空间数据库是一种具有列数据类型的数据库，专门用于存储空间对象——这些数据类型可被添加到数据库表中。存储的信息通常是地理性质的，如点的位置或湖泊的边界。空间数据库还提供用于查询和操作空间数据的函数和索引，可从结构化查询语言（SQL）等查询语言调用这些函数和索引，空间数据库通常只用作空间数据的存储容器，但它能做的远不止这些。虽然空间数据库本质上不必是关系数据库，但其中的大多数都是关系数据库，它集存储工具、分析工具和组织工具于一体。

初步了解PostGIS

PostGIS是一个免费的开源数据库，在空间方面它支持免费开源的PostgreSQL对象-关系数据库管理系统。

为什么选择PostGIS

PosrGIS通过一下支持项目得到增强。

  • Proj：提供坐标转换功能，现已进入第七代。

  • 几何开源引擎：高级几何处理功能。

  • 地理空间数据抽象库：提供高级栅格处理功能。

  • 计算几何算法库：提供高级3D分析功能。

PostGIS的基础是PostgreSQL对象-关系数据库管理系统，它提供事务支持、空间对象的Gist索引支持和现成的查询管理程序。

强大的PostGIS

PostGIS为PostgreSQL提供了许多空间运算符、空间函数、空间数据类型和空间索引增强功能。

特征：

  • 与GeoJSON、Keyhole标记语言（Keyhole Markup Language，KML）和Mapbox矢量切片（Mapbox Vector Tiles，MVT）搭配使用的函数，允许Web应用程序直接与PostGIS对话，而不需要额外的序列化方案或转换。

  • 远远超出基本几何图形处理的综合几何图形处理函数，包括修复无效几何图形以及简化和解构几何图形的函数。

  • 内置的3D和拓扑支持

  • 三百多个无缝操作，用于支持矢量和栅格协同工作，以及两个体系之间的转换。

  • GeoJSON是JSON的扩展，用于表示JavaScript对象，添加了对地理对象的JSO标准支持。

  • KML是Keyhole开发的一种XML格式，最初用于谷歌的地图产品，后来得到了各种地图API的支持。

  • Mapbox矢量切片（MVT）是Mapbox推广的一种二进制矢量格式，它以二进制矢量数据切片的形式显示数据，支持矢量数据的客户端样式，通常比标准栅格切片更轻便，而且可用于缩放比例。

建立在PostgreSQL之上

PostGIS之所以被建立在PostSQL平台上，主要原因是PostgreSQL为构建新的类型和运算符及控制索引运算符提供了扩展上的便利。

数据类型

PostGIS提供四种关键的空间类型：几何（geometry）、地理（geography）、栅格（raster）和拓扑（topology）。

  • 几何——平面类型。他是第一个模型，并且仍是PostGIS支持的最流行的类型，是其它类型的基础。使用笛卡尔数学。

  • 地理——球面打的测量类型。线和多边形画在地球的曲面上，所以他们是弯曲的，而不是直线的。PostGIS2.2引入了对任意打大地测量空间参考系统的支持，这意味着你可以将geography用于其他星球。

  • 栅格——多波段单元类型。栅格将世界建模为矩形单元网格，每个矩形单元网格包含一个数值矩阵。

  • 拓扑——关系模型类型。拓扑将世界建模为由连接的点、边和面组成的网络。对象由这些元素组成。并可以与其它对象共享这些元素。拓扑中有两个相关概念：定义了每个事物由哪些元素组成的网络和路由。

网络拓扑确保当你更改一个对象的边缘时，共享该边缘的其他对象也会相应的更改。路由通常通过一个长期支持的名为pgRouting的附件组件与PostGIS搭配使用，它不仅关心连通性，还关心连通性的成本。

这四种类型可以共存于同一个数据库中，甚至可以作为同一个表中的单独列。

几何类型

在二维空间中，可以用三个构建模块表示所有的地理实体：点、线和多边形。

几何类型将世界视为一个平坦的笛卡尔网格。

地理类型

对于相距较远的两个地点时，几何类型不再适用，计算记录可以通过添加正弦余弦计算，但是面积很难处理。

更好的解决方案是使用一组基于大地坐标的数据类型——地理，它为PostGIS用户屏蔽了数学的复杂性。不过地理提供的函数更少，并且在速度上落后于集合类型。地理中有相同的点、线和多边形数据类型，这些线和多边形符合地球的曲线。

栅格类型

几何和地理是矢量式数据类型。一般来说，任何能用（含墨水）超细笔描绘的东西都适合使用矢量表示法。矢量非常适用于建模设计或构造特征。栅格数据就像是马赛克。

栅格中的每种颜色称为波段。像素代表地理空间中的某个区域。

栅格数据通常来自辅助数据集，且经常充当生成矢量数据的原料。因此，与矢量数据相比，栅格数据源更多。PostGIS允许将矢量数据叠加到栅格数据上，反之亦然。

拓扑类型

拓扑模型以拼图视角呈现世界的。拓扑识别到地理特征的内在互联特性，并利用它来帮助你更好地管理数据。

拓扑与地理特征的确切形状和地点无关，但与地理特征的内在特性有关。