SQL Academy · 课时

空间数据类型

Q: 「空间数据类型」这节课中我会学到什么？

SQL 中的点、线和多边形。 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 SQL Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

SQL 中的点、线和多边形。

空间数据类型 是 CoddyKit 上的免费 SQL Academy 课时。这是第 1 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 SQL Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 SQL Academy 课程共包含 4 节课。

什么是空间数据

空间数据描述现实世界中的位置、形状和区域。与普通数字或字符串不同，空间值包含几何意义——地图上的一个点、一段道路或一个国家的边界。

PostGIS 是 PostgreSQL 的扩展，它添加了强大的空间数据类型和函数，将您的数据库变成完整的地理信息系统（GIS）。

-- Enable the PostGIS extension
CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS postgis;

GEOMETRY 类型

PostGIS 中的核心空间类型是几何类型。它在平面（欧几里得）坐标空间中存储形状。创建列时，您可以指定 POINT、LINESTRING 或 POLYGON 等子类型作为约束。

在子类型旁指定 SRID（空间参考 ID），可以告诉 PostGIS 您的数据使用哪种坐标系。

CREATE TABLE locations (
  id      SERIAL PRIMARY KEY,
  name    TEXT,
  geom    geometry(POINT, 4326)
);

插入 POINT

POINT 表示由 X（经度）和 Y（纬度）坐标确定的单个位置。ST_GeomFromText 函数可将熟知文本（WKT）字符串转换为几何值。

SRID 4326 是全球 GPS 设备使用的 WGS 84 坐标系。

INSERT INTO locations (name, geom)
VALUES
  ('Eiffel Tower',  ST_GeomFromText('POINT(2.2945 48.8584)', 4326)),
  ('Big Ben',       ST_GeomFromText('POINT(-0.1246 51.5007)', 4326)),
  ('Colosseum',     ST_GeomFromText('POINT(12.4922 41.8902)', 4326));

SELECT name, ST_AsText(geom) AS wkt FROM locations;

LINESTRING 类型

LINESTRING 是由两个或更多个点按顺序组成、并由直线段连接而成的序列。它非常适合表示道路、河流或任何线性要素。

WKT 中的每一对数字代表一个顶点（经度、纬度）。PostGIS 会将整条路径存储为一个几何值。

CREATE TABLE roads (
  id    SERIAL PRIMARY KEY,
  name  TEXT,
  path  geometry(LINESTRING, 4326)
);

INSERT INTO roads (name, path)
VALUES (
  'High Street',
  ST_GeomFromText(
    'LINESTRING(-0.125 51.500, -0.120 51.502, -0.115 51.505)',
    4326
  )
);

SELECT name, ST_Length(path) AS length_degrees FROM roads;

POLYGON 类型

POLYGON 定义一个封闭区域。它的外边界是一个环——一个首尾闭合的 LINESTRING，其中第一个点和最后一个点完全相同。多边形还可以包含内环（孔洞），以表示公园内湖泊之类的区域。

所有环都必须闭合：在末尾重复起始坐标。

CREATE TABLE zones (
  id    SERIAL PRIMARY KEY,
  name  TEXT,
  area  geometry(POLYGON, 4326)
);

INSERT INTO zones (name, area)
VALUES (
  'Central Park Approx',
  ST_GeomFromText(
    'POLYGON((-73.9817 40.7681, -73.9580 40.7681,
              -73.9580 40.7964, -73.9817 40.7964,
              -73.9817 40.7681))',
    4326
  )
);

SELECT name, ST_Area(area) AS area_sq_deg FROM zones;

GEOGRAPHY 与 GEOMETRY

PostGIS 提供两类空间类型：几何类型使用平面笛卡尔坐标系，而地理类型将地球建模为曲面椭球体。

当您需要在大范围区域内获得准确的现实世界米制距离时，请使用地理类型。当您使用本地投影坐标系或需要最高性能时，请使用几何类型。

CREATE TABLE cities (
  id      SERIAL PRIMARY KEY,
  name    TEXT,
  geog    geography(POINT, 4326)
);

INSERT INTO cities (name, geog) VALUES
  ('New York',  ST_GeogFromText('POINT(-74.0060 40.7128)')),
  ('London',    ST_GeogFromText('POINT(-0.1278 51.5074)'));

-- Distance in metres using geography
SELECT
  a.name AS from_city,
  b.name AS to_city,
  ROUND(ST_Distance(a.geog, b.geog)::NUMERIC) AS distance_m
FROM cities a, cities b
WHERE a.name = 'New York' AND b.name = 'London';

熟知文本（WKT）和 WKB

空间数据可以使用两种标准格式进行序列化。熟知文本（WKT）便于人类阅读：POINT(2.29 48.86)。熟知二进制（WKB）是一种紧凑的二进制表示形式，供内部使用和数据传输使用。

PostGIS 提供 ST_AsText 和 ST_AsBinary，用于在内部存储与这些格式之间进行转换。

SELECT
  name,
  ST_AsText(geom)          AS wkt,
  ST_AsEWKT(geom)          AS ewkt,
  encode(ST_AsBinary(geom), 'hex') AS wkb_hex
FROM locations
LIMIT 2;

MULTIPOINT、MULTILINESTRING、MULTIPOLYGON

PostGIS 还支持多几何体类型，可将多个同类形状组合成一个值。当一个现实世界要素由彼此分离的部分组成时，这种类型非常有用——例如，将群岛建模为 MULTIPOLYGON。

所有标准空间函数对多几何体的工作方式都相同。

SELECT ST_AsText(
  ST_GeomFromText(
    'MULTIPOLYGON(
       ((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0)),
       ((10 10, 14 10, 14 14, 10 14, 10 10))
     )'
  )
) AS multi_poly;

SELECT ST_NumGeometries(
  ST_GeomFromText(
    'MULTIPOLYGON(
       ((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0)),
       ((10 10, 14 10, 14 14, 10 14, 10 10))
     )'
  )
) AS part_count;

GEOMETRYCOLLECTION

GEOMETRYCOLLECTION 是最通用的空间类型，可以在一个值中同时容纳点、线和多边形。这种灵活性适用于数据集可能包含不同几何类型，而这些类型又存储在同一列中的情况。

您可以使用 ST_GeometryN 提取单个成员。

SELECT ST_AsText(
  ST_GeomFromText(
    'GEOMETRYCOLLECTION(
       POINT(1 1),
       LINESTRING(0 0, 1 1, 2 2),
       POLYGON((0 0, 3 0, 3 3, 0 3, 0 0))
     )'
  )
) AS collection;

SELECT ST_AsText(
  ST_GeometryN(
    ST_GeomFromText(
      'GEOMETRYCOLLECTION(POINT(1 1), LINESTRING(0 0, 1 1))'
    ),
    1
  )
) AS first_member;

使用 GIST 的空间索引

检查包含关系或邻近关系的空间查询必须比较每一行的几何数据，这可能需要扫描数百万个形状。GIST 索引通过为几何数据的包围盒建立索引，大幅提升查询速度，使 PostgreSQL 可以跳过不可能匹配的行。

对于经常查询的几何类型或地理类型列，请始终创建 GIST 索引。

-- Create a GIST index on a geometry column
CREATE INDEX idx_locations_geom
  ON locations
  USING GIST (geom);

-- PostgreSQL will now use the index for spatial operators
EXPLAIN ANALYZE
SELECT name
FROM locations
WHERE ST_DWithin(
  geom,
  ST_GeomFromText('POINT(2.3 48.9)', 4326),
  1.0
);

读取几何属性

PostGIS 提供属性访问函数，可以从任意几何数据中提取属性。ST_X 和 ST_Y 返回点的坐标，ST_SRID 返回空间参考 ID，而 ST_GeometryType 返回子类型名称。

这些函数对于检查和验证空间数据至关重要。

SELECT
  name,
  ST_X(geom)            AS longitude,
  ST_Y(geom)            AS latitude,
  ST_SRID(geom)         AS srid,
  ST_GeometryType(geom) AS geom_type,
  ST_IsValid(geom)      AS is_valid
FROM locations;

快速测验

检验您对 PostGIS 空间数据类型的理解。

课程回顾

在本课中，您探索了 PostGIS 提供的核心空间数据类型。您了解到 POINT、LINESTRING 和 POLYGON 是三种基本几何子类型，而多几何体变体（MULTIPOINT、MULTILINESTRING、MULTIPOLYGON）以及用于容纳各种类型的 GEOMETRYCOLLECTION 可以表示更复杂的形状。

您了解了平面几何类型与椭球面地理类型之间的区别，以及如何在两者之间进行选择。熟知文本（WKT）让您可以使用便于人类阅读的字符串读写空间值，而 GIST 索引可以让大规模空间查询保持快速。ST_X、ST_SRID 和 ST_GeometryType 等属性访问函数可以让您直接在 SQL 中检查任意几何值。

常见问题解答

「空间数据类型」课时是免费的吗？

是的 — 「空间数据类型」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 SQL Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 SQL Academy 课程共包含 4 节课。

「空间数据类型」这节课中我会学到什么？

SQL 中的点、线和多边形。你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 SQL Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 SQL Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 SQL Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 1 节课，共 4 节。

「空间数据类型」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 SQL Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 SQL Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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