Геометрический тип данных

1. Загрузка данных

1. Скачайте архив данных и разархивируйте файлы.
2. Откройте pgAdmin.
3. Откройте панель Query Tool.
4. Перенесите файл в панель и выполните код.
5. Повторите для всех файлов.

2. Описание данных

Данные практикума включают четыре шейп-файла Нью-Йорка и одну атрибутивную таблицу с социодемографическими переменными. Мы загрузили шейп-файлы как таблицы PostGIS; социодемографические данные добавим позже в ходе занятия. Для изучения структуры таблиц в pgAdmin нажмите ПКМ на таблице и выберите Properties — список атрибутов находится в разделе Columns.

2.1. Таблица nyc_census_blocks

Блок переписи — самая мелкая географическая единица сбора данных переписи; более крупные единицы формируются объединением блоков. К блокам прикреплены демографические данные. Записей: 38 794.

2.2. Таблица nyc_neighborhoods

Районы — социальные конструкции, не всегда совпадающие с административными границами. Записей: 129.

2.3. Таблица nyc_streets

Центральные линии улиц — транспортная сеть города; улицы классифицированы по типам. Записей: 19 091.

2.4. Таблица nyc_subway_stations

Станции метро связывают поверхность с подземной сетью; их расположение определяет доступность для разных категорий населения. Записей: 491.

2.5. Таблица nyc_census_sociodata

Социоэкономические данные на уровне переписных участков; для пространственного анализа их необходимо связать с географией блоков или участков.

3. Геометрические типы данных

PostGIS расширяет функциональные возможности PostgreSQL, добавляя поддержку геометрических типов данных и операций с ними. Основные геометрические типы:

• POINT (точка) — геометрический объект, представляющий одно местоположение в пространстве с заданными координатами. Используется для хранения местоположений объектов: GPS-координаты зданий, деревьев, остановок транспорта.
• LINESTRING (линия) — набор связанных точек, образующих линейный объект: дороги, реки, железнодорожные пути и другие протяжённые объекты.
• POLYGON (полигон) — замкнутая линия, описывающая площадь на карте: земельные участки, озёра, территории зданий.
• MULTIPOINT (множественная точка) — набор точек, хранимый как один объект: местоположения датчиков, вышек связи, точек интереса.
• MULTILINESTRING (множественная линия) — несколько линий в одном объекте: многополосные дороги, сети водоснабжения.
• MULTIPOLYGON (множественный полигон) — несколько полигонов в одном объекте: территории из нескольких участков, административные районы.
• GEOMETRYCOLLECTION (коллекция геометрий) — набор различных типов геометрических объектов (точек, линий, полигонов) как один объект: гибкий тип, позволяющий хранить в одном поле комбинации геометрий.

Вставьте этот пример SQL-кода в окно редактора SQL pgAdmin (удалив текст, который может быть там по умолчанию), а затем выполните:

CREATE TABLE geometries (name varchar, geom geometry);

INSERT INTO geometries VALUES
('Point', 'POINT(0 0)'),
('Linestring', 'LINESTRING(0 0, 1 1, 2 1, 2 2)'),
('Polygon', 'POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))'),
('PolygonWithHole', 'POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0),(1 1, 1 2, 2 2, 2 1, 1 1))'),
('Collection', 'GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 0),POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0)))');

SELECT name, ST_AsText(geom) FROM geometries;

Пример создаёт таблицу geometries и вставляет пять геометрических объектов: точку, линию, многоугольник, многоугольник с отверстием и коллекцию. Затем вставленные строки выбираются и отображаются на панели вывода.

4. WKT-песочница

Каждую геометрию из примера можно не только вставить в базу, но и «увидеть». Введите WKT-строку — песочница нарисует геометрию на координатной сетке и посчитает её свойства теми же функциями, что и PostGIS: тип, число точек, длину и площадь (для полигона с дырой площадь дыры вычитается — сравните Polygon и PolygonWithHole).

5. Метаданные к геометрии

В соответствии со спецификацией Simple Features for SQL (SFSQL) PostGIS предоставляет две важные таблицы для отслеживания и описания геометрических типов базы данных.

1. spatial_ref_sys — таблица со сведениями обо всех системах пространственной привязки (SRID), известных базе данных. Каждая запись описывает систему координат: её SRID, текстовое описание и параметры преобразования координат из одной системы в другую. Подробнее о системах координат — в лекции 4.

2. geometry_columns — фактически представление, а не таблица, но играет ключевую роль в отслеживании геометрических объектов базы. Для каждой таблицы с геометрией оно предоставляет:

• имя таблицы, содержащей геометрические данные;
• название столбца с геометрией;
• тип геометрии (точка, линия, полигон и т. д.);
• SRID — систему пространственной привязки геометрии.

Посмотрим на geometry_columns в нашей базе — вставьте команду в инструмент запроса:

SELECT * FROM geometry_columns;

Запрашивая эту таблицу, ГИС-клиенты и библиотеки могут определить, чего ожидать при получении данных, и выполнять необходимое проецирование, обработку или рендеринг без проверки каждой геометрии.

ALTER TABLE nyc_neighborhoods
ALTER COLUMN wkb_geometry
TYPE Geometry(MultiPolygon, 26918)
USING ST_SetSRID(wkb_geometry, 26918);

6. Спецификация Simple Features for SQL

Спецификация SFSQL, изначально бывшая стандартом для разработки PostGIS, определяет, как объекты реального мира представляются в пространственной базе данных: форма и размеры объекта преобразуются в цифровую форму с фиксированным разрешением — достаточно точное представление объекта. Первоначально SFSQL работала только с двумерными объектами; PostGIS расширил возможности до 3- и 4-мерных представлений, а стандарт SQL-Multimedia Part 3 (SQL/MM) официально определил способы представления таких данных.

Таблица может содержать разные типы геометрий. Для получения общей информации о каждом объекте используются функции чтения метаданных геометрии:

• ST_GeometryType(geometry) — возвращает тип геометрии;
• ST_NDims(geometry) — возвращает количество измерений;
• ST_SRID(geometry) — возвращает идентификатор системы пространственной привязки (SRID).

SELECT name, ST_GeometryType(geom), ST_NDims(geom), ST_SRID(geom)
FROM geometries;

6.1. Точка

Точка представляет одно местоположение на поверхности Земли и описывается одной координатой с 2, 3 или 4 измерениями. Точки используются, когда точные размеры и форма не важны в целевом масштабе: на карте мира города — точки, на карте штата те же города могут быть полигонами.

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Point';

Результат: POINT(0 0). Функции для работы с точками:

• ST_X(geometry) — возвращает координату X (долгота);
• ST_Y(geometry) — возвращает координату Y (широта).

SELECT ST_X(geom), ST_Y(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Point';

Пример реальных точечных данных — таблица станций метро:

SELECT name, ST_AsText(wkb_geometry)
FROM nyc_subway_stations
LIMIT 1;

6.2. Линия

Линия представляет путь между местоположениями и состоит из упорядоченной последовательности двух или более точек: дороги, реки. Линия замкнута, если начинается и заканчивается в одной точке, и проста, если не пересекает саму себя (кроме замыкания концов).

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Linestring';

Результат: LINESTRING(0 0, 1 1, 2 1, 2 2). Функции для работы с линиями:

• ST_Length(geometry) — длина линии;
• ST_StartPoint(geometry) — первая точка линии;
• ST_EndPoint(geometry) — последняя точка линии;
• ST_NPoints(geometry) — количество точек в линии.

SELECT ST_Length(geom)
FROM geometries
WHERE name = 'Linestring';

6.3. Полигон

Полигон — область, границы которой описываются замкнутым контуром. Внешняя граница представлена кольцом — замкнутой простой линией; внутренние «дыры» также описываются кольцами. Полигоны представляют объекты, для которых важны размер и форма: границы городов, парки, контуры зданий, водоёмы.

SELECT ST_AsText(geom)
FROM geometries
WHERE name LIKE 'Polygon%';

Результат:

POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))
POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0),(1 1, 1 2, 2 2, 2 1, 1 1))

Первый полигон содержит только одно кольцо, второй — внутреннюю «дыру». Большинство графических систем знают понятие «полигон», но ГИС уникальны тем, что позволяют полигонам содержать явные внутренние дыры.

SELECT name, ST_Area(geom)
FROM geometries
WHERE name LIKE 'Polygon%';

Полигон с дырой имеет площадь внешней оболочки (квадрат 10 × 10) минус площадь дыры (квадрат 1 × 1).

7. Ввод и вывод геометрических данных

В базе данных геометрии хранятся на диске в формате, используемом только программой PostGIS. Чтобы внешние программы могли вставлять и извлекать полезные геометрии, их необходимо преобразовать в формат, понятный другим приложениям. PostGIS поддерживает множество форматов:

• Well-known text (WKT):
  • ST_GeomFromText(text, srid) — возвращает geometry;
  • ST_AsText(geometry) — возвращает text;
  • ST_AsEWKT(geometry) — возвращает text.
• Well-known binary (WKB):
  • ST_GeomFromWKB(bytea) — возвращает geometry;
  • ST_AsBinary(geometry) — возвращает bytea;
  • ST_AsEWKB(geometry) — возвращает bytea.
• Geographic Mark-up Language (GML): ST_GeomFromGML(text), ST_AsGML(geometry);
• Keyhole Mark-up Language (KML): ST_GeomFromKML(text), ST_AsKML(geometry);
• GeoJSON: ST_AsGeoJSON(geometry);
• Scalable Vector Graphics (SVG): ST_AsSVG(geometry).

Пример вывода геометрии в GeoJSON:

SELECT
ST_AsGeoJSON(ST_GeometryFromText('LINESTRING(0 0,1 0)'));

Вывод: {"type":"LineString","coordinates":[[0,0],[1,0]]}

8. Практика

Эти функции будут полезны для выполнения упражнений:

• sum(expression) — агрегат: сумма по набору записей;
• count(expression) — агрегат: количество записей в наборе;
• ST_GeometryType(geometry) — тип геометрии;
• ST_SRID(geometry) — идентификатор системы пространственной привязки;
• ST_X(point), ST_Y(point) — координаты точки;
• ST_Length(linestring) — длина линии;
• ST_StartPoint(geometry), ST_EndPoint(geometry) — первая и последняя точки линии;
• ST_NPoints(geometry) — количество точек в линии;
• ST_Area(geometry) — площадь полигона.

Таблицы, с которыми мы работаем:

• nyc_census_blocks (поля: blkid, popn_total, boroname, wkb_geometry);
• nyc_streets (поля: name, type, wkb_geometry);
• nyc_subway_stations (поля: name, wkb_geometry);
• nyc_neighborhoods (поля: name, boroname, wkb_geometry).

{"type":"Point",
 "crs":{"type":"name","properties":{"name":"EPSG:26918"}},
 "coordinates":[583571.905921312,4506714.341192182]}

Контрольные вопросы

• Перечислите семь геометрических типов PostGIS и приведите пример объекта для каждого.
  POINT — станция метро; LINESTRING — улица, река; POLYGON — граница района, озеро; MULTIPOINT — сеть датчиков одним объектом; MULTILINESTRING — многополосная дорога; MULTIPOLYGON — регион из нескольких участков; GEOMETRYCOLLECTION — произвольная комбинация типов в одном поле.
• Что хранят spatial_ref_sys и geometry_columns?
  spatial_ref_sys — все известные базе системы пространственной привязки: SRID, описание, параметры преобразований. geometry_columns (представление) — реестр геометрических столбцов: таблица, столбец, тип геометрии, размерность и SRID; по нему ГИС-клиенты понимают, чего ожидать от данных без проверки каждой геометрии.
• Почему площадь полигона POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0),(1 1, 1 2, 2 2, 2 1, 1 1)) равна 99?
  Первое кольцо — внешняя оболочка, квадрат 10 × 10 площадью 100; второе кольцо — дыра, квадрат 1 × 1 площадью 1. ST_Area возвращает площадь оболочки минус площади дыр: 100 − 1 = 99.
• Какие условия делают линию замкнутой? простой?
  Замкнутая линия начинается и заканчивается в одной и той же точке. Простая — не пересекает саму себя (самопересечение допустимо только в точке замыкания). Кольца полигонов обязаны быть замкнутыми простыми линиями.
• Назовите функции чтения свойств для точки, линии и полигона.
  Точка: ST_X, ST_Y. Линия: ST_Length, ST_StartPoint, ST_EndPoint, ST_NPoints. Полигон: ST_Area. Общие для любых геометрий: ST_GeometryType, ST_NDims, ST_SRID, ST_AsText.
• Какие форматы обмена геометрией поддерживает PostGIS и зачем их столько?
  WKT (человекочитаемый текст), WKB (двоичный), GML и KML (XML-форматы гео-обмена), GeoJSON (веб-приложения), SVG (векторная графика). Внутренний формат хранения понятен только PostGIS, поэтому для каждого класса внешних программ нужен свой формат экспорта/импорта: ST_AsText, ST_AsGeoJSON, ST_GeomFromText и другие.
• Как изменить систему координат уже существующего геометрического столбца?
  ALTER TABLE … ALTER COLUMN geom TYPE Geometry(MultiPolygon, 26918) USING ST_SetSRID(geom, 26918); — ST_SetSRID помечает геометрию новым SRID (без пересчёта координат; для пересчёта используется ST_Transform).

Источники

1. Introduction to PostGIS — PostGIS Workshop : [сайт]. — URL: https://postgis.net/workshops/postgis-intro/ (дата обращения: 18.08.2026).
2. OpenGIS Implementation Specification for Geographic information — Simple feature access — Part 2: SQL option / Open Geospatial Consortium. — 2010. — URL: https://www.ogc.org/standards/sfs (дата обращения: 18.08.2026).
3. PostGIS Documentation. Geometry Accessors : [сайт]. — URL: https://postgis.net/docs/reference.html (дата обращения: 18.08.2026).