PostGIS空间数据类型的组织与表达（geometry数据类型）

作者：不睡觉的怪叔叔

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一、Simple Features Interface Standard（SFS）

SFS是OGC用于描述地理要素几何对象的模型的一个规范。

1.1、SFS定义的几何对象模型

1.2、SFS定义的几何对象的方法

二、SQL Multimedia and Application Packages（SQL/MM）

SQL/MM是ISO定义的用于描述地理要素几何对象模型的规范。

2.1、SFS和SQL/MM几何类型定义的对应关系

SQL/MM采用“ST_”作为前缀进行命名。

2.2、SQL/MM定义的几何对象模型

​ SQL/MM的几何对象模型与SFS的几何对象模型非常类似。

三、PostGIS的二维几何对象模型

3.1、PostGIS二维几何对象模型的组织

​ PostGIS在二维几何对象方面支持OGC"Simple Features for SQL"规范中指定的所有对象和函数，同时也支持"SQL/MM"规范的几何对象。

3.2、PostGIS二维几何对象模型的表达

​ PostGIS在内部将二维几何对象数据编码为二进制数据（也就是geometry类型）进行存储。

​ PostGIS同时也最经常使用以下两种表达方式对二维几何对象模型进行表达：

• Well-Known Text (WKT)
• Well-Known Binary (WKB)

WKT形式的数据通常是这样的：

• POINT(0 0)

• LINESTRING(0 0,1 1,1 2)

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

• MULTIPOINT((0 0),(1 2))

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

• MULTIPOLYGON(((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1,2 1,2 2,1 2,1 1)), ((-1 -1,-1 -2,-2 -2,-2 -1,-1 -1)))

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

  WKB形式的数据就是一串二进制位串。

  可以通过以下函数将WKT和WKB的数据转换为geometry类型数据：

• ST_GeometryFromText(text WKT, SRID)

• ST_GeomFromWKB(bytea WKB, SRID)

​ 可以通过以下函数将geometry类型数据转换为WKT和WKB的数据：

• ST_AsBinary(geometry)
• ST_AsText(geometry)

​ WKB形式的数据可以借助encode()函数将其转换为十六进制字符串的格式（方便观察）：

SELECT encode(
  	ST_AsBinary(ST_GeometryFromText('POLYGON((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1))')),
 	'hex');

​ 结果：

"01030000000200000005000000000000000000000000000000000000000000000000001040000000000000000000000000000010400000000000001040000000000000000000000000000010400000000000000000000000000000000005000000000000000000f03f000000000000f03f0000000000000040000000000000f03f00000000000000400000000000000040000000000000f03f0000000000000040000000000000f03f0000（00000000f03f"

四、PostGIS的三维几何对象模型

4.1、PostGIS三维几何对象模型的组织

由于SFS和SQL/MM规范都只定义了二维几何对象模型，所以PostGIS自行扩展了以下三维、四维几何类型：

• 点 —— PointZ、PointM和PointZM
• 线串 —— LinestringZ、LinestringM和LinestringZM
• 多边形 —— PolygonZ、PolygonM和PolygonZM
• 等等

4.2、PostGIS三维几何对象模型的表达

PostGIS同样在内部将三、四维几何对象数据编码为二进制数据（也就是geometry类型）进行存储。

​ PostGIS使用以下两种表达方式对三、四维几何对象模型进行表达：

• Extended Well-Known Text (EWKT)

• Extended Well-Known Binary (EWKB)

  EWKT形式的数据通常是这样的：

• POINT(0 0 0) -- XYZ

• SRID=32632;POINT(0 0) -- XY with SRID

• POINTM(0 0 0) -- XYM

• POINT(0 0 0 0) -- XYZM

• SRID=4326;MULTIPOINTM(0 0 0,1 2 1) -- XYM with SRID

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

• 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))

• MULTIPOLYGON(((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)),((-1 -1 0,-1 -2 0,-2 -2 0,-2 -1 0,-1 -1 0)))

• GEOMETRYCOLLECTIONM( POINTM(2 3 9), LINESTRINGM(2 3 4, 3 4 5) )

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

• POLYHEDRALSURFACE( ((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( ((0 0 0, 0 0 1, 0 1 0, 0 0 0)), ((0 0 0, 0 1 0, 1 1 0, 0 0 0)) )

EWKT形式的数据与WKT形式的数据相比除了多了维度信息以外，还多了空间参考信息（比如"SRID=32632;POINT(0 0)"）。也就是说PostGIS的多维数据类型的数据可以内嵌空间参考信息。

可以通过以下函数将WKT和WKB的数据转换为geometry类型数据：

• ST_GeomFromEWKB(bytea EWKB)
• ST_GeomFromEWKT(text EWKT)

​ 可以通过以下函数将geometry类型数据转换为WKT和WKB的数据：

• ST_AsEWKB(geometry)
• ST_AsEWKT(geometry)