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PostGIS之地理坐标

时间:2023-01-06 17:34:42浏览次数:90  
标签:POINT PostGIS ST returns 地理坐标 4326 geography

1. 概述

PostGIS 是PostgreSQL数据库一个空间数据库扩展,它添加了对地理对象的支持,允许在 SQL 中运行空间查询

PostGIS官网:About PostGIS | PostGIS

PostGIS官方教程:PostGIS 简介 — Introduction to PostGIS

PostGIS相关教程:文章目录汇总 - 知乎 (zhihu.com)

本文基于官方教程描述PostGIS中的地理坐标

数据准备可参考:

数据介绍可参考:

2. 地理坐标

2.1 平面坐标与球面坐标

地图中常用投影坐标系和地理坐标系,投影坐标系是将地球表面投影到平面上,地理坐标系是球面坐标,使用地理坐标系,不适用于运算面积、长度等

_images/cartesian_spherical.jpg

2.2 地理坐标

2.2.1 点到点

当使用的坐标系是地理坐标时,进行距离运算是没意义的,比如在WGS-84坐标系下计算洛杉矶(Los Angeles)和巴黎(Paris)的距离:

  • Los Angeles: POINT(-118.4079 33.9434)
  • Paris: POINT(2.3490 48.8533)
SELECT ST_Distance(ST_GeometryFromText('POINT(-118.4079 33.9434)', 4326), ST_GeomFromText('POINT(2.3490 48.8533)', 4326));

结果为:121.67388386839635,这似乎并没有什么意义

当使用的坐标系是地理坐标系时,需要将运算的背景放在球面坐标系,PostGIS中将这类数据定义为geography类型,而通常使用的平面坐标系下的属于geometry类型

使用geography类型来计算距离:

SELECT ST_Distance(ST_GeographyFromText('SRID=4326;POINT(-118.4079 33.9434)'), ST_GeogFromText('SRID=4326;POINT(2.3490 48.8533)'));

计算结果为:9125752.37394223,单位:米

2.2.2 点到线

在地理坐标系下进行距离量算,往往会出现错误的结果,比如下图中,"从洛杉矶(LAX)到巴黎(CDG)的航班路线距离冰岛有多远?"

使用平面坐标系,得到的是紫色的直线,而实际上,应该是红色的大圆路线

_images/lax_cdg.jpg

因此,这种情况下,应尽可能的使用geography类型来计算距离:

SELECT ST_Distance(
    ST_GeographyFromText('SRID=4326;LINESTRING(-118.4079 33.9434, 2.3490 48.8533)'),  -- LAX-CDG
    ST_GeogFromText('SRID=4326;POINT(-22.6056 63.9850)')  -- Iceland
);

image-20230105143638898

2.2.3 国际日期变更线

国际日期变更线就是180°经线,根据定义,西经与东经相接于0°和180°经线,使用平面坐标系就会存在分界线问题,比如:WGS-84坐标系下,点(-179,0)与点(179,0)的距离是多少

image-20230105144721307
SELECT ST_Distance(ST_GeomFromText('SRID=4326;POINT(-179 0)'), ST_GeomFromText('SRID=4326;POINT(179 0)'));

image-20230105145651713

结果为358°,显然这是错的,它计算的是(-179,0)到(179,0)的平面距离,没有考虑地理坐标的实际意义

因此,这种情况下,使用geography类型来计算距离:

SELECT ST_Distance(
    ST_GeogFromText('SRID=4326;POINT(-179 0)'), 
    ST_GeogFromText('SRID=4326;POINT(179 0)')
);

image-20230105150419815

结果为:222638.98158655,单位:米,显然geography类型考虑了国际日期变更线的问题

2.3 Geometry转Geography

Geometry转Geography首先要将Geometry转换到地理坐标系WGS-84(SRID/EPSG:4326),再使用转换函数:

  • Geography(geometry) 将基于EPSG:4326的geometry数据类型转换为geography数据类型
  • (geometry)::geography 将基于EPSG:4326的geometry数据类型转换为geography数据类型

将Geometry数据表转换为Geography表:

CREATE TABLE nyc_subway_stations_geog AS
SELECT
  ST_Transform(geom,4326)::geography AS geog,
  name,
  routes
FROM nyc_subway_stations;

image-20230105152242257

Geography表构建空间索引与Geometry相同,不同之处在于PostGIS对于Geography表会处理覆盖极点或国际日期变更线的要素的查询,而geometry空间索引则不会

CREATE INDEX nyc_subway_stations_geog_gix
ON nyc_subway_stations_geog USING GIST (geog);

对于Geography类型,支持的空间函数较少:

  • ST_AsText(geography) returns text
  • ST_GeographyFromText(text) returns geography
  • ST_AsBinary(geography) returns bytea
  • ST_GeogFromWKB(bytea) returns geography
  • ST_AsSVG(geography) returns text
  • ST_AsGML(geography) returns text
  • ST_AsKML(geography) returns text
  • ST_AsGeoJson(geography) returns text
  • ST_Distance(geography, geography) returns double
  • ST_DWithin(geography, geography, float8) returns boolean
  • ST_Area(geography) returns double
  • ST_Length(geography) returns double
  • ST_Covers(geography, geography) returns boolean
  • ST_CoveredBy(geography, geography) returns boolean
  • ST_Intersects(geography, geography) returns boolean
  • ST_Buffer(geography, float8) returns geography
  • ST_Intersection(geography, geography) returns geography

2.4 Geography转Geometry

与Geometry转Geography类似,支持转换的函数主要有:

  • Geometry(geography) 将基于EPSG:4326的geography数据类型转换为geometry数据类型
  • (geography)::geometry 将基于EPSG:4326的geography数据类型转换为geometry数据类型
SELECT Geometry(ST_GeogFromText('SRID=4326;POINT(-179 0)'));

2.5 创建Geography表

geography表可以创建时直接指定几何类型:

CREATE TABLE airports (
  code VARCHAR(3),
  geog GEOGRAPHY(Point)
);
 
INSERT INTO airports VALUES ('LAX', 'POINT(-118.4079 33.9434)');
INSERT INTO airports VALUES ('CDG', 'POINT(2.5559 49.0083)');
INSERT INTO airports VALUES ('KEF', 'POINT(-22.6056 63.9850)');

geography表的信息(元数据)储存在geography_columns表(视图)中

SELECT * FROM geography_columns;

image-20230105154300575

2.6 不使用的原因

地理坐标是大众普遍接受的坐标,geography类型有效解决了很多问题,那么为什么不广泛使用呢?

  • 因为geography类型计算复杂,支持的函数少

选择合适的投影,是个不错的解决办法

3. 参考资料

[1]18. Geography — Introduction to PostGIS

[2]PostGIS教程十二:地理 - 知乎 (zhihu.com)

[3]PostGIS 3.3.3dev Manual

[4]PostGIS Cheat Sheet

标签:POINT,PostGIS,ST,returns,地理坐标,4326,geography
From: https://www.cnblogs.com/jiujiubashiyi/p/17031147.html

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