PostGIS的Geoprocessing潜力分析

论文总字数：31083字

摘 要

Abstract： II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2研究现状 1

1.2.1 Geoprocessing研究现状 1

1.2.2 PostGIS研究现状 2

1.3 论文主要内容 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 PostGIS与Geoprocessing相关技术 5

2.1 Geoprocessing概述 5

2.2 PostgreSQL/PostGIS基本原理及特点 6

2.3 SQL语言概述 7

第三章 空间分析 9

3.1 缓冲区分析 9

3.2 叠置分析 12

3.2.1 裁剪（Clip）分析 13

3.2.2 相交（Intersect）分析 14

3.2.3 联合（Union）分析 16

3.2.4 擦除（Difference）分析 18

3.3 网络分析 19

3.3.1 距离（Distance）分析 19

3.3.2 路径分析 21

3.4 窗口分析 22

3.5 本章小结 22

第四章 空间关系 23

4.1 九交模型简介 23

4.2 ArcGIS中GP服务的九交模型 24

4.3 PostGIS的九交模型分析 25

4.4 PostGIS的九交模型潜力分析 26

第五章 PostGIS的GP服务案例分析 27

5.1 GP服务的案例介绍 27

5.2 PostGIS的实现 27

5.3 案例小结 28

第六章 PostGIS发展中的功能 29

6.1 PostGIS的三维处理 29

6.2 PostGIS的栅格处理 30

6.3 本章小结 30

第七章 结论与展望 31

7.1 研究工作总结 31

7.2工作展望 31

致 谢 33

参考文献： 34

附录： 35

PostGIS的Geoprocessing潜力分析

摘要：

Geoprocessing作为地理信息系统中的重要组成部分，为地理信息系统提供了一个完善的数据处理模块。虽然ArcGIS的空间数据库技术比较成熟，各项功能也相当完善，但其高昂的费用并不是一些弱GIS部门能够承担的起的。而IT行业的软件系统开源化促使了PostGIS的崛起。经过十几年的发展，PostGIS的一些功能已经非常强大。本文旨在对比Geoprocessing和PostGIS的对应功能和特点，探究PostGIS对Geoprocessing的替代性的潜力。

本文对Geoprocessing和PostGIS的一些常用功能进行比较全面的分析，通过一些简洁但突出的案例对两者的相应功能进行分析，再使用PostGIS中的功能实现Geoprocessing中比较复杂的服务，以达到PostGIS的潜力分析的目的。然后再介绍了PostGIS中的尚不成熟的功能。

通过分析得出以下结论：PostGIS中一些功能已经相当成熟，有些功能甚至比Geoprocessing更加简单，在某些方面PostGIS可以直接投入企业生产中；但是还有很多高级功能仍然处于发展阶段，需要不断的完善功能与拓展新特性。由于PostGIS发展时间短，可开发的方面比较多，所以在面向对象空间数据库系统这一领域，会有很大的发展前景。

关键词： PostGIS ；Geoprocessing ；潜力分析；开源数据库

PostGIS Potential analysis of Geoprocessing

Abstract：

As an important component of GIS, Geoprocessing provides a complete data processing module for GIS. Although the spatial database technology of ArcGIS is mature, the function is also quite well, but its high cost is not some weak GIS department can assume. The IT industry software system of the open source of the PostGIS to promote the rise of. After a decade of development, some of the functions of PostGIS have been very strong. This paper aims to compare the corresponding features and features of Geoprocessing and PostGIS, and explore the potential of PostGIS to Geoprocessing substitution.

In this paper, the Geoprocessing PostGIS and a comprehensive analysis of some commonly used functions through some simple but outstanding case of the corresponding function is analyzed, and then use the PostGIS function is complicated during the Geoprocessing services, in order to achieve the goal of PostGIS potential analysis. And then introduced the function of the premature PostGIS.

Through analysis the following conclusions: the PostGIS some functionality is quite mature, some function even more simple than Geoprocessing, in some ways PostGIS can directly into the enterprise production; But there are a lot of advanced features is still in a stage of development, the need to constantly improve the function and expand new features. Because PostGIS development time is short, can develop more and more so in the field of object-oriented spatial database system, have great prospects for development.

Key words: PostGIS ；Geoprocessing ；Potential analysis；Open source database

PostGIS的Geoprocessing潜力分析

第一章 绪论

1.1 选题背景

随着计算机科学的飞速发展，地理信息系统（GIS）的功能也在进行非常大的拓展；另一方面，人们对于GIS的需求的增长，对GIS处理技术提出了更高的要求。美国ESRI公司（Environment Systems Research Institute,Inc）的ArcGIS是当前主流的地理信息系统软件平台，其空间数据管理和地理数据处理分析等方面是非常卓越的，其地理处理（Geoprocessing）功能相当强大。

开源软件在十几年内飞速发展，由于用户可以免费使用和开放源代码这两个特点，开源软件颇受人们喜爱。同时各种企业、组织会因为其免费的特性，加入到开源软件的研究，他们为开源软件的发展提供了相当有利的支持。现阶段已经有很多开源软件已经相当成熟，甚至投入了企业的使用。

虽然ArcGIS的空间数据库技术比较成熟，各种功能都非常完善和精妙，但其高昂的费用并不是一些弱GIS部门能够承担的起的。所以现在的一些GIS部门自然会最求成本更低的同样稳定的开发模式。PostGIS应运而生。

PostGIS作为PostgreSQL开源数据库中的一个拓展模块，能够支持OGC地理要素规范中的所有类型。它将地理空间要素作为对象来管理，并且能够对地理空间对象进行属性查询和空间分析。^[12]

1.2研究现状

19世纪60年代初期，地理信息系统于加拿大形成了萌芽，在加拿大地理信息系统（CGIS）投入运行之后的50余年里，GIS经历了高速的发展阶段。随着计算机、数据库技术的飞速发展，各方面理论和技术的不断完善，自20世纪90年代开始，GIS在全球都进入了一个发展的高峰期，在数据存储、处理、表达和数据共享方面都取得了卓越的成绩。

1.2.1 Geoprocessing研究现状

Geoprocessing一词是由ESRI提出的新名词，在ArcGIS的中文版里被翻译为地理处理，在本文中将以GP简称。GP的功能是对已有数据进行处理，得到新的数据的过程，用户对地理数据任何更改和提取都是地理处理。地理处理的基本目的是提供用于执行分析和管理地理数据的工具和框架。在ArcGIS中，地理处理提供了大量成套工具，用于执行从简单的缓冲区和面叠加到复杂的回归分析和影像分类等各项 GIS 任务。执行自动操作的任务可以是普通任务 - 例如，将大量数据从一种格式转换为另一种格式。也可以是很有创造性的任务，这些任务使用一序列操作对复杂的空间关系进行建模和分析。例如，通过交通网络计算最佳路径、预测火势路径、分析和寻找犯罪地点的模式、预测哪些地区容易发生山体滑坡或预测暴雨事件造成的洪水影响。

从地理处理的角度看，GIS的功能是对现有数据集进行处理，从而得到新的数据的工具，这些地理处理功能是将现有数据集进行信息提取、分析，然后将最终结果存储到数据集的过程。换句话说，地理处理就是通过对已有数据进行分析操作得到新数据的过程。地理处理的强大之处在于可以应用到GIS的所有方面，如数据的自动化生成和编辑，数据的管理与处理，数据分析和建模等。^[15]

1.2.2 PostGIS研究现状

Postgres是由加州大学伯克利分校计算机系的Michael Stonebraker教授领导开发的，这个项目为开源数据库奠定了伟大的基础。它支持SQL标准，并且具有许多其他的现代特性，如复杂查询、视图、多版本并发控制等。同时它还支持扩展功能，通过添加新的函数、数据类型、操作符等方法来实现扩展。并且任何人都可以免费的使用、修改和传播PostgreSQL，这对其广泛传播与飞速发展有着深远的影响。^[16]

尽管早期的PostgreSQL版本中提供了几种空间数据的支持，但其功能特性很难达到地理信息系统的要求。主要表现在缺乏复杂的空间类型，没有投影变换功能，以及没有空间分析功能。为了使PostgreSQL能够提供更强大空间信息服务，PostGIS应运而生。

PostGIS是由Refractions Research Inc公司开发的开源软件Refraction公司最初是在PostgreSQL的基础上研究如何实现空间数据库的，由于GIS中使用的空间数据类型比PostgreSQL中的空间数据类型更全面，Refraction的研究人员陷入难题，耗费了大量的人力物力，却不能实现空间数据库系统的功能。随着PostgreSQL的不断发布新的功能以及PostGIS开发组的努力，PostGIS才成功的实现了空间数据的存储功能，并随着不断的优化，PostGIS成为了当前最著名和最高效的开源空间数据库。

PostGIS在对象关系型数据库PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力，相当于Oracle的spatial部分。PostGIS最大的特点是符合并且实现了OpenGIS的一些规范，是最著名的开源GIS数据库。PostGIS为地图处理数据库添加了两千多个空间函数，具有十分强大的空间数据管理与分析能力。目前国内外都相继开始使用PostgreSQL和PostGIS做应用研究和实践生产，大大节省了成本的同时满足系统需求。^[14]

国内对于PostgreSQL的应用还比较少，大多数仍在试验或者研究阶段，很少有实践到企业项目中；由于国外发展时间长，很早的尝试在企业生产中使用开源软件，所以在一些方面取得了重要的成果。如荷兰的ABN AMRO Clearing银行，为了降低成本而使用了PostgreSQL，由此可见此数据库已经相当成熟。

1.3 论文主要内容

本文以开源的PostGIS数据库作为进行研究，与ArcGIS中部分功能进行对照，尝试以PostGIS实现部分地图处理功能。分析PostGIS的空间查询能力，通过与ArcGIS中GP服务对照，探讨PostGIS在空间分析方面对ArcGIS的替代性。

选择这个课题的主要原因有两点：其一是尝试使用开源软件、数据库来实现部分需要昂贵的商业软件才能实现的功能；其二是PostGIS作为开源空间数据库管理系统，已经比较成熟，并且在国外已经有使用PostGIS的案例。在广泛的查阅网上的资料后，详细了解和对照PostGIS和ArcGIS中GP服务对应的功能和特点，探究PostGIS对ArcGIS中GP服务的替代性的潜力。

1.4 论文组织结构

第一章绪论部分，根据现在开源软件的飞速发展，其功能也相当成熟和完善，提出在GIS领域的开源数据库PostgreSQL/PostGIS是有潜力对商业软件ArcGIS中GP服务进行替代的。文中详细阐述了Geoprocessing和PostGIS的发展及研究现状。

第二章理论基础部分，介绍了Geoprocessing概述，PostgreSQL和PostGIS的特点，以及SQL语言的介绍。主要重点放在PostGIS的特点上。

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