Postgis

项目地址： https://github.com/postgis/postgis

官方文档： https://postgis.net/docs/

许可证： GPL-2.0+

概述

PostGIS 是基于 PostgreSQL 的开源空间数据库扩展，遵循 OGC Simple Features for SQL 规范。核心能力：

• 空间数据类型：geometry（平面）、geography（球面）、raster、topology、3DZ/4DZM
• 空间索引：基于 R-Tree-over-GiST，亿级要素仍保持毫秒级查询
• 1000+ 空间函数：覆盖度量、关系、构造、聚合、栅格代数
• 坐标参考系：内置 6000+ EPSG 投影，自动 ST_Transform
• 数据导入导出：与 GDAL/ogr2ogr/shp2pgsql 无缝集成

版本要求： PostgreSQL 12–17 配合 PostGIS 3.x（最新稳定版 3.6.4，3.7 处于 RC 阶段）；GEOS ≥ 3.8（部分新算子需 GEOS ≥ 3.14）

环境准备

安装

# Debian/Ubuntu
sudo apt install postgresql-17-postgis-3 postgresql-17-postgis-3-scripts

# CentOS/RHEL
sudo yum install postgis34_17

# macOS
brew install postgis

# Docker（推荐，标签格式 <PG 主版本>-<PostGIS 主版本>）
docker run --name pg -e POSTGRES_PASSWORD=pg -p 5432:5432 -d postgis/postgis:17-3.6

启用扩展

CREATE EXTENSION postgis;
CREATE EXTENSION postgis_topology;     -- 拓扑（可选）
CREATE EXTENSION postgis_raster;       -- 栅格（可选）
CREATE EXTENSION postgis_sfcgal;       -- 3D 高级运算（可选）
SELECT PostGIS_Full_Version();         -- 验证

核心数据类型

建表与索引

CREATE TABLE poi (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name TEXT,
    geom geometry(Point, 4326)
);

CREATE INDEX poi_geom_idx ON poi USING GIST (geom);

INSERT INTO poi(name, geom) VALUES
    ('天安门', ST_GeomFromText('POINT(116.397 39.908)', 4326)),
    ('外滩',   ST_SetSRID(ST_MakePoint(121.490, 31.241), 4326));

ANALYZE poi;

常用空间 SQL

1. 空间关系

-- 范围查询：&& 走 GiST 索引
SELECT id, name FROM poi
WHERE geom && ST_MakeEnvelope(116, 39, 117, 40, 4326)
  AND ST_Within(geom, ST_MakeEnvelope(116, 39, 117, 40, 4326));

-- KNN：<-> 走索引
SELECT id, name, geom <-> ST_MakePoint(116.4, 39.9)::geometry AS d
FROM poi ORDER BY d LIMIT 10;

-- 5 公里缓冲区内
SELECT * FROM poi
WHERE ST_DWithin(geom::geography, ST_MakePoint(116.4, 39.9)::geography, 5000);

2. 几何变换

SELECT ST_Buffer(geom::geography, 100)::geometry FROM poi;       -- 100 米
SELECT ST_Transform(geom, 3857) FROM poi;                        -- WGS84→Mercator
SELECT ST_SimplifyPreserveTopology(geom, 0.001) FROM province;
SELECT ST_Centroid(geom), ST_ConvexHull(geom), ST_Envelope(geom) FROM province;

3. 集合运算

SELECT ST_Union(geom)        FROM city WHERE province_id = 31;
SELECT ST_Intersection(a.geom, b.geom) FROM a, b WHERE a.id=1 AND b.id=2;
SELECT ST_Difference(a.geom, b.geom)   FROM a, b;

4. 度量

SELECT ST_Area(geom::geography), ST_Length(geom::geography),
       ST_Distance(a.geom::geography, b.geom::geography);

5. 输出格式

SELECT ST_AsText(geom), ST_AsGeoJSON(geom), ST_AsBinary(geom) FROM poi;

数据导入导出

# Shapefile → PostGIS
shp2pgsql -s 4326 -I -W UTF-8 china.shp public.china | psql -d gisdb

# 反向
pgsql2shp -f out.shp -h localhost -u postgres gisdb "SELECT * FROM poi"

# 通用（GDAL）
ogr2ogr -f PostgreSQL "PG:host=localhost user=postgres dbname=gisdb password=pg" \
        -nln poi -nlt PROMOTE_TO_MULTI -lco GEOMETRY_NAME=geom \
        -t_srs EPSG:4326 input.gpkg

矢量瓦片（ST_AsMVT）

WITH mvtgeom AS (
    SELECT ST_AsMVTGeom(
             ST_Transform(geom, 3857),
             ST_TileEnvelope(:z, :x, :y)) AS geom,
           id, name
    FROM poi
    WHERE geom && ST_Transform(ST_TileEnvelope(:z, :x, :y), 4326)
)
SELECT ST_AsMVT(mvtgeom.*, 'poi', 4096, 'geom') FROM mvtgeom;

栅格

-- 导入（命令行）
raster2pgsql -s 4326 -I -C -M dem.tif -F -t 256x256 public.dem | psql -d gisdb

SELECT ST_Value(rast, ST_MakePoint(116.4, 39.9)) FROM dem;
SELECT (ST_SummaryStats(rast)).* FROM dem;
SELECT ST_Clip(rast, geom, true) FROM dem, region WHERE region.id=1;

性能优化

1. 必建空间索引：USING GIST(geom)
2. 用 && 让查询走索引，再用 ST_Within/Intersects 精筛
3. 大批量导入后 VACUUM ANALYZE
4. SRID 必须一致，跨 SRID 必须 ST_Transform
5. 距离排序用 KNN <-> 替代 ST_Distance
6. 几何简化：前端展示用 ST_SimplifyPreserveTopology
7. 大表按行政区分区
8. ST_Subdivide 切分大几何加速空间连接

常见问题

AI 使用建议

推荐工作流

1. 安装扩展：CREATE EXTENSION postgis; 启用空间功能
2. 建表：包含 geometry(Point, 4326) 或 geography(Point, 4326) 类型的几何列
3. 建索引：CREATE INDEX ON table USING GIST(geom) —— 必建空间索引
4. 导入数据：使用 shp2pgsql（Shapefile）、ogr2ogr（通用）、raster2pgsql（栅格）
5. 空间查询：用 && 先做包围盒粗筛（走 GiST 索引），再用 ST_Within/ST_Intersects 精筛
6. 验证结果：EXPLAIN ANALYZE 查看查询计划，确认索引被使用

关键注意事项

• geometry vs geography：geometry（平面计算，速度快）vs geography（球面计算，距离单位为米）
• SRID 必须一致：跨 SRID 运算必须先 ST_Transform，否则报 Operation on mixed SRID
• 用 && 让查询走索引：WHERE geom && ST_MakeEnvelope(...) 粗筛 + ST_Within 精筛
• KNN 用 <->：ORDER BY geom <-> point LIMIT 10 走 GiST 索引，比 ST_Distance 快几个数量级
• 大几何优化：使用 ST_Subdivide 切分大面几何加速空间连接
• 导入后 ANALYZE：大批量数据导入后执行 VACUUM ANALYZE 更新统计信息

相关技能

• geoserver — 地图服务发布（PostGIS 是最常见数据源）：../geoserver/SKILL.md
• geotools — Java GIS 工具库：../geotools/SKILL.md
• geopandas — Python 矢量数据处理：../geopandas/SKILL.md
• gdal — 命令行数据导入导出：../gdal/SKILL.md

参考资源

• 文档：https://postgis.net/docs/
• 函数速查：https://postgis.net/docs/reference.html
• Workshop：https://postgis.net/workshops/postgis-intro/
• 中文教程（znlgis）：https://znlgis.github.io/gis/tutorial/postgis/