基于ＰｏｓｔＧＩＳ 獲取人員地理活動信息的設(shè)計與實現(xiàn)

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

關(guān)鍵詞：PostGIS;PostgreSQl;地理信息系統(tǒng)

中圖法分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A

１ 引言

隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，各行各業(yè)基于地理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)逐漸增多，與此同時，數(shù)據(jù)庫不斷發(fā)展，已成為地理信息系統(tǒng)的重要組成部分。如何建立空間數(shù)據(jù)庫，以及如何實現(xiàn)業(yè)務(wù)與地理信息系統(tǒng)的交互，成為重要的研究課題。

２ 空間數(shù)據(jù)庫模型

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

空間數(shù)據(jù)是存儲在平面文件中的，并且這些數(shù)據(jù)是需要專門的軟件來解析和處理的。

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

三代地理信息系統(tǒng)：其將空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)同時存儲于空間數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)完全集成在一起。ＧＩＳ 工具能夠通過ｓｑｌ 語句直接訪問地理數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)三代ＧＩＳ 發(fā)展歷程可見，ＧＩＳ 對數(shù)據(jù)庫的要求也在逐步提高，從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫發(fā)展到空間數(shù)據(jù)庫，而空間數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)庫不同的是能夠處理相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)。所謂地理空間數(shù)據(jù)，指的是能夠通過符號化來表示空間現(xiàn)象與記錄事務(wù)。

空間數(shù)據(jù)庫是對象的地理空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫是ＧＩＳ 成功與否的關(guān)鍵。

空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫需求，各自具有不同的優(yōu)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(jīng)過不斷發(fā)展與完善，使其成為一個可靈活擴展的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器［３］ 。ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 包含類繼承機制，具有面向?qū)ο蟮奶匦?，還支持豐富的數(shù)據(jù)類型，可跨平臺開發(fā)，是目前支持平臺最多的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

僅依靠ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 自有的功能無法滿足空間數(shù)據(jù)庫的要求，主要體現(xiàn)在其缺乏復(fù)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(shù)據(jù)庫的使用標(biāo)準(zhǔn)，ＰｏｓｔＧＩＳ 應(yīng)運而生。

ＰｏｓｔＧＩＳ 是ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的一個擴展，ＰｏｓｔＧＩＳ 提供如下空間信息服務(wù)功能：空間對象、空間索引、空間操作函數(shù)和空間操作符。同時ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循ＯｐｅｎＧＩＳ 的規(guī)范。

其存儲機制為：將地理空間數(shù)據(jù)中的非空間數(shù)據(jù)存儲到表格的普通列中，再將地理空間數(shù)據(jù)中的空間數(shù)據(jù)通過ＰｏｓｔＧＩＳ 支持的Ｇｅｏｍｅｔｒｙ 對象列加入到表格中，實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲。

３．２ ＰｏｓｔＧＩＳ 空間數(shù)據(jù)模型

ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循了ＯｐｅｎＧＩＳ 規(guī)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(shù)據(jù)類型，主要分為３ 種數(shù)據(jù)類型模型：矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)。

３．３ 性能對比

為了橫向比較ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 在空間數(shù)據(jù)庫的性能，針對查詢空間位置數(shù)據(jù)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(tǒng)環(huán)境為Ｗｉｎｄｏｗｓ １０ 專業(yè)版６４ 位操作系統(tǒng)，Ｉｎｔｅｌ（Ｒ） Ｃｏｒｅ（ＴＭ） ｉ５?１０４００ ＣＰＵ ＠ ２．９０ ＧＨｚ ２．９０ＧＨｚ，內(nèi)存為１６．０ ＧＢ。

本文隨機創(chuàng)建了１ 萬、５ 萬、１０ 萬、２０ 萬、５０ 萬、１００ 萬與２００ 萬空間點數(shù)據(jù)表，分別存于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ與ＭｙＳＱＬ 數(shù)據(jù)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(qū)域中存在的空間點數(shù)量，并對比兩種數(shù)據(jù)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(jié)果整理為對比圖，結(jié)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(jié)果進行比較。在點數(shù)較少時，兩者的性能差異不明顯，但當(dāng)點數(shù)較大時，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的查詢速度較ＭＹＳＱＬ更快，且數(shù)量越大，優(yōu)勢越大。

鑒于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的標(biāo)準(zhǔn)化與對地理信息系統(tǒng)更全面的支持，本文將ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 作為數(shù)據(jù)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(shè)計，并且對響應(yīng)的設(shè)計進行了實現(xiàn)。

４ 獲取人員地理活動信息設(shè)計

４．１ 背景

隨著信息化時代的不斷發(fā)展，獲取位置數(shù)據(jù)的途徑變得多種多樣，包括但不局限于手機、網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)（ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ， ＧＰＳ）、射頻識別（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）、雷達設(shè)備、電子戰(zhàn)設(shè)備。定位技術(shù)發(fā)展迅速，通過這些定位設(shè)備，就能夠獲取到對象的軌跡信息，并將這些信息在許多領(lǐng)域進行研究分析，例如，電子戰(zhàn)領(lǐng)域，通過電子戰(zhàn)設(shè)備，可以獲取敵方設(shè)備在時間段內(nèi)的點跡并能夠生成軌跡信息，同時預(yù)測敵方設(shè)備后續(xù)位置；通信領(lǐng)域，通過通信設(shè)備，能夠識別信號發(fā)射方的位置信息；ＧＰＳ領(lǐng)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(tài)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(shù)據(jù)量也逐漸龐大，趨于復(fù)雜化。

４．２ 流程

本文擬在已經(jīng)存在人員位置信息的前提下，通過ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭載ＰｏｓｔＧＩＳ 插件，實現(xiàn)對人員的活動信息進行統(tǒng)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(gòu)建出完整的時空軌跡，從而得出用戶所經(jīng)過的位置，分析出意圖目的地以及經(jīng)?；顒拥奈恢梅秶戎匾畔?，這些信息可以應(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)庫，界面則使用ＱＧＩＳ，通過編譯源碼對其進行二次開發(fā)，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(shè)計

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

本文模擬了一個月的位置信息，簡化了數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫進行效果的展現(xiàn)，實際上，可以將ＱＧＩＳ 以二次開發(fā)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(nèi)的數(shù)據(jù)展現(xiàn)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(xiàn)。

（１）獲取時間段內(nèi)軌跡信息。

當(dāng)需要對人員的某個時間段內(nèi)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(shù)據(jù)庫查詢可以迅速獲取人員特定時間段的活動范圍，對調(diào)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(dāng)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(diào)查分析結(jié)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(shù)據(jù)進行了精簡，點跡數(shù)量比較少，實際的數(shù)據(jù)量會遠遠大于模擬的數(shù)據(jù)量，但通過獲取單日的位置信息，可以得到人員在當(dāng)天的活動軌跡信息。

（３）獲取關(guān)鍵場所到訪頻次。

在某些特定的場景中，已知某個區(qū)域?qū)儆谥攸c區(qū)域，若要知道人員是否去過該重點場所，或者要知道人員經(jīng)過重點區(qū)域的次數(shù)，這些要求也能夠得到滿足。步驟有以下２ 步。

①人員預(yù)設(shè)關(guān)鍵場所（導(dǎo)入，繪制）。重點區(qū)域信息，需要相關(guān)人員預(yù)先設(shè)置，可以通過在地圖上手繪形成，也可以通過數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 建立一張表，該表專門來存儲該區(qū)域信息。比如，以廈門軟件園為重點區(qū)域，粗略繪制該區(qū)域。

當(dāng)重點區(qū)域繪制完成后，用戶便能夠?qū)θ藛T的點跡進行篩選，獲取到重點區(qū)域的訪問情況，也能夠直觀地查看人員是否與重點區(qū)域有關(guān)聯(lián)。

②ＳＱＬ 獲取重點區(qū)域范圍內(nèi)點跡。

現(xiàn)采用ＱＧＩＳ 進行展現(xiàn)，后期將ＱＧＩＳ 集成到相應(yīng)的軟件，原理相同，ＱＧＩＳ 連接到ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的ｔｂｌ＿ｓｔａｔｉｏｎ＿ｉｎｆｏ 表，執(zhí)行ＳＱＬ，可以查詢到重點區(qū)域范圍內(nèi)的點。

執(zhí)行完成后，點擊加載圖層，圖層可以加載到ＱＧＩＳ 上，選擇終端區(qū)域圖層與查詢結(jié)構(gòu)圖層（“軟件園”）。

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

５ 結(jié)束語

隨著信息與各行各業(yè)的飛速發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)庫將成為地理信息系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文從地理數(shù)據(jù)庫展開，對比了Ｏｒａｃｌｅ ｓｐａｔｉａｌ，Ｍｙｓｑｌ ＧＩＳ 與ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ ＰｏｓｔＧＩＳ３ 種地理數(shù)據(jù)庫模型，然后詳細介紹了ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭載ＰｏｓｔＧＩＳ 插件的地理數(shù)據(jù)庫模型的原理與實現(xiàn)方式，探討了ＰｏｓｔＧＩＳ 對地理信息系統(tǒng)的支撐性，最后基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 數(shù)據(jù)庫，搭載ＰｏｓｔＧＩＳ插件，提出了一種獲取人員相關(guān)地理活動信息的設(shè)計思路，并對其進行了相應(yīng)的實現(xiàn)。

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(tǒng)設(shè)計與開發(fā)［Ｊ］．海軍工程大學(xué)學(xué)報，２０１７，２９（５）：１０８?１１２．

［２］ 趙瑩，胡暢達，王國宇．三種關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫比較［Ｊ］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，２０２１，１１（１９）：６２?６４．

［３］ 蔡佳作，歐爾格力．基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的地理空間數(shù)據(jù)存儲管理方法研究［Ｊ］．青海師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），２０１６，３２（２）：２１?２３＋２７．

作者簡介：

李志翔（１９９４—），本科，研究方向：電子數(shù)據(jù)取證。