基于ＰｏｓｔＧＩＳ 獲取人員地理活動信息的設計與實現

摘 要：PostGIS是開源關系數據庫系統 PostgreSQL 基于地理信息系統的擴展插件。文章分析對比了Oracle，MySQL與 PostgreSQL3 種空間數據庫對地理信息系統的支持，并深入研究了 PostgreSQL搭載 PostGIS 模型的架構與原理，最后基于研究結果，提出了一種基于 PostGIS 獲取人員相關地理活動信息的方案，并對其進行了實現。

關鍵詞：PostGIS;PostgreSQl;地理信息系統

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

１ 引言

隨著地理信息系統的發展，各行各業基于地理信息系統的業務逐漸增多，與此同時，數據庫不斷發展，已成為地理信息系統的重要組成部分。如何建立空間數據庫，以及如何實現業務與地理信息系統的交互，成為重要的研究課題。

２ 空間數據庫模型

地理信息系統（ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）的發展過程主要經歷了３ 個階段［１］ ，具體如下。一代地理信息系統：在最初的地理信息系統中，

空間數據是存儲在平面文件中的，并且這些數據是需要專門的軟件來解析和處理的。

二代地理信息系統：其核心是能夠剝離空間數據與非空間數據，系統將非空間數據存儲于關系數據庫中（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ＤａｔａＢａｓｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＲＤＢＭＳ），但空間數據與一代相同，仍存儲于平面文件中。

三代地理信息系統：其將空間數據與非空間數據同時存儲于空間數據庫中，使數據完全集成在一起。ＧＩＳ 工具能夠通過ｓｑｌ 語句直接訪問地理數據庫。

根據三代ＧＩＳ 發展歷程可見，ＧＩＳ 對數據庫的要求也在逐步提高，從關系型數據庫發展到空間數據庫，而空間數據庫與其他數據庫不同的是能夠處理相關的地理空間數據。所謂地理空間數據，指的是能夠通過符號化來表示空間現象與記錄事務。

空間數據庫是對象的地理空間數據存儲與管理的媒介，已成為ＧＩＳ 的核心支撐，因此擁有一個良好的數據庫是ＧＩＳ 成功與否的關鍵。

空間數據庫的主要代表有Ｏｒａｃｌｅ 的Ｏｒａｃｌｅｓｐａｔｉａｌ，ＭｙＳＱＬ 以及ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的ＰｏｓｔＧＩＳ３ 種，這３ 種都能滿足一般的空間數據庫需求，各自具有不同的優勢與缺陷［２］ 。

３ ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 與ＰｏｓｔＧＩＳ 模型

３．１ 模型簡介

ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的前身是伯克利１９７７ 年的Ｉｎｇｒｅｓ 項目，經過不斷發展與完善，使其成為一個可靈活擴展的數據庫服務器［３］ 。ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 包含類繼承機制，具有面向對象的特性，還支持豐富的數據類型，可跨平臺開發，是目前支持平臺最多的數據庫管理系統。

僅依靠ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 自有的功能無法滿足空間數據庫的要求，主要體現在其缺乏復雜的空間類型，沒有提供空間分析、投影變換等功能。為達到空間數據庫的使用標準，ＰｏｓｔＧＩＳ 應運而生。

ＰｏｓｔＧＩＳ 是ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的一個擴展，ＰｏｓｔＧＩＳ 提供如下空間信息服務功能：空間對象、空間索引、空間操作函數和空間操作符。同時ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循ＯｐｅｎＧＩＳ 的規范。

其存儲機制為：將地理空間數據中的非空間數據存儲到表格的普通列中，再將地理空間數據中的空間數據通過ＰｏｓｔＧＩＳ 支持的Ｇｅｏｍｅｔｒｙ 對象列加入到表格中，實現非空間數據與空間數據的統一存儲。

３．２ ＰｏｓｔＧＩＳ 空間數據模型

ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循了ＯｐｅｎＧＩＳ 規范中的簡單要素ＳＱＬ模型（ＳＦＳ：Ｓｉｍｐｌｅ Ｆｅａｔｕｒｅ ｆｏｒ ＳＱＬ Ｍｏｄｅｌ），其涵蓋所有需要支持的數據類型，主要分為３ 種數據類型模型：矢量數據、柵格數據和拓撲數據。

３．３ 性能對比

為了橫向比較ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 在空間數據庫的性能，針對查詢空間位置數據庫表的查詢時間，本文對ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 及ＭｙＳＱＬ 進行了比較驗證，其中，使用的系統環境為Ｗｉｎｄｏｗｓ １０ 專業版６４ 位操作系統，Ｉｎｔｅｌ（Ｒ） Ｃｏｒｅ（ＴＭ） ｉ５?１０４００ ＣＰＵ ＠ ２．９０ ＧＨｚ ２．９０ＧＨｚ，內存為１６．０ ＧＢ。

本文隨機創建了１ 萬、５ 萬、１０ 萬、２０ 萬、５０ 萬、１００ 萬與２００ 萬空間點數據表，分別存于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ與ＭｙＳＱＬ 數據庫中， 然后通過查詢語句，分別查詢最大范圍、中等范圍與小范圍區域中存在的空間點數量，并對比兩種數據庫的查詢時間，因每次查詢時間略微不同，每次查詢１０ 次，取平均值記錄。將結果整理為對比圖，結果如圖１ 所示。

圖１ 中，選擇了范圍最大與范圍最小的查詢結果進行比較。在點數較少時，兩者的性能差異不明顯，但當點數較大時，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的查詢速度較ＭＹＳＱＬ更快，且數量越大，優勢越大。

鑒于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的標準化與對地理信息系統更全面的支持，本文將ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 作為數據庫，基于ＰｏｓｔＧＩＳ 插件及圍繞如何獲取人員地理活動信息來進行設計，并且對響應的設計進行了實現。

４ 獲取人員地理活動信息設計

４．１ 背景

隨著信息化時代的不斷發展，獲取位置數據的途徑變得多種多樣，包括但不局限于手機、網絡、全球定位系統（ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ， ＧＰＳ）、射頻識別（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）、雷達設備、電子戰設備。定位技術發展迅速，通過這些定位設備，就能夠獲取到對象的軌跡信息，并將這些信息在許多領域進行研究分析，例如，電子戰領域，通過電子戰設備，可以獲取敵方設備在時間段內的點跡并能夠生成軌跡信息，同時預測敵方設備后續位置；通信領域，通過通信設備，能夠識別信號發射方的位置信息；ＧＰＳ領域，顯示公交車實時位置的軟件能夠不斷更新公交車的位置狀態信息。

由于獲取位置信息的方式越來越多，越來越方便，位置信息的數據量也逐漸龐大，趨于復雜化。

４．２ 流程

本文擬在已經存在人員位置信息的前提下，通過ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭載ＰｏｓｔＧＩＳ 插件，實現對人員的活動信息進行統一存儲與管理。通過可視化工具，進行進一步的可視化顯示，以查看與分析人員的地理活動信息。通過篩選位置信息與時間信息，構建出完整的時空軌跡，從而得出用戶所經過的位置，分析出意圖目的地以及經?；顒拥奈恢梅秶戎匾畔?，這些信息可以應用于辦案人員的辦案分析、溯源分析等。

本文通過使用ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 來存儲地理信息相關數據。因其良好的性能與對ＧＩＳ 的全面支持，以及靈活的可擴展性，將其作為地理數據庫，界面則使用ＱＧＩＳ，通過編譯源碼對其進行二次開發，一來繼承了ＱＧＩＳ 對ＰｏｓｔＧＩＳ的友好性，方便連接ＰｏｓｔＧＩＳ 并做可視化顯示，二來能夠進行個性化定制操作，以滿足特定的需求。

４．３ 設計

人員相關地理活動信息可以從以下４ 方面來設計：ＷＩＦＩ、基站地理信息設計、照片拍攝地理信息設計與軟件地理信息設計。

本文模擬了一個月的位置信息，簡化了數據量，以每天位置信息為１０ 個點來進行模擬，具體的行程為：９．１～ ９．２０ 在廈門市活動，９．２１ 前往福州，９．２２ ～９．２５ 在北京市活動，９．２６～９．３０ 在西安市活動。

通過Ｐｏｓｔｇｉｓ 將點跡信息存儲在ｐｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 中，然后通過ＱＧＩＳ 連接數據庫進行效果的展現，實際上，可以將ＱＧＩＳ 以二次開發形式集成到軟件中并進行具體操作，在用ＱＧＩＳ 連接ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的表后，可以將表內的數據展現在地圖上。

位置信息分布在廈門、福州、北京和西安，由于地圖范圍過大，點擊并進行聚類顯示。

對于Ｗｉ?Ｆｉ、基站位置的信息分析，本文主要從以下幾個方面來進行展現。

（１）獲取時間段內軌跡信息。

當需要對人員的某個時間段內的行程進行分析時，可以直接獲取某個時間段的位置信息，本文獲取了９．２２～９．２５ 的位置信息。具體如圖２ 所示。

上圖是９．２２～９．２５ 的位置信息匯總，通過數據庫查詢可以迅速獲取人員特定時間段的活動范圍，對調查有一定的作用，但時間段范圍較大，并不精確。

（２）獲取單日行程軌跡。

同樣地，當需要獲取人員單日的行程軌跡時，能夠通過某些操作，得到更進一步的調查分析結果。本文獲取了９．５，９．２１，９．２３ 以及９．３０ 人員位置信息。由于數據進行了精簡，點跡數量比較少，實際的數據量會遠遠大于模擬的數據量，但通過獲取單日的位置信息，可以得到人員在當天的活動軌跡信息。

（３）獲取關鍵場所到訪頻次。

在某些特定的場景中，已知某個區域屬于重點區域，若要知道人員是否去過該重點場所，或者要知道人員經過重點區域的次數，這些要求也能夠得到滿足。步驟有以下２ 步。

①人員預設關鍵場所（導入，繪制）。重點區域信息，需要相關人員預先設置，可以通過在地圖上手繪形成，也可以通過數據信息導入到數據庫中，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 建立一張表，該表專門來存儲該區域信息。比如，以廈門軟件園為重點區域，粗略繪制該區域。

當重點區域繪制完成后，用戶便能夠對人員的點跡進行篩選，獲取到重點區域的訪問情況，也能夠直觀地查看人員是否與重點區域有關聯。

②ＳＱＬ 獲取重點區域范圍內點跡。

現采用ＱＧＩＳ 進行展現，后期將ＱＧＩＳ 集成到相應的軟件，原理相同，ＱＧＩＳ 連接到ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的ｔｂｌ＿ｓｔａｔｉｏｎ＿ｉｎｆｏ 表，執行ＳＱＬ，可以查詢到重點區域范圍內的點。

執行完成后，點擊加載圖層，圖層可以加載到ＱＧＩＳ 上，選擇終端區域圖層與查詢結構圖層（“軟件園”）。

通過此功能可以獲取重點區域的重點信息，有助于相關人員進一步分析人員與案件的關系，同時也有進一步拓展的可能。

５ 結束語

隨著信息與各行各業的飛速發展，地理信息數據庫將成為地理信息系統發展的關鍵環節。本文從地理數據庫展開，對比了Ｏｒａｃｌｅ ｓｐａｔｉａｌ，Ｍｙｓｑｌ ＧＩＳ 與ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ ＰｏｓｔＧＩＳ３ 種地理數據庫模型，然后詳細介紹了ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭載ＰｏｓｔＧＩＳ 插件的地理數據庫模型的原理與實現方式，探討了ＰｏｓｔＧＩＳ 對地理信息系統的支撐性，最后基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 數據庫，搭載ＰｏｓｔＧＩＳ插件，提出了一種獲取人員相關地理活動信息的設計思路，并對其進行了相應的實現。

參考文獻：

［１］ 盛凱，劉忠，周德超．基于ＰｏｓｔＧＩＳ 的歷史航跡重演分析系統設計與開發［Ｊ］．海軍工程大學學報，２０１７，２９（５）：１０８?１１２．

［２］ 趙瑩，胡暢達，王國宇．三種關系型空間數據庫比較［Ｊ］．科技創新與應用，２０２１，１１（１９）：６２?６４．

［３］ 蔡佳作，歐爾格力．基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的地理空間數據存儲管理方法研究［Ｊ］．青海師范大學學報（自然科學版），２０１６，３２（２）：２１?２３＋２７．

作者簡介：

李志翔（１９９４—），本科，研究方向：電子數據取證。