一、介紹

在前面的章節中，我們已經往資料庫中載入了數據，現在讓我們來先看一些簡單的例子。

在pgAdmin中，再次選擇nyc資料庫並打開SQL查詢工具。將下面的SQL代碼粘貼到pgAdmin SQL Editor窗口中（刪除默認情況下可能存在的任何文本），然後執行。

CREATE TABLE geometries (name varchar, geom geometry);

INSERT INTO geometries VALUES
(Point, POINT(0 0)),
(Linestring, LINESTRING(0 0, 1 1, 2 1, 2 2)),
(Polygon, POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))),
(PolygonWithHole, POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0),(1 1, 1 2, 2 2, 2 1, 1 1))),
(Collection, GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 0),POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))));

SELECT name, ST_AsText(geom) FROM geometries;

上面的示例創建了一個表（geometries），然後向該表中插入5個幾何圖形數據（geometry）：

  • 一個點（POINT）
  • 一條線（LINESTRING）
  • 一個多邊形（POLYGON）
  • 一個內含空洞的多邊形（POLYGON with a hole）
  • 一個圖形集合（COLLECTION）

最後，查詢表中的數據並輸出。

二、元數據表

為了符合Simple Features for SQL（SFSQL）規範，PostGIS提供了兩張表用於追蹤和報告資料庫中的幾何圖形（這兩張表中的內容相當於元數據）：

  • 第一張表spatial_ref_sys —— 定義了資料庫已知的所有空間參照系統，稍後將對其進行更詳細的說明。
  • 第二張表（實際上是視圖-view）geometry_columns —— 提供了資料庫中所有空間數據表的描述信息。
geometry_columns視圖的結構

讓我們來看一下資料庫中的geometry_columns表，像原先那樣將以下命令粘貼到查詢工具中：

SELECT * FROM geometry_columns;

  • f_table_catalog，f_table_schema，和f_table_name提供各個幾何圖形（geometry）的要素表（feature table）—— 即空間數據表 —— 的完全限定名稱，分別是資料庫名、模式名、空間數據表名。
  • f_geometry_column包含對應空間數據表中用於記錄幾何信息的屬性列的列名。
  • coord_dimension定義幾何圖形的維度（2維、3維或4維）
  • srid定義引用自spatial_ref_sys表的空間參考標識符
  • type列定義了幾何圖形的類型。比如"點（Point）"和"線串（Linestring）"等類型。

通過查詢該表，GIS客戶端和資料庫可以確定檢索數據時的預期內容，並可以執行任何必要的投影、處理、渲染而無需檢查每個幾何圖形（geometry）—— 這些就是元數據所帶來的作用。

注意：如果nyc資料庫的表沒有指定26918的srid，那該怎麼辦呢？通過更新表很容易修復：

SELECT UpdateGeometrySRID(『nyc_neighborhoods』,』geom』,26918);

三、表示真實世界的對象

Simple Features for SQL（SFSQL）規範是PostGIS開發的原始指導標準，它定義瞭如何表示真實世界的對象。

通過形成連續的圖形並以固定的解析度對其進行數字化，實現了對真實世界的合理表示。

SFSQL只規定了對真實世界對象的二維表示，然而，PostGIS已將其擴展到3維和4維的表示。最近，SQL-Multimedia Part 3（SQL/MM）規範正式定義了它們自己的三維表示。

示例的表包含不同幾何圖形類型的混合。我們可以使用讀取幾何圖形元數據的函數獲取每個對象的基本信息：

  • ST_GeometryType(geometry) —— 返回幾何圖形的類型
  • ST_NDims(geometry) —— 返回幾何圖形的維數
  • ST_SRID(geometry) —— 返回幾何圖形的空間參考標識碼

SELECT name, ST_GeometryType(geom), ST_NDims(geom), ST_SRID(geom)
FROM geometries;

3.1、點（Points）

空間點（Point）表示地球上的單個位置。點由單個坐標表示（包括2維、3維或4維）。

當詳細的細節（例如形狀和大小）在目標空間尺度上不重要時，真實世界中的對象可以直接用點表示。

例如，世界地圖上的城市可以描述為點，而在一幅州地圖中可以將城市表示為多邊形。

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

針對點的一些特定空間函數包括：

  • ST_X(geometry) —— 返回X坐標
  • ST_Y(geometry) —— 返回Y坐標

所以，我們這樣來讀取一個點圖形的坐標值：

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

紐約市地鐵站（nyc_subway_stations）表是一個以點表示的數據集。以下SQL查詢將返回一個點圖形數據（在ST_AsText列中）：

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

3.2、線串（Linestring）

線串（Linestring）是表示兩個或多個位置之間的路徑，它的形式是由兩個或多個點組成的有序序列。道路和河流通常表示為線串。

如果線串的起始點和結束點是同一個點，則稱其是閉合的（closed）。

如果線串不與自身交叉或接觸（如果線串是閉合的，則排除結束點），則稱其是簡單的（simple）。

線串既可以是閉合的，也可以是簡單的。

紐約的街道網路數據（nyc_streets）在前面的章節中已經載入到資料庫中了，這個數據集包含名稱和類型等詳細信息。

一條真實的街道可能由許多線串組成，每條線串代表一段具有不同屬性特徵的道路。

以下SQL查詢將返回一個線串圖形的信息（在ST_AsText列中）

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

用於處理線串的一些特定空間函數包括：

  • ST_Length(geometry) —— 返回線串的長度
  • ST_StartPoint(geometry) —— 將線串的第一個坐標作為點返回
  • ST_EndPoint(geometry） —— 將線串的最後一個坐標作為點返回
  • ST_NPoints(geometry) —— 返回線串的坐標數量

所以，我們的線串的長度為：

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

3.3、多邊形（Polygon）

多邊形（Polygon）是區域的表示形式。多邊形的外部邊界由一個環（Ring）表示，這個環是一個線串，如上面定義的，它既是閉合的，又是簡單的。多邊形中的孔（hole）也由環表示。

多邊形用於表示重視大小和形狀這兩個特徵的地理對象。城市邊界、公園、建築或水體都通常需要表示為多邊形，當比例尺足夠大時，可以觀測它們的面積。道路和河流有時也可以表示為多邊形。

以下SQL查詢將返回兩個多邊形圖形的信息（在ST_AsText列中）：

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

注意：我們不是在WHERE子句中使用"="符號，而是使用LIKE運算符執行字元串匹配操作。你可能習慣使用"*"符號作為模式匹配中的單字元或多字元匹配，但在SQL中，使用"%"符號和LIKE運算符來告訴系統執行全局匹配。

第一個多邊形只有一個環，第二個多邊形有一個內部的"孔洞（hole）"，大多數圖形系統都包含多邊形的概念，但GIS系統在允許多邊形有孔方面是比較獨特的。

關於多邊形圖形的一些特定空間函數包括：

  • ST_Area(geometry) —— 返回多邊形的面積
  • ST_NRings(geometry) —— 返回多邊形中環的數量（通常為1個，其他是孔）
  • ST_ExteriorRing(geometry) —— 以線串的形式返回多邊形最外面的環
  • ST_InteriorRingN(geometry, n) —— 以線串形式返回指定的內部環
  • ST_Perimeter(geometry) —— 返回所有環的長度

我們可以使用空間函數計算多邊形的面積：

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

請注意，帶孔的多邊形的面積是多邊形外環的面積（10 x 10正方形）減去孔的面積（1 x 1正方形）

3.4、集合（Collection）

有四種集合（Collection）類型，它們將多個簡單幾何圖形組合為圖形集合：

  • MultiPoint —— 點集合
  • MultiLineString —— 線串集合
  • MultiPolygon —— 多邊形集合
  • GeometryCollection —— 由任意幾何圖形（包括其他GeometryCollection）組成的異構集合

集合更多地出現在GIS軟體中，而不是在通用圖形軟體中。

集合對於將真實世界的對象直接建模為空間對象非常有用。例如，如何對被路權（路權指交通參與者的權利）分割的多個道路部分進行建模？答案是將其作為MultiPolygon，其組成部分位於路權的兩側。

我們示例中的幾何圖形集合包含一個多邊形和一個點：

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

用於處理集合的一些特定空間函數：

  • ST_NumGeometries(geometry) —— 返回集合中的組成部分的數量
  • ST_GeometryN(geometry, n) —— 返回集合中指定的組成部分
  • ST_Area(geometry) —— 返回集合中所有多邊形組成部分的總面積
  • ST_Length(geometry) —— 返回所有線段組成部分的總長度

四、幾何圖形輸入和輸出

在資料庫中，幾何圖形（Geometry）以僅供PostGIS使用的格式存儲在磁碟上。為了讓外部程序插入和檢索有用的幾何圖形信息，需要將它們轉換為其他應用程序可以理解的格式。

幸運的是，PostGIS支持以多種格式進行幾何圖形的輸入和輸出。

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

以上函數最常見的用法是將幾何圖形的文本（text）表示形式轉換為內部表示形式：

請注意，除了具有幾何圖形表示形式的文本參數外，還可以指定一個提供幾何圖形SRID的數字參數。

以下SQL查詢展示了一個WKB表示形式的示例（將二進位輸出轉換為ASCII格式以進行列印時，需要調用encode()）：

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

在本教程中，將使用WKT，以確保你能夠理解我們正在查看的幾何圖形。

但是，在大多數實際生產環境中（如查看GIS應用程序中的數據、將數據傳輸到web客戶端或遠程處理數據），WKB是首選的格式。

由於WKT和WKB是在SFSQL規範中定義的，因此它們不能處理3維或4維的幾何圖形。對於這些情況，PostGIS定義了Extended Well Known Text（EWKT）和Extended Well Known Binary（EWKB）格式以用於處理3維或4維的幾何圖形。

它們提供了與WKT和WKB相同的格式化功能，並且是在增加了維度的情況下。

以下是WKT中三維（3D）線串示例：

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

注意：文本表示形式發生了變化！這是因為PostGIS的文本輸入程序在使用方面是自由的。它可以使用：

  • 十六進位編碼的EWKB
  • 擴展的WKT
  • ISO標準的WKT

在輸出端，ST_AsText()只返回ISO標準的WKT。

除了用於各種形式（WKT、WKB、GML、KML、JSON、SVG）的輸出函數外，PostGIS還有基於四種形式（WKT、WKB、GML、KML）的輸入函數。

大多數應用程序使用WKT或WKB幾何圖形創建函數，但是也可以使用其他形式的幾何圖形創建函數。

下面是一個使用GML輸入和輸出JSON的示例：

SELECT ST_AsGeoJSON(ST_GeomFromGML(<gml:Point><gml:coordinates>1,1</gml:coordinates></gml:Point>));

五、從文本轉換

到目前為止，我們看到的WKT字元串都是text類型，我們使用PostGIS的函數ST_GeomFromText()將它們轉換為gometry類型。

PostgreSQL包含一個簡短形式的語法，允許數據從一種類型轉換到另一種類型，即類型轉換語法：

olddata::newtype

例如，將double類型轉換為文本字元串類型：

SELECT 0.9::text;

以下SQL語句將一個WKT字元串轉換成一個幾何圖形（geometry）：

SELECT POINT(0 0)::geometry;

關於使用類型轉換語法創建幾何圖形，需要注意一點：除非指定SRID，否則將得到一個包含未知SRID的幾何圖形。

可以使用EWKT形式指定SRID，該形式在前面包含一個SRID：

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


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