基于ＰｏｓｔＧＩＳ 获取人员地理活动信息的设计与实现

摘 要：PostGIS是开源关系数据库系统 PostgreSQL 基于地理信息系统的扩展插件。文章分析对比了Oracle，MySQL与 PostgreSQL3 种空间数据库对地理信息系统的支持，并深入研究了 PostgreSQL搭载 PostGIS 模型的架构与原理，最后基于研究結果，提出了一种基于 PostGIS 获取人员相关地理活动信息的方案，并对其进行了实现。

关键词：PostGIS;PostgreSQl;地理信息系统

中图法分类号：TP311文献标识码：A

１ 引言

随着地理信息系统的发展，各行各业基于地理信息系统的业务逐渐增多，与此同时，数据库不断发展，已成为地理信息系统的重要组成部分。如何建立空间数据库，以及如何实现业务与地理信息系统的交互，成为重要的研究课题。

２ 空间数据库模型

地理信息系统（ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）的发展过程主要经历了３ 个阶段［１］ ，具体如下。一代地理信息系统：在最初的地理信息系统中，

空间数据是存储在平面文件中的，并且这些数据是需要专门的软件来解析和处理的。

二代地理信息系统：其核心是能够剥离空间数据与非空间数据，系统将非空间数据存储于关系数据库中（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ＤａｔａＢａｓｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＲＤＢＭＳ），但空间数据与一代相同，仍存储于平面文件中。

三代地理信息系统：其将空间数据与非空间数据同时存储于空间数据库中，使数据完全集成在一起。ＧＩＳ 工具能够通过ｓｑｌ 语句直接访问地理数据库。

根据三代ＧＩＳ 发展历程可见，ＧＩＳ 对数据库的要求也在逐步提高，从关系型数据库发展到空间数据库，而空间数据库与其他数据库不同的是能够处理相关的地理空间数据。所谓地理空间数据，指的是能够通过符号化来表示空间现象与记录事务。

空间数据库是对象的地理空间数据存储与管理的媒介，已成为ＧＩＳ 的核心支撑，因此拥有一个良好的数据库是ＧＩＳ 成功与否的关键。

空间数据库的主要代表有Ｏｒａｃｌｅ 的Ｏｒａｃｌｅｓｐａｔｉａｌ，ＭｙＳＱＬ 以及ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的ＰｏｓｔＧＩＳ３ 种，这３ 种都能满足一般的空间数据库需求，各自具有不同的优势与缺陷［２］ 。

３ ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 与ＰｏｓｔＧＩＳ 模型

３．１ 模型简介

ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的前身是伯克利１９７７ 年的Ｉｎｇｒｅｓ 项目，经过不断发展与完善，使其成为一个可灵活扩展的数据库服务器［３］ 。ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 包含类继承机制，具有面向对象的特性，还支持丰富的数据类型，可跨平台开发，是目前支持平台最多的数据库管理系统。

仅依靠ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 自有的功能无法满足空间数据库的要求，主要体现在其缺乏复杂的空间类型，没有提供空间分析、投影变换等功能。为达到空间数据库的使用标准，ＰｏｓｔＧＩＳ 应运而生。

ＰｏｓｔＧＩＳ 是ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的一个扩展，ＰｏｓｔＧＩＳ 提供如下空间信息服务功能：空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循ＯｐｅｎＧＩＳ 的规范。

其存储机制为：将地理空间数据中的非空间数据存储到表格的普通列中，再将地理空间数据中的空间数据通过ＰｏｓｔＧＩＳ 支持的Ｇｅｏｍｅｔｒｙ 对象列加入到表格中，实现非空间数据与空间数据的统一存储。

３．２ ＰｏｓｔＧＩＳ 空间数据模型

ＰｏｓｔＧＩＳ 遵循了ＯｐｅｎＧＩＳ 规范中的简单要素ＳＱＬ模型（ＳＦＳ：Ｓｉｍｐｌｅ Ｆｅａｔｕｒｅ ｆｏｒ ＳＱＬ Ｍｏｄｅｌ），其涵盖所有需要支持的数据类型，主要分为３ 种数据类型模型：矢量数据、栅格数据和拓扑数据。

３．３ 性能对比

为了横向比较ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 在空间数据库的性能，针对查询空间位置数据库表的查询时间，本文对ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 及ＭｙＳＱＬ 进行了比较验证，其中，使用的系统环境为Ｗｉｎｄｏｗｓ １０ 专业版６４ 位操作系统，Ｉｎｔｅｌ（Ｒ） Ｃｏｒｅ（ＴＭ） ｉ５?１０４００ ＣＰＵ ＠ ２．９０ ＧＨｚ ２．９０ＧＨｚ，内存为１６．０ ＧＢ。

本文随机创建了１ 万、５ 万、１０ 万、２０ 万、５０ 万、１００ 万与２００ 万空间点数据表，分别存于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ与ＭｙＳＱＬ 数据库中， 然后通过查询语句，分别查询最大范围、中等范围与小范围区域中存在的空间点数量，并对比两种数据库的查询时间，因每次查询时间略微不同，每次查询１０ 次，取平均值记录。将结果整理为对比图，结果如图１ 所示。

图１ 中，选择了范围最大与范围最小的查询结果进行比较。在点数较少时，两者的性能差异不明显，但当点数较大时，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的查询速度较ＭＹＳＱＬ更快，且数量越大，优势越大。

鉴于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的标准化与对地理信息系统更全面的支持，本文将ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 作为数据库，基于ＰｏｓｔＧＩＳ 插件及围绕如何获取人员地理活动信息来进行设计，并且对响应的设计进行了实现。

４ 获取人员地理活动信息设计

４．１ 背景

随着信息化时代的不断发展，获取位置数据的途径变得多种多样，包括但不局限于手机、网络、全球定位系统（ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ， ＧＰＳ）、射频识别（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）、雷达设备、电子战设备。定位技术发展迅速，通过这些定位设备，就能够获取到对象的轨迹信息，并将这些信息在许多领域进行研究分析，例如，电子战领域，通过电子战设备，可以获取敌方设备在时间段内的点迹并能够生成轨迹信息，同时预测敌方设备后续位置；通信领域，通过通信设备，能够识别信号发射方的位置信息；ＧＰＳ领域，显示公交车实时位置的软件能够不断更新公交车的位置状态信息。

由于获取位置信息的方式越来越多，越来越方便，位置信息的数据量也逐渐庞大，趋于复杂化。

４．２ 流程

本文拟在已经存在人员位置信息的前提下，通过ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭载ＰｏｓｔＧＩＳ 插件，实现对人员的活动信息进行统一存储与管理。通过可视化工具，进行进一步的可视化显示，以查看与分析人员的地理活动信息。通过筛选位置信息与时间信息，构建出完整的时空轨迹，从而得出用户所经过的位置，分析出意图目的地以及经常活动的位置范围等重要信息，这些信息可以应用于办案人员的办案分析、溯源分析等。

本文通过使用ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 来存储地理信息相关数据。因其良好的性能与对ＧＩＳ 的全面支持，以及灵活的可扩展性，将其作为地理数据库，界面则使用ＱＧＩＳ，通过编译源码对其进行二次开发，一来继承了ＱＧＩＳ 对ＰｏｓｔＧＩＳ的友好性，方便连接ＰｏｓｔＧＩＳ 并做可视化显示，二来能够进行个性化定制操作，以满足特定的需求。

４．３ 设计

人员相关地理活动信息可以从以下４ 方面来设计：ＷＩＦＩ、基站地理信息设计、照片拍摄地理信息设计与软件地理信息设计。

本文模拟了一个月的位置信息，简化了数据量，以每天位置信息为１０ 个点来进行模拟，具体的行程为：９．１～ ９．２０ 在厦门市活动，９．２１ 前往福州，９．２２ ～９．２５ 在北京市活动，９．２６～９．３０ 在西安市活动。

通过Ｐｏｓｔｇｉｓ 将点迹信息存储在ｐｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 中，然后通过ＱＧＩＳ 连接数据库进行效果的展现，实际上，可以将ＱＧＩＳ 以二次开发形式集成到软件中并进行具体操作，在用ＱＧＩＳ 连接ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的表后，可以将表内的数据展现在地图上。

位置信息分布在厦门、福州、北京和西安，由于地图范围过大，点击并进行聚类显示。

对于Ｗｉ?Ｆｉ、基站位置的信息分析，本文主要从以下几个方面来进行展现。

（１）获取时间段内轨迹信息。

当需要对人员的某个时间段内的行程进行分析时，可以直接获取某个时间段的位置信息，本文获取了９．２２～９．２５ 的位置信息。具体如图２ 所示。

上图是９．２２～９．２５ 的位置信息匯总，通过数据库查询可以迅速获取人员特定时间段的活动范围，对调查有一定的作用，但时间段范围较大，并不精确。

（２）获取单日行程轨迹。

同样地，当需要获取人员单日的行程轨迹时，能够通过某些操作，得到更进一步的调查分析结果。本文获取了９．５，９．２１，９．２３ 以及９．３０ 人员位置信息。由于数据进行了精简，点迹数量比较少，实际的数据量会远远大于模拟的数据量，但通过获取单日的位置信息，可以得到人员在当天的活动轨迹信息。

（３）获取关键场所到访频次。

在某些特定的场景中，已知某个区域属于重点区域，若要知道人员是否去过该重点场所，或者要知道人员经过重点区域的次数，这些要求也能够得到满足。步骤有以下２ 步。

①人员预设关键场所（导入，绘制）。重点区域信息，需要相关人员预先设置，可以通过在地图上手绘形成，也可以通过数据信息导入到数据库中，ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 建立一张表，该表专门来存储该区域信息。比如，以厦门软件园为重点区域，粗略绘制该区域。

当重点区域绘制完成后，用户便能够对人员的点迹进行筛选，获取到重点区域的访问情况，也能够直观地查看人员是否与重点区域有关联。

②ＳＱＬ 获取重点区域范围内点迹。

现采用ＱＧＩＳ 进行展现，后期将ＱＧＩＳ 集成到相应的软件，原理相同，ＱＧＩＳ 连接到ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的ｔｂｌ＿ｓｔａｔｉｏｎ＿ｉｎｆｏ 表，执行ＳＱＬ，可以查询到重点区域范围内的点。

执行完成后，点击加载图层，图层可以加载到ＱＧＩＳ 上，选择终端区域图层与查询结构图层（“软件园”）。

通过此功能可以获取重点区域的重点信息，有助于相关人员进一步分析人员与案件的关系，同时也有进一步拓展的可能。

５ 结束语

随着信息与各行各业的飞速发展，地理信息数据库将成为地理信息系统发展的关键环节。本文从地理数据库展开，对比了Ｏｒａｃｌｅ ｓｐａｔｉａｌ，Ｍｙｓｑｌ ＧＩＳ 与ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ ＰｏｓｔＧＩＳ３ 种地理数据库模型，然后详细介绍了ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 搭载ＰｏｓｔＧＩＳ 插件的地理数据库模型的原理与实现方式，探讨了ＰｏｓｔＧＩＳ 对地理信息系统的支撑性，最后基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 数据库，搭载ＰｏｓｔＧＩＳ插件，提出了一种获取人员相关地理活动信息的设计思路，并对其进行了相应的实现。

参考文献：

［１］ 盛凯，刘忠，周德超．基于ＰｏｓｔＧＩＳ 的历史航迹重演分析系统设计与开发［Ｊ］．海军工程大学学报，２０１７，２９（５）：１０８?１１２．

［２］ 赵莹，胡畅达，王国宇．三种关系型空间数据库比较［Ｊ］．科技创新与应用，２０２１，１１（１９）：６２?６４．

［３］ 蔡佳作，欧尔格力．基于ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ 的地理空间数据存储管理方法研究［Ｊ］．青海师范大学学报（自然科学版），２０１６，３２（２）：２１?２３＋２７．

作者简介：

李志翔（１９９４—），本科，研究方向：电子数据取证。