECT ST_Length(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Linestring';

多边形（Polygon）

多边形（Polygon）是区域的表示形式。多边形的外部边界由一个环（Ring）表示（外环），这个环是一个线串，如上面定义的，它既是闭合的，又是简单的。多边形中的孔（hole）也由环表示（内环）。

多边形用于表示重视大小和形状这两个特征的地理对象。城市边界、公园、建筑或水体都通常需要表示为多边形，当比例尺足够大时，可以观测它们的面积。道路和河流有时也可以表示为多边形。

以下SQL查询将返回两个多边形图形的信息（在ST_AsText列中）：

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name LIKE 'Polygon%';

关于多边形图形的一些特定空间函数包括：

  • ST_Area(geometry) —— 返回多边形的面积

  • ST_NRings(geometry) —— 返回多边形中环的数量（通常为1个，其他是孔）

  • ST_ExteriorRing(geometry) —— 以线串的形式返回多边形最外面的环

  • ST_InteriorRingN(geometry, n) —— 以线串形式返回指定的内部环

  • ST_Perimeter(geometry) —— 返回所有环的长度

我们可以使用空间函数计算多边形的面积：

SELECT name, ST_Area(geom)
FROM geometries
WHERE name LIKE 'Polygon%';

图形集合（Collection）

有四种图形集合（Collection）类型，它们将多个简单几何图形组合为图形集合：

  • MultiPoint —— 点集合

  • MultiLineString —— 线串集合

  • MultiPolygon —— 多边形集合

  • GeometryCollection —— 由任意几何图形（包括其他GeometryCollection）组成的异构集合

集合更多地出现在GIS软件中，而不是在通用图形软件中。

SELECT name, ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Collection';

用于处理图形集合的一些特定空间函数：

  • ST_NumGeometries(geometry) —— 返回集合中的组成部分的数量

  • ST_GeometryN(geometry, n) —— 返回集合中指定的组成部分

  • ST_Area(geometry) —— 返回集合中所有多边形组成部分的总面积

  • ST_Length(geometry) —— 返回所有线段组成部分的总长度

几何图形输入和输出

在数据库中，几何图形（Geometry）以仅供PostGIS使用的格式存储在磁盘上。为了让外部程序插入和检索有用的几何图形信息，需要将它们转换为其他应用程序可以理解和解析的格式。

幸运的是，PostGIS支持以多种格式进行几何图形的输入和输出。

①Well-known text（WKT）

  • ST_GeomFromText(text, srid) —— 返回geometry

  • ST_AsText(geometry) —— 返回text

  • ST_AsEWKT(geometry) —— 返回text

②Well-known binary（WKB）

  • ST_GeomFromWKB(bytea) —— 返回geometry

  • ST_AsBinary(geometry) —— 返回bytea

  • ST_AsEWKB(geometry) —— 返回bytea

③Geographic Mark-up Language（GML）

  • ST_GeomFromGML(text) —— 返回geometry

  • ST_ASGML(geometry) —— 返回text

④Keyhole Mark-up Language（KML）

  • ST_GeomFromKML(text) —— 返回geometry

  • ST_ASKML(geometry) —— 返回text

⑤GeoJson

  • ST_AsGeoJSON(geometry) —— 返回text

⑥Scalable Vector Graphics(SVG）

  • ST_AsSVG(geometry) —— 返回text

以上函数最常见的用法是将几何图形的文本（text）表示形式转换为内部表示形式：

除了具有几何图形表示形式的文本参数外，还可以指定一个提供几何图形SRID的数字参数。

以下SQL查询展示了一个WKB表示形式的示例（将二进制输出转换为ASCII格式以进行打印时，需要调用encode()）：

SELECT encode(
  ST_AsBinary(ST_GeometryFromText('LINESTRING(0 0,1 0)')),
  'hex');

由于WKT和WKB是在SFSQL规范中定义的，因此它们不能处理3维或4维的几何图形。对于这些情况，PostGIS定义了Extended Well Known Text（EWKT）和Extended Well Known Binary（EWKB）格式以用于处理3维或4维的几何图形。

它们提供了与WKT和WKB相同的格式化功能，并且是在增加了维度的情况下。

以下是WKT中三维（3D）线串示例：

SELECT ST_AsText(ST_GeometryFromText('LINESTRING(0 0 0,1 0 0,1 1 2)'));

从文本转换

到目前为止，我们看到的WKT字符串都是'text'类型，我们使用PostGIS的函数ST_GeomFromText()将它们转换为'gometry'类型。

PostgreSQL包含一个简短形式的语法，允许数据从一种类型转换到另一种类型，即类型转换语法：

olddata::newtype

例如，将double类型转换为文本字符串类型：

SELECT 0.9::text;

以下SQL语句将一个WKT字符串转换成一个几何图形（geometry）：

SELECT 'POINT(0 0)'::geometry;

关于使用类型转换语法创建几何图形，需要注意一点：除非指定SRID，否则将得到一个包含未知SRID的几何图形。

可以使用EWKT形式指定SRID，该形式可以在前面包含一个SRID：

SELECT 'SRID=4326;POINT(0 0)'::geometry;