Simple Features. Úvod do problematiky, geodatabáze, OGC Simple Features. Martin Landa

Transkript

1 Geodatabáze Simple Features Přednáška 1 Geodatabáze Simple Features do problematiky, geodatabáze, OGC Simple Features 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/22

2 Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/22

3 Obsah přednášky Geodatabáze Simple Features 1 Databáze Prostorová databáze Geodatabáze Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů 2 OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 3/22

4 Náplň předmětu Geodatabáze Simple Features Stránky předmětu Databáze Prostorová databáze Geodatabáze 1 Databáze a geografická data obecně 2 Specifikace OGC Simple Features 3 Prostorové SQL 4 Geodatabáze prakticky PostGIS SpatiaLite rasdaman OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 4/22

5 Náplň předmětu Geodatabáze Simple Features Stránky předmětu Databáze Prostorová databáze Geodatabáze 1 Databáze a geografická data obecně 2 Specifikace OGC Simple Features 3 Prostorové SQL 4 Geodatabáze prakticky PostGIS SpatiaLite rasdaman OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 4/22

6 Databáze Geodatabáze Simple Features Databáze Uspořádaná množina informací (dat) uložená na pamět ovém médiu. DBMS DataBase Management System (systém řízení báze dat): softwarové vybavení, které zajišt uje práci s databází tvoří rozhraní mezi aplikačními programy a uloženými daty Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Databázový systém Systém řízení báze dat dohromady s bází dat. 5/22

7 Databáze Geodatabáze Simple Features Databáze Uspořádaná množina informací (dat) uložená na pamět ovém médiu. DBMS DataBase Management System (systém řízení báze dat): softwarové vybavení, které zajišt uje práci s databází tvoří rozhraní mezi aplikačními programy a uloženými daty Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Databázový systém Systém řízení báze dat dohromady s bází dat. 5/22

8 Prostorová databáze Geodatabáze Simple Features Základní charakteristika Databáze optimalizovaná pro skladování, údržbu a dotazovaní dat vztažených k objektům lokalizovaných v definovaném prostoru Oproti běžné databázi definuje: 1 Datové typy prostorových objektů (features) 2 Metody pro dotazování a zpracování prostorových dat Prostorové vztahy, např. je uvnitr(), dotyka se(), obsahuje() Operace překrytí, např. prunik(), spojeni() Ostatní, např. plocha(), delka(), typ() Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Prostorová data Entita definovaná v prostoru, u které je zřejmá: 1 Identifikace 2 Umístění v prostoru 3 Vztah k okolním entitám Prostorový referenční systém 6/22

12 Geodatabáze Geodatabáze Simple Features Základní charakteristika Databáze navržena pro uložení, dotazování a manipulaci s geografickými informacemi a prostorovými daty Komponenta GIS pro skladování a manipulaci s daty + Běžně používané relačně-objektové databáze + SQL, prostorové dotazy + Víceuživatelský přístup k datům Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Geodata Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Vektorová data uložena jako body, linie a polygony 1 Prostorová složka (geometrie) 2 Popisná složka (atributy) 3 Volitelně topologická reprezentace dat Některé geodatabáze umožňují manipulaci i s rastrovými daty Metadata 7/22

13 Geodatabáze Geodatabáze Simple Features Základní charakteristika Databáze navržena pro uložení, dotazování a manipulaci s geografickými informacemi a prostorovými daty Komponenta GIS pro skladování a manipulaci s daty + Běžně používané relačně-objektové databáze + SQL, prostorové dotazy + Víceuživatelský přístup k datům Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Geodata Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Vektorová data uložena jako body, linie a polygony 1 Prostorová složka (geometrie) 2 Popisná složka (atributy) 3 Volitelně topologická reprezentace dat Některé geodatabáze umožňují manipulaci i s rastrovými daty Metadata 7/22

14 Geodatabáze Geodatabáze Simple Features Historie 1 Geometrie a atributy uloženy odděleně ve specifických souborových strukturách (např. souborový formát Esri Shapefile) 2 Geometrie v souborech, atributová data uložena v (relačních) databázových systémech (např. souborový formát GRASS + SQLite) 3 Geometrie a atributy uloženy společně v databázi Prvotní implementace používaly middleware pro uložení prostorových dat s využitím standardních datových typů (např. BLOB) IBM Geographic Database System (GDBS) polovina 80.let IBM GeoManager (rozšíření pro IBM DB2) počátek 90.let Oracle v.4 (přelom 80. a 90.let) Oracle Spatial Objektově-relační databázové systémy (konec 90.let) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 8/22

17 Geodatabáze Geodatabáze Simple Features Přehled některých produktů IBM DB2 IBM DB2 Spatial Extender Oracle Oracle Spatial/Locator PostgreSQL PostGIS ( ) MySQL MySQL Spatial Extensions ( ) Microsoft SQL Server Esri ArcSDE Informix Spatial DataBlade SQLite SpatiaLite ( ) CouchDB ( )... Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL ( )... open source 8/22

18 Obsah přednášky Geodatabáze Simple Features 1 Databáze Prostorová databáze Geodatabáze Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů 2 OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 9/22

19 OpenGIS Simple Features Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Specifikace Open Geospatial Consortium (OGC) 1 OpenGIS Simple Features Access (ISO 19125) 2 OpenGIS Simple Features for SQL Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL PostGIS jako implementace OpenGIS Simple Features for SQL pro objektově-relační databázový systém PostgreSQL 10/22

20 OpenGIS Simple Features Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Specifikace Open Geospatial Consortium (OGC) 1 OpenGIS Simple Features Access (ISO 19125) 2 OpenGIS Simple Features for SQL Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL PostGIS jako implementace OpenGIS Simple Features for SQL pro objektově-relační databázový systém PostgreSQL 10/22

21 OpenGIS Simple Features Geodatabáze Simple Features Třída Geometry Abstraktní rodičovská třída Objekty mají prostorové a neprostorové vlastnosti Prostorové vlastnosti jsou reprezentovány 2D geometrickými objekty Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Dimenze objektů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Geometrické objekty nulté (bod), první (linie) a druhé (polygon) dimenze v 2D/3D/4D souřadnicovém systému 2D (x, y) 3D (x, y, z) výška 3D (x, y, m) měření 4D (x, y, z, m) 11/22

22 OpenGIS Simple Features Geodatabáze Simple Features Třída Geometry Abstraktní rodičovská třída Objekty mají prostorové a neprostorové vlastnosti Prostorové vlastnosti jsou reprezentovány 2D geometrickými objekty Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Dimenze objektů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Geometrické objekty nulté (bod), první (linie) a druhé (polygon) dimenze v 2D/3D/4D souřadnicovém systému 2D (x, y) 3D (x, y, z) výška 3D (x, y, m) měření 4D (x, y, z, m) 11/22

23 Základní metody třídy Geometry dimension(), geometrytype(), SRID() envelope(), boundary() astext(), asbinary() issimple(), isempty(), is3d(), ismeasured() Prostorové vztahy equals(), disjoint() intersects(), touches(), crosses(), within(), contains(), overlaps(), relate() Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Prostorová analýza distance(), buffer(), convexhull(), intersection(), union(), difference() Poznámka Metody pro prostorové analýzy či pro určení prostorových vztahů jsou omezeny pouze na 2D 12/22

24 Základní metody třídy Geometry dimension(), geometrytype(), SRID() envelope(), boundary() astext(), asbinary() issimple(), isempty(), is3d(), ismeasured() Prostorové vztahy equals(), disjoint() intersects(), touches(), crosses(), within(), contains(), overlaps(), relate() Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Prostorová analýza distance(), buffer(), convexhull(), intersection(), union(), difference() Poznámka Metody pro prostorové analýzy či pro určení prostorových vztahů jsou omezeny pouze na 2D 12/22

25 Datový model Simple Features Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 13/22

26 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features Point Bod Curve Posloupnost bodů, způsob interpolace LineString linie, lomená čára (lineární interpolace) Line linie s dvěma body LineRing jednoduchá a uzavřená linie Jednoduchá křivka sama sebe neprotíná (1) (3) Uzavřená křivka společný počáteční a koncový bod (4) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 14/22

27 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features Point Bod Curve Posloupnost bodů, způsob interpolace LineString linie, lomená čára (lineární interpolace) Line linie s dvěma body LineRing jednoduchá a uzavřená linie Jednoduchá křivka sama sebe neprotíná (1) (3) Uzavřená křivka společný počáteční a koncový bod (4) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 14/22

28 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features Polygon Definován vnějšími a vnitřními (tvoří tzv. díry ) hranicemi Hranice je objekt typu LineRing Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu (1) Validní OpenGIS Simple Features for SQL (2) Nevalidní 15/22

29 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features PolyhedralSurface Množina polygonů sdílející společné hraniční linie TIN - Triangulated Irreguar Network Poznámka: Nekonzistentní množina polygonů je vyjádřena jako MultiSurface Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 16/22

30 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features GeometryCollection Multimnožina geometrických objektů různých typů (může obsahovat i duplicitní prvky) Poznámka Některé metody tento datový typ nepodporují Multi* Množina geometrických objektů stejného typu MultiPoint množina bodů MultiLineString množina lomených čar MultiPolygon množina polygonů Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 17/22

31 Datové typy Simple Features Geodatabáze Simple Features GeometryCollection Multimnožina geometrických objektů různých typů (může obsahovat i duplicitní prvky) Poznámka Některé metody tento datový typ nepodporují Multi* Množina geometrických objektů stejného typu MultiPoint množina bodů MultiLineString množina lomených čar MultiPolygon množina polygonů Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 17/22

32 Přehled metod datových typů Simple Features Geodatabáze Simple Features GeometryCollection Point Curve NumGeometries(), GeometryN() X(), Y(), Z(), M() Lenght(), StartPoint(), EndPoint(), IsClosed(), IsRing() LineString NumPoints(), PointN() MultiCurve IsClosed(), Length() Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 18/22

35 Přehled metod datových typů Simple Features Geodatabáze Simple Features Surface/MultiSurface Area(), Centroid(), PointOnSurface() Polygon ExteriorRing(), NumInteriorRing(), InteriorRingN() PolyhedralSurface/TIN NumPatches(), PatchN(), BoundingPolygons(), IsClosed() Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 18/22

36 Přehled metod datových typů Simple Features Geodatabáze Simple Features Surface/MultiSurface Area(), Centroid(), PointOnSurface() Polygon ExteriorRing(), NumInteriorRing(), InteriorRingN() PolyhedralSurface/TIN NumPatches(), PatchN(), BoundingPolygons(), IsClosed() Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 18/22

37 Textová forma zápisu (WKT) Geodatabáze Simple Features Well Known Text Značkovací jazyk Používá se pro 1 popis geometrie objektů 2 definici prostorových referenčních systémů (příklad EPSG:5514) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu Příklady OpenGIS Simple Features for SQL 1 POINT (6 10) 2 LINESTRING (3 4,10 50,20 25) 3 POLYGON ((1 1,5 1,5 5,1 5,1 1),(2 2, 3 2, 3 3, 2 3,2 2)) 4 MULTIPOINT ( , ) 5 MULTILINESTRING ((3 4,10 50,20 25),(-5-8,-10-8,-15-4)) 6 MULTIPOLYGON (((1 1,5 1,5 5,1 5,1 1),(2 2, 3 2, 3 3, 2 3,2 2)),((3 3,6 2,6 4,3 3))) 7 GEOMETRYCOLLECTION (POINT(4 6), LINESTRING(4 6,7 10)) 8 POINT ZM ( ) 9 POINT M (1 1 80) 10 POINT EMPTY 11 MULTIPOLYGON EMPTY 19/22

38 Binární forma zápisu (WKB) Geodatabáze Simple Features Well Known Binary Portovatelný zápis geometrie objektů Převod dat, výměna mezi SQL/CLI klientem,... Databáze Prostorová databáze Např. POINT(1 1) je reprezentován sekvencí 21 bajtů F03F F03F 01 Pořadí bajtů 1 bajtový unsigned integer 1 pro little-endian (NDR), 0 pro big-endian (XDR) Typ geometrie 4 bajtový unsigned integer Hodnoty 1 až 7 reprezentují Point, LineString, Polygon, MultiPoint, MultiLineString, MultiPolygon a GeometryCollection POINT - Souřadnice bodu jsou uloženy jako double-precision Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 20/22

39 Binární forma zápisu (WKB) Geodatabáze Simple Features Well Known Binary Portovatelný zápis geometrie objektů Převod dat, výměna mezi SQL/CLI klientem,... Databáze Prostorová databáze Geodatabáze LINESTRING Počet bodů (4 bajtový unsigned integer) Pole bodů POLYGON Počet (včetně vnitřních) ringů (4 bajtový unsigned integer) Pole linií (první je externí ring) Kolekce prvků Počet prvků (4 bajtový unsigned integer) Pole bodů, linií, polygonů a pod. OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 20/22

40 Binární forma zápisu (WKB) Geodatabáze Simple Features Well Known Binary Portovatelný zápis geometrie objektů Převod dat, výměna mezi SQL/CLI klientem,... Např. LINESTRING(1 1, 2 2) je reprezentován sekvencí 41 bajtů F03F F03F Pořadí bajtů little-endian Typ geometrie LINESTRING Počet bodů F03F Souřadnice X prvního bodu F03F Souřadnice Y prvního bodu Souřadnice X druhého bodu Souřadnice Y druhého bodu Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 20/22

41 OpenGIS Simple Features for SQL Geodatabáze Simple Features OpenGIS Simple Features for SQL Podpora pro ukládání, získávání, dotazování a aktualizaci geoprvků přes rozhraní SQL/CLI (Call Level Interface) V tabulce ( feature table ) může být uložena pouze množina prvků stejného geometrického typu Geoprvek je reprezentován záznamem v tabulce (ve sloupcích jsou uloženy jeho prostorové a popisné vlastnosti) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Tabulky dle specifikace OpenGIS Simple Features for SQL GEOMETRY COLUMNS seznam dostupných tabulek s geoprvky SPATIAL REF SYS definice souřadnicových systémů Feature table množina geoprvků jako záznamy v tabulce Geometry table geometrie prvků uložena jako standardní numerická či binární data 21/22

42 OpenGIS Simple Features for SQL Geodatabáze Simple Features OpenGIS Simple Features for SQL Podpora pro ukládání, získávání, dotazování a aktualizaci geoprvků přes rozhraní SQL/CLI (Call Level Interface) V tabulce ( feature table ) může být uložena pouze množina prvků stejného geometrického typu Geoprvek je reprezentován záznamem v tabulce (ve sloupcích jsou uloženy jeho prostorové a popisné vlastnosti) Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL Tabulky dle specifikace OpenGIS Simple Features for SQL GEOMETRY COLUMNS seznam dostupných tabulek s geoprvky SPATIAL REF SYS definice souřadnicových systémů Feature table množina geoprvků jako záznamy v tabulce Geometry table geometrie prvků uložena jako standardní numerická či binární data 21/22

43 SQL schéma Simple Features Geodatabáze Simple Features Databáze Prostorová databáze Geodatabáze OpenGIS Simple Features Datový typ Geometry Odvozené datové typy Vlastnosti datových typů Forma zápisu OpenGIS Simple Features for SQL 22/22

44 DE-9IM, funkce prostorové analýzy Přednáška 2 DE-9IM, funkce prostorové analýzy Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model, operace překrytí, další prostorové funkce 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/12

45 DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/12

46 Obsah přednášky DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM 1 DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 2 Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 3/12

47 9-Intersection Matrix DE-9IM, funkce prostorové analýzy Dimensionally Extended Nine-Intersection Model Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Objekt a má tři části: 1 vnitřní I(a) 2 hranici B(a) a 3 vnější část E(a) Dimenze objektu a: dim(a) (dimenze prázdného objektu dim( ) = 1) DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a dim(l(a) l(b)) dim(l(a) B(b)) dim(l(a) E(b)) Hranice a dim(b(a) l(b)) dim(b(a) B(b)) dim(b(a) E(b)) Vnější část a dim(e(a) l(b)) dim(e(a) B(b)) dim(e(a) E(b)) Průnikem dvou objektů (vnitřní části, hranice a vnější části) vzniká objekt x o dané dimenzi. Např. průnikem dvou polygonů může vzniknout polygon(y) (dim(x) = 2), linie (dim(x) = 1), bod(y) (dim(x) = 0) a nebo prázdný objekt (dim(x) = 1). 4/12

48 9-Intersection Matrix DE-9IM, funkce prostorové analýzy Dimensionally Extended Nine-Intersection Model Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Objekt a má tři části: 1 vnitřní I(a) 2 hranici B(a) a 3 vnější část E(a) Dimenze objektu a: dim(a) (dimenze prázdného objektu dim( ) = 1) DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a dim(l(a) l(b)) dim(l(a) B(b)) dim(l(a) E(b)) Hranice a dim(b(a) l(b)) dim(b(a) B(b)) dim(b(a) E(b)) Vnější část a dim(e(a) l(b)) dim(e(a) B(b)) dim(e(a) E(b)) Průnikem dvou objektů (vnitřní části, hranice a vnější části) vzniká objekt x o dané dimenzi. Např. průnikem dvou polygonů může vzniknout polygon(y) (dim(x) = 2), linie (dim(x) = 1), bod(y) (dim(x) = 0) a nebo prázdný objekt (dim(x) = 1). 4/12

49 9-Intersection Matrix DE-9IM, funkce prostorové analýzy Polygon / Linie / Bod Polygon h je definován množinou vnitřních bodů I(h) a hranicí B(h) (dim(h) = 2) Linie l je definována jako množina (vnitřních) bodů l(l), hranice je určena počátečním a koncovým bodem linie (dim(l) = 1) Bod p je definován jedním (vnitřním) bodem I(p), hranice je prázdná množina (dim(p) = 0) DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Objekt Vnitřní část Hranice Vnější část Polygon h I(h) B(h) E(h) Linie l I(l) koncové body E(l) Bod p I(p) E(p) 5/12

50 9-Intersection Matrix Polygon Polygon DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 6/12

51 9-Intersection Matrix Polygon Polygon DE-9IM, funkce prostorové analýzy Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a I(a) l(b) I(a) B(b) I(a) E(b) Hranice a B(a) l(b) B(a) B(b) B(a) E(b) Vnější část a E(a) l(b) E(a) B(b) E(a) E(b) DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 6/12

60 9-Intersection Matrix DE-9IM, funkce prostorové analýzy Příklad vzorové matice Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a T * T Hranice a * * * Vnější část a T * * DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce kde: T dimenze různá od -1 dim(x) {0, 1, 2}, tj. x F dimenze -1 dim(x) = 1, tj. x = * jakákoliv dimenze dim(x) = { 1, 0, 1, 2} 0 dimenze rovná nule dim(x) = 0 1 dimenze rovná jedné dim(x) = 1 2 dimenze rovná dvěma dim(x) = 2 7/12

61 Příklad DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Linie a Linie b Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a 1 * 1 Hranice a * * * Vnější část a 1 * * 8/12

62 Příklad DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce Polygon a Linie b Vnitřní část b Hranice b Vnější část b Vnitřní část a Hranice a T 0 1 Vnější část a F F 2 8/12

63 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy Založeny na binárních prostorových predikátech (prostorový vztah mezi dvěma objekty) Součást modelu DE-9IM ( named spatial relationships ) Pojmenované prostorové vztahy 1 Equals 2 Disjoint 3 Intersects 4 Touches 5 Crosses 6 Within 7 Contains 8 Overlaps DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce spatial_relations.htm 9/12

64 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Equals Operace překrytí Další funkce (Topologicky uzavřené) objekty a a b jsou prostorově shodné jestliže platí V terminologii DE-9IM: a b b a TFFFTFFFT (I(a) I(b) ) (I(a) B(b) = ) (I(a) E(b) = ) (B(a) I(b) = ) (B(a) B(b) ) (B(a) E(b) = ) (E(a) I(b) = ) (E(a) B(b) = ) (E(a) E(b) ) 9/12

65 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Disjoint Operace překrytí Další funkce (Topologicky uzavřené) objekty a a b jsou prostorově různé jestliže platí V terminologii DE-9IM: a b = FF FF (I(a) I(b) = ) (I(a) B(b) = ) (B(a) I(b) = ) (B(a) B(b) = ) 9/12

66 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Intersects Objekt a prostorově protíná objekt b jestliže platí Operace překrytí Další funkce a.intersects(b)!a.disjoint(b) 9/12

67 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Touches (Topologicky uzavřené) objekty a a b jsou prostorově dotýkají jestliže platí Operace překrytí Další funkce (I(a) I(b) = ) (a b ) Poznámka: vztah není definován pro Bod/Bod. V terminologii DE-9IM: FT (I(a) I(b) = ) F T [(B(a) I(b) ) F T (I(a) B(b) ) (B(a) B(b) )] 9/12

68 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Crosses Prostorový vztah křížení je definován pro Bod/Linie, Bod/Plocha, Linie/Linie a Linie/Plocha jestliže platí Operace překrytí Další funkce V terminologii DE-9IM: dim(i(a) I(b)) < max(dim(i(a)), dim(i(b))) (a b a) (a b b) Pro Bod/Linie, Bod/Plocha a Linie/Plocha: T T I(a) I(b) I(a) E(b) Pro Linie/Linie: 0 dim(i(a) I(b)) = 0 9/12

69 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Within Prostorový vztah uvnitř je definován jako Operace překrytí Další funkce V terminologii DE-9IM: (a b = a) (I(a) E(b) = ) T F F I(a) I(b) I(a) E(b) = B(a) E(b) = 9/12

70 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Contains Operace překrytí Další funkce Objekt a obsahuje objekt b jestliže platí a.contains(b) b.within(a) 9/12

71 Prostorové vztahy DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Overlaps Prostorový vztah překrytí je definován pro Plocha/Plocha, Linie/Linie a Bod/Bod. Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce dim(i(a)) = dim(i(b)) = dim(i(a) I(b)) (a b a) (a b b) V terminologii DE-9IM: Pro Bod/Bod a Plocha/Plocha: Pro Linie/Linie: T T T I(a) I(b) I(a) E(b) E(a) I(b) 1 T T dim((i(a) I(b)) = 1 I(a) E(b) E(a) I(b) 9/12

72 Obsah přednášky DE-9IM, funkce prostorové analýzy DE-9IM 1 DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 2 Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 10/12

73 Prostorová analýza DE-9IM, funkce prostorové analýzy Operace překrytí 1 Intersection() Vrací objekt reprezentující průnik objektů a, b DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 11/12

74 Prostorová analýza DE-9IM, funkce prostorové analýzy Operace překrytí 2 Union() Vrací objekt, který vznikne spojením objektů a, b DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 11/12

75 Prostorová analýza DE-9IM, funkce prostorové analýzy Operace překrytí 3 Difference() Vrací část objektu a, která se nepřekrývá s objektem b DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 11/12

76 Prostorová analýza DE-9IM, funkce prostorové analýzy Operace překrytí 4 SymDifference() Vrací část objektu a a b, které nejsou součástí jejich průniku DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 11/12

77 Prostorová analýza DE-9IM, funkce prostorové analýzy Další funkce Distance() Vrací nejkratší vzdálenost mezi dvěma body daných objektů Buffer() Vrací obalovou zónu objektu ConvexHull() Vrací konvexní obálku objektu... DE-9IM Rozšířený rozměrový 9-ti průsečíkový model Prostorové predikaty Prostorová analýza Operace překrytí Další funkce 12/12

78 PostGIS Přednáška 3 PostGIS do geodatabáze PostGIS 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/27

79 PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/27

80 Obsah přednášky PostGIS 1 Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora 2 Open Simple Features for SQL 3 Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 4 Prostorový index Optimalizace 5 Prostorové operátory 3/27

81 PostGIS PostgreSQL Spatial PostGIS PostGIS Původně vyvíjen firmou Refractions Research Inc. Později jako komunitní open source projekt pod hlavičkou OSGeo Programovací jazyk C & PL/pgSQL, licence GNU GPL Rozšíření pro objektově-relační databázový systém PostgreSQL umožňující uložení a správu prostorových/geografických objektů Nástroje pro analýzu, zpracování a správu geografických dat Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 4/27

82 Základní charakteristika PostGIS PostGIS rozšiřuje PostgreSQL 1 Vedle standardních datových typů jako je např. integer, varchar či date definuje datový typ geometrie (Geometry) a další odvozené datové typy jako je např. bod (Point), lomená čára (LineString), polygon (Polygon) a pod. 2 Implementuje funkce operující nad datovým typem geometrie, např. určení vzdálenosti, délka lomené čáry či výměra plochy. 3 Implementuje indexování geografických dat urychlující prostorové dotazy, např. najdi všechny body uvnitř daného polygonu. Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory viz specifikace OGC Simple Features první přednáška 5/27

85 Podpůrné knihovny PROJ.4 PostGIS PROJ.4 Knihovna pro práci s kartografickými zobrazeními (podporováno více než 120) Transformace mezi souřadnicovými systémy Vznik na počátku 90-tých let Geraldem Evendenem pod záštitou USGS, posléze vývoj převzat Frankem Warmerdamem a OSGeo Programovací jazyk C Do verze 4.3 jako public domain, posléze pod X/MIT licencí Knihovna používána v softwarech jako je GRASS GIS, MapServer, PostGIS či knihovna GDAL Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 6/27

86 Podpůrné knihovny GEOS PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Geometry Engine, Open Source C++ port knihovny Java Topology Suite Implementuje specifikaci OpenGIS Simple Features Knihovna používána v dalších projektech jako je knihovna GDAL, geodatabáze PostGIS či desktopový GRASS GIS Funkce pro určení prostorových vztahů touches(), contains(), within() atd. Funkce pro prostorové analýzy buffer(), convexhull(), union(), difference(), atd. Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 7/27

87 Architektura server-klient PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 8/27

88 Architektura server-klient PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 8/27

89 Historie projektu PostGIS 2001 První stabilní verze (0.1), podpora pro MapServer (0.5) 2002 Prostorové indexování dat, podpora pro kartografická zobrazení (0.7) 2003 Podpora pro knihovnu GEOS (0.8) 2004 OpenGIS Simple Features, Lightweight geometry (0.9) 2005 Verze Verze 1.1, vylepšení výkonu 2007 Podpora SQL/MM, křivky (1.2), prefix ST (1.3) 2008 Verze Prepared geometry (GEOS 3.1) 2010 Verze Začlenění nadstavby Raster a Topology do oficiální distribuce 2012 Verze 2.0, podpora pro rastrová a vektorová data v topologickém formátu PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 9/27

90 Podpora PostGIS v ostatních projektech MapServer, GeoTools GeoServer, UDig, FDO MapGuide, Autodesk Map 3D, JUMP OpenJUMP, Kosmo, GDAL, QGIS, GRASS GIS, FME ArcGIS Data Interoperability Extension, ziggis, ESRI ArcGIS 9.3+, PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 10/27

92 OGC Simple Features for SQL PostGIS OGC Simple Features for SQL definuje 1 Typy geoprvků 2 Funkce pro analýzu a manipulaci s geoprvky 3 Metadatové tabulky 1 SPATIAL REF SYS 2 GEOMETRY COLUMNS Tabulka SPATIAL REF SYS srid jednoznačný identifikátor SRS (Spatial Reference System) auth name název organizace (např. EPSG ) auth srid identifikátor v rámci uvedené organizace (např. kód EPSG) srtext definice SRS ve formě Well-Known Text (viz OGC Coordinate Transformation Services Implementation Specification) proj4text definice SRS v zápisu pro knihovnu PROJ.4 Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 12/27

93 OGC Simple Features for SQL PostGIS OGC Simple Features for SQL definuje 1 Typy geoprvků 2 Funkce pro analýzu a manipulaci s geoprvky 3 Metadatové tabulky 1 SPATIAL REF SYS 2 GEOMETRY COLUMNS Tabulka SPATIAL REF SYS srid jednoznačný identifikátor SRS (Spatial Reference System) auth name název organizace (např. EPSG ) auth srid identifikátor v rámci uvedené organizace (např. kód EPSG) srtext definice SRS ve formě Well-Known Text (viz OGC Coordinate Transformation Services Implementation Specification) proj4text definice SRS v zápisu pro knihovnu PROJ.4 Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 12/27

94 Tabulka SPATIAL REF SYS PostGIS Definice: Column Type Modifiers srid integer not null auth_name character varying(256) auth_srid integer srtext character varying(2048) proj4text character varying(2048) Příklad: (EPSG 4326) 1 srid auth_name EPSG 3 auth_srid srtext GEOGCS["WGS 84",DATUM["WGS_1984", 5 SPHEROID["WGS 84", , , 6 AUTHORITY["EPSG","7030"]],TOWGS84[0,0,0,0,0,0,0], 7 AUTHORITY["EPSG","6326"]],PRIMEM["Greenwich",0, 8 AUTHORITY["EPSG","8901"]], 9 UNIT["degree", , 10 AUTHORITY["EPSG","9122"]],AUTHORITY["EPSG","4326"]] 11 proj4text +proj=longlat +ellps=wgs84 +datum=wgs84 +no_defs Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 13/27

95 OGC Simple Features for SQL PostGIS OGC Simple Features for SQL definuje 1 Typy geoprostorových objektů 2 Funkce pro manipulaci s objekty 3 Metadatové tabulky 1 SPATIAL REF SYS 2 GEOMETRY COLUMNS Tabulka GEOMETRY COLUMNS f table catalog, f table schema, f table name název katalogu (název databáze, pojem převzat z Oracle), databázového schématu a tabulky f geometry column název sloupce s geometrií coord dimension dimenze souřadnic (2D, 3D, 4D) srid identifikátor SRS pro danou tabulku (cizí klíč tabulky SPATIAL REF SYS) type typ geoprvku (bod, lomená čára, polygon,... ) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 14/27

96 OGC Simple Features for SQL PostGIS OGC Simple Features for SQL definuje 1 Typy geoprostorových objektů 2 Funkce pro manipulaci s objekty 3 Metadatové tabulky 1 SPATIAL REF SYS 2 GEOMETRY COLUMNS Tabulka GEOMETRY COLUMNS f table catalog, f table schema, f table name název katalogu (název databáze, pojem převzat z Oracle), databázového schématu a tabulky f geometry column název sloupce s geometrií coord dimension dimenze souřadnic (2D, 3D, 4D) srid identifikátor SRS pro danou tabulku (cizí klíč tabulky SPATIAL REF SYS) type typ geoprvku (bod, lomená čára, polygon,... ) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 14/27

97 Tabulka GEOMETRY COLUMNS PostGIS Definice: Column Type Modifiers f_table_catalog character varying(256) not null f_table_schema character varying(256) not null f_table_name character varying(256) not null f_geometry_column character varying(256) not null coord_dimension integer not null srid integer not null type character varying(30) not null Příklad: 1 f_table_catalog pgis_student 2 f_table_schema ruian 3 f_table_name obce 4 f_geometry_column geom 5 coord_dimension 2 6 srid type MULTIPOLYGON Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Poznámka: Od verze PostGIS 2.0 je definován GEOMETRY COLUMNS jako pohled 15/27

99 Geometrické objekty PostGIS OGC Simple Features Od verze 0.9 PostGIS podporuje všechny prvky a objekty definované specifikací OpenGIS Simple Features for SQL POINT, MULTIPOINT LINE, MULTILINE POLYGON, MULTIPOLYGON GEOMETRYCOLLECTIONS PostGIS umožňuje uložení 3D/4D geoprvků 3DZ (výška), 3DM (měření) 4D (ZM) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Rozšíření 1 SQL-MM (interpolované křivky) CIRCULARSTRING COMPOUNDCURVE CURVEPOLYGON MULTICURVE, MULTISURFACE 17/27

102 Definice geometrických objektů dle OGC PostGIS Definice Typu objektu (bod, lomená čára,... ) Souřadnice lomových bodů objektu Rozhraní 1 OGC Well-Known Text (WKT) 2 OGC Well-Known Binary (WKB) Konstruktory: Geometrie ST GeomFromWKB(bytea, SRID) geometrie ST GeomFromText(text, SRID) geometrie WKT/WKB ST AsBinary(geometrie) WKB ST AsText(geometrie) WKT Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 18/27

103 Definice geometrických objektů dle OGC PostGIS Definice Typu objektu (bod, lomená čára,... ) Souřadnice lomových bodů objektu Rozhraní 1 OGC Well-Known Text (WKT) 2 OGC Well-Known Binary (WKB) Konstruktory: Geometrie ST GeomFromWKB(bytea, SRID) geometrie ST GeomFromText(text, SRID) geometrie WKT/WKB ST AsBinary(geometrie) WKB ST AsText(geometrie) WKT Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 18/27

104 Rozšířená definice geometrických objektů PostGIS PostGIS Definice Rozšíření pro 3D/4D objekty (3DZ, 3DM, 4D) Vestavěná informace o referenčním souřadnicovém systému Rozhraní 1 Extended Well-Known Text (EWKT) 2 Extended Well-Known Binary (EWKB) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Konstruktory: Geometrie ST GeomFromEWKB(bytea) geometrie ST GeomFromEWKT(text) geometrie EWKT/EWKB ST AsEWKB(geometry) EWKB ST AsEWKT(geometry) EWKT 19/27

105 Rozšířená definice geometrických objektů PostGIS PostGIS Definice Rozšíření pro 3D/4D objekty (3DZ, 3DM, 4D) Vestavěná informace o referenčním souřadnicovém systému Rozhraní 1 Extended Well-Known Text (EWKT) 2 Extended Well-Known Binary (EWKB) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Konstruktory: Geometrie ST GeomFromEWKB(bytea) geometrie ST GeomFromEWKT(text) geometrie EWKT/EWKB ST AsEWKB(geometry) EWKB ST AsEWKT(geometry) EWKT 19/27

106 Geometrické konstruktory PostGIS ST GeomFromWKB(bytea, SRID) ST GeomFromText(text, SRID) ST MakePoint() ST MakeLine() ST MakePolygon() ST MakeBox2D() ST MakeBox3D() ST LineFromMultiPoint() ST Polygon() ST Boundary() ST BuildArea()... Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory http: //postgis.net/docs/manual-2.3/reference.html#geometry_constructors 20/27

107 Geometrické konstruktory 1 Bod bez udání souřadnicového systému (různé způsoby, stejný výsledek) SELECT ST_GeomFromText( POINT( ) ); SELECT POINT( ) ::geometry; SELECT ST_Point( , ); 2 Bod v systému S-JTSK EPSG:5514 (různé způsoby, stejný výsledek) SELECT ST_GeomFromText( POINT( ), 5514); SELECT ST_GeomFromEWKT( SRID=5514; POINT( ) ); SELECT SRID=5514;POINT( ) ::geometry; SELECT ST_SetSRID(ST_Point( , ), 5514); PostGIS Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 3 Vytvoření lomené čáry z bodových dat (GPS waypoints) SELECT ST_MakeLine(gps_points.geom) FROM (SELECT geom FROM waypoints ORDER BY name) AS gps_points; 21/27

109 Prostorový index PostGIS PostgreSQL podporuje B-Tree indexování dat podle jedné osy nepoužitelné pro prostorová data R-Tree vhodné pro indexování multidimenzionálních dat, jednotkou minimální ohraničující obdélník GiST (Generalized Search Tree) PostGIS PostGIS od verze 0.6 používá GiST (schéma R-tree-over-GiST ) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 23/27

110 Prostorový index PostGIS PostgreSQL podporuje B-Tree indexování dat podle jedné osy nepoužitelné pro prostorová data R-Tree vhodné pro indexování multidimenzionálních dat, jednotkou minimální ohraničující obdélník GiST (Generalized Search Tree) PostGIS PostGIS od verze 0.6 používá GiST (schéma R-tree-over-GiST ) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 23/27

111 Vytvoření prostorového indexu PostGIS CREATE INDEX ON <tabulka> USING GIST (<geometrie>); Prostorový index je použit pouze pro porovnání minimálních ohraničujících obdélníků geoprvků Proto se uplatňuje dvojitý prostorový dotaz: 1 V první fázi se vyhledají všechny objekty na základě jejich minimálního ohraničujícího obdélníku (MMO) viz operátor překrytí && Poznámka: Funkce jako ST Intersect() či ST Contains() tento operátor používají automaticky, narozdíl od ST Intersect() či ST Contains(), které index nepoužívají 2 V druhé fázi se provede přesnější dotazování pouze na podmnožině objektů vybraných v první fázi Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Příklad: SELECT COUNT(DISTINCT obce.kod) FROM ruian.obce AS obce JOIN zeleznice AS zelez ON ST_Intersects(zelez.geom, obce.geom); 24/27

112 Vytvoření prostorového indexu PostGIS CREATE INDEX ON <tabulka> USING GIST (<geometrie>); Prostorový index je použit pouze pro porovnání minimálních ohraničujících obdélníků geoprvků Proto se uplatňuje dvojitý prostorový dotaz: 1 V první fázi se vyhledají všechny objekty na základě jejich minimálního ohraničujícího obdélníku (MMO) viz operátor překrytí && Poznámka: Funkce jako ST Intersect() či ST Contains() tento operátor používají automaticky, narozdíl od ST Intersect() či ST Contains(), které index nepoužívají 2 V druhé fázi se provede přesnější dotazování pouze na podmnožině objektů vybraných v první fázi Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory Příklad: SELECT COUNT(DISTINCT obce.kod) FROM ruian.obce AS obce JOIN zeleznice AS zelez ON ST_Intersects(zelez.geom, obce.geom); 24/27

113 Optimalizace dotazu PostGIS SELECT COUNT(DISTINCT obce.kod) FROM ruain.obce AS obce JOIN zeleznice AS zelez ON ST_Intersects(zelez.geom, obce.geom); 1 S využitím prostorového indexu (ST Intersects) 1 Aggregate (cost= rows=1 width=8) 2 -> Nested Loop (cost= rows=4822 width=8) 3 Join Filter: _st_intersects("outer".geom, "inner".geom) 4 -> Seq Scan on zelez (cost= rows=889 width=546) 5 -> Index Scan using obce_geom_gist on obce (cost= rows=1 width=636) 7 Index Cond: ("outer".geom && obce.geom) 4,032s 2 Bez využití prostorového indexu ( ST Intersects) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 1 Aggregate (cost= rows=1 width=8) 2 -> Nested Loop (cost= rows= width=8) 3 Join Filter: _st_intersects("inner".geom, "outer".geom) 4 -> Seq Scan on obce (cost= rows=6361 width=636) 5 -> Materialize (cost= rows=889 width=546) 6 -> Seq Scan on zelez (cost= rows=889 width=546) 20,114s 25/27

115 Prostorové BBox (MOO) operátory PostGIS A, B... minimální ohraničující obdélník prvků A & < B A překrývá nebo leží vlevo od B A & > B A překrývá nebo leží vpravo od B A << B A leží vlevo od B A >> B A leží vpravo od B A & < B A překrývá nebo leží pod B A & > B A překrývá nebo leží nad B A << B A leží pod B A >> B A leží nad B A = B A je totožné s B B A leží uvnitř B A B A obsahuje B A && B A a B se překrývají A = B A jsou totožné B (geometricky) Podpůrné knihovny Architektura Historie, podpora Open Simple Features for SQL Geometrické objekty Formy zápisu Konstruktory Prostorový index Optimalizace Prostorové operátory 27/27

116 PostGIS Přednáška 4 PostGIS do prostorového SQL 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/28

117 PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/28

118 Obsah přednášky PostGIS 1 Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita 2 Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Import/export dat 3 Datová integrita 4 Import/export dat 3/28

119 Ukázky prostorových dotazů Prostorové operátory PostGIS Vyhledání prvků v okolí daného bodu. SELECT osm_id, st_astext(geom) FROM pozarni_stanice WHERE st_expand( st_geomfromtext( POINT( ), 5514), 20000); Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT osm_id, st_astext(geom) FROM pozarni_stanice WHERE geom <#> SRID=5514;POINT( ) ::geometry < 20000; viz. prostorové operátory 4/28

120 Ukázky prostorových dotazů Prostorové operátory PostGIS Vyhledání prvků ležících kompletně/částečně uvnitř MOO. SELECT FROM JOIN ( SELECT FROM WHERE ) AS u ON SELECT FROM JOIN ( SELECT FROM WHERE ) AS u ON count(*) silnice AS s geom vusc nutslau = CZ042 u.geom; count(*) silnice AS s geom vusc nutslau = CZ042 s.geom && u.geom; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat 5/28

121 Ukázky prostorových dotazů Prostorové funkce PostGIS Vyhledání nejjižněji položeného zájmového bodu. SELECT osm_id, st_y(geom) AS y FROM pozarni_stanice ORDER BY y ASC LIMIT 1; Plošný prvek s vnitřní hranicí. SELECT nazev, st_area(geom)/1e6 AS area_km FROM vusc WHERE st_nrings(geom) > 1 ORDER BY area_km DESC LIMIT 1; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Centroid (referenční bod) plošného prvku. SELECT nazev, st_astext(st_pointonsurface(geom)) FROM vusc; 6/28

122 Ukázky prostorových dotazů Prostorové funkce PostGIS Určení výměry plošného prvku. SELECT nazev, round(st_area(geom)/1e6) AS area_km FROM vusc; Seřazení plošných prvků podle výměry. SELECT nazev, st_area(geom) AS plocha FROM vusc ORDER BY plocha DESC; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Celková délka liniových prvků. SELECT (sum(st_length(geom))/1000)::int AS dalnice_km FROM silnice WHERE typ = 1; 7/28

123 Ukázky prostorových dotazů Prostorové funkce PostGIS Vypsat plošnou zakulacenost prvků (poměr kvadrátu obvodu vůči ploše). SELECT nazev, (st_perimeter(geom) * st_perimeter(geom)) / st_area(geom) AS hodnota FROM kraje; Najít zájmové body, které se nacházejí do vzdálenosti od plošného prvku. Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT osm_id FROM pozarni_stanice as p JOIN ( SELECT geom FROM obce WHERE nazev = Kladno ) AS k ON st_distance(p.geom, k.geom) < 10000; 8/28

124 Ukázky prostorových dotazů Prostorové funkce Vybrat zájmové body, které se nacházejí ve vzdálenosti od nejdelšího úseku liniového prvku. SELECT osm_id, st_astext(geom) FROM pozarni_stanice WHERE st_distance( ( SELECT geom FROM silnice WHERE typ = 1 ORDER BY st_length(geom) DESC LIMIT 1 ), geom) < 10000; WITH s AS ( SELECT geom FROM silnice WHERE typ = 1 ORDER BY st_length(geom) DESC LIMIT 1) SELECT osm_id, st_astext(p.geom) FROM pozarni_stanice as p JOIN s ON st_distance(s.geom, p.geom) < 10000; PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat 9/28

125 Ukázky prostorových dotazů Prostorové funkce PostGIS Určit vzdálenost mezi zájmovými bodovými prvky. SELECT (st_distance( ( SELECT geom FROM pozarni_stanice ORDER BY st_x(geom) DESC LIMIT 1 ), ( SELECT geom FROM pozarni_stanice ORDER BY st_x(geom) ASC LIMIT 1 ))/1e3 )::int as vzdalenost_km; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat 10/28

126 Ukázky prostorových dotazů Prostorové predikáty PostGIS Vypsání sumárních údajů. SELECT k.kod, k.nazev, SUM(st_length(z.geom))/1000 AS zel_km FROM zeleznice AS z JOIN vusc AS k ON st_contains(k.geom, z.geom) GROUP BY k.kod, k.nazev ORDER BY zel_km; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT k.kod, k.nazev, SUM(st_length(z.geom))/1000 AS zel_km FROM zeleznice AS z JOIN vusc AS k ON st_intersects(z.geom, k.geom) GROUP BY k.kod, k.nazev ORDER BY zel_km; 11/28

127 Ukázky prostorových dotazů Prostorové predikáty Najít liniové prvky, které leží do vzdálenosti od zájmových bodových prvků. SELECT count(distinct s.ogc_fid) FROM silnice AS s JOIN pozarni_stanice AS p ON st_dwithin(s.geom, p.geom, 300); SELECT count(distinct s.ogc_fid) FROM silnice AS s JOIN pozarni_stanice AS p ON p.geom && st_expand(s.geom, 300) AND p.geom <-> s.geom < 300; PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat WITH pb AS ( SELECT st_buffer(geom, 300, 42) as geom FROM pozarni_stanice ) SELECT count(distinct s.ogc_fid) FROM silnice AS s JOIN pb ON st_intersects(s.geom, pb.geom); 12/28

128 Ukázky prostorových dotazů Prostorové predikáty Vytvořit liniové prvky, které leží do vzdálenosti od zájmových bodových prvků. WITH pb AS ( SELECT st_buffer(geom, 300) as geom FROM pozarni_stanice ) SELECT DISTINCT s.ogc_fid, st_intersection(s.geom, pb.geom) as geom FROM silnice AS s JOIN pb ON st_intersects(s.geom, pb.geom); PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat WITH pb AS ( SELECT st_buffer(geom, 300, 42) as geom FROM pozarni_stanice ) SELECT DISTINCT s.ogc_fid, st_intersection(s.geom, pb.geom) as geom FROM silnice AS s JOIN pb ON st_intersects(s.geom, pb.geom); 13/28

130 Vytvoření databáze PostGIS 1 Vytvoření databáze createdb <databaze> 2 Nahrání rozšíření PostGIS (definice datových typů, funkcí, tabulky geometry columns, spatial ref sys,... ) Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat psql -d <databaze> -c "CREATE EXTENSION postgis" 15/28

131 Vytvoření tabulky a vložení záznamů PostGIS Vytvoření tabulky (id, popisná data, geometrie): CREATE TABLE poi (cat serial, nazev varchar(100), geom geometry(point, 5514)); Vložení POI: Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat INSERT INTO poi (nazev, geom) VALUES ( FSv CVUT v Praze, st_transform( SRID=4326;POINT ( ) ::geometry, 5514)); 16/28

132 Vytvoření tabulky a vložení záznamů PostGIS Ověření: SELECT * FROM geometry_columns WHERE f_table_name= poi ; 1 f_table_catalog pgis_student 2 f_table_schema public 3 f_table_name poi 4 f_geometry_column geom 5 coord_dimension 2 6 srid type POINT Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat \d poi 1 Table "public.poi" 2 Column Type Modifiers fid integer not null default nextval( 5 poi_cat_seq ::regclass) 6 nazev character varying(100) 7 geom geometry(point,5514) 17/28

133 Vytvoření tabulky z existující geodat Vytvoření nové tabulky (PostGIS vrstvy) jako výsledek dotazu: CREATE TABLE okresy AS SELECT okreskod, st_union(geom) AS geom FROM ruian.obce GROUP BY okreskod; Přidání primárního klíče: ALTER TABLE okresy ADD COLUMN gid serial; ALTER TABLE okresy ADD PRIMARY KEY (gid); Sestavení prostorového indexu: CREATE INDEX ON okresy USING gist (geom); PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Alternativní postup: CREATE TABLE okresy1 ( gid serial PRIMARY KEY, okreskod int, geom geometry(multipolygon, 5514) ); INSERT INTO okresy1 (okreskod, geom) SELECT okreskod, st_multi(st_union(geom)) AS geom FROM ruian.obce GROUP BY okreskod; CREATE INDEX ON okresy1 USING gist (geom); 18/28

134 Odstranění atributu geometrie/tabulky PostGIS Odstranění atributu geometrie: SELECT DropGeometryColumn( obce, geom ); nebo (pro PostGIS 2 a vyšší) ALTER TABLE obce DROP COLUMN geom; Odstranění tabulky (včetně atributu geometrie): Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT DropGeometryTable( obce ); nebo (pro PostGIS 2 a vyšší) DROP TABLE obce; V obou případech jsou odstraněny příslušné záznamy z tabulky geometry columns. 19/28

136 Datová integrita PostGIS Funkce PostGIS vyžadují, aby geometrie uložených geoprvků splňovala specifikaci OpenGIS Simple Features (SF). Pro testování integrity ( well-formed ) dat slouží funkce ST IsValid(). Příklad: Validní prvek: SELECT ST_IsValid( LINESTRING(0 0, 1 1) ); Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Invalidní prvek: SELECT ST_IsValid( LINESTRING(0 0, 0 0) ); SELECT ST_IsValidReason( LINESTRING(0 0, 0 0) ); 1 st_isvalidreason Too few points in geometry component[0 0] 4 (1 row) 21/28

137 Datová integrita PostGIS Funkce ST IsSimple() testuje, zda prvek splňuje podmínky jednoduchosti (např. křížení linie). SELECT ST_IsSimple( LINESTRING(0 0, 1 1, 1 0, 0 1) ); Funkce ST IsClosed() vrací hodnotu TRUE, pokud je linie uzavřena. Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT ST_IsClosed( LINESTRING(0 0, 1 1, 1 0, 0 1, 0 0) ); Funkce ST IsRing() testuje, zda je linie jednoduchá a uzavřená (tj. má společný počáteční a koncový bod). SELECT ST_IsRing( LINESTRING(0 0, 1 0, 0 1, 0 0) ); 22/28

138 Průsečík linií PostGIS ST StartPoint() ST EndPoint() ST PointN() SELECT ST_AsText(ST_StartPoint(geom)) FROM gis1.zeleznice; Najdi průsečíky železnic, kde se protínají přesně čtyři linie. Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat SELECT ST_AsText(point) FROM (SELECT ST_StartPoint(geom) AS point FROM gis1.zeleznice UNION ALL SELECT ST_EndPoint(geom) AS point FROM gis1.zeleznice) AS a GROUP BY point HAVING COUNT(*) = 4; Upozornění GROUP BY používá minimální ohraničující obdélník geoprvků 23/28

139 Příklad konverze PostGIS Konverze multiprvku (multiparts) na prvek (singleparts). CREATE TABLE obce_s AS SELECT kod, nazev, ST_GeometryN(geom, generate_series(1, ST_NumGeometries(geom))) AS geom FROM obce; CREATE TABLE obce_s1 AS SELECT kod, nazev, (ST_Dump(geom)).geom as geom FROM obce; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat Konverze prvku (singleparts) na multiprvek (singleparts). CREATE TABLE obce_m AS SELECT kod, nazev, ST_Union(geom) AS geom FROM obce_s GROUP BY kod, nazev; 24/28

140 Příklad konverze PostGIS Rozdělení linie na daný počet segmentů. WITH linie AS ( SELECT st_boundary(geom) AS geom FROM staty ), a AS ( SELECT generate_series(0,999,1) AS a ) SELECT ST_LineMerge( ST_LineSubstring( geom, a * 0.001, (a + 1) * 0.001) ) AS geom FROM a, linie; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat 25/28

141 Příklad konverze PostGIS Rozdělení linie na segmenty s danou délkou. WITH linie AS ( SELECT ogc_fid, st_boundary(geom) AS geom FROM staty ) SELECT ST_Line_Substring(geom, 2000 * n / length, CASE WHEN 2000 * (n + 1) < length THEN 2000 * (n + 1) / length ELSE 1 END) AS geom FROM (SELECT ogc_fid, st_linemerge(geom) AS geom, st_length(geom) AS length FROM linie ) AS t CROSS JOIN generate_series(0, 2000) AS n WHERE n * 2000 / length < 1; Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat 26/28

143 Import/export dat 1 SQL INSERT INTO obce(nazev, geom) VALUES( Litomerice, GeomFromText( POINT( ), 2065)); 2 ESRI Shapefile Import dat shp2pgsql Konverze ESRI Shapefile vrstev do PostGIS tabulek Export dat pgsql2shp Konverze PostGIS tabulek / dotazů do formátu ESRI Shapefile PostGIS Prostorové dotazy (DML) Prostorové operátory Prostorové funkce Prostorové predikáty Vytvoření databáze, tabulek (DDL) Datová integrita Import/export dat shp2pgsql -s D -I cr.shp cr psql pgis_student 3 GDAL ovladač PostgreSQL ogr2ogr -f PostgreSQL PG:dbname=pgis_student cr.shp nebo ovladač PGDump ogr2ogr -f PGDump cr.sql cr.shp psql pgis_student -f cr.sql 28/28

146 PostGIS Topology Přednáška 5 PostGIS Topology Topologická správa vektorových dat v geodatabázi PostGIS 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/19

147 PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/19

148 Obsah přednášky PostGIS Topology 1 Simple Features 2 Datové modely PostGIS Topology 3 Topologická primitiva Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 4 Porovnání s datovým modelem GRASS GIS 5 Datový typ TopoGeometry 6 Schéma topology 3/19

149 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Simple Features PostGIS implementuje specifikaci OGC Simple Features for SQL Modeluje objekty jako jednoduché geoprvky (simple features), tj. bez topologického pohledu na vektorová data Příklad: Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 1 polygon geometrie (WKT) A POLYGON((100 0,0 0,0 100, ,100 0)) 4 B POLYGON((100 0, , ,200 0,100 0)) 4/19

151 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Příklad vektorového modelu v GIS: reprezentace objektů bodem (A), linií (B) a polygonem (C) 6/19

152 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Špagetový model A, 1 # identifikátor bodu, počet vrcholů x1, y1 # souřadnice bodu (bod 1) B, 4 # identifikátor linie, počet vrcholů x2, y2 # souřadnice lomových bodů linie (2-5) x3, y3, x4, y4, x5, y5 C, 6 # identifikátor polygonu, počet vrcholů x6, y6 # souřadnice lomových bodů polygonu (6-11) x7, y7, x8, y8, x9, y9, x10, y10, x11, y11 6/19

153 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Seznam lomových bodů # seznam vrcholů a jejich souřadnic 1, x1, y1 2, x2, y , x11, y11 # seznam vektorových objektů a jejich vrcholů bod A: 1 linie B: 2, 3, 4, 5 polygon C: 6, 7, 8, 9, 10, 11 6/19

154 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Dual Independent Map Encoding # seznam lomových bodů a jejich souřadnic 1, x1, y1 2, x2, y , x11, y11 6/19

155 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Dual Independent Map Encoding # hrana, plocha napravo, plocha nalevo, počáteční uzel, koncový uzel a,,, 1, 2 b,,, 2, 4 c,,, 4, 5 d,, C, 6, 7 e,, C, 7, 8 f,, C, 8, 9 g,, C, 9, 10 h,, C, 10, 11 i,, C, 11, 6 6/19

156 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Dual Independent Map Encoding # plocha: seznam hran formující hranici plochy C : d, e, f, g, h, i 6/19

157 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Node-Arc-Area # souřadnice lomových bodů (arcs) arc, počáteční uzel, lomové body, koncový uzel 1, x2 y2, x3 y3 x4 y4, x5 y5 2, x6 y6, x7 y7 x8 y8 x9 y9, x10 y10 3, x10 y10, x11 y11, x6 y6 6/19

158 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Node-Arc-Area # topologie hran arc, počáteční uzel, koncový uzel, plocha napravo, plocha nalevo 1, 2, 5,, 2, 6, 10, C, 3, 10, 6, C, 6/19

159 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Node-Arc-Area # topologie ploch plocha, seznam hran formující hranici C, 2 3 6/19

160 Datové modely pro vektorová data PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Node-Arc-Area # topologie uzlů uzel, seznam navazujících hran 1, 1 2, 1 3, 2 3 4, 2 3 6/19

161 Datový model PostGIS Topology PostGIS Topology Rozšíření pro topologickou správu vektorových dat PostGIS Topology součástí PostGISu od verze 2.0 Datový model Topo-Geo z technické normy SQL/MM (ISO :2006, viz koncept) Topologická primitiva uzly (nodes) N1, N2 hrany (edges) E1, E2, E3 stěny (faces) F1, F2 Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 7/19

163 Topologická primitiva PostGIS Topology Topologická primitiva Nodes (uzly) Edges (hrany) Faces (stěny) Relace Node node id integer PRIMARY KEY containing face integer REFERENCES Face.face id geom geometry (Point) Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 9/19

164 Topologická primitiva PostGIS Topology Topologická primitiva Nodes (uzly) Edges (hrany) Faces (stěny) Relace Edge edge id integer PRIMARY KEY start node integer REFERENCES Node.node id end node integer REFERENCES Node.node id next left edge integer REFERENCES abs(edge.edge id) next right edge integer REFERENCES abs(edge.edge id) left face integer REFERENCES Face.face id right face integer REFERENCES Face.face id geom geometry (LineString) Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 9/19

165 Topologická primitiva PostGIS Topology Topologická primitiva Nodes (uzly) Edges (hrany) Faces (stěny) Relace Face face id integer PRIMARY KEY mbr geometry (může být prázdná) Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 9/19

167 Porovnání topologických modelů PostGIS GRASS PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Příklad modelování reálných objektů v GIS 11/19

168 Porovnání topologických modelů PostGIS GRASS PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry 15 uzlů (N1..N15) 17 hran (E1..E17) 6 stěn (F0..F5) Schéma topology Příklad modelování reálných objektů v topologického modelu Topo-Geo 11/19

169 Porovnání topologických modelů PostGIS GRASS PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS 14 uzlů (N1..N14) 2 linie (L6,L17) 1 bod (P18) 15 hranic (B1..B5, B7..B16) 5 centroidů (C1..C5) 5 ploch (A1..A5) 1 ostrov (I1) Datový typ TopoGeometry Schéma topology Příklad topologického modelu GRASS GIS 11/19

171 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Datový typ TopoGeometry Reprezentuje geometrii definovanou topologickými primitivy 1 Objekty definované topologickými primitivy (uzel, hrana, stěna) 2 Hierarchické TopoGeometry objekty, které jsou tvořeny dalšími TopoGeometry objekty Atributy: topology id integer layer id integer id integer type integer Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 13/19

172 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Uzly: node id containing face geom N1 POINT(x N1, y N1 ) N2 POINT(x N2, y N2 ) N3 POINT(x N3, y N3 ) N4 POINT(x N4, y N4 ) N5 POINT(x N5, y N5 ) 14/19

173 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Hrany: edge id start node end node next left edge next right edge left face right face geom 1 N2 N3 -E1 E1 F0 F0 LINESTRING(...) 2 N4 N5 -E3 E3 F0 F1 LINESTRING(...) 3 N4 N5 -E2 E2 F1 F2 LINESTRING(...) 4 N5 N4 E2 -E2 F0 F2 LINESTRING(...) 14/19

174 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Stěny: face id geom F0 NULL F1 Box2D(...) F2 Box2D(...)... universal face 14/19

175 Topologická správa vektorových dat PostGIS Topology Objekty TopoGeometry (topology id 1,layer id 2,id 3,type 4 ): fid label topo 1 bod (1,1,1,1) 2 linie (1,1,1,2) 3 polygon (1,1,1,3) 4 polygon (1,1,2,3) odkaz na relaci topology... odkaz na relaci layer... odkaz na relaci relation... typ elementu 1... uzel 2... hrana 3... stěna Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology Relace Relation: topogeo id layer id element id element type topogeo id... odkaz na TopoGeo objekt layer id... odkaz na relace layer element id... odkaz na relaci node, edge nebo face element type... typ elementu 14/19

177 Schéma topology PostGIS Topology Nahrání datových typů a funkcí PostGIS Topology CREATE EXTENSION postgis_topology; Relace ve schématu topology 1 Relace topology 2 Relace layer Simple Features Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 1 id 1 2 name topo_test 3 srid 0 4 precision 0 5 hasz f 16/19

178 Schéma topology relace layer PostGIS Topology Simple Features Tabulky ve schématu topology 1 Relace topology 2 Relace layer Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 1 topology_id 1 2 layer_id 1 3 schema_name public 4 table_name topo_test 5 feature_column topo 6 feature_type 3 7 level 0 8 child_id 17/19

179 Tvorba topologických dat PostGIS Topology Simple Features Nové topologické schéma registruje funkce CreateTopology() Topologická vrstva se vytváří pomocí funkce AddTopoGeometryColumn() Pokud není specifikován child layer bude vrstva obsahovat jednoduché TopoGeometry objekty Objekty TopoGeometry se vytvářejí pomocí funkce CreateTopoGeom() Datové modely PostGIS Topology Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 18/19

180 Závěr PostGIS Topology Simple Features Datové modely PostGIS Topology Další informace a praktické ukázky: Topology topologie.html Topologická primitiva Porovnání s datovým modelem GRASS GIS Datový typ TopoGeometry Schéma topology 19/19

181 PostGIS Raster Přednáška 6 PostGIS Raster Správa rastrových dat v geodatabázi PostGIS PostGIS Raster Charakteristika 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/13

182 PostGIS Raster PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/13

183 Obsah přednášky PostGIS Raster PostGIS Raster 1 Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 2 PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 3/13

184 PostGIS Raster Projekty 1 PGRaster 2 PostGIS Raster (dříve WKTRaster) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 4/13

185 PostGIS Raster Projekty 1 PGRaster 2 PostGIS Raster (dříve WKTRaster) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat PGRaster Funkcionalita Praktická ukázka UsersWikiPgRasterSqlInterface PGRaster jako dvoudimenzionální pole numerických hodnot LO PostgreSQL large object TOAST PostgreSQL bytea Datový typ buňky rastrové vrstvy PGRasterCell Podporované externí formáty knihovna GDAL Vývoj ukončen, viz PostGIS Raster (2009) 4/13

186 PostGIS Raster Projekty 1 PGRaster 2 PostGIS Raster (dříve WKTRaster) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat PostGIS Raster (dříve WKTRaster) Funkcionalita Praktická ukázka Vyvíjen od roku 2009 (viz roadmap) součástí PostGIS 2.0 Odlišný přístup od PGRaster a Oracle Spatial GeoRaster Cílem je implementovat datový typ pro rastrová data podobně jako GEOMETRY pro vektorová data Navrhnout funkce typu ST Intersects(), které by operovaly současně nad vektorovými a rastrovými daty 4/13

187 Obsah přednášky PostGIS Raster PostGIS Raster 1 Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 2 PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 5/13

188 PostGIS Raster PostGIS Raster Základní vlastnosti Tabulka (relace) rastrová vrstva (raster coverage) Záznam dlaždice či rastrový objekt Nový datový typ RASTER (analogie pro GEOMETRY vektorových dat) Rastrová dlaždice je definována Velikostí buňky (pixelu) prostorovým rozlišením Rozměrem (šířka, výška) dlaždice Počtem kanálů Pro každý kanál datový typ buňky a hodnota no-data PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Uložení dat 1 Uložení rastrových dat v interním formátu (obdoba WKB) 2 Uložení dat externě (jako JPEG, TIFF,... ) s možností použít rastrové SQL funkce 6/13

191 PostGIS Raster PostGIS Raster Hlavní cíle 1 Jednoduchost, rozšířitelnost, funkcionalita zapouzdřený datový typ pro rastrová data srovnatelný s GEOMETRY (vektorová data/simple Features). Obdobné operátory a funkce, které PostGIS nabízí pro vektorová data. 2 Bezešvá integrace s datovým typem GEOMETRY operace překrytí nad rastrovými a vektorovými daty bez nutnosti explicitní konverze mezi těmito reprezentacemi 3 Flexibilita uložení dat uložení rastrových dat v databázi registrace externího zdroje rastrových dat v databázi 4 Interoperabilita externí datové zdroje lze registrovat pomocí knihovny GDAL (podpora pro více než 140 rastrových GIS formátů) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 7/13

192 Import, export dat & konstruktory PostGIS Raster Import/Export Nástroje pro import/export dat raster2pgsql pgsql2raster Knihovna GDAL podporuje PostGIS Raster od verze 1.6 (pouze v režimu čtení!) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Konverze dat Konverze geometry/raster (geografické objekty jako vektorové polygony nebo rastrové dlaždice) ST Polygon(raster) geometry ST AsRaster(geometry) raster 8/13

193 Import, export dat & konstruktory PostGIS Raster Import/Export Nástroje pro import/export dat raster2pgsql pgsql2raster Knihovna GDAL podporuje PostGIS Raster od verze 1.6 (pouze v režimu čtení!) PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Konverze dat Konverze geometry/raster (geografické objekty jako vektorové polygony nebo rastrové dlaždice) ST Polygon(raster) geometry ST AsRaster(geometry) raster 8/13

194 Přehled funkcí PostGIS Raster Základní funkce ST Resample(raster, pixelsize, method) raster ST Clip(raster geometry, geometry) typ prvního argumentu ST Reclass(raster geometry, string) typ prvního argumentu ST MapAlgebra(raster geometry, raster), výraz, "raster" "geometry") raster/geometry... PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 9/13

195 Přehled funkcí PostGIS Raster Konstruktory ST Intersection(raster geometry, raster geometry, "raster" "geometry") raster/geometry ST Union(raster geometry, raster geometry, "raster" "geometry") raster/geometry ST Accum(raster set geometry set, "raster" "geometry") raster/geometry ST Transform(raster geometry, SRID) typ prvního argumentu... PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 9/13

196 Ukázka PostGIS Raster Import PostGIS Raster 1 Import rastrového souboru ve formátu GeoTIFF raster2pgsql -r -C -I -s 5514 dem.tif \ psql pgis_student Poznámka: Přepínač -R umožňuje data připojit jako externí zdroj dat 2 Základní metadata rastrové vrstvy PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka SELECT ST_SRID(rast), ST_NumBands(rast), ST_BandPixelType(rast, 1), ST_Width(rast), ST_Height(rast), ST_PixelWidth(rast), ST_PixelHeight(rast), ST_GeoReference(rast) FROM dem; 1 st_srid st_numbands 1 3 st_bandpixeltype 16BUI 4 st_width st_height st_pixelwidth st_pixelheight st_georeference : : : : : /13

197 Metadatová tabulka RASTER COLUMNS PostGIS Raster \d raster_columns PostGIS Raster Charakteristika 1 Column Type Modifiers r_table_catalog name 4 r_table_schema name 5 r_table_name name 6 r_raster_column name 7 srid integer 8 scale_x double precision 9 scale_y double precision 10 blocksize_x integer 11 blocksize_y integer 12 same_alignment boolean 13 regular_blocking boolean 14 num_bands integer 15 pixel_types text[] 16 nodata_values double precision[] 17 out_db boolean[] 18 extent geometry Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka 11/13

198 Metadatová tabulka RASTER COLUMNS PostGIS Raster SELECT * FROM raster_columns; PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat 1 r_table_catalog pgis_student 2 r_table_schema public 3 r_table_name dem 4 r_raster_column rast 5 srid scale_x scale_y blocksize_x blocksize_y same_alignment t 11 regular_blocking t 12 num_bands 1 13 pixel_types {16BUI} 14 nodata_values {65535} 15 out_db {f} 16 extent... Funkcionalita Praktická ukázka 12/13

199 Ukázka PostGIS Raster Operace s daty PostGIS Raster Vytvoření konvexní obálky rastrové vrstvy CREATE TABLE dem_extent AS SELECT ST_ConvexHull(rast) AS geom FROM dem; PostGIS Raster Charakteristika Import/export a konverze dat Funkcionalita Praktická ukázka Další příklady: gis2-2.sql a gis2-3.sql 13/13

200 pgrouting Přednáška 7 pgrouting Sít ové analýzy v geodatabázi PostGIS Funkcionalita Nejkratší cesta 155UZPD do zpracování prostorových dat, zimní semestr Martin Landa martin.landa@fsv.cvut.cz Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra geomatiky 1/9

201 pgrouting Funkcionalita Nejkratší cesta Copyright c Martin Landa Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation Licence, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. 2/9

202 Obsah přednášky pgrouting Funkcionalita Nejkratší cesta 1 2 Funkcionalita Nejkratší cesta 3/9

203 pgrouting pgrouting Funkcionalita pgrouting Nejkratší cesta Rozšíření pro PostGIS zaměřené sít ové analýzy Původně pgdijkstra (Camptocamp, Kanada), přejmenován na pgrouting (Orkney, Japonsko), v současnosti je vývoj podporován především společností Georepublic (Německo) Licence GNU GPLv2 Funkcionalita 1 Vyhledání nejkratší cesty (Dijkstra, A-Star, Shooting-Star) 2 Problém obchodního cestujícího (Traveling Salesperson Problem) 3 Dojezdová vzdálenost (Driving Distance) 4/9

Zobrazit více