ダウンロードサイト http://postgis.net/stuff/postgis-3.3.8dev.tar.gz からソースのアーカイブを入手します。

wget http://postgis.net/stuff/postgis-3.3.8dev.tar.gz
tar -xvzf postgis-3.3.8dev.tar.gz
cd postgis-3.3.8dev

これで、カレントディレクトリの下にpostgis-3.3.8devができます。

もしくは git レポジトリ https://git.osgeo.org/gitea/postgis/postgis/ からチェックアウトします。

git clone https://git.osgeo.org/gitea/postgis/postgis.git postgis
cd postgis
sh autogen.sh
    

新しく作られたpostgisディレクトトリに移動して、インストールを続けます。

./configure

PostGISのビルドと利用のために、次のものが必要です。

必須

オプション

ほとんどのLinuxのインストールと同様に、最初のステップでは、ソースコードのビルドに使われるMakefileを生成します。これは、シェルスクリプトが行います。

./configure

パラメータを付けない場合には、このコマンドは自動で、PostGISのソースコードのビルドを行うのに必要なコンポーネントやライブラリをシステム上で探します。./configureとするのが一般的な使い方ですが、標準的でない位置に必要なライブラリやプログラムを置いてある場合のために、いくつかのパラメータを受け付けます。

次のリストで、共通して使われるパラメータを示します。 完全なリストについては、--helpまたは--help=shortパラメータを使って下さい。

	PostGISをコードレポジトリから得る場合には、はじめに次のスクリプトを実行します。 ./autogen.sh このスクリプトによってconfigureスクリプトが生成されます。これはPostGISのインストールに関するカスタマイズに使われます。 PostGISをアーカイブファイルで入手する場合には、configureが既に生成されているので./autogen.shは不要です。

Makefileが生成されたら、PostGISのビルドは、次のコマンドを実行するだけです。

make

出力の最後の行に"PostGIS was built successfully. Ready to install."と出れば終わりです。

PostGIS 1.4.0版からは、全ての関数に文書から生成されるコメントが付きます。これらのコメントを後からインストールするには、次のコマンドを実行しますが、docbookが必要です。アーカイブファイルからインストールする場合は、postgis_comments.sql, raster_comments.sql, topology_comments.sqlは、docフォルダにあるので、コメントを作成する必要はありません。コメントはCREATE EXTENSIONによるインストールの一部として取り込まれます。

make comments

PostGIS 2.0で導入されました。早見表にも、また学習中の方のハンドアウトにも適しているHTMLチートシートを生成します。xsltprocが必要で、topology_cheatsheet.html, tiger_geocoder_cheatsheet.html, raster_cheatsheet.html, postgis_cheatsheet.htmlの4ファイルが生成されます。

HTMLとPDFのビルド済みのものはPostGIS / PostgreSQL Study Guidesにあります。

make cheatsheets

PostgreSQL 9.1以上を使用している場合は、PostGISエクステンションが自動的にビルド、インストールされます。

ソースレポジトリからビルドしている場合は、関数の記述を最初にビルドする必要があります。これらは、docbookがインストールされている時にビルドされます。手動でインストールするには次のようにします。

make comments

アーカイブファイルからのビルドの場合は、ビルド済みのものがあるので、コメントのビルドは必須ではありません。

PostgreSQL 9.1を対象にビルドしている場合は、エクステンションは自動的にmake install処理の一部としてビルドするべきです。必要ならextensionsフォルダからビルドできますし、他のサーバで必要ならファイルの複製ができます。

cd extensions
cd postgis
make clean
make
export PGUSER=postgres # psql変数の上書き
make check #to test before install
make install
# extensionsのテスト
make check RUNTESTFLAGS=--extension

	make checkは、テスト実行のためにpsqlを使用し、psql環境変数を使用します。一般的なpsql環境変数で上書きすると便利なのが PGUSER,PGPORT, and PGHOSTです。環境変数を参照して下さい。

エクステンションファイルは、常に、OSに関係なく同じ版のPostGISでは同じです。PostGISバイナリを既にインストールしている限りは、エクステンションファイルをあるOSから別のものに複写して大丈夫です。

開発用と異なる別のサーバでエクステンションを手動でインストールしたい場合は、サーバにない時に必要となる通常のPostGISのバイナリだけでなく、次のファイルをextensionsフォルダからPostgreSQLインストール先のPostgreSQL / share / extensionフォルダに複写します。

以上を実行すると、PgAdmin -> extensionでpostgis, postgis_topologyが有効なエクステンションとして見えます。

psqlを使う場合は、次のクエリを実行してエクステンションがインストールされていることを確認できます。

SELECT name, default_version,installed_version
FROM pg_available_extensions WHERE name LIKE 'postgis%' or name LIKE 'address%';

             name             | default_version | installed_version
------------------------------+-----------------+-------------------
 address_standardizer         | 3.3.8dev         | 3.3.8dev
 address_standardizer_data_us | 3.3.8dev         | 3.3.8dev
 postgis                      | 3.3.8dev         | 3.3.8dev
 postgis_raster               | 3.3.8dev         | 3.3.8dev
 postgis_sfcgal               | 3.3.8dev         |
 postgis_tiger_geocoder       | 3.3.8dev         | 3.3.8dev
 postgis_topology             | 3.3.8dev         |
(6 rows)

クエリを行ったデータベースにエクステンションがインストールされている場合は、installed_versionカラムに記載が見えます。レコードが返ってこない場合は、PostGIS EXTENSIONがインストールされていないことになります。PgAdmin III 1.14以上では、データベースブラウザツリーのextensionsセクションで提供されていて、右クリックでアップグレードまたアンインストールできます。

有効なエクステンションがある場合、pgAdminエクステンションインタフェースまたは次のSQLの実行によって、選択したデータベースにPostGISエクステンションをインストールできます。

CREATE EXTENSION postgis;
CREATE EXTENSION postgis_raster;
CREATE EXTENSION postgis_sfcgal;
CREATE EXTENSION fuzzystrmatch; -- postgis_tiger_geocoderに必要
-- postgis_tiger_geocoderで使用されるか単独で使われます
CREATE EXTENSION address_standardizer;
CREATE EXTENSION address_standardizer_data_us;
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder;
CREATE EXTENSION postgis_topology;

psqlでは、どの版が、どのスキーマにインストールされているかを見ることができます。

\connect mygisdb
\x
\dx postgis*

List of installed extensions
-[ RECORD 1 ]-------------------------------------------------
Name        | postgis
Version     | 3.3.8dev
Schema      | public
Description | PostGIS geometry, geography, and raster spat..
-[ RECORD 2 ]-------------------------------------------------
Name        | postgis_raster
Version     | 3.0.0dev
Schema      | public
Description | PostGIS raster types and functions
-[ RECORD 3 ]-------------------------------------------------
Name        | postgis_tiger_geocoder
Version     | 3.3.8dev
Schema      | tiger
Description | PostGIS tiger geocoder and reverse geocoder
-[ RECORD 4 ]-------------------------------------------------
Name        | postgis_topology
Version     | 3.3.8dev
Schema      | topology
Description | PostGIS topology spatial types and functions

エクステンションのテーブルspatial_ref_sys, layer, topologyは、明示的にバックアップできません。それぞれのpostgisまたはpostgis_topologyエクステンションがバックアップされる時のみバックアップできます。これは、データベース全体のバックアップの時のみ行われます。PostGIS 2.0.1の時点では、データベースがバックアップされる際に、PostGISでパッケージ化されていないsridレコードのみバックアップされます。パッケージに入っているsridの変更は巡回せず、変更はそこにあるものと期待されます。PostGIS 2.0.1の時点では、データベースがバックアップされるときにPostGISに入っていないsridのレコードだけがバックアップされます。PostGISに入っていて後に変更されたsridの変更については巡回しません。問題が見られたら、チケットを発行して下さい。エクステンションテーブルの構造はCREATE EXTENSIONで生成されるので、バックアップを行いません。エクステンションの与えられた版と同じものであると仮定されます。この挙動は現在のPostgreSQL エクステンションモデルに組み込まれているため、これについては何もできません。

素晴らしいエクステンション機構を使わずに3.3.8devをインストールした場合には、それぞれのエクステンションが持つ関数をパッケージするためのコマンドを実行して、エクステンションに基づくように変更できます。PostgreSQL 13では、パッケージしない方法でのインストールは削除されましたので、PostgreSQL 13にアップグレードする前にエクステンションをビルドするように変更するべきです。

CREATE EXTENSION postgis FROM unpackaged;
CREATE EXTENSION postgis_raster FROM unpackaged;
CREATE EXTENSION postgis_topology FROM unpackaged;
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder FROM unpackaged;

PostGISのテストを行うには、次のコマンドを実行します。

make check

このコマンドで、実際のPostgreSQLデータベースに対して生成したライブラリを使用した、様々なチェックとレグレッションテストを行います。

	PostgreSQL, GEOS または Proj を標準の位置にインストールしていない場合には、環境変数LD_LIBRARY_PATHに、ライブラリの位置を追加する必要があるかも知れません。

	現在のところmake checkは、チェックを行う際に 環境変数PATHとPGPORTによっています。コンフィギュレーションパラメータ--with-pgconfigを使って特定したPostgreSQLではありません。PATHを編集して、コンフィギュレーションの際に検出したPostgreSQLと一致するようにして下さい。もしくは、間もなく襲ってくる頭痛の準備をしておいて下さい。

成功したなら、make checkで約500個のテストを生成します。結果は次のようなかんじになります (かなりの行を省略しています)。

CUnit - A unit testing framework for C - Version 2.1-3
     http://cunit.sourceforge.net/

        .
        .
        .

Run Summary:    Type  Total    Ran Passed Failed Inactive
              suites     44     44    n/a      0        0
               tests    300    300    300      0        0
             asserts   4215   4215   4215      0      n/a
Elapsed time =    0.229 seconds

        .
        .
        .

Running tests

        .
        .
        .

Run tests: 134
Failed: 0


-- if you build with SFCGAL

        .
        .
        .

Running tests

        .
        .
        .

Run tests: 13
Failed: 0

-- if you built with raster support

        .
        .
        .

Run Summary:    Type  Total    Ran Passed Failed Inactive
              suites     12     12    n/a      0        0
               tests     65     65     65      0        0
             asserts  45896  45896  45896      0      n/a


        .
        .
        .

Running tests

        .
        .
        .

Run tests: 101
Failed: 0

-- topology regress

.
.
.

Running tests

        .
        .
        .

Run tests: 51
Failed: 0

-- if you built --with-gui, you should see this too

     CUnit - A unit testing framework for C - Version 2.1-2
     http://cunit.sourceforge.net/

        .
        .
        .

Run Summary:    Type  Total    Ran Passed Failed Inactive
              suites      2      2    n/a      0        0
               tests      4      4      4      0        0
             asserts      4      4      4      0      n/a

postgis_tiger_geocoderとaddress_standardizerエクステンションは、現在は、標準的なPostgreSQLインストールチェックにのみ対応しています。これらをテストするには、次のようにします。ご注意: PostGISコードフォルダのルートでmake installを既に行っている場合には、make installは重要ではありません。

address_standardizer用:

cd extensions/address_standardizer
make install
make installcheck
          

出力は次のようなかんじになります。

============== dropping database "contrib_regression" ==============
DROP DATABASE
============== creating database "contrib_regression" ==============
CREATE DATABASE
ALTER DATABASE
============== running regression test queries        ==============
test test-init-extensions     ... ok
test test-parseaddress        ... ok
test test-standardize_address_1 ... ok
test test-standardize_address_2 ... ok

=====================
 All 4 tests passed.
=====================

Tiger Geocodeを使う場合には、使用するPostgreSQLインスタンス内にPostGISとfuzzystrmatchのエクステンションが必要です。PostGISをaddress_standardizer機能付きでビルドした場合は、address_standardizerのテストも行います。

cd extensions/postgis_tiger_geocoder
make install
make installcheck
          

出力は次のようなかんじになります。

============== dropping database "contrib_regression" ==============
DROP DATABASE
============== creating database "contrib_regression" ==============
CREATE DATABASE
ALTER DATABASE
============== installing fuzzystrmatch               ==============
CREATE EXTENSION
============== installing postgis                     ==============
CREATE EXTENSION
============== installing postgis_tiger_geocoder      ==============
CREATE EXTENSION
============== installing address_standardizer        ==============
CREATE EXTENSION
============== running regression test queries        ==============
test test-normalize_address   ... ok
test test-pagc_normalize_address ... ok

=====================
All 2 tests passed.
=====================

PostGISをインストールするには、次のコマンドを実行します。

make install

これにより、PostGISのインストールファイルが、--prefixパラメータで指定した、適切なサブディレクトリに複写されます。次に特筆すべきサブディレクトリを示します。

先にmake commentsを実行してpostgis_comments.sql, raster_comments.sqlを生成していた場合は、次のコマンドを実行すると、これらのSQLファイルがインストールされます。

make comments-install

	postgis_comments.sql, raster_comments.sql, topology_comments.sqlは、xsltprocの外部依存ができたので、通常のビルドとインストールから切り離されました。

PerlのRegex::Assembleは、ソースツリーの一部がこれで作られていますが、住所標準化エクステンションではもはや不要です。ただし、usps-st-city-orig.txtまたはusps-st-city-orig.txt usps-st-city-adds.txを編集する必要がある場合は、parseaddress-stcities.hのリビルドでRegex:Assembleが必要です。

cpan Regexp::Assemble

Ubuntu / Degianの場合には、次のようにしなければならないかも知れません。

sudo perl -MCPAN -e "install Regexp::Assemble"

PostgreSQL 9.1以上とPostGIS 2.1.0を使用している場合は、Tigerジオコーダのインストールで、新しいエクステンションモデルの利点を得ることができます。次のようにします。

まず、上述の手順でPostGISをインストールします。

extrasフォルダが無い場合、http://postgis.net/stuff/postgis-3.3.8dev.tar.gzをダウンロードします。

tar xvfz postgis-3.3.8dev.tar.gz

cd postgis-3.3.8dev/extras/tiger_geocoder

tiger_loader_2015.sql (違う年のものをロードしたくないならば最新のローダファイル)をあなたの実行サーバ等のパスに編集します。もしくはloader_platformがインストールされた後に一度これを更新します。このファイルもloader_platformも編集しない場合には、一般的なアイテムの位置を持っているだけなので、Loader_Generate_Nation_ScriptとLoader_Generate_Scriptを実行した後に、生成されたスクリプトを編集しなければなりません。

初めてTigerジオコーダをインストールする場合は、Windowsではcreate_geocode.batを、またLinux/Unix/Mac OSXではcreate_geocode.shを、使用するPostgreSQLにとって独自の設定に変更したうえで、コマンドラインから対応するスクリプトを実行します。

データベースにtigerスキーマがあることを確認します。もし無い場合は、次の行を参考に、コマンドを実行します。

ALTER DATABASE geocoder SET search_path=public, tiger;

住所正規化機能は、トリッキーな住所を除いて、大体データなしで動作します。テストを実行して次のように見えることを確認して下さい。

SELECT pprint_addy(normalize_address('202 East Fremont Street, Las Vegas, Nevada 89101')) As pretty_address;
pretty_address
---------------------------------------
202 E Fremont St, Las Vegas, NV 89101
                        

皆さんが問題と思われるの多くのことのひとつに、ジオコーディング前の準備に住所を正規化する関数Normalize_Addressがあります。住所正規化は万全と言うにはほど遠く、パッチをあてようとすると膨大な資源を費やします。よって、より良い住所標準化エンジンを持つ他のプロジェクトに統合しました。この新しい住所標準化を使うには、Section 2.3, “PAGC住所標準化ツールのインストールと使用”で記述するようにエクステンションをコンパイルし、使用するデータベースにインストールします。

このエクステンションをpostgis_tiger_geocoderをインストールしているデータベースにインストールすると、Pagc_Normalize_Addressを、Normalize_Addressの代わりに使うことができます。このエクステンションはTigerジオコーダからは見えないので、国際的な住所といった他のデータソースでも使えます。Tigerジオコーダエクステンションは、その版の規則テーブル (tiger.pagc_rules), gaz table (tiger.pagc_gaz), lexテーブル (tiger.pagc_lex)を同梱しています。これらは、必要に応じて標準化の改善のために追加や更新ができます。

データロードの説明の詳細はextras/tiger_geocoder/tiger_2011/READMEにあります。これは一般的な手順を示しています。

ロードプロセスによって、米センサスウェブサイトから個々の国ファイル、リクエストされた州のデータをダウンロードし、ファイルを展開し、個別の州をそれぞれの州テーブルの集合にロードします。各州のテーブルは、tigerスキーマで定義されたテーブルを継承しているので、これらのテーブルに対して全てのデータにアクセスするためのクエリを出すことができますし、州の再読み込みが必要となったり、州が必要ない場合には、Drop_State_Tables_Generate_Scriptで、いつでも州テーブルの集合を削除するクエリを出すことができます。

データのロードを可能にするためには次のツールが必要です。

tiger_2010からアップグレードする場合には、最初にDrop_Nation_Tables_Generate_Scriptを生成、実行する必要があります。州データをロードする前に、Loader_Generate_Nation_Scriptで国データをロードする必要があります。これによって、環境に合ったローダスクリプトが生成されます。Loader_Generate_Nation_Scriptは、一度の操作で、(2010からの)アップグレードと、新しいインストールが行われます。

州データをロードするには、Loader_Generate_Scriptを参照して、手持ちのプラットフォームで動作する、求める州データをロードするデータロードスクリプトを生成します。州データはひとつずつダウンロードできることに注意して下さい。一度に必要な州の全てについてデータをロードする必要はありません。必要なだけダウンロードできます。

求める州データをロードした後は、Install_Missing_Indexesに示すように、

SELECT install_missing_indexes();

を実行するようにして下さい。

行うべきことができたかをテストするために、Geocodeを使用する州の中の住所についてジオコーダを実行してみます。

2.0以上に含まれるTigerジオコーダがインストールされている場合には、どうしても必要な訂正があるときは、いつでも臨時のアーカイブファイルからでも機能のアップグレードができます。 これは、エクステンションでインストールされていないTigerジオコーダで動作します。

extrasフォルダが無い場合、http://postgis.net/stuff/postgis-3.3.8dev.tar.gzをダウンロードします。

tar xvfz postgis-3.3.8dev.tar.gz

cd postgis-3.3.8dev/extras/tiger_geocoder/tiger_2011

Windowsの場合はupgrade_geocoder.batスクリプト、Linux/Unix/MacOS Xの場合はupgrade_geocoder.shスクリプトの位置を特定します。 PostGISデータベースの資格情報を持つように編集します。

2010または2011からアップグレードする場合には、確実にローダスクリプトのコメントアウトを消すと、2012データのロードのための最新のスクリプトを得ます。

対応するスクリプトをコマンドラインから実行します。

次に、全ての国テーブルを削除し、新しい国テーブルをロードします。Drop_Nation_Tables_Generate_Scriptに詳細がある通り、このSQLステートメントを使った削除スクリプトを生成します。

SELECT drop_nation_tables_generate_script();

生成した削除SQLステートメントを実行します。

Loader_Generate_Nation_Scriptに詳細がある通り、このSELECTステートメントを使った削除スクリプトを生成します。

Windows向け

SELECT loader_generate_nation_script('windows'); 

Unix/Linux向け

SELECT loader_generate_nation_script('sh');

生成したスクリプトの実行方法に関する説明は、Section 2.4.4, “Tigerデータのロード”を参照して下さい。これは一度だけ実行する必要があります。

	2010/2011州テーブルを混在させることができ、それぞれの州について個別にアップグレードできます。2011にアップグレードする前に、まず、Drop_State_Tables_Generate_Scriptを使って、2010州テーブルを削除します。

次に示す設定はpostgresql.confにあります。

constraint_exclusion

shared_buffers

max_worker_processes これは、PostgreSQL 9.4以上で有効です。PostgreSQL 9.6以上では、パラレルクエリ処理に使うプロセス数の最大値の制御で、さらに重要なものとなっています。

work_mem - 並べ替えや複雑なクエリに使われるメモリのサイズの設定

maintenance_work_mem - VACUUM, CREATE INDEX等で使われるメモリのサイズ

max_parallel_workers_per_gather

この設定はPostgreSQL 9.6以上で使用でき、並列クエリに対応しているPostGIS 2.3以上に影響は限られます。0より大きい値に設定すると、ST_Intersectsといった関係関数を含むクエリで、複数プロセッサが使われるようにできます。その時、2倍を超える速度が出る可能性があります。予備のプロセッサが多数ある場合には、この値をプロセッサ数に変更するべきです。また、max_worker_processesをこの値と同じにするようにします。

PostgreSQL 9.1以上を使っていて、エクステンションのPostGISモジュールをコンパイル、インストールしている場合には、エクステンションというメカニズムを使用して、データベースを空間データベースに切り替えることができます。

中核となるPostGISエクステンションには、ジオメトリ、ジオグラフィ、spatial_ref_sysおよび全ての関数とコメントが含まれています。ラスタとトポロジは別のエクステンションになっています。

空間データベースにしたいデータベース上で次のSQLを実行します。

CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS plpgsql;
      CREATE EXTENSION postgis;
      CREATE EXTENSION postgis_raster; -- OPTIONAL
      CREATE EXTENSION postgis_topology; -- OPTIONAL

	これは、通常はPostgreSQLのエクステンションのディレクトリ内にPostGISをインストールできないか、したくない場合 (たとえばテスト中や開発中、または制限のある環境内)にのみ必要となります。

ビルドの際に指定した[prefix]/share/contrib内にある様々なSQLファイルをロードしてPostGISオブジェクトと関数の定義をデータベースに追加します。

中核のPostGISオブジェクト (ジオメトリ型とジオグラフィ型、これらに対応する関数)はpostgis.sqlスクリプトにあります。ラスタオブジェクトはrtpostgis.sqlスクリプトにあります。トポロジオブジェクトはtopology.sqlスクリプトにあります。

完全なEPSG座標系定義IDセットについては、spatial_ref_sys.sql定義ファイルをロードしてspatial_ref_sysテーブルを生成して下さい。これによりジオメトリ関数ST_Transform()が実行できるようになります。

PostGIS関数にコメントを追加したい場合には、postgis_comments.sqlスクリプト内のコメントが見つかると思います。コメントはpsqlのターミナルウィンドウから単に\dd [関数名]と打ち込むだけで見ることができます。

ターミナルで次のシェルコマンドを実行します。

DB=[データベース名]
    SCRIPTSDIR=`pg_config --sharedir`/contrib/postgis-3.1/

    # 中核
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/postgis.sql
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/spatial_ref_sys.sql
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/postgis_comments.sql # 任意

    # ラスタ機能 (任意)
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/rtpostgis.sql
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/raster_comments.sql # 任意

    # トポロジ機能 (任意)
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/topology.sql
    psql -d ${DB} -f ${SCRIPTSDIR}/topology_comments.sql # 任意

PostGISのディストリビューション (特にPostGIS >= 1.1.5のWin32インストーラ)の中には、template_postgisというテンプレートにPostGIS関数をロードしていることがあります。PostgreSQLにtemplate_postgisデータベースが存在するなら、ユーザやアプリケーションは、空間データベースの生成をコマンドひとつで済ませられます。この2種類のやり方のどちらを使うににしても、データベースユーザは、新しいデータベースを作成する権限を与えられている必要があります。

シェルからの実行は次の通りです。

# createdb -T template_postgis my_spatial_db

SQLからの実行は次の通りです。

postgres=# CREATE DATABASE my_spatial_db TEMPLATE=template_postgis

エクステンションを使ってデータベースをインストールした場合には、エクステンションモデルでアップグレードしなければなりません。 古いSQLスクリプトを使ってインストールした場合には、SQLスクリプトは既にサポートされていませんので、エクステンションに切り替えるべきです。

3.4.1.1. 9.1以上でエクステンションを使ったソフトアップグレード

エクステンションを使ってPostGISをインストールした場合には、エクステンションを使ってアップグレードする必要があります。エクステンションを使ったマイナーアップグレードはかなり楽です。

PostGIS 3以上を実行している場合には、PostGIS_Extensions_Upgrade関数を使ってインストールしているもののうち最新の版にアップグレードすべきです。

SELECT postgis_extensions_upgrade();

PostGIS 2.5以前を実行している場合には、次のようにします。

ALTER EXTENSION postgis UPDATE;
SELECT postgis_extensions_upgrade();
-- 二回目の実行はpostgis_rasterエクステンションの再構築に必要です。
SELECT postgis_extensions_upgrade();

インストールされたPostGISに複数のバージョンがあり、最新版にアップグレードしたくない場合には、明示的なバージョンの指定ができます。次のようにします。

ALTER EXTENSION postgis UPDATE TO "3.3.8dev";
ALTER EXTENSION postgis_topology UPDATE TO "3.3.8dev";

次のようなエラー通知が表示されることがあります。

No migration path defined for … to 3.3.8dev

この場合は、データベースをバックアップして、 Section 3.3.1, “エクステンションを使って空間データベースを有効にする” に記述されているように新しいデータベースを生成し、バックアップを新しいデータベースにリストアしなければなりません。

次のようなメッセージを得ることがあります。

Version "3.3.8dev" of extension "postgis" is already installed

この場合は、全てアップデートされていて、安全に無視できます。SVN版から次版 (新しい版番号を得ていないもの)にアップグレードしようとしない限り、"next"を版文字列に追加できます。ただし、次回に"next"を削除する必要があります。

ALTER EXTENSION postgis UPDATE TO "3.3.8devnext";
ALTER EXTENSION postgis_topology UPDATE TO "3.3.8devnext";

	PostGISをバージョン指定なしにインストールした場合には、 しばしば再格納の前のPostGIS EXTENSIONの再インストールをとばすことができます。 バックアップはCREATE EXTENSION postgisだけで、リストアの間に最新版になります。

	PostGISエクステンションを3.0.0より前からアップグレードする場合には、ラスタ機能が不要なら、安全に削除できる新しい postgis_rasterエクステンションを持つことになります。次のようにします。 DROP EXTENSION postgis_raster;

3.4.1.2. 9.1より前またはエクステンションを使わないソフトアップグレード

PostGISをエクステンションを使わずにインストールした人向けです。エクステンションを使っていてこの方法を使うと、次のようなメッセージが現れます。

can't drop ... because postgis extension depends on it

ご注意: PostGIS 1.*またはr7429以前のPostGIS 2.*へ移行する場合には、この手続きを使うことができませんが、ハードアップグレードを実行する必要があります。

コンパイルとインストール (make install)の実行後に、インストール先フォルダ内にある*_upgrade.sqlのファイルの集合を見つけておくべきです。次のコマンドで一覧を得られます。

ls `pg_config --sharedir`/contrib/postgis-3.3.8dev/*_upgrade.sql

postgis_upgrade.sqlから順番に全てをロードします。

psql -f postgis_upgrade.sql -d [データベース名]

同じ手続きをラスタ、トポロジ、SFCGALエクステンションに適用します。それぞれのファイル名はrtpostgis_upgrade.sql, topology_upgrade.sql, sfcgal_upgrade.sqlになります。次のように実行します。

psql -f rtpostgis_upgrade.sql -d [データベース名]

psql -f topology_upgrade.sql -d [データベース名]

psql -f sfcgal_upgrade.sql -d [データベース名]

エクステンションによるインストールに変更した方が良いです。次のようにします。

psql -c "SELECT postgis_extensions_upgrade();"

	求める版へのアップグレードに使う特定のpostgis_upgrade.sqlが発見できない場合には、ソフトアップグレードを実行するにはあまりに前の版を使っています。ハードアップグレードが必要です。

PostGIS_Full_Version関数の"procs need upgrade"というメッセージで、この種のアップグレードを実行する必要性についての情報が得られます。

ハードアップグレードとは、PostGISで利用可能なデータの完全なダンプ/リロードを意味します。PostGISオブジェクトの内部格納状態が変更される場合や、ソフトアップグレードができない場合に、ハードアップグレードが必要です。付録のリリースノートに、版ごとについて、ダンプ/リロード (ハードアップグレード)の要否を記載しています。

ダンプ/リロード作業はpostgis_restore.plスクリプトが補助します。このスクリプトは、PostGIS (古いものを含む)に属する定義を全て飛ばすように注意します。また、重複シンボルエラーや非推奨オブジェクトを持越すことなく、スキーマとデータをPostGISをインストールしたデータベースにリストアできます 。

Windows用に関する追加情報は Windows Hard upgradeにあります。

手続きは次の通りです。

エラーは次の場合に起こりえます。

Open Geospatial Consortium (OGC)は、地理空間データのモデルを提供するためにSimple Features Access (SFA)標準を開発しました。これは、ジオメトリ (Geometry)の基本的な空間タイプを、空間解析処理実行のための操作や変換といった演算に沿って定義します。

ジオメトリは抽象的なタイプです。ジオメトリ値は複数ある具体的なサブタイプの一つに属します。サブタイプは様々な種類の様々な次元のジオメトリの形状を表現するものです。これらには原子的なタイプであるポイント (Point)、ラインストリング (LineString)、リニアリング (LinearRing)、ポリゴン (Polygon)があります。また、マルチポイント (MultiPoint)、マルチラインストリング (MultiLineString)、マルチポリゴン (MultiPolygon)、ジオメトリコレクション (GeometryCollection)のコレクション (collection) (訳注: 「マルチ系」と書いている場合があります)タイプがあります。 Simple Features Access - Part 1: Common architecture v1.2.1では多面体サーフェス (PolyhedralSurface)、三角形 (Triangle)、TINが追加されています。

ジオメトリは2次元デカルト平面上の形状をモデル化しています。多面体サーフェス、三角形、TINは3次元空間内の形状を表現することもできます。形状のサイズと位置は座標によって指定されます。それぞれの座標は、平面上で位置を判定するXとYの座標軸値を持っています。形状はポイントと線分から構築され、ポイントは単一の座標で定められ、線分は二つの座標値から定められます。

座標は任意軸ZとMを持つことができます。Z軸はしばしば標高を示すために使われます。M軸は計測値が入りますが、計測値は時間であったり距離であったりします。Z値またはM値はジオメトリ値の中にあり、ジオメトリの各ポイントで定義されているものです。ジオメトリがZ値またはM値を持っている場合には座標次元は三次元です。Z値とM値の両方を持っている場合には四次元です。

ジオメトリ値は、そのジオメトリが組み込まれている座標系を示す空間参照系に関連付けられます。空間参照系はジオメトリのSRID番号で識別されます。 X軸とY軸の単位は空間参照系によって決まります。平面参照系では伝統的にX座標値とY座標値が東、北をそれぞれ示します。地理参照系では、経度と緯度を表現しています。 SRIDが0の場合には、軸の単位が無い、無限の直交平面を表します。Section 4.5, “空間参照系”を参照して下さい。

ジオメトリの次元は、ジオメトリタイプのプロパティです。ポイントタイプは0次元、ラインタイプは1次元、ポリゴンタイプは2次元、コレクションは要素の次元の最大値、となります。

ジオメトリ値はemptyになることがあります。空値とは、非マルチ系ジオメトリの場合は頂点を持っていないという意味で、コレクションでは要素を持っていないという意味です。

ジオメトリ値の重要なプロパティは範囲 (extent)またはバウンディングボックス (bounding box)です。OGCモデルではエンベロープ (envelope)と呼ばれています。これは、ジオメトリの座標を囲む2次元または3次元のボックスです。ジオメトリの座標空間内の範囲を表現するための、また、二つのジオメトリの相互関係をチェックするための、効率の良い方法です。

ジオメトリモデルでは、Section 5.1.1, “Dimensionally Extended 9-Intersection Model”に示されている通り、トポロジ空間関係を評価することができます。これに対応するために、内部 (interior)、境界 (boundary)、外部 (exterior)の概念が、ジオメトリタイプ毎に定義されます。ジオメトリはトポロジ的に閉じていて、常に境界を持っています。境界の次元はジオメトリの次元より1小さくなります。

OGCジオメトリモデルは、ジオメトリタイプ毎に妥当性規則が定義されています。これらの規則によって、ジオメトリ値が現実的な状況を示すようになります (たとえば、外部に穴を持つポリゴンを指定できますが、ジオメトリ的に無意味であり、よって不正とします)。PostGISは不正なジオメトリ値を格納、操作することができます。これによって、必要なら修正できることになります。Section 4.4, “ジオメトリ検証”を参照して下さい。

POINT (1 2)
POINT Z (1 2 3)
POINT ZM (1 2 3 4)

LINESTRING (1 2, 3 4, 5 6)

LINEARRING (0 0 0, 4 0 0, 4 4 0, 0 4 0, 0 0 0)

POLYGON ((0 0 0,4 0 0,4 4 0,0 4 0,0 0 0),(1 1 0,2 1 0,2 2 0,1 2 0,1 1 0))

MULTIPOINT ( (0 0), (1 2) )

MULTILINESTRING ( (0 0,1 1,1 2), (2 3,3 2,5 4) )

MULTIPOLYGON (((1 5, 5 5, 5 1, 1 1, 1 5)), ((6 5, 9 1, 6 1, 6 5)))

GEOMETRYCOLLECTION ( POINT(2 3), LINESTRING(2 3, 3 4))

POLYHEDRALSURFACE Z (
  ((0 0 0, 0 0 1, 0 1 1, 0 1 0, 0 0 0)),
  ((0 0 0, 0 1 0, 1 1 0, 1 0 0, 0 0 0)),
  ((0 0 0, 1 0 0, 1 0 1, 0 0 1, 0 0 0)),
  ((1 1 0, 1 1 1, 1 0 1, 1 0 0, 1 1 0)),
  ((0 1 0, 0 1 1, 1 1 1, 1 1 0, 0 1 0)),
  ((0 0 1, 1 0 1, 1 1 1, 0 1 1, 0 0 1)) )

TRIANGLE ((0 0, 0 9, 9 0, 0 0))

TIN Z ( ((0 0 0, 0 0 1, 0 1 0, 0 0 0)), ((0 0 0, 0 1 0, 1 1 0, 0 0 0)) )

ISO/IEC 13249-3 SQL Multimedia - Spatial標準 (SQL/MM) は、OGC SFAを拡張して、曲線ジオメトリを含むサブタイプを定義しています。SQL/MMタイプはXYM, XYZ, XYZMに対応します。

	SQL-MM実装での全ての浮動小数点数の比較では、所定の丸め誤差があります。現在は1E-8です。

CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0)

CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0)

COMPOUNDCURVE( CIRCULARSTRING(0 0, 1 1, 1 0),(1 0, 0 1))

CURVEPOLYGON(
  CIRCULARSTRING(0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),
  (1 1, 3 3, 3 1, 1 1) )

CURVEPOLYGON(
  COMPOUNDCURVE( CIRCULARSTRING(0 0,2 0, 2 1, 2 3, 4 3),
                 (4 3, 4 5, 1 4, 0 0)),
  CIRCULARSTRING(1.7 1, 1.4 0.4, 1.6 0.4, 1.6 0.5, 1.7 1) )

MULTICURVE( (0 0, 5 5), CIRCULARSTRING(4 0, 4 4, 8 4))

MULTISURFACE(
  CURVEPOLYGON(
    CIRCULARSTRING( 0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),
    (1 1, 3 3, 3 1, 1 1)),
  ((10 10, 14 12, 11 10, 10 10), (11 11, 11.5 11, 11 11.5, 11 11)))

OGC SFA仕様では、ジオメトリ値を外部で使用するための表現として二つの標準書式が定義されています。Well-Known Text (WKT)とWell-Known Binary (WKB)です。WKTとWKBは両方ともそのオブジェクトを定義するタイプと座標に関する情報を含んでいます。

Well-Known Text (WKT)で空間データの標準的な文字表現が可能です。空間オブジェクトのWKT表現の例を次に挙げます。

WKTの入出力は関数ST_AsTextとST_GeomFromTextによって提供されます。

text WKT = ST_AsText(geometry);
geometry = ST_GeomFromText(text WKT, SRID);

例えば、WKTとSRIDからの空間オブジェクトの生成と挿入のステートメントは次の通りです。

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromText('POINT(-126.4 45.32)', 312), 'A Place');

Well-Known Binary (WKB)は、空間データのバイナリデータ (バイト列)で、移植可能かつ正確な表現です。空間オブジェクトのWKB表現を次に挙げます。

WKBの入出力は関数ST_AsBinaryとST_GeomFromWKBが提供されています。次のように使います。

bytea WKB = ST_AsBinary(geometry);
geometry = ST_GeomFromWKB(bytea WKB, SRID);

たとえば、WKBから空間オブジェクトの生成、挿入は次のようにします。

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromWKB('\x0101000000000000000000f03f000000000000f03f', 312), 'A Place');

OGC SFA仕様は、まず2次元ジオメトリのみに対応しました。また、入出力表現にジオメトリのSRIDは取り入れていまません。OGC SFA仕様 1.2.1 (ISO 19125標準に準拠)では3次元 (XYZ)とM値 (XYMとXYZM)座標に対応するようになりましたが、SIRD値の取り込みは依然行われていません。

これらの制限のため、PostGISでは拡張書式であるEWKBとEWKTを定義しました。3次元 (XYZ, XYM)と4次元 (XYZN)座標系に対応し、SRID情報を取り込めるようにしました。すべてのジオメトリ情報を含めたので、PostGISはEWKBを格納用書式 (DUMPファイル等)として使えるようになりました。

PostGISデータオブジェクトの「カノニカルな形式」のためにEWKBとEWKTを使います。入力では、バイナリデータのカノニカルな形式はEWKB、テキストデータについてはEWKBかEWKTが受け付けられます。これにより、HEXEWKBまたはEWKTのテキスト値から::geometryを使用してキャストを行い、ジオメトリ値が生成できるようになりました。出力では、バイナリのカノニカルな形式はEWKBで、テキストはHEXEWKB (HEXエンコードを施したEWKB)です。

たとえば、この手続きでは、EWKTテキスト値からのキャストでジオメトリを生成して、HEXWKBのカノニカルな形式を使った出力を行います。

SELECT 'SRID=4;POINT(0 0)'::geometry;
  geometry
  ----------------------------------------------------
  01010000200400000000000000000000000000000000000000

PostGIS EWKT出力はOGC WKTと次の通り相違点があります。

EWKTは、次のようにOGC/ISO書式で発生しうる過剰次元と不整合を回避しています。

	PostGISの拡張書式はOGC書式の上位互換であり、全ての妥当なOGC WKB/WKTは妥当なEWKB/EWKTでもあります。しかし、OGCがPostGISの定義と衝突する方法で書式を拡張した場合には、将来的に書式を変更する可能性があります。ゆえに、この互換性に*頼るべきではありません*。

空間オブジェクトのEWKTテキスト表現の例:

これらの書式を使う入出力は次の関数を使うと有効です。

バイト配列 EWKB = ST_AsEWKB(geometry);
テキスト EWKT = ST_AsEWKT(geometry);
ジオメトリ = ST_GeomFromEWKB(bytea EWKB);
ジオメトリ = ST_GeomFromEWKT(text EWKT);

たとえば、EWKTを使ってPostGISの空間オブジェクトを作成し挿入するステートメントは次の通りです。

INSERT INTO geotable ( geom, name )
  VALUES ( ST_GeomFromEWKT('SRID=312;POINTM(-126.4 45.32 15)'), 'A Place' )

ジオグラフィデータを格納するテーブルは、SQLステートメントCREATE TABLEにgeography型のカラムを付けることで生成することができます。2次元ラインストリングをWGS84地理座標系 (SRID 4326)で保存するジオグラフィカラムを持つテーブルを生成する例を次に示します。

CREATE TABLE global_points (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(64),
    location geography(POINT,4326)
  );

二つの任意の型修飾子に対応するジオグラフィ型:

ジオグラフィカラムを持つテーブルの生成の例を次に挙げます。

ジオグラフィカラムはgeography_columnsシステムビューに登録されます。geography_columnsビューにクエリを出してテーブルを見るには、次の通りにします。

SELECT * FROM geography_columns;

空間インデックスはジオメトリカラムと同じように機能します。PostGISは、カラム型がジオグラフィであると通知したうえで、ジオメトリに使う通常の平面用インデックスでなく、球面を基にした適切なインデックスを生成します。

-- testテーブルに球面インデックスを作成
CREATE INDEX global_points_gix ON global_points USING GIST ( location );

ジオメトリと同じ方法でジオグラフィテーブルにデータを挿入できます。ジオメトリデータは、SRID 4326の場合には、ジオグラフィ型に自動キャストされます。EWKTとEWKB書式はジオグラフィ値を指定するために使うことができます。

-- testテーブルにデータを追加する
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('Town', 'SRID=4326;POINT(-110 30)');
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('Forest', 'SRID=4326;POINT(-109 29)');
INSERT INTO global_points (name, location) VALUES ('London', 'SRID=4326;POINT(0 49)');

spatial_ref_sysテーブルにある地理 (経度/緯度)参照系は、ジオグラフィのSRIDとして指定することができます。非地理座標系を使うとエラーが発生します。

-- NAD 83 経度/緯度
SELECT 'SRID=4269;POINT(-123 34)'::geography;
                    geography
----------------------------------------------------
 0101000020AD1000000000000000C05EC00000000000004140

-- NAD27 経度/緯度
SELECT 'SRID=4267;POINT(-123 34)'::geography;
                    geography
----------------------------------------------------
 0101000020AB1000000000000000C05EC00000000000004140

-- NAD83 UTM zone メートル単位 - メートル単位の平面投影法なのでエラーが発生します
SELECT 'SRID=26910;POINT(-123 34)'::geography;

ERROR:  Only lon/lat coordinate systems are supported in geography.

クエリと計測関数はメートル単位となります。そのため距離パラメータはメートル (面積の場合は平方メートル)単位となります。

-- 1000km範囲の距離に関するクエリ
SELECT name FROM global_points WHERE ST_DWithin(location, 'SRID=4326;POINT(-110 29)'::geography, 1000000);

シアトルからロンドンへの (LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5))大円航路を行く航空機がレイキャビク (POINT(-21.96 64.15)) にどれだけ近づくかを計算することで、ジオグラフィの力を見ことができます (航路の地図表示)。

ジオグラフィ型は、レイキャビクとシアトル－ロンドン間の大円航路との距離について、球面上で122.235 kmという本当の最短距離を計算します。

-- GEOGRAPHYを使った距離計算
SELECT ST_Distance('LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5)'::geography, 'POINT(-21.96 64.15)'::geography);
   st_distance
-----------------
 122235.23815667

ジオメトリ型では、平面の世界地図上で見て、レイキャビクとシアトル－ロンドン間の直線とのデカルト距離が計算され、意味がありません。計算結果の名目上の単位は「度」ですが、点間の本当の角度差に応じるものではなく、「度」と呼ぶこと自体が不正確です。

-- GEOMETRYを使った距離計算
SELECT ST_Distance('LINESTRING(-122.33 47.606, 0.0 51.5)'::geometry, 'POINT(-21.96 64.15)'::geometry);
      st_distance
--------------------
 13.342271221453624

ジオグラフィ型によって、経度緯度座標でデータを格納できるようになりましたが、ジオグラフィで定義されている関数が、ジオメトリより少ないのと、実行にCPU時間がかかる、というところが犠牲になっています。

選択した型が、期待する領域から出ないことを、ジオメトリ型にして使用する条件とすべきです。使用するデータは地球全体か、大陸か、州か、自治体か?

ジオグラフィとジオメトリ間のサポート状況の比較についてはSection 15.11, “PostGIS Function Support Matrix”をご覧下さい。ジオグラフィ関数の簡潔なリストと説明についてはSection 15.4, “PostGIS Geography Support Functions”をご覧下さい。

単純なジオメトリは、自己交差や自己接触といった異常な幾何学上のポイントを持たないジオメトリです。

POINTは0次元ジオメトリオブジェクトとして常に単純です。

MULTIPOINTは、二つの座標値 (POINT)が同じでないなら単純です。

LINESTRINGは、同じポイントを二回通過しないものが単純です。単純なラインストリングの端点が同一の場合には、閉じているとされ、線形リングと呼ばれます。

(a)と(c)は単純なLINESTRINGです。(b)と(d)は単純ではありません。(c)は閉じた線形リングです。

(a)	(b)
(c)	(d)

MULTILINESTRINGは、要素が全て単純で、かつ、全ての要素同士のインタセクションが要素の境界上でのみ出現する場合には、単純です。

(e)と(f)は単純なMULTILINESTRINGです。(g)は単純ではありません。

(e)

(f)

(g)

POLYGONは線形リングから形成されるので、妥当なポリゴンジオメトリは常に単純です。

ジオメトリが単純かどうかを試すにはST_IsSimple関数を使います。次のようにします。

SELECT
   ST_IsSimple('LINESTRING(0 0, 100 100)') AS straight,
   ST_IsSimple('LINESTRING(0 0, 100 100, 100 0, 0 100)') AS crossing;

 straight | crossing
----------+----------
 t        | f

一般的にPostGIS関数は引数ジオメトリの単純性を求めていません。単純性は主にジオメトリの妥当性を定義するための基礎として用いられます。空間データモデルによっては要件としていることもあります (たとえば、線形ネットワークはしばしばクロスを認めません)。マルチポイントと線形ジオメトリはST_UnaryUnionを使って単純にできます。

ジオメトリの妥当性は主に2次元ジオメトリ (POLYGONとMULTIPOLYGON)に適用されます。妥当性はポリゴンジオメトリが平面領域を明確にモデル化できる規則によって定義されます。

POLYGONは次の条件では妥当です。

(h)と(i)は妥当なPOLYGONです。(j-m)は不正です。(j)は妥当なMULTIPOLYGONとして表すことができます。

(h)	(i)	(j)
(k)	(l)	(m)

MULTIPOLYGONは次の条件では妥当です。

(n)は妥当なMULTIPOLYGONです。(o)と(p)は不正です。

(n)

(o)

(p)

これらの規則は妥当なポリゴンジオメトリも単純であることも示しています。

線ジオメトリについては、LINESTRINGが少なくとも二つのポイントを持ち、長さが0でない (少なくとも二つの異なるポイントを持つことと同じ)、というのが唯一の妥当性規則です。単純でない (自己交差がある)ラインは妥当です。

SELECT
   ST_IsValid('LINESTRING(0 0, 1 1)') AS len_nonzero,
   ST_IsValid('LINESTRING(0 0, 0 0, 0 0)') AS len_zero,
   ST_IsValid('LINESTRING(10 10, 150 150, 180 50, 20 130)') AS self_int;

 len_nonzero | len_zero | self_int
-------------+----------+----------
 t           | f        | t

POINTとMULTIPOINTは妥当性規則を持っていません。

PostGISは妥当なジオメトリも不正なジオメトリも、生成も格納もできます。このため、不正なジオメトリを検出し、フラグを付け、訂正することができます。OGC妥当性規則が求める規則 (長さが0のラインストリングや逆穴を持つポリゴン等)よりも厳格であることもあります。

PostGISが提供する関数の多くは、引数ジオメトリが妥当であるとの仮定によっています。たとえば、ポリゴンの外部に穴があるポリゴンの面積を計算しても意味がありませんし、単純でない境界線からポリゴンを形成するのも意味がありません。妥当なジオメトリ入力を仮定することで、トポロジ的に正しいことを確認する必要がなくなるので、関数がより効率的に動作することができます (例外として、長さ0のラインと反転したポリゴンは一般的に正しく取り扱われます)。また、ほとんどのPostGIS関数は、入力ジオメトリが妥当な場合には、妥当なジオメトリ出力を生成します。これにより、PostGIS関数を安全に連鎖させられます。

PostGIS関数を呼ぶときに予期しないエラーメッセージ ("GEOS Intersection() threw an error!"等)に遭遇する場合には、まず関数の引数が妥当かどうかを確認します。妥当でないなら、次に示す方法のいずれかによる、処理中のデータの妥当性の確認を検討して下さい。

	関数が妥当な入力でエラーを報告する場合には、PostGISまたは使用しているライブラリの一つの中にエラーがあるのを発見することがありますが、その際はPostGISプロジェクトに報告して下さい。PostGIS関数が妥当な入力から不正なジオメトリを返す場合も同様です。

ジオメトリが妥当かをテストするにはST_IsValid関数を使います。次のようにします。

SELECT ST_IsValid('POLYGON ((20 180, 180 180, 180 20, 20 20, 20 180))');
-----------------
 t

ジオメトリの不正性の性質と位置に関する情報はST_IsValidDetail関数で得られます。次のようにします。

SELECT valid, reason, ST_AsText(location) AS location
    FROM ST_IsValidDetail('POLYGON ((20 20, 120 190, 50 190, 170 50, 20 20))') AS t;

 valid |      reason       |                  location
-------+-------------------+---------------------------------------------
 f     | Self-intersection | POINT(91.51162790697674 141.56976744186045)

不正なジオメトリを自動的に訂正することが望ましいような状況があります。その際はST_MakeValid関数を使います (ST_MakeValidは不正な入力を許す特別な関数です)。

複雑なジオメトリの不正性テストには多大なCPU時間を取ることになるため、デフォルトでは、ジオメトリのロード時にPostGISは妥当性の確認をしません。データソースが信用できない場合には、チェック制約を使って、テーブル上で妥当性を強制的に確認することができます。次のようにします。

ALTER TABLE mytable
  ADD CONSTRAINT geometry_valid_check
        CHECK (ST_IsValid(geom));

PostGISが使用するSPATIAL_REF_SYSテーブルは利用可能な空間参照系を定義するOGC準拠のデータベーステーブルです。このテーブルは、数値でSRIDを持ち、文字列で座標系の記述を持っています。

spatial_ref_sysの定義は次の通りです。

CREATE TABLE spatial_ref_sys (
  srid       INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY,
  auth_name  VARCHAR(256),
  auth_srid  INTEGER,
  srtext     VARCHAR(2048),
  proj4text  VARCHAR(2048)
)

カラムは次の通りです。

投影変換で空間参照系の定義を使用する場合には、次の戦略を取ります。

PostGISspatial_ref_sysテーブルにはPROJ投影ライブラリで処理される最も一般的な空間参照系定義3000件以上があります。しかし、そこに無い多くの座標系があります。空間参照系に関する必要な情報がある場合は、SRS定義をテーブルに追加できます。PROJに詳しいなら独自の空間参照系を定義することもできます。ほとんどの空間参照系は地域的なものであり、目的の範囲外で使用する場合は意味を持たない点に注意してください。

PostGISのコアセットに入っていない空間参照系を探すための素晴らしい資料がhttp://spatialreference.org/にあります。

一般的に使用される空間参照系には4326 - WGS 84経度緯度、4269 - NAD 83 経度緯度、3395 - WGS 84 メルカトル、2163 - 米国ナショナルアトラス正積図法、60個のWGS84 UTMゾーンがあります。UTMゾーンは計測に最適ですが、6度 (訳注: 経度)の領域のみをカバーします (対象地域に使用するUTMゾーンを決定するにはutmzone PostGIS plpgsql helper functionを参照してください)。

米国の州では、州平面空間参照系 (メートルまたはフィート単位)を使用します。この空間参照系は州ごとに一つか二つ存在します。ほとんどのメートル単位のものはコアのセットに存在しますが、フィート単位の多数のものやESRIが作成したものはspatialreference.orgからロードする必要があります。

地球外の座標系でさえも定義することができます。たとえばMars 2000です。この火星の座標系は非平面 (回転楕円体の度)ですが、geography型で、度でなくメートル単位で長さや近接測定値を取得することができます。

割当外のSRIDとPROJ定義を使って米国中央のランベルト正角円錐図法の独自座標系をロードする例を次に示します。

INSERT INTO spatial_ref_sys (srid, proj4text)
VALUES ( 990000,
  '+proj=lcc  +lon_0=-95 +lat_0=25 +lat_1=25 +lat_2=25 +x_0=0 +y_0=0 +datum=WGS84 +units=m +no_defs'
);

geometry型のカラムを付けたCREATE TABLE SQLステートメントでジオメトリデータを保存するテーブルを生成することができます。次の例では、BC-アルベルス座標系 (SRID 3005)の2次元 (XY)ラインストリングを保存するジオメトリカラムを持つテーブルを生成します。

CREATE TABLE roads (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(64),
    geom geometry(LINESTRING,3005)
  );

geometry型は、次の通り、二つの任意指定型修飾子に対応しています。

ジオグラフィカラムを持つテーブルの生成の例を次に挙げます。

一つのテーブルが一つ以上のジオメトリカラムを持つことができます。テーブル生成時に指定するか、ALTER TABLE SQLステートメントを使って追加するかで実現できます。次に3次元ラインストリングを格納するカラムを追加する例を示します。

ALTER TABLE roads ADD COLUMN geom2 geometry(LINESTRINGZ,4326);

OGC Simple Features Specification for SQLは、ジオメトリテーブル構造を記述するためのGEOMETRY_COLUMNSメタデータテーブルを定義しています。PostGISではgeometry_columnsは、データベースのシステムカタログテーブルから読み取るビューです。これによって、空間メタデータ情報が常に現在定義されているテーブルやビューと矛盾しなくなります。

\d geometry_columns

View "public.geometry_columns"
      Column       |          Type          | Modifiers
-------------------+------------------------+-----------
 f_table_catalog   | character varying(256) |
 f_table_schema    | character varying(256) |
 f_table_name      | character varying(256) |
 f_geometry_column | character varying(256) |
 coord_dimension   | integer                |
 srid              | integer                |
 type              | character varying(30)  |

カラムは次の通りです。

これが必要になる事例に、SQLビューとバルクインサートの二つがあります。バルクインサートの場合には、カラムに制約を与えるか、ALTER TABLEを実行することで、geometry_columnsテーブル内の登録を訂正することができます。ビューの場合には、CAST演算を使用します。カラムが型修飾子に基づく場合には、生成処理によって正しく登録されるので、何も行う必要がありません。ジオメトリに適用する空間関数を持たないビューも、基礎となるテーブルのジオメトリカラムと同じように登録されます。

-- 次のようなビューがあるとします
CREATE VIEW public.vwmytablemercator AS
        SELECT gid, ST_Transform(geom, 3395) As geom, f_name
        FROM public.mytable;

-- 正しく登録するには、
-- ジオメトリをキャストします。
--
DROP VIEW public.vwmytablemercator;
CREATE VIEW  public.vwmytablemercator AS
        SELECT gid, ST_Transform(geom, 3395)::geometry(Geometry, 3395) As geom, f_name
        FROM public.mytable;

-- ジオメトリタイプが確実に2次元ポリゴンだと知っているなら
-- 次のようにできます。
DROP VIEW public.vwmytablemercator;
CREATE VIEW  public.vwmytablemercator AS
        SELECT gid, ST_Transform(geom,3395)::geometry(Polygon, 3395) As geom, f_name
        FROM public.mytable;

-- 次のように、バルクインサートで派生テーブルを生成したとしましょう
SELECT poi.gid, poi.geom, citybounds.city_name
INTO myschema.my_special_pois
FROM poi INNER JOIN citybounds ON ST_Intersects(citybounds.geom, poi.geom);

-- 新しいテーブルに2次元インデックスを作ります
CREATE INDEX idx_myschema_myspecialpois_geom_gist
  ON myschema.my_special_pois USING gist(geom);

-- ポイントが3次元ポイントであったり、XYMポイントであったりした場合には、
-- 次のように、2次元インデックスでなくN次元インデックスを作ることになるかも
-- 知れません。
CREATE INDEX my_special_pois_geom_gist_nd
        ON my_special_pois USING gist(geom gist_geometry_ops_nd);

-- 新しいテーブルのジオメトリカラムをgeometry_columnsに手動登録するには、
-- 次のようにします。
-- カラムを型修飾子ベースにするために、基礎となるテーブル構造も変更することに
-- 注意して下さい。
SELECT populate_geometry_columns('myschema.my_special_pois'::regclass);

-- PostGIS 2.0を使っていて、何らかの理由で古い制約をもとにした定義を行う
-- (派生テーブルが同じタイプやSRIDを持たないといった場合)ことが必要な場合には、
-- 新しい任意変数use_typemodをfalseにします。
SELECT populate_geometry_columns('myschema.my_special_pois'::regclass, false); 

古い制約を基にした手法は現在も対応していますが、制約を基にしたジオメトリカラムで直接的にビューで使われている場合は、型修飾子のようには正しくgeometry_columnsに登録されません。次の例では、型修飾子を使ったカラム定義と、制約に基づくカラムの定義とを行っています。

CREATE TABLE pois_ny(gid SERIAL PRIMARY KEY, poi_name text, cat text, geom geometry(POINT,4326));
SELECT AddGeometryColumn('pois_ny', 'geom_2160', 2160, 'POINT', 2, false);

psqlで次を実行します。

\d pois_ny;

型修飾子と制約に基づくのとでは異なった定義になっているのが見えます。

Table "public.pois_ny"
  Column   |         Type          |                       Modifiers

-----------+-----------------------+------------------------------------------------------
 gid       | integer               | not null default nextval('pois_ny_gid_seq'::regclass)
 poi_name  | text                  |
 cat       | character varying(20) |
 geom      | geometry(Point,4326)  |
 geom_2160 | geometry              |
Indexes:
    "pois_ny_pkey" PRIMARY KEY, btree (gid)
Check constraints:
    "enforce_dims_geom_2160" CHECK (st_ndims(geom_2160) = 2)
    "enforce_geotype_geom_2160" CHECK (geometrytype(geom_2160) = 'POINT'::text
        OR geom_2160 IS NULL)
    "enforce_srid_geom_2160" CHECK (st_srid(geom_2160) = 2160)

geometry_columnsでは、両方とも正しく登録されています。

SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
        FROM geometry_columns
        WHERE f_table_name = 'pois_ny';

f_table_name | f_geometry_column | srid | type
-------------+-------------------+------+-------
pois_ny      | geom              | 4326 | POINT
pois_ny      | geom_2160         | 2160 | POINT

しかし、次のようにビューを作ろうとします。

CREATE VIEW vw_pois_ny_parks AS
SELECT *
  FROM pois_ny
  WHERE cat='park';

SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
        FROM geometry_columns
        WHERE f_table_name = 'vw_pois_ny_parks';

型修飾子によるgeomのビューカラムは正しく登録されますが、制約に基づくものは正しく登録されません。

f_table_name   | f_geometry_column | srid |   type
------------------+-------------------+------+----------
 vw_pois_ny_parks | geom              | 4326 | POINT
 vw_pois_ny_parks | geom_2160         |    0 | GEOMETRY

これは、将来的にPostGISの版で変更されるかもしれませんが、今のところは、制約に基づくビューカラムを正しく登録させるには、次のようにします。

DROP VIEW vw_pois_ny_parks;
CREATE VIEW vw_pois_ny_parks AS
SELECT gid, poi_name, cat,
  geom,
  geom_2160::geometry(POINT,2160) As geom_2160
  FROM pois_ny
  WHERE cat = 'park';
SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type
        FROM geometry_columns
        WHERE f_table_name = 'vw_pois_ny_parks';

f_table_name   | f_geometry_column | srid | type
------------------+-------------------+------+-------
 vw_pois_ny_parks | geom              | 4326 | POINT
 vw_pois_ny_parks | geom_2160         | 2160 | POINT

空間データを文字表現 (WKTかWKB)に変換できたら、SQLを使うのがPostGISにデータを持たせる最も簡単です。SQLユーティリティのpsqlを使用して、SQLのINSERTステートメントのテキストファイルをロードすると、データをPostGIS/PostgreSQLに一括読み込みできます。

データアップロードファイル (たとえばroads.sql)は次のようになるでしょう。

BEGIN;
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (1,'LINESTRING(191232 243118,191108 243242)','Jeff Rd');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (2,'LINESTRING(189141 244158,189265 244817)','Geordie Rd');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (3,'LINESTRING(192783 228138,192612 229814)','Paul St');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (4,'LINESTRING(189412 252431,189631 259122)','Graeme Ave');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (5,'LINESTRING(190131 224148,190871 228134)','Phil Tce');
INSERT INTO roads (road_id, roads_geom, road_name)
  VALUES (6,'LINESTRING(198231 263418,198213 268322)','Dave Cres');
COMMIT;

SQLファイルのPostgreSQLへのロードはpsqlを使います。次のようにします。

psql -d [データベース名] -f roads.sql

shp2pgsqlデータローダは、ESRIシェープファイルをPostGIS/PostgreSQLデータベースに、ジオメトリまたはジオグラフィとして挿入するための適切なSQLに変換します。ローダには、次に示すコマンドラインフラグによって区別される、いくつかの操作モードがあります。

グラフィカルユーザインタフェースを持つshp2pgsql-guiもあります。コマンドラインローダのオプションのほとんどが使えます。これは、スクリプト化されていない1回限りのロードの場合や、PostGIS初心者がロードする場合に、簡単に使用できます。PgAdminIIIのプラグインとすることもできます。

ローダを使って入力ファイルを生成してアップロードするセッション例は次の通りです。

# shp2pgsql -c -D -s 4269 -i -I shaperoads.shp myschema.roadstable > roads.sql
# psql -d roadsdb -f roads.sql

変換とアップロードはUNIXのパイプを使うと一回で実行できます。

# shp2pgsql shaperoads.shp myschema.roadstable | psql -d roadsdb

データベース外へのデータ抽出の最も簡単な方法は、抽出するデータセットを定義し、SELECT問い合わせを使って、結果カラムを解析可能なテキストファイルにダンプすることです。

db=# SELECT road_id, ST_AsText(road_geom) AS geom, road_name FROM roads;

road_id | geom                                    | road_name
--------+-----------------------------------------+-----------
          1 | LINESTRING(191232 243118,191108 243242) | Jeff Rd
          2 | LINESTRING(189141 244158,189265 244817) | Geordie Rd
          3 | LINESTRING(192783 228138,192612 229814) | Paul St
          4 | LINESTRING(189412 252431,189631 259122) | Graeme Ave
          5 | LINESTRING(190131 224148,190871 228134) | Phil Tce
          6 | LINESTRING(198231 263418,198213 268322) | Dave Cres
          7 | LINESTRING(218421 284121,224123 241231) | Chris Way
(6 rows)

返されるレコードの数を減らすためにある種の制限が必要になる場合があります。属性ベースで制限をかける場合には、非空間テーブルで使うのと同じSQL文を使います。空間に制限をかけるには次の関数を使います。

次に、これらの演算子をクエリで使うことができます。SQLコマンドラインからジオメトリとボックスの指定を行うときは、明示的に文字列表現をジオメトリに変換しなければならないことに注意して下さい。たとえば、次のようになります。ただし312は架空の空間参照系番号で、ここでのデータに合致しています。

SELECT road_id, road_name
  FROM roads
  WHERE roads_geom='SRID=312;LINESTRING(191232 243118,191108 243242)'::geometry;

上のクエリは"ROADS_GEOM"テーブルから、その値と等価である単一のレコードを返します。

道路がポリゴンで定義した面を通過するかどうかをチェックするには次のようにします。

SELECT road_id, road_name
FROM roads
WHERE ST_Intersects(roads_geom, 'SRID=312;POLYGON((...))');

最も一般的な空間クエリは「フレームベース」のクエリでしょう。これは、表示するためのデータの価値のある「マップフレーム」を取得するために、データブラウザやウェブマッパのようなクライアントソフトウェアに使われます。

"&&"演算子を使うとき、比較フィーチャーをBOX3DかGEOMETRYかに指定することができます。ただし、GEOMETRYを指定すると、それのバウンディングボックスが比較に使われます。

次に示すクエリのように、フレームにBOX3Dオブジェクトを使います。

SELECT ST_AsText(roads_geom) AS geom
FROM roads
WHERE
  roads_geom && ST_MakeEnvelope(191232, 243117,191232, 243119,312);

エンベロープの投影を指定するためにSRID 312を使っていることに注意して下さい。

pgsql2shpテーブルダンパは、データベースに直接接続して、テーブル (あるいはクエリによって定義されたもの)をシェープファイルに変換するものです。基本的な文は次の通りです。

pgsql2shp [<オプション>] <database> [<スキーマ>.]<table>

pgsql2shp [<オプション>] <データベース> <クエリ>

コマンドラインオプションは次の通りです。

GiSTは「汎用検索木 (Generalized Search Tree)」の意味で、多次元データのインデックスの一般化された形式です。PostGISはGiST上で実装しているR木インデックスをを空間データのインデックスに使用しています。GiSTは最も一般的に使われ、多目的なインデックス手法で、クエリ能率を非常に良くします。他のGiSTの実装は、通常のB木インデックスに従わない全ての種類の不規則なデータ構造 (整数配列, スペクトラルデータ等)の検索速度を向上させるために使います。詳細情報についてはPostgreSQL manualをご覧ください。

GISデータテーブルが数千行を超えたら、空間検索の速度向上のためインデックスを構築したくなるでしょう (これは属性検索でない場合です。属性でしたら通常のインデックスを属性フィールドに追加します)。

GiSTインデックスをジオメトリカラムに追加するための文は次の通りです。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING GIST ( [ジオメトリカラム名] ); 

上の文では常に2次元インデックスを構築します。n次元インデックスをジオメトリ型で使うには、次の文でインデックスを生成できます。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING GIST ( [ジオメトリカラム名] gist_geometry_ops_nd);

空間インデックスの構築は、計算量を集中させて行われます。また、この時には、テーブルへの書き込みアクセスがブロックされます。そのため、本番システムではより遅いCONCURRENTLYを選択するかも知れません。次のようにします。

CREATE INDEX CONCURRENTLY [インデックス名] ON [テーブル名] USING GIST ( [ジオメトリカラム名] ); 

インデックス構築後に、時々PostgreSQLにテーブルの統計情報を集めさせると助かります。クエリプランの最適化に使われます。

VACUUM ANALYZE [テーブル名] [(カラム名)];

BRINは"Block Range Index"の略です。PostgreSQL 9.5で導入された汎用インデックス手法です。BRINは不可逆インデックス手法であり、レコードが与えた検索条件に合致することを確認する二番目のチェックが必要であることを意味しています (全ての空間インデックスで言えます)。非常に速いインデックス作成、非常に小さいインデックスサイズで、合理的な読み込み効率を持ちます。主目的は、非常に大きいテーブルのテーブル内の物理位置と関係があるカラムにインデックスを作ることに対応するためです。空間インデックスに加えて、BRINは様々な種類の属性データ構造 (整数、配列等)で速度向上させることができます。詳細情報についてはPostgreSQL manualをご覧ください。

空間テーブルが、ひとたび数千行を超えると、データの空間検索の速度向上にインデックスが必要と感じることになります。GiSTインデックスは、サイズがデータベースで使えるRAM容量を超えず、インデックスのストレージサイズに余裕があり、書き込み時のインデックス更新コストにも余裕があるなら、非常に高いパフォーマンスを発揮します。そうでない場合には、非常に大きなテーブルにおいては、BRINインデックスを代替に考えることができます。

BRINインデックスは、連続するテーブルブロックの集合 (ブロック範囲と言います)の全てのジオメトリを囲むバウンディングボックスを格納します。インデックスを使用した問い合わせを実行する時に、問い合わせ範囲とインタセクトするブロック範囲を見つけるためにスキャンします。これは、データが物理的に整列していて、ブロック範囲のバウンディングボックスのオーバラップが最小である (理想的には相互に排他的である)場合に限って効率的です。結果インデックスは非常に小さいサイズですが、通常、読み込み効率は、同じデータにおけるGiSTインデックスより悪くなります。

BRINインデックスの構築は、はGiSTインデックスと比べて、CPU集中を非常に減らします。BRINインデックスはGiSTインデックスよりも、同じデータに対して10倍速く構築するのが普通です。BRINインデックスはテーブルブロックの範囲ごとに一つのバウンディングボックスしか格納しないので、GiSTインデックスと比べて、ディスクスペースを1000倍少なくできます。

レンジ内で要約するブロック数を選択できます。この数字を減らすと、インデックスは大きくなりますが、効率向上の助けになる可能性があります。

BRINを効果的にするには、テーブルデータをブロック範囲のオーバラップの量を最小にするような物理的オーダーで格納します。データが既に適切に並び替えられているかも知れません (たとえば、既に空間オーダーで並び替えられているデータセットを他のデータベースからロードする場合)。そうでない場合には、一つの空間キーによるデータの並べ替えで実現できます。一つの方法として、ジオメトリ値で並べ替えた新しいテーブルを生成することです (最近のPostGISのバージョンで効果的なヒルベルト曲線オーダーが使われています)。

CREATE TABLE table_sorted AS
   SELECT * FROM table  ORDER BY geom;

もしくは、データは、ジオハッシュを (一時的な)インデックスに使い、そのインデックスでクラスタリングを行うことによって適切に並べ替えることができます。

CREATE INDEX idx_temp_geohash ON table
    USING btree (ST_GeoHash( ST_Transform( geom, 4326 ), 20));
CLUSTER table USING idx_temp_geohash;

BRINインデックスをジオメトリカラムに追加するための文は次の通りです。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING BRIN ( [ジオメトリカラム名] ); 

上の文で2次元インデックスを構築します。3次元インデックスをビルドするには、この文を使います。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名]
    USING BRIN ( [ジオメトリカラム名] brin_geometry_inclusion_ops_3d);

また、4次元演算子クラスを使う4次元インデックスを使うこともできます。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名]
    USING BRIN ( [ジオメトリカラム名] brin_geometry_inclusion_ops_4d);

上記のコマンドでは、範囲のブロック数はデフォルトの128を使用しています。集計で範囲のブロック数を指定するには、この文を使います。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名]
    USING BRIN ( [ジオメトリカラム名] ) WITH (pages_per_range = [数字]); 

また、BRINインデックスは、多数の行で一つのインデックス値を格納することを心に留めておいて下さい。テーブルに違う次元のジオメトリを格納する場合には、インデックスの効率が悪くなります。この効率欠落を回避するには、格納したジオメトリの次元数の最小値となる演算子クラスを選択します。

「ジオグラフィ」型もまたBRINインデックスに対応しています。BRINインデックスを「ジオグラフィ」カラムに構築するための文は次の通りです。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING BRIN ( [ジオメトリカラム名] ); 

上の文では常に回転楕円体面上の地理空間オブジェクトの2次元インデックスを構築します。

現在のところは「包括対応」だけをここで考えています。これは、&&, ~, @の演算子だけが2次元で使われることを意味します (ジオメトリとジオグラフィの両方)。 &&&演算子は3次元ジオメトリで使えます。しばらくはKNN検索に対応しません。

BRINと他のインデックスとの重要な違いは、データベースがインデックスを動的に保守しないことです。テーブルの空間データを変更すると、単純にインデックスの末尾に追加しています。このためインデックス探索の能率が時間とともに低下します。インデックスはVACUUMか空間関数brin_summarize_new_values(regclass)を実行することで更新できます。このため、BRINは読み込み専用か、書き込みがほとんど発生しないよなデータでの利用では最も適切になりえます。詳細情報については、manualをご覧下さい。

空間データにBRINを使用して集計するには:

SP-GiSTは、「空間分割された一般探索木」を表します。四分木、k次元木、基数木 (トライ木)のような分割探索木に対応するインデックスの総称的な形式です。このデータ構造の一般的な機能は、検索空間を反復して分割することですが、分割は等しいサイズである必要はありません。SP-GiSTは、GISインデックスだけでなく、電話回線のルーティングや、IPルーティング、部分文字列検索等といった、様々な種類のデータを探索する速度の向上に使われます。詳細情報についてはPostgreSQL manualをご覧下さい。

GiSTインデックスを利用しているので、空間オブジェクトを覆うバウンディングボックスを保存するという意味で、SP-GiSTインデックスは不可逆です。SP-GiSTインデックスは、GiSTインデックスの代替と考えることができます。

一度GISデータテーブルが数千行を超えると、データの空間探索の速度向上にSP-GiSTインデックスを使うと良いかも知れません。「ジオメトリ」カラムにSP-GiSTインデックスを構築するための文は次の通りです。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING SPGIST ( [ジオメトリカラム] ); 

上の文では、2次元インデックスを構築します。ジオメトリ型の3次元インデックスは、次のように、3次元演算子クラスを使用して生成します。

CREATE INDEX [インデックス名] ON [テーブル名] USING SPGIST ([ジオメトリカラム] spgist_geometry_ops_3d);

空間インデックスの構築は、計算量を集中させて行われます。また、この時には、テーブルへの書き込みアクセスがブロックされます。そのため、本番システムでは、より遅いCONCURRENTLYを選択するかも知れません。次のようにします。

CREATE INDEX CONCURRENTLY [インデックス名] ON [テーブル名] USING SPGIST ( [ジオメトリカラム] ); 

インデックス構築後に、時々PostgreSQLにテーブルの統計情報を集めさせると助かります。クエリプランの最適化に使われます。

VACUUM ANALYZE [テーブル名] [(カラム名)];

SP-GiSTインデックスは次の演算子を含むクエリの実行速度を向上させられます。

現時点ではkNN探索に対応していません。

通常、インデックスは知らないうちにデータアクセスの速度を向上します。ひとたびインデックスを構築すれば、PostgreSQLクエリプランナは自動的にクエリの能率を向上させるために使うべきかどうかを決定します。しかし、プランナが既存のインデックスを選択せず、遅いシーケンシャルスキャンを使い続ける場合があります。

空間インデックスが使われていないのが分かった場合には、少しの行えることがあります。

詳細情報についてはPostgreSQLマニュアルの問い合わせ計画節をご覧下さい。

OpenGIS Simple Features Implementation Specification for SQLによると「二つのジオメトリの比較の基本的なアプローチは、二つのジオメトリの内部、境界、外部のインタセクションの比較と、『インタセクション行列』の要素に基づく2ジオメトリの関係の分類です」。

点集合トポロジでは、2次元空間に埋め込まれたジオメトリの中にあるポイントは、次に示す三つの集合に分類されます。

Dimensionally Extended 9-Intersection Model (DE-9IM)は、二つのジオメトリの空間関係を九つの交差の次元を指定することで記述します。交差次元は3×3の交差行列で正式に表現することができます。

ジオメトリgに対する内部、境界、外部はI(g)、B(g)、E(g)と表記します。また、dim(s)はsの集合を{0,1,2,F}の値で示すます。

この表記法を使うと、二つのジオメトリaとbの交差行列は次の通りです。

二つのオーバラップするポリゴンについて可視化すると、次のようになります。

	内部 (Interior) 境界 (Boundary) 外部 (Exterior) 内部 (Interior) dim( I(a) ∩ I(b) ) = 2 dim( I(a) ∩ B(b) = 1 dim( I(a) ∩ E(b) ) = 2 境界 (Boundary) dim( B(a) ∩ I(b) ) = 1 dim( B(a) ∩ B(b) ) = 0 dim( B(a) ∩ E(b) ) = 1 外部 (Exterior) dim( E(a) ∩ I(b) ) = 2 dim( E(a) ∩ B(b) ) = 1 dim( E(a) ∩ E(b) = 2

左から右に、上から下に読みます。交差行列の文字列表現は'212101212'です。

詳細情報については次をご覧下さい。

共通の空間関係を簡単に決定できるように、PGC SFSは名前付き空間関係述語の集合を定義しています。PostGISではST_Contains、ST_Crosses、ST_Disjoint、ST_Equals、ST_Intersects、ST_Overlaps、ST_Touches、ST_Withinが提供されています。非標準の空間関係述語ST_Covers、ST_CoveredBy、ST_ContainsProperlyも定義されています。

空間述語は通常SQLのWHERE節やJOIN節内で条件に使用されます。名前付き空間述語は、インデックスが有効なら自動的に空間インデックスを使うので、バウンディングボックス演算子&&を使う必要はありません。例えば次のようになります。

SELECT city.name, state.name, city.geom
FROM city JOIN state ON ST_Intersects(city.geom, state.geom);

詳細や図についてはPostGIS Workshopをご覧下さい。

名前付き空間関係が求める空間フィルタ条件を与えるのに不十分となる場合があります。

例えば、道路ネットワークを表現する線データセットを考えてみます。点でなく線で交差する全ての道路の辺を識別しなければならないことがあります (ビジネスルールの検証のためならありえます)。この場合、ST_Crossesでは、点で交差する場合しかtrueを返さないので、必要な空間フィルタになりません。 2ステップ解決法を示します。まず、空間的にインタセクトしている同路線の二本を抜き出し (ST_Intersects)、実際にインタセクトしている部分を計算 (ST_Intersection)します。次いで、インタセクトしている部分のST_GeometryTypeがLINESTRING' かどうかを確認します ([MULTI]POINT、[MULTI]LINESTRING等のGEOMETRYCOLLECTIONを返す場合に適切に処理します)。 明らかに、より単純でより速い解法が望ましいです。

二つ目の例では、湖の境界とインタセクトし、かつ終端が岸に上がっている波止場を見つけます。言い換えると、波止場が湖に含まれるが完全には含まれず、湖の境界線とインタセクトして、波止場の終端が確実に湖内または境界にある場合を指します。空間述語を併用すると求める地物を見つけることができます。 ST_Contains(lake, wharf) = TRUE ST_ContainsProperly(lake, wharf) = FALSE ST_GeometryType(ST_Intersection(wharf, lake)) = 'LINESTRING' ST_NumGeometries(ST_Multi(ST_Intersection(ST_Boundary(wharf), ST_Boundary(lake)))) = 1 … 言うまでもないですが非常に複雑ですね。

この要件は完全なDE-9IM交差行列の計算で満たすことができます。PostGISは、これを行うST_Relate関数を提供しています。次のようにします。

SELECT ST_Relate( 'LINESTRING (1 1, 5 5)',
                  'POLYGON ((3 3, 3 7, 7 7, 7 3, 3 3))' );
st_relate
-----------
1010F0212

特定の空間関係をテストするには、交差行列パターンを使います。これは、追加シンボル{T,*}で拡張された行列表現です。

交差行列パターンを使って、特定の空間関係の評価がより簡潔な方法で可能です。交差行列パターンのテストにST_RelateとST_RelateMatchを使うことができます。上に挙げた一つ目の例では、二つのラインがライン内部でインタセクトする交差行列パターンは'1*1***1**'となります。

-- ライン内でインタセクトする道路区間を見つける
SELECT a.id
FROM roads a, roads b
WHERE a.id != b.id
      AND a.geom && b.geom
      AND ST_Relate(a.geom, b.geom, '1*1***1**');

二つ目の例です。一本のラインが部分的にポリゴン内部とポリゴン外部とにある場合の交差行列パターンは '102101FF2'となります。

-- 一部が湖の水涯線上にある波止場を見つける
SELECT a.lake_id, b.wharf_id
FROM lakes a, wharfs b
WHERE a.geom && b.geom
      AND ST_Relate(a.geom, b.geom, '102101FF2');

現版のPostgreSQL (9.6を含む)では、TOASTテーブルに従うクエリオプティマイザの弱さに苦しみます。 TOASTテーブルは、(長いテキスト、イメージ、多数の頂点を持つ複合ジオメトリといった)通常のデータページに適合しない、(データサイズという意味では)巨大な値を納めるための「拡張部屋」の一種です。詳細情報は the PostgreSQL Documentation for TOASTをご覧ください。

(高解像度で全てのヨーロッパの国の境界を含むテーブルのような)大きなジオメトリがあるうえ、行がそう多くないテーブルを持つようになると、この問題が出てきます。テーブル自体は小さいのですが、多くのTOASTスペースを使います。例として、テーブル自体は概ね80行で3データページしか使わなくてもTOASTテーブルで8225ページを使うとします。

ここで、ジオメトリ演算子の&&を使って、ほとんどマッチしないようなバウンダリボックスを検索するクエリを出してみます。クエリオプティマイザにはテーブルは3ページ80行しかないように見えます。オプティマイザは、小さなテーブルを順に走査する方がインデクスを使うよりも早いと見積もります。そして、GiSTインデクスは無視すると決めます。通常なら、この見積もりは正しいです。しかし、この場合は&&演算子が全てのジオメトリをディスクから呼び出してバウンディングボックスと比較しなければならなくなり、ゆえに、全てのTOASTページもまた呼び出す必要があります。

この問題に苦しむかどうかを見るには、PostgreSQLの"EXPLAIN ANALYZE"コマンドを使います。詳細情報と技術情報については、PostgreSQL性能メーリングリストのスレッドhttp://archives.postgresql.org/pgsql-performance/2005-02/msg00030.phpをご覧下さい。

また、PostGISの新しいスレッドhttps://lists.osgeo.org/pipermail/postgis-devel/2017-June/026209.htmlもご覧下さい。

PostgreSQLコミュニティでは、TOASTを意識したクエリ見積もりを作ることで、この問題を解決しようとしています。今のところは、二つの応急処置があります。

一つは、クエリプランナにインデクスの使用を強制することです。クエリを発行する前に"SET enable_seqscan TO off;"をサーバに送信します。これは基本的にクエリプランナに対して可能な限り順に走査することを避けるよう強制します。そのためGiSTインデクスを通常使うようになります。しかし、このフラグは接続するたびに設定しなければならず、他のケースにおいてはクエリプランナに誤った見積もりをさせることになるので、 "SET enable_seqscan TO on;"をクエリの後に送信すべきです。

もう一つは、順に走査することをクエリプランナが考える程度に早くすることです。これは、バウンダリボックスの「キャッシュ」を行う追加カラムを作成し、このカラムにマッチさせるようにすることで達成することができます。ここでの例では次のようになります。

SELECT AddGeometryColumn('myschema','mytable','bbox','4326','GEOMETRY','2');
UPDATE mytable SET bbox = ST_Envelope(ST_Force2D(geom));

そして、次のように、&&演算子をgeom_columnに対して行っていたものをbboxに変更します。

SELECT geom_column
FROM mytable
WHERE bbox && ST_SetSRID('BOX3D(0 0,1 1)'::box3d,4326);

もちろん、mytableの行を変更または追加したら、bboxを「同期」するようにしなければなりません。最もすっきりした方法はトリガです。もしくは、アプリケーションを変更してbboxカラムの現状を保持するか、テーブル更新後にいつもUPDATEクエリを実行するかでも対応できます。

PostGISとMapServerとを併用するには、MapServerの設定方法を知る必要がありますが、本文書の範囲外です。本節では、PostGIS独特の問題と設定詳細について説明します。

PostGISをMapServerで使うには、次のものが必要です。

MapServerは、他のPostgreSQLクライアントと同じくPostGIS/PostgreSQLデータにアクセスします。アクセスにはlibpqインタフェースを使います。つまり、MapServerは、PostGISサーバにアクセスするあらゆるネットワークに繋がっている計算機にインストールすることができ、PostGISをデータソースとして利用できます。システム間の接続が速いほど良くなります。

USING疑似SQL節を使ってMapServerがより複雑なクエリの結果を理解できるようにするための情報を追加します。より詳しく言うと、ビューまたは副問い合わせが元テーブル (DATA定義で"FROM"の右にあるもの)として使われる時、MapServerが自動的に一意な識別子がそれぞれの行にあるか、また、SRIDがテーブルにあるかを判別するのは困難です。USING節によって、MapServerがこれらの情報を得ることができます。例を次に挙げます。

DATA "geom FROM (
  SELECT
    table1.geom AS geom,
    table1.gid AS gid,
    table2.data AS data
  FROM table1
  LEFT JOIN table2
  ON table1.id = table2.id
) AS new_table USING UNIQUE gid USING SRID=4326"

簡単な例から始めて、ステップアップしていきましょう。次のMapServerレイヤ定義を考えて下さい。

LAYER
  CONNECTIONTYPE postgis
  NAME "roads"
  CONNECTION "user=theuser password=thepass dbname=thedb host=theserver"
  DATA "geom from roads"
  STATUS ON
  TYPE LINE
  CLASS
    STYLE
      COLOR 0 0 0
    END
  END
END

このレイヤは"roads"テーブルにある道路ジオメトリの全部を黒線で表示するものです。

では、少なくとも1:100000にズームするまでは高速道路だけを表示したい、としましょう。次の二つのレイヤで、その効果が実現できます。

LAYER
  CONNECTIONTYPE postgis
  CONNECTION "user=theuser password=thepass dbname=thedb host=theserver"
  PROCESSING "CLOSE_CONNECTION=DEFER"
  DATA "geom from roads"
  MINSCALE 100000
  STATUS ON
  TYPE LINE
  FILTER "road_type = 'highway'"
  CLASS
    COLOR 0 0 0
  END
END
LAYER
  CONNECTIONTYPE postgis
  CONNECTION "user=theuser password=thepass dbname=thedb host=theserver"
  PROCESSING "CLOSE_CONNECTION=DEFER"
  DATA "geom from roads"
  MAXSCALE 100000
  STATUS ON
  TYPE LINE
  CLASSITEM road_type
  CLASS
    EXPRESSION "highway"
    STYLE
      WIDTH 2
      COLOR 255 0 0
    END
  END
  CLASS
    STYLE
      COLOR 0 0 0
    END
  END
END

一つ目のレイヤはスケールが1:100000以上であるときに使われ、道路タイプが"highway"である道路のみ黒線で表示されます。FILTERオプションによって、道路タイプが"highway"の場合のみ表示することになります。

二つ目のレイヤはスケールが1:100000未満である時に使われ、"highway"は赤い二重細線で表示され、他の道路は黒線で表示されます。

さて、MapServerの機能を使うだけで、二つのおもしろいことを実行しました。しかし、DATAのSQLステートメントは、単純なままです。道路名が (どういう理由かは知りませんが)他のテーブルに収められていて、それのデータを取得するためにテーブルを連結して、道路のラベルを取る必要がある、とします。

LAYER
  CONNECTIONTYPE postgis
  CONNECTION "user=theuser password=thepass dbname=thedb host=theserver"
  DATA "geom FROM (SELECT roads.gid AS gid, roads.geom AS geom,
        road_names.name as name FROM roads LEFT JOIN road_names ON
        roads.road_name_id = road_names.road_name_id)
        AS named_roads USING UNIQUE gid USING SRID=4326"
  MAXSCALE 20000
  STATUS ON
  TYPE ANNOTATION
  LABELITEM name
  CLASS
    LABEL
      ANGLE auto
      SIZE 8
      COLOR 0 192 0
      TYPE truetype
      FONT arial
    END
  END
END

このANNOTAIONレイヤでは、縮尺が1:20000以下のときに、全ての道路に緑色のラベルを表示します。また、この例は、 DATA定義で、SQLのJOINを使用する方法も示しています。

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