第 4 章。数据管理

开放地理空间联盟（OGC）制定了简单要素访问标准（SFA），为地理空间数据提供模型。它定义了基本的空间类型几何，以及操作和转换几何值以执行空间分析任务的操作。PostGIS 将 OGC 几何模型实现为 PostgreSQL 数据类型 geometry 和 geography。

几何是一种抽象类型。几何值属于其具体子类型之一，这些子类型表示各种形状和维度。这些包括原子类型 点、 线串、 线性环 和 多边形，以及集合类型 多点、 多线串、 多多边形 和 几何集合。 简单要素访问 - 第 1 部分：通用架构 v1.2.1 添加了结构 多面体表面、 三角形 和 TIN 的子类型。

几何在二维笛卡尔平面中建模形状。多面体表面、三角形和 TIN 类型也可以表示三维空间中的形状。形状的大小和位置由其坐标指定。每个坐标都有一个 X 和 Y 纵坐标值，用于确定其在平面中的位置。形状由点或线段构成，点由单个坐标指定，线段由两个坐标指定。

坐标可以包含可选的 Z 和 M 纵坐标值。Z 纵坐标通常用于表示高程。M 纵坐标包含一个度量值，可以表示时间或距离。如果几何值中存在 Z 或 M 值，则必须为几何中的每个点定义它们。如果几何具有 Z 或 M 纵坐标，则坐标维度为 3D；如果同时具有 Z 和 M，则坐标维度为 4D。

几何值与一个空间参考系统相关联，该系统指示它嵌入的坐标系。空间参考系统由几何 SRID 编号标识。X 轴和 Y 轴的单位由空间参考系统确定。在平面参考系统中，X 和 Y 坐标通常表示东向和北向，而在大地系统中，它们表示经度和纬度。SRID 0 表示一个无限笛卡尔平面，其轴未分配任何单位。请参阅 第 4.5 节“空间参考系统”。

几何维度是几何类型的一个属性。点类型的维度为 0，线性类型的维度为 1，多边形类型的维度为 2。集合的维度是最大元素维度。

几何值可以是空的。空值不包含顶点（对于原子几何类型）或不包含元素（对于集合）。

几何值的一个重要属性是其空间范围或边界框，OGC 模型将其称为包络。这是一个 2 维或 3 维框，它包围了几何的坐标。它是一种在坐标空间中表示几何范围并检查两个几何是否交互的有效方法。

几何模型允许评估拓扑空间关系，如第 5.1.1 节“维度扩展的 9 交集模型”中所述。为了支持这一点，为每种几何类型定义了内部、边界和外部的概念。几何在拓扑上是封闭的，因此它们始终包含它们的边界。边界是维度比几何本身小 1 的几何。

OGC 几何模型为每种几何类型定义了有效性规则。这些规则确保几何值表示真实的情况（例如，可以指定一个孔位于外壳外部的多边形，但这在几何上没有意义，因此是无效的）。PostGIS 还允许存储和操作无效的几何值。这样可以在需要时检测和修复它们。请参阅第 4.4 节“几何验证”

POINT (1 2)
POINT Z (1 2 3)
POINT ZM (1 2 3 4)

LINESTRING (1 2, 3 4, 5 6)

LINEARRING (0 0 0, 4 0 0, 4 4 0, 0 4 0, 0 0 0)

POLYGON ((0 0 0,4 0 0,4 4 0,0 4 0,0 0 0),(1 1 0,2 1 0,2 2 0,1 2 0,1 1 0))

MULTIPOINT ( (0 0), (1 2) )

MULTILINESTRING ( (0 0,1 1,1 2), (2 3,3 2,5 4) )

MULTIPOLYGON (((1 5, 5 5, 5 1, 1 1, 1 5)), ((6 5, 9 1, 6 1, 6 5)))

GEOMETRYCOLLECTION ( POINT(2 3), LINESTRING(2 3, 3 4))

POLYHEDRALSURFACE Z (
  ((0 0 0, 0 0 1, 0 1 1, 0 1 0, 0 0 0)),
  ((0 0 0, 0 1 0, 1 1 0, 1 0 0, 0 0 0)),
  ((0 0 0, 1 0 0, 1 0 1, 0 0 1, 0 0 0)),
  ((1 1 0, 1 1 1, 1 0 1, 1 0 0, 1 1 0)),
  ((0 1 0, 0 1 1, 1 1 1, 1 1 0, 0 1 0)),
  ((0 0 1, 1 0 1, 1 1 1, 0 1 1, 0 0 1)) )

TRIANGLE ((0 0, 0 9, 9 0, 0 0))

TIN Z ( ((0 0 0, 0 0 1, 0 1 0, 0 0 0)), ((0 0 0, 0 1 0, 1 1 0, 0 0 0)) )

ISO/IEC 13249-3 SQL 多媒体 - 空间标准（SQL/MM）扩展了 OGC SFA，以定义包含具有圆弧的曲线的几何子类型。SQL/MM 类型支持 3DM、3DZ 和 4D 坐标。

	SQL-MM 实现中的所有浮点比较都是在指定的容差内执行的，目前为 1E-8。

CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0)

CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0)

COMPOUNDCURVE( CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0),(1 0, 0 1))

CURVEPOLYGON(
  CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),
  (1 1, 3 3, 3 1, 1 1) )

CURVEPOLYGON(
  COMPOUNDCURVE( CIRCULARSTRING(0 0,2 0, 2 1, 2 3, 4 3),
                 (4 3, 4 5, 1 4, 0 0)),
  CIRCULARSTRING(1.7 1, 1.4 0.4, 1.6 0.4, 1.6 0.5, 1.7 1) )

MULTICURVE( (0 0, 5 5), CIRCULARSTRING(4 0, 4 4, 8 4))

MULTISURFACE(
  CURVEPOLYGON(
    CIRCULARSTRING( 0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),
    (1 1, 3 3, 3 1, 1 1)),
  ((10 10, 14 12, 11 10, 10 10), (11 11, 11.5 11, 11 11.5, 11 11)))

OGC SFA 规范定义了两种用于外部表示几何值的格式：众所周知的文本 (WKT) 和众所周知的二进制 (WKB)。WKT 和 WKB 都包含有关对象类型和定义它的坐标的信息。

众所周知的文本 (WKT) 提供了空间数据的标准文本表示形式。空间对象的 WKT 表示形式示例包括：

WKT 的输入和输出由 ST_AsText 和 ST_GeomFromText 函数提供。

text WKT = ST_AsText(geometry);
geometry = ST_GeomFromText(text WKT, SRID);

例如，以下语句用于从 WKT 和 SRID 创建并插入空间对象：

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromText('POINT(-126.4 45.32)', 312), 'A Place');

众所周知的二进制 (WKB) 将空间数据以二进制数据（字节数组）的形式提供了一种可移植的、全精度的表示形式。空间对象的 WKB 表示形式示例包括：

WKB 的输入和输出由 ST_AsBinary 和 ST_GeomFromWKB 函数提供。

bytea WKB = ST_AsBinary(geometry);
geometry = ST_GeomFromWKB(bytea WKB, SRID);

例如，以下语句用于从 WKB 创建并插入空间对象：

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromWKB('\x0101000000000000000000f03f000000000000f03f', 312), 'A Place');

OGC SFA 规范最初仅支持 2D 几何图形，并且几何 SRID 不包含在输入/输出表示形式中。OGC SFA 规范 1.2.1（与 ISO 19125 标准一致）增加了对 3D (ZYZ) 和测量 (XYM 和 XYZM) 坐标的支持，但仍然不包括 SRID 值。

由于这些限制，PostGIS 定义了扩展的 EWKB 和 EWKT 格式。它们提供 3D (XYZ 和 XYM) 和 4D (XYZM) 坐标支持，并包含 SRID 信息。包含所有几何信息允许 PostGIS 将 EWKB 用作记录的格式（例如，在 DUMP 文件中）。

EWKB 和 EWKT 用于 PostGIS 数据对象的“规范形式”。对于输入，二进制数据的规范形式为 EWKB，而对于文本数据，则接受 EWKB 或 EWKT。这允许通过使用 ::geometry 将 HEXEWKB 或 EWKT 中的文本值强制转换为几何值来创建几何值。对于输出，二进制的规范形式是 EWKB，文本的规范形式是 HEXEWKB（十六进制编码的 EWKB）。

例如，以下语句通过从 EWKT 文本值强制转换来创建几何图形，并使用 HEXEWKB 的规范形式输出它

SELECT 'SRID=4;POINT(0 0)'::geometry;
  geometry
  ----------------------------------------------------
  01010000200400000000000000000000000000000000000000

PostGIS EWKT 输出与 OGC WKT 有一些差异

EWKT 避免过度指定维度以及 OGC/ISO 格式中可能发生的不一致，例如

	PostGIS 扩展格式目前是 OGC 格式的超集，因此每个有效的 OGC WKB/WKT 也是有效的 EWKB/EWKT。但是，如果 OGC 以与 PosGIS 定义冲突的方式扩展格式，则将来可能会有所不同。因此，您不应该依赖这种兼容性！

空间对象的 EWKT 文本表示形式示例如下：

可以使用以下函数来输入和输出这些格式

bytea EWKB = ST_AsEWKB(geometry);
text EWKT = ST_AsEWKT(geometry);
geometry = ST_GeomFromEWKB(bytea EWKB);
geometry = ST_GeomFromEWKT(text EWKT);

例如，以下语句用于使用 EWKT 创建和插入 PostGIS 空间对象：

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromEWKT('SRID=312;POINTM(-126.4 45.32 15)'), 'A Place' )

您可以使用 CREATE TABLE SQL 语句和 geography 类型的列来创建一个表以存储地理数据。以下示例创建一个带有地理列的表，该列在 WGS84 大地坐标系 (SRID 4326) 中存储 2D LineString

CREATE TABLE global_points (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(64),
    location geography(POINT,4326)
  );

地理类型支持两个可选的类型修饰符

使用地理列创建表的示例

地理字段在 geography_columns 系统视图中注册。您可以查询 geography_columns 视图，并查看该表是否已列出

SELECT * FROM geography_columns;

创建空间索引的方式与几何列相同。PostGIS 会注意到列的类型是 GEOGRAPHY，并创建一个合适的基于球体的索引，而不是用于 GEOMETRY 的常用平面索引。

-- Index the test table with a spherical index
CREATE INDEX global_points_gix ON global_points USING GIST ( location );

您可以像插入几何数据一样插入地理表中的数据。如果几何数据具有 SRID 4326，它将自动转换为地理类型。 EWKT 和 EWKB 格式也可用于指定地理值。

-- Add some data into the test table
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('Town', 'SRID=4326;POINT(-110 30)');
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('Forest', 'SRID=4326;POINT(-109 29)');
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('London', 'SRID=4326;POINT(0 49)');

在 spatial_ref_sys 表中列出的任何测地（经度/纬度）空间参考系统都可以指定为地理 SRID。如果使用非测地坐标系，则会引发错误。

-- NAD 83 lon/lat
SELECT 'SRID=4269;POINT(-123 34)'::geography;
                    geography
----------------------------------------------------
 0101000020AD1000000000000000C05EC00000000000004140

-- NAD27 lon/lat
SELECT 'SRID=4267;POINT(-123 34)'::geography;
                    geography
----------------------------------------------------
 0101000020AB1000000000000000C05EC00000000000004140

-- NAD83 UTM zone meters - gives an error since it is a meter-based planar projection
SELECT 'SRID=26910;POINT(-123 34)'::geography;

ERROR:  Only lon/lat coordinate systems are supported in geography.

查询和测量函数使用米作为单位。因此，距离参数应以米为单位表示，返回值应以米（或面积为平方米）为单位。

-- A distance query using a 1000km tolerance
SELECT name FROM global_points WHERE ST_DWithin(location, 'SRID=4326;POINT(-110 29)'::geography, 1000000);

您可以计算从西雅图到伦敦的大圆航线上的飞机（LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5)）与雷克雅未克（POINT(-21.96 64.15)）之间的距离，从而了解地理类型的强大功能（绘制航线）。

地理类型计算出雷克雅未克与西雅图和伦敦之间的大圆航线在球体上的真实最短距离，为 122.235 公里。

-- Distance calculation using GEOGRAPHY
SELECT ST_Distance('LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5)'::geography, 'POINT(-21.96 64.15)'::geography);
   st_distance
-----------------
 122235.23815667

几何类型计算出雷克雅未克与从西雅图到伦敦的直线路径在平面地图上绘制的无意义的笛卡尔距离。结果的标称单位是“度”，但结果不对应于点之间的任何真实角度差，因此即使称其为“度”也是不准确的。

-- Distance calculation using GEOMETRY
SELECT ST_Distance('LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5)'::geometry, 'POINT(-21.96 64.15)'::geometry);
      st_distance
--------------------
 13.342271221453624

地理数据类型允许您以经度/纬度坐标存储数据，但代价是：GEOGRAPHY 上定义的功能比 GEOMETRY 上的少；那些已定义的功能需要更多的 CPU 时间来执行。

您选择的数据类型应由您正在构建的应用程序的预期工作区域决定。您的数据是跨越全球或大型大陆区域，还是限于州、县或市？

请参阅 第 13.11 节，“PostGIS 函数支持矩阵”，了解 Geography 和 Geometry 支持的功能之间的比较。有关地理函数的简要列表和说明，请参阅 第 13.4 节，“PostGIS 地理支持函数”

简单几何是不具有异常几何点的几何图形，例如自相交或自相切。

作为 0 维几何对象，POINT 本质上是简单的。

如果不存在两个坐标（POINT）相等（具有相同的坐标值），则 MULTIPOINT 是简单的。

如果 LINESTRING 不两次通过同一点（端点除外），则它是简单的。如果简单 LineString 的端点相同，则称其为闭合，并称为线性环。

(a) 和 (c) 是简单的 LINESTRING。 (b) 和 (d) 不是简单的。 (c) 是一个闭合的线性环。

(a)	(b)
(c)	(d)

仅当 MULTILINESTRING 的所有元素都是简单的，并且任意两个元素之间的唯一交点发生在两个元素的边界上的点时，该 MULTILINESTRING 才是简单的。

(e) 和 (f) 是简单的 MULTILINESTRING。 (g) 不是简单的。

(e)

(f)

(g)

POLYGON 由线性环组成，因此有效的多边形几何始终是简单的。

要测试几何是否简单，请使用 ST_IsSimple 函数

SELECT
   ST_IsSimple('LINESTRING(0 0, 100 100)') AS straight,
   ST_IsSimple('LINESTRING(0 0, 100 100, 100 0, 0 100)') AS crossing;

 straight | crossing
----------+----------
 t        | f

通常，PostGIS 函数不要求几何参数是简单的。简单性主要用作定义几何有效性的基础。它也是某些类型的空间数据模型的要求（例如，线性网络通常不允许相交的线）。可以使用 ST_UnaryUnion 使多点和线性几何简单化。

几何有效性主要适用于二维几何（POLYGON 和 MULTIPOLYGON）。有效性由允许多边形几何明确地建模平面区域的规则定义。

如果满足以下条件，则 POLYGON 是有效的

(h) 和 (i) 是有效的 POLYGON。 (j-m) 是无效的。 (j) 可以表示为有效的 MULTIPOLYGON。

(h)	(i)	(j)
(k)	(l)	(m)

如果满足以下条件，则 MULTIPOLYGON 是有效的

(n) 是有效的 MULTIPOLYGON。 (o) 和 (p) 是无效的。

(n)

(o)

(p)

这些规则意味着有效的多边形几何也是简单的。

对于线性几何，唯一的有效性规则是 LINESTRING 必须至少有两个点并且具有非零长度（或等效地，至少有两个不同的点）。请注意，非简单（自相交）线是有效的。

SELECT
   ST_IsValid('LINESTRING(0 0, 1 1)') AS len_nonzero,
   ST_IsValid('LINESTRING(0 0, 0 0, 0 0)') AS len_zero,
   ST_IsValid('LINESTRING(10 10, 150 150, 180 50, 20 130)') AS self_int;

 len_nonzero | len_zero | self_int
-------------+----------+----------
 t           | f        | t

POINT 和 MULTIPOINT 几何没有有效性规则。

PostGIS 允许创建和存储有效和无效的几何图形。这允许检测、标记或修复无效几何图形。在某些情况下，OGC 有效性规则比预期的更严格（例如，零长度线串和具有反向孔的多边形）。

PostGIS 提供的许多函数都依赖于几何参数有效的假设。例如，计算在多边形外部定义了孔的多边形的面积或从非简单边界线构造多边形是没有意义的。假设有效的几何输入允许函数更高效地运行，因为它们不需要检查拓扑正确性。（值得注意的例外是，通常可以正确处理零长度线和具有反转的多边形。）此外，如果输入有效，则大多数 PostGIS 函数都会生成有效的几何输出。这允许将 PostGIS 函数安全地链接在一起。

如果在调用 PostGIS 函数时遇到意外的错误消息（例如“GEOS Intersection() 抛出错误！”），您应该首先确认函数参数是否有效。如果无效，请考虑使用以下技术之一来确保您正在处理的数据有效。

	如果函数报告输入有效时出现错误，那么您可能在 PostGIS 或其使用的库之一中发现了错误，您应该向 PostGIS 项目报告此错误。如果 PostGIS 函数为有效输入返回无效几何，则也是如此。

要测试几何图形是否有效，请使用 ST_IsValid 函数。

SELECT ST_IsValid('POLYGON ((20 180, 180 180, 180 20, 20 20, 20 180))');
-----------------
 t

有关几何图形无效的性质和位置的信息，请使用 ST_IsValidDetail 函数获取。

SELECT valid, reason, ST_AsText(location) AS location
    FROM ST_IsValidDetail('POLYGON ((20 20, 120 190, 50 190, 170 50, 20 20))') AS t;

 valid |      reason       |                  location
-------+-------------------+---------------------------------------------
 f     | Self-intersection | POINT(91.51162790697674 141.56976744186045)

在某些情况下，需要自动更正无效的几何图形。请使用 ST_MakeValid 函数来实现。（ST_MakeValid 是一个允许无效输入的空间函数！）

默认情况下，PostGIS 在加载几何图形时不会检查其有效性，因为对于复杂的几何图形，有效性测试会占用大量的 CPU 时间。如果您不信任您的数据源，可以通过添加检查约束来强制对表进行有效性检查。

ALTER TABLE mytable
  ADD CONSTRAINT geometry_valid_check
	CHECK (ST_IsValid(geom));

PostGIS 使用的 SPATIAL_REF_SYS 表是一个符合 OGC 标准的数据库表，用于定义可用的空间参考系统。它保存了坐标系统的数字 SRID 和文本描述。

spatial_ref_sys 表的定义如下：

CREATE TABLE spatial_ref_sys (
  srid       INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,
  auth_name  VARCHAR(256),
  auth_srid  INTEGER,
  srtext     VARCHAR(2048),
  proj4text  VARCHAR(2048)
)

各列如下：

当检索用于转换的空间参考系统定义时，PostGIS 使用以下策略：

PostGIS spatial_ref_sys 表包含由 PROJ 投影库处理的 3000 多个最常见的空间参考系统定义。但是，它不包含许多坐标系统。如果您拥有关于空间参考系统的必要信息，则可以将 SRS 定义添加到表中。或者，如果您熟悉 PROJ 结构，则可以定义自己的自定义空间参考系统。请记住，大多数空间参考系统是区域性的，并且在它们预期的边界之外使用时没有意义。

查找核心集中未定义的空间参考系统的资源是 http://spatialreference.org/

一些常用的空间参考系统包括：4326 - WGS 84 经纬度、4269 - NAD 83 经纬度、3395 - WGS 84 世界墨卡托、2163 - 美国国家地图集等面积，以及 60 个 WGS84 UTM 区域。UTM 区域是最适合测量的区域之一，但仅覆盖 6 度区域。（要确定您感兴趣的区域使用哪个 UTM 区域，请参阅 utmzone PostGIS plpgsql 助手函数。）

美国各州使用州平面空间参考系统（基于米或英尺）- 每个州通常存在一个或两个。大多数基于米的参考系统都位于核心集中，但许多基于英尺的或 ESRI 创建的参考系统需要从 spatialreference.org 复制。

您甚至可以定义非基于地球的坐标系，例如 Mars 2000。这个火星坐标系是非平面的（它是球形的，以度为单位），但您可以将其与 geography 类型一起使用，以获得以米为单位而不是以度为单位的长度和邻近度测量值。

以下示例演示如何使用未分配的 SRID 和美国中心兰伯特等角投影的 PROJ 定义加载自定义坐标系统：

INSERT INTO spatial_ref_sys (srid, proj4text)
VALUES ( 990000,
  '+proj=lcc  +lon_0=-95 +lat_0=25 +lat_1=25 +lat_2=25 +x_0=0 +y_0=0 +datum=WGS84 +units=m +no_defs'
);

您可以使用带有类型为 geometry 的列的 CREATE TABLE SQL 语句来创建用于存储几何图形数据的表。以下示例创建了一个表，该表带有一个几何图形列，用于存储 BC-Albers 坐标系（SRID 3005）中的 2D (XY) LineString：

CREATE TABLE roads (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(64),
    geom geometry(LINESTRING,3005)
  );

geometry 类型支持两个可选的类型修饰符：

创建带有几何图形列的表的示例：

一个表中可以有多个几何图形列。可以在创建表时指定，也可以使用 ALTER TABLE SQL 语句添加列。此示例添加一个可以容纳 3D LineString 的列：

ALTER TABLE roads ADD COLUMN geom2 geometry(LINESTRINGZ,4326);

OGC SQL 简单要素规范定义了 GEOMETRY_COLUMNS 元数据表来描述几何图形表的结构。在 PostGIS 中，geometry_columns 是一个从数据库系统目录表中读取的视图。这确保空间元数据信息始终与当前定义的表和视图保持一致。视图结构如下：

\d geometry_columns

             View "public.geometry_columns"
      Column       |          Type          | Modifiers
-------------------+------------------------+-----------
 f_table_catalog   | character varying(256) |
 f_table_schema    | character varying(256) |
 f_table_name      | character varying(256) |
 f_geometry_column | character varying(256) |
 coord_dimension   | integer                |
 srid              | integer                |
 type              | character varying(30)  |

各列如下：

您可能需要手动注册几何列的两种情况是 SQL 视图和批量插入的情况。对于批量插入的情况，您可以通过约束列或执行 alter table 来更正 geometry_columns 表中的注册。对于视图，您可以使用 CAST 操作来公开。请注意，如果您的列是基于 typmod 的，则创建过程会正确注册它，因此无需执行任何操作。此外，未对几何应用任何空间函数的视图将与基础表几何列的注册相同。

-- Lets say you have a view created like this
CREATE VIEW public.vwmytablemercator AS
	SELECT gid, ST_Transform(geom, 3395) As geom, f_name
	FROM public.mytable;

-- For it to register correctly
-- You need to cast the geometry
--
DROP VIEW public.vwmytablemercator;
CREATE VIEW  public.vwmytablemercator AS
	SELECT gid, ST_Transform(geom, 3395)::geometry(Geometry, 3395) As geom, f_name
	FROM public.mytable;

-- If you know the geometry type for sure is a 2D POLYGON then you could do
DROP VIEW public.vwmytablemercator;
CREATE VIEW  public.vwmytablemercator AS
	SELECT gid, ST_Transform(geom,3395)::geometry(Polygon, 3395) As geom, f_name
	FROM public.mytable;

--Lets say you created a derivative table by doing a bulk insert
SELECT poi.gid, poi.geom, citybounds.city_name
INTO myschema.my_special_pois
FROM poi INNER JOIN citybounds ON ST_Intersects(citybounds.geom, poi.geom);

-- Create 2D index on new table
CREATE INDEX idx_myschema_myspecialpois_geom_gist
  ON myschema.my_special_pois USING gist(geom);

-- If your points are 3D points or 3M points,
-- then you might want to create an nd index instead of a 2D index
CREATE INDEX my_special_pois_geom_gist_nd
	ON my_special_pois USING gist(geom gist_geometry_ops_nd);

-- To manually register this new table's geometry column in geometry_columns.
-- Note it will also change the underlying structure of the table to
-- to make the column typmod based.
SELECT populate_geometry_columns('myschema.my_special_pois'::regclass);

-- If you are using PostGIS 2.0 and for whatever reason, you
-- you need the constraint based definition behavior
-- (such as case of inherited tables where all children do not have the same type and srid)
-- set optional use_typmod argument to false
SELECT populate_geometry_columns('myschema.my_special_pois'::regclass, false); 

尽管仍然支持旧的基于约束的方法，但直接在视图中使用的基于约束的几何列不会在 geometry_columns 中正确注册，typmod 的列也不会。在此示例中，我们使用 typmod 定义一个列，并使用约束定义另一个列。

CREATE TABLE pois_ny(gid SERIAL PRIMARY KEY, poi_name text, cat text, geom geometry(POINT,4326));
SELECT AddGeometryColumn('pois_ny', 'geom_2160', 2160, 'POINT', 2, false);

如果我们运行 psql

\d pois_ny;

我们观察到它们的定义不同 - 一个是 typmod，一个是约束

                                  Table "public.pois_ny"
  Column   |         Type          |                       Modifiers

-----------+-----------------------+------------------------------------------------------
 gid       | integer               | not null default nextval('pois_ny_gid_seq'::regclass)
 poi_name  | text                  |
 cat       | character varying(20) |
 geom      | geometry(Point,4326)  |
 geom_2160 | geometry              |
Indexes:
    "pois_ny_pkey" PRIMARY KEY, btree (gid)
Check constraints:
    "enforce_dims_geom_2160" CHECK (st_ndims(geom_2160) = 2)
    "enforce_geotype_geom_2160" CHECK (geometrytype(geom_2160) = 'POINT'::text
        OR geom_2160 IS NULL)
    "enforce_srid_geom_2160" CHECK (st_srid(geom_2160) = 2160)

在 geometry_columns 中，它们都正确注册

SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
	FROM geometry_columns
	WHERE f_table_name = 'pois_ny';

f_table_name | f_geometry_column | srid | type
-------------+-------------------+------+-------
pois_ny      | geom              | 4326 | POINT
pois_ny      | geom_2160         | 2160 | POINT

但是，如果我们创建一个如下所示的视图

CREATE VIEW vw_pois_ny_parks AS
SELECT *
  FROM pois_ny
  WHERE cat='park';

SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
	FROM geometry_columns
	WHERE f_table_name = 'vw_pois_ny_parks';

基于 typmod 的 geom 视图列正确注册，但基于约束的列没有。

   f_table_name   | f_geometry_column | srid |   type
------------------+-------------------+------+----------
 vw_pois_ny_parks | geom              | 4326 | POINT
 vw_pois_ny_parks | geom_2160         |    0 | GEOMETRY

这在 PostGIS 的未来版本中可能会发生变化，但现在要强制基于约束的视图列正确注册，您需要执行以下操作

DROP VIEW vw_pois_ny_parks;
CREATE VIEW vw_pois_ny_parks AS
SELECT gid, poi_name, cat,
  geom,
  geom_2160::geometry(POINT,2160) As geom_2160
  FROM pois_ny
  WHERE cat = 'park';
SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
	FROM geometry_columns
	WHERE f_table_name = 'vw_pois_ny_parks';

   f_table_name   | f_geometry_column | srid | type
------------------+-------------------+------+-------
 vw_pois_ny_parks | geom              | 4326 | POINT
 vw_pois_ny_parks | geom_2160         | 2160 | POINT

如果可以将空间数据转换为文本表示形式（WKT 或 WKB），那么使用 SQL 可能是将数据导入 PostGIS 的最简单方法。可以使用 psql SQL 实用程序加载包含 SQL INSERT 语句的文本文件，从而将数据批量加载到 PostGIS/PostgreSQL 中。

SQL 加载文件（例如 roads.sql）可能如下所示

BEGIN;
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (1,'LINESTRING(191232 243118,191108 243242)','Jeff Rd');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (2,'LINESTRING(189141 244158,189265 244817)','Geordie Rd');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (3,'LINESTRING(192783 228138,192612 229814)','Paul St');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (4,'LINESTRING(189412 252431,189631 259122)','Graeme Ave');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (5,'LINESTRING(190131 224148,190871 228134)','Phil Tce');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (6,'LINESTRING(198231 263418,198213 268322)','Dave Cres');
COMMIT;

可以使用 psql 将 SQL 文件加载到 PostgreSQL 中

psql -d [database] -f roads.sql

shp2pgsql 数据加载器将 Shapefile 转换为 SQL，适合以几何或地理格式插入到 PostGIS/PostgreSQL 数据库中。加载器具有通过命令行标志选择的多种操作模式。

还有一个 shp2pgsql-gui 图形界面，它具有与命令行加载器相同的多数选项。对于一次性非脚本加载或如果您是 PostGIS 新手，这可能更容易使用。它还可以配置为 PgAdminIII 的插件。

使用加载程序创建输入文件并加载的会话示例可能如下所示

# shp2pgsql -c -D -s 4269 -i -I shaperoads.shp myschema.roadstable > roads.sql
# psql -d roadsdb -f roads.sql

可以使用 UNIX 管道在一个步骤中完成转换和加载

# shp2pgsql shaperoads.shp myschema.roadstable | psql -d roadsdb

从数据库中提取空间数据最直接的方法是使用 SQL SELECT 查询来定义要提取的数据集，并将生成的列转储到可解析的文本文件中

db=# SELECT road_id, ST_AsText(road_geom) AS geom, road_name FROM roads;

road_id | geom                                    | road_name
--------+-----------------------------------------+-----------
	  1 | LINESTRING(191232 243118,191108 243242) | Jeff Rd
	  2 | LINESTRING(189141 244158,189265 244817) | Geordie Rd
	  3 | LINESTRING(192783 228138,192612 229814) | Paul St
	  4 | LINESTRING(189412 252431,189631 259122) | Graeme Ave
	  5 | LINESTRING(190131 224148,190871 228134) | Phil Tce
	  6 | LINESTRING(198231 263418,198213 268322) | Dave Cres
	  7 | LINESTRING(218421 284121,224123 241231) | Chris Way
(6 rows)

有时，需要进行某种限制以减少返回的记录数。对于基于属性的限制，请使用与非空间表相同的 SQL 语法。对于空间限制，以下函数很有用

接下来，可以在查询中使用这些运算符。请注意，在 SQL 命令行上指定几何和框时，必须显式地将字符串表示形式转换为几何函数。312 是一个虚构的空间参考系统，与我们的数据匹配。所以，例如

SELECT road_id, road_name
  FROM roads
  WHERE roads_geom='SRID=312;LINESTRING(191232 243118,191108 243242)'::geometry;

上面的查询将返回“ROADS_GEOM”表中几何等于该值的单个记录。

要检查某些道路是否在多边形定义的区域内通过

SELECT road_id, road_name
FROM roads
WHERE ST_Intersects(roads_geom, 'SRID=312;POLYGON((...))');

最常见的空间查询可能是“基于框架”的查询，由客户端软件（如数据浏览器和 Web 地图）使用，以获取用于显示的“地图框架”数据。

使用“&&”运算符时，可以指定 BOX3D 作为比较特征或 GEOMETRY。但是，当指定 GEOMETRY 时，将使用其边界框进行比较。

使用“BOX3D”对象作为框架，此类查询如下所示

SELECT ST_AsText(roads_geom) AS geom
FROM roads
WHERE
  roads_geom && ST_MakeEnvelope(191232, 243117,191232, 243119,312);

请注意，使用了 SRID 312 来指定信封的投影。

pgsql2shp 表转储程序连接到数据库，并将表（可能由查询定义）转换为 shapefile。基本语法为

pgsql2shp [<options>] <database> [<schema>.]<table>

pgsql2shp [<options>] <database> <query>

命令行选项为

GiST 代表“广义搜索树”，它是多维数据的一种通用索引形式。PostGIS 使用在 GiST 之上实现的 R 树索引来索引空间数据。GiST 是最常用且用途最广泛的空间索引方法，可提供非常好的查询性能。GiST 的其他实现用于加速搜索各种不规则数据结构（整数数组、光谱数据等），这些数据结构不适合正常的 B 树索引。有关更多信息，请参见PostgreSQL 手册。

一旦空间数据表超过几千行，您将需要构建索引以加速对数据的空间搜索（除非您的所有搜索都基于属性，在这种情况下，您将需要在属性字段上构建一个普通索引）。

在“geometry”列上构建 GiST 索引的语法如下

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING GIST ( [geometryfield] ); 

上述语法将始终构建 2D 索引。要获取几何类型的 n 维索引，您可以使用以下语法创建一个

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING GIST ([geometryfield] gist_geometry_ops_nd);

构建空间索引是一项计算密集型操作。它还会阻止在创建时对表的写入访问，因此在生产系统中，您可能希望以较慢的 CONCURRENTLY 感知方式进行此操作

CREATE INDEX CONCURRENTLY [indexname] ON [tablename] USING GIST ( [geometryfield] ); 

构建索引后，有时有助于强制 PostgreSQL 收集表统计信息，这些信息用于优化查询计划

VACUUM ANALYZE [table_name] [(column_name)];

BRIN 代表“块范围索引”。它是 PostgreSQL 9.5 中引入的通用索引方法。BRIN 是一种有损索引方法，这意味着需要进行二次检查以确认记录是否与给定的搜索条件匹配（所有提供的空间索引都是这种情况）。它提供更快的索引创建和更小的索引大小，以及合理的读取性能。其主要目的是支持对与表中物理位置相关的列的非常大的表进行索引。除了空间索引外，BRIN 还可以加速对各种属性数据结构（整数、数组等）的搜索。有关更多信息，请参见PostgreSQL 手册。

一旦空间表超过几千行，您将需要构建索引以加速对数据的空间搜索。只要 GiST 索引的大小不超过数据库可用的 RAM 大小，并且只要您可以承担索引存储大小以及写入时索引更新的成本，GiST 索引就具有非常高的性能。否则，对于非常大的表，可以将 BRIN 索引视为替代方案。

BRIN 索引存储包含在一组连续的表块（称为块范围）中的所有几何体的边界框。使用索引执行查询时，会扫描块范围以找到与查询范围相交的块范围。仅当数据在物理上排序，使得块范围的边界框具有最小的重叠（并且理想情况下是互斥的）时，这才是有效的。生成的索引尺寸非常小，但对于相同数据的读取性能通常不如 GiST 索引。

构建 BRIN 索引比构建 GiST 索引的 CPU 密集程度低得多。通常发现，构建 BRIN 索引比对相同数据构建 GiST 索引快十倍。而且由于 BRIN 索引仅为每个表块范围存储一个边界框，因此通常使用比 GiST 索引少一千倍的磁盘空间。

您可以选择在范围中汇总的块数。如果减少此数字，索引将更大，但可能会提供更好的性能。

为了使 BRIN 有效，应该以物理顺序存储表数据，以最大程度地减少块范围重叠的数量。数据可能已经以适当的方式排序（例如，如果它是从另一个已按空间顺序排序的数据集加载的）。否则，可以通过按一维空间键对数据进行排序来完成此操作。一种方法是创建一个按几何值排序的新表（在最近的 PostGIS 版本中使用高效的希尔伯特曲线排序）

CREATE TABLE table_sorted AS
   SELECT * FROM table  ORDER BY geom;

或者，可以使用 GeoHash 作为（临时）索引对数据进行原地排序，并在该索引上进行聚类

CREATE INDEX idx_temp_geohash ON table
    USING btree (ST_GeoHash( ST_Transform( geom, 4326 ), 20));
CLUSTER table USING idx_temp_geohash;

在 geometry 列上构建 BRIN 索引的语法为

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ( [geome_col] ); 

上面的语法构建一个 2D 索引。要构建 3D 维索引，请使用以下语法

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename]
    USING BRIN ([geome_col] brin_geometry_inclusion_ops_3d);

您还可以使用 4D 运算符类获得 4D 维索引

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename]
    USING BRIN ([geome_col] brin_geometry_inclusion_ops_4d);

以上命令使用范围中的默认块数，即 128。要指定在范围中汇总的块数，请使用以下语法

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename]
    USING BRIN ( [geome_col] ) WITH (pages_per_range = [number]); 

请记住，BRIN 索引仅为大量行存储一个索引条目。如果您的表存储具有混合维数的几何体，则生成的索引很可能性能不佳。您可以通过选择具有存储几何体最少维数的运算符类来避免这种性能损失

geography 数据类型支持 BRIN 索引。在 geography 列上构建 BRIN 索引的语法为

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING BRIN ( [geog_col] ); 

上面的语法在椭球体上为地理空间对象构建 2D 索引。

当前，仅提供“包含支持”，这意味着对于 2D 情况（对于 geometry 和 geography），只能使用 &&、 ~ 和 @ 运算符，对于 3D 几何体，只能使用 &&& 运算符。目前不支持 kNN 搜索。

BRIN 和其他索引类型之间的一个重要区别是，数据库不会动态维护索引。对表中空间数据的更改只是附加到索引的末尾。这将导致索引搜索性能随时间推移而降低。可以通过执行 VACUUM 或使用特殊函数 brin_summarize_new_values(regclass) 来更新索引。因此，BRIN 可能最适合用于只读或很少更改的数据。有关更多信息，请参阅手册。

使用 BRIN 总结空间数据

SP-GiST 代表“空间分割广义搜索树”，它是一种用于多维数据类型的通用索引形式，支持分区搜索树，例如四叉树、k-d 树和基数树（trie）。这些数据结构的共同特点是它们重复地将搜索空间划分为大小不必相等的多个分区。除了空间索引之外，SP-GiST 还用于加速许多类型数据的搜索，例如电话路由、IP 路由、子字符串搜索等。有关更多信息，请参阅PostgreSQL 手册。

与 GiST 索引一样，SP-GiST 索引是有损的，因为它存储了包围空间对象的边界框。SP-GiST 索引可以被认为是 GiST 索引的替代方案。

一旦 GIS 数据表超过几千行，就可以使用 SP-GiST 索引来加速数据的空间搜索。在“geometry”列上构建 SP-GiST 索引的语法如下

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING SPGIST ( [geometryfield] ); 

以上语法将构建一个二维索引。可以使用 3D 运算符类为 geometry 类型创建三维索引

CREATE INDEX [indexname] ON [tablename] USING SPGIST ([geometryfield] spgist_geometry_ops_3d);

构建空间索引是一项计算密集型操作。它还会阻止对您的表进行写入访问，直到索引创建完成，因此在生产系统中，您可能希望以较慢的 CONCURRENTLY 方式执行此操作

CREATE INDEX CONCURRENTLY [indexname] ON [tablename] USING SPGIST ( [geometryfield] ); 

构建索引后，有时有助于强制 PostgreSQL 收集表统计信息，这些信息用于优化查询计划

VACUUM ANALYZE [table_name] [(column_name)];

SP-GiST 索引可以加速涉及以下运算符的查询

目前不支持 kNN 搜索。

通常，索引会无形地加速数据访问：一旦构建了索引，PostgreSQL 查询规划器会自动决定何时使用它来提高查询性能。但有些情况下，规划器不会选择使用现有索引，因此查询最终会使用缓慢的顺序扫描而不是空间索引。

如果您发现您的空间索引没有被使用，您可以尝试以下几种方法

有关更多信息，请参阅 Postgres 手册中关于查询规划的部分。