使用PostGIS完成两点间的河流轨迹及流经长度的计算

基础准备工作

1.PostGIS 的安装

在安装PostGIS前首先必须安装PostgreSQL，然后再安装好的Stack Builder中选择安装PostGIS组件。具体安装步骤可参照 PostGIS的安装与初步使用_不睡觉的怪叔叔的博客-CSDN博客_postgis

2.加载Post GIS扩展

选中指定数据库，执行加载扩展语句

–添加支持
CREATE EXTENSION postgis;  --添加postgis扩展
CREATE EXTENSION pgrouting;   --添加pgrouting扩展
CREATE EXTENSION postgis_topology;
CREATE EXTENSION fuzzystrmatch;
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder;

在做两点间河流轨迹及流经长度计算过程中，需要加载postgis和pgrouting两个扩展

可以通过查看加载扩展的版本验证扩展加载是否成功

–查看postgresql版本
show server_version;

–查看postgis版本
SELECT PostGIS_full_version();

–查看pgrouting版本
select pgr_version();

3.河流矢量图层转成单线格式

河流包括各种汇入和汇出，为了实现流经流域的计算，河流水系矢量数据需要一个河流一个ID的方式，可以在河流交汇点处将河流进行打段处理。

4.河流矢量数据导入PostgreSQL数据库

打开位于“开始>所有程序>PostGIS 2.3 bundle for PostgreSQL”之中的PostGIS Shapefile Import/Export Manager。

首先单击"View connection details"按钮，打开"PostGIS connection"对话框，输入用户名"postgres"及其对应的密码，设置连接的数据库，如下图所示：

连接数据库之后，单击"Add file"按钮，加入***.shp文件，并将其SRID设置为"4326"，如下图所示。这一步绝对不能省略，否则不能正确导入数据。

5.河流数据拓扑处理

在数据分析过程中，使用到了pgrouting扩展中的 pgr_dijkstra 算法

Dijkstra算法（迪杰斯特拉算法），由荷兰计算机科学家Edsger Dijkstra于1956年提出。它是一种图搜索算法，它解决了非负代价边路径图的最短路径问题，即从起始顶点（start_vid）到结束顶点（end_vid）的最短路径。此算法可以与有向图或无向图一起使用。

函数的签名摘要：

在实际使用中，需要先明确所有的顶点，并为所有顶点分配唯一的编号，函数的 start_vid 和 end_vid 都是整型数值，函数使用edges_sql参数(sql脚本)筛选出和顶点相邻的所有边信息（即河流信息）。

所以，在使用pgr_dijkstra方法前，需要

• 对找到河流的所有顶点信息，并做唯一整型值编号
• 在数据库中为每条河流设置好起始顶点和结束顶点

--筛选出所有顶点信息，st_dump函数主要是将MultiLineString类型 调整成 LineString类型
select  st_astext(st_startpoint((ST_Dump(geom)).geom)) from singleriver
union
select  st_astext(st_endpoint((ST_Dump(geom)).geom)) from singleriver

将查询结果在Excel中进行整型值编号，再导入到postgresql中的新建表 distinctpoint 中，然后关联河流数据表，更新河流的开始顶点（source）和结束顶点编号（target）

--更新起始顶点编号
update singleriver q
set source=tt.sourcepoint
from singleriver s,
(select gid,p.id as sourcepoint from
(select gid,st_astext(st_startpoint((ST_Dump(geom)).geom)) as startpoint, st_astext(st_endpoint((ST_Dump(geom)).geom)) as endpoint from singleriver )s
left join distinctpoint p
on s.startpoint=p.point) tt
where q.gid=tt.gid

--插入结束顶点编号
update singleriver q
set target=tt.endpoint
from singleriver s,
(select gid,p.id as endpoint from
(select gid,st_astext(st_startpoint((ST_Dump(geom)).geom)) as startpoint, st_astext(st_endpoint((ST_Dump(geom)).geom)) as endpoint from singleriver )s
left join distinctpoint p
on s.endpoint=p.point) tt
where q.gid=tt.gid

至此，河流拓扑数据处理完成

PG分析处理函数

1.函数编写

CREATE OR REPLACE FUNCTION "public"."pgr_shortest_river"(IN "startx" float8, IN "starty" float8, IN "endx" float8, IN "endy" float8, OUT "river_name" varchar, OUT "v_shpath" varchar, OUT "cost" float8)
  RETURNS SETOF "pg_catalog"."record" AS $BODY$
declare
v_startLine geometry;--离起点最近的线
v_endLine geometry;--离终点最近的线
v_startTarget integer;--距离起点最近线的终点
v_endSource integer;--距离终点最近线的起点
v_statpoint geometry;--在v_startLine上距离起点最近的点
v_endpoint geometry;--在v_endLine上距离终点最近的点
v_res geometry;--最短路径分析结果
v_perStart float;--v_statpoint在v_res上的百分比
v_perEnd float;--v_endpoint在v_res上的百分比
v_rec record;
first_name varchar;
end_name varchar;
first_cost double precision;
end_cost double precision;
begin
--查询离起点最近的线
execute 'select (st_dump(geom)).geom as geom,target as target,name from singleriver where
ST_DWithin(geom,ST_Geometryfromtext(''point('|| startx ||' ' || starty||')''),0.01)
order by ST_Distance(geom,ST_GeometryFromText(''point('|| startx ||' '|| starty ||')'')) limit 1'
into v_startLine ,v_startTarget,first_name;
raise notice '起点线段%',v_startLine;
raise notice '起点位置%',v_startTarget;
raise notice '河流名称%',first_name;
--查询离终点最近的线
execute 'select (st_dump(geom)).geom as geom,"source" as source,name from singleriver
where ST_DWithin(geom,ST_Geometryfromtext(''point('|| endx || ' ' || endy ||')''),0.01)
order by ST_Distance(geom,ST_GeometryFromText(''point('|| endx ||' ' || endy ||')'')) limit 1'
into v_endLine,v_endSource,end_name;
--如果没找到最近的线，就返回null
if (v_startLine is null) or (v_endLine is null) then
return;
end if ;
select ST_ClosestPoint(v_startLine, ST_Geometryfromtext('point('|| startx ||' ' || starty ||')')) into v_statpoint;
select ST_ClosestPoint(v_endLine, ST_GeometryFromText('point('|| endx ||' ' || endy ||')')) into v_endpoint; 

--计算距离起点最近线上的点在该线中的位置
select st_linelocatepoint(st_linemerge(v_startLine), v_statpoint) into v_perStart;

select st_linelocatepoint(st_linemerge(v_endLine), v_endpoint) into v_perEnd;

select st_distancesphere(v_statpoint,ST_PointN(ST_GeometryN(v_startLine,1), ST_NumPoints(ST_GeometryN(v_startLine,1)))) into first_cost;

select st_distancesphere(ST_PointN(ST_GeometryN(v_endLine,1),1),v_endpoint) into end_cost; 

if (ST_Intersects(st_geomfromtext('point('|| startx ||' '|| starty ||') '), v_startLine) and ST_Intersects(st_geomfromtext('point('|| endx ||' '|| endy ||') '), v_startLine)) then
select st_distancesphere(v_statpoint, v_endpoint) into first_cost;

select st_linelocatepoint(st_linemerge(v_startLine), v_endpoint) into v_perEnd;
for v_rec in
select st_linesubstring(st_linemerge(v_startLine), v_perStart,v_perEnd) as point,COALESCE(end_name,'无名河流') as name,end_cost as cost loop
v_shPath:= ST_AsGeoJSON(v_rec.point);
cost:= v_rec.cost;
river_name:= v_rec.name;
return next;
end loop;
return;
end if;
--最短路径
for v_rec in
(select st_linesubstring(st_linemerge(v_startLine),v_perStart,1) as point,COALESCE(first_name,'无名河流') as name,first_cost as cost
union all
SELECT st_linemerge(b.geom) as point,COALESCE(b.name,'无名河流') as name,st_length(geom, false) as cost
FROM pgr_dijkstra(
'SELECT gid as id, source, target, st_length(geom, false) as cost FROM singleriver
where st_intersects(geom,st_buffer(st_linefromtext(''linestring('||startx||' ' || starty ||','|| endx ||' ' || endy ||')''),0.05))',
v_startTarget, v_endSource , false
) a, singleriver b
WHERE a.edge = b.gid
union all
select st_linesubstring(st_linemerge(v_endLine),0,v_perEnd) as point,COALESCE(end_name,'无名河流') as name,end_cost as cost)
loop
v_shPath:= ST_AsGeoJSON(v_rec.point);
cost:= v_rec.cost;
river_name:= v_rec.name;
return next;
end loop;
end;
$BODY$
  LANGUAGE plpgsql VOLATILE STRICT
  COST 100
  ROWS 1000

2.参数说明

输入参数：开始点和结束点的经纬度坐标

输出结果：river_name:河流名称；v_shppath:流经的河流路径； cost：河流流经长度

3.内部调用函数说明

函数调用过程，根据postgis不同版本，函数名称可能会有偏差，有版本展示形式为  st_linesubstring ，有版本展示形式为 st_line_substring

4.输出结果验证

为了验证河流输出结果是否正确，流经河流路径是否连通，可以通过在线geojson地图（geojson.io）呈现出来验证。

在右侧json-features-geometry 中填充函数输出的v_shppath参数内容（按照行单独输入，可以输入多个，注意需要增加json属性）