Создание слоя: хранение гео данных

Чем же мы сегодня будем заниматься?

1. Вспомним немного теории баз данных
2. Посмотрим, что нам будет помогать в хранении и обработке гео данных

Немного теории БД

PostgreSQL - это мощная реляционная база данных с открытым исходным кодом бизнес-уровня. Она позволяет использовать реляционные SQL и нереляционные JSON данные и запросы.

Я думаю, все прекрасно знают, что реляционная модель предусматривает единственный способ представления данных – в виде набора двумерных таблиц.

Основные понятия, которыми будем оперировать

Из чего состоит таблица? Вы скажите, что все просто - колонки и строки. И да, вы окажитесь правы, но я есть другие понятия - поля (они же атрибуты) и кортежи.

Поля или атрибуты - описание колонок таблицы. Они состоят из описания

• Типа данных
• Признака обязательности - может ли быть пустым поле
• Длинна значения, если тип данных позволяет ограничить
• Признак главного ключа (primary key)
• Признак внешнего ключа (foreign key)

Есть еще ряд параметров, но нам хватит и этого 🙃

Ключи какие-то нам тут даешь... Какие двери ими открывать?

Главный ключ (он же primary key) обычно вешается на поле с идентификатором объекта. С его помощью можно однозначно идентифицировать, какой перед нами объект.

Primary key может быть несколько. Такое явление называется составным ключом. На практике именно в ГИС я такого не наблюдал, но, если понадобится, разберемся детально в процессе.

Внешний ключ (foreign key) обычно служит для связи двух таблиц между собой. Обычно в него записывают значение primary key другой таблицы. Таких ключей может быть несколько в рамках одной таблицы.

Установка признака внешнего ключа влияет на консистентность данных. Иными словами, если не проставить этот признак, то в поле можно будет записать индетификатор, которого не существует в связной таблице.

Например. Предположим, мы решили организовать склад хранения колес. Для этого нам необходимо иметь данные об автомобиле и его владельце, а также при приеме колес на хранение нужно учитывать ряд параметров - радиус колеса и тд. В этом случае можно схему БД можно представить следующим образом:

Получается, владелец (owners) может иметь несколько автомобилей. У автомобилей (cars), как мы знаем, по 4 колеса (wheels). Везде получается связь 1 ко многим.

Что же такое кортеж?

Кортежем является строка таблицы, содержащая данные по полям.

Ну и зачем же ты нам это рассказываешь?
Следите за ходом мысли!

Немного вернемся к самой первой статье и вспомним, что такое объект с точки зрения картографии.

Из этого определения мы можем сделать вывод, что:

1. Для того, чтобы у нас был именно картографический объект, необходимо иметь поле типа Geometry
2. Атрибутивный состав объекта - набор полей таблицы

Что же получается?

А получается интересная штука.

Слой получается путем создания таблицы, одним из полей которой является геометрия. С точки зрения GeoJSON, таблицу можно представлять в виде FeatureCollection, каждый кортеж которой - Feature, а поля таблицы попадают в properties.

Иными словами, в 90% случаев одна таблица в БД соответствует одному слою.

Бывают исключения. Например, мы хотим, чтобы на один объект приходилось несколько геометрий, каждая из которых могла быть стилизована по-своему.
В таком случае разумно будет создать две таблицы и связать их между собой в отношении 1 ко многим, либо использовать GeometryCollection и JSON поле с массивом атрибутов для геометрий.
Если мы будем делать несколько таблиц, то нам придется их все равно соединить в одну таблицу (создать представление (view) данных), где будет дублирование информации. Можно обойтись без представления, поскольку Geoserver'у можно скормить SQL, в котором прописать связь. На мой взгляд, это не самый удачный вариант, потому что можно забыть об этом SQL, изменить таблицу в бд, а потом сидеть и гадать, почему же у меня слой перестал выводится или что-то не отображается.

Как хранить гео данные в Postgres?

Вы можете задаться вопросом, а как же хранить гео данные, если Postgres по-умолчанию не умеет?

Вы всегда можете воспользоваться вариантом JSON полей, куда прописывать GeoJSON, но это не наш случай. В нашем варианте мы будем рассматривать расширение PostGIS.

PostGIS — программное расширение с открытым исходным кодом, расширяющее пространственную базу данных системы управления PostgreSQL. Расширение добавляет поддержку географических объектов, благодаря чему появляется возможность выполнять запросы местоположения в SQL.PostGIS позволяет хранить ряд географических и пространственных данных — точек, ломаных линий, полигонов, растр, а также использовать их для разных операций, например, поиска.

PostGIS в PostgreSQL используется для снятия ограничений, расширения функций и позволяет применять:

• растровые данные;
• функции создания геометрий и управления ими (создание и удаление полей с географическими данными, запросы скриптов, библиотек);
• функции редактирования геометрий и их форматированного вывода;
• расширенные 2D- и 3D-функции, в том числе для определения пересечений в 3D-пространстве);
• инструменты для определения пространственных отношений и измерений (например, для сравнения расстояния по плоскости и на сфере);
• функции создания и отображения растров в удобном формате (например, в JPEG или PNG);
• инструменты обработки растров (очищение рельефа, векторизация, увеличение или уменьшение яркости).

Возможности связки PostGIS и PostgreSQL на практике могут использоваться для определения:

• расстояния от точки до точки;
• ближайшей точки между извилистыми улицами на местности;
• улицы или даже дома по определенным координатам;
• количества домов, попадающих в заданную область пространства;
• количества объектов, находящихся поблизости с заданной точкой;
• площади, расстояний, длин, периметров заданных объектов и множества других данных.

Например, PostgreSQL с предустановленным расширением PostGIS может использоваться для:

• вычисления площади города, региона, государства;
• поиска ближайшей кофейни или магазина;
• построения карты (в том числе растровой) с отображением заданных объектов;
• поиска объектов или местностей, отвечающих заданным критериям (самый крупный город, самая южная страна, самая высокая точка).

Именно благодаря нему у нас и появляется возможность создавать поля с типом Geometry.

Все возможности PostGIS описывать не буду, иначе это будет долго и очень много. Будем разбирать на практике, быстрее поймете 🙃

Поскольку нам предстоит изучение довольно большого объема информации, я решил поделить эту статью на несколько частей.

В следующей части мы коротко пробежимся о том, что такое контейнеризация и docker, а также запустим Postgres с установленным PostGIS.