使用Rails和Postgis开发基于地理位置应用的安装与配置

PostGIS 是关系型数据库 PostgreSQL 一个扩展，它为PostgreSQL提供了存储空间地理数据的支持，使PostgreSQL成为了一个空间数据库，能够进行空间数据管理、数量测量与几何拓扑分析。现在已经有好多为 Rails 提供地理空间数据操作的 gem。所以处理地理空间数据还是比较简单的，但是开发环境配置还有不少工作要做。

环境依赖

本文以 Mac OS X系统为例，需要安装以下内容：

XCode
Homebrew
Postgresql
Postgis
Ruby
Rails

下面单说 Postgresql 及 Postgis 安装

安装 Postgresql 和 Postgis

brew install postgresql
brew install postgis

检查系统是否正确安装 postgis

~$ psql -U username
=# select pg_available_extensions where name like ‘postgis%’;

Mac 用户还可以直接下载 Postgres.app，拖入applications文件夹。Postgres.app 包含 PostgreSQL 常用的扩展和工具：

PostgreSQL 9.3.5
PostGIS 2.1.3
Procedural languages: PL/pgSQL, PL/Perl, PL/Python, and PLV8 (Javascript)
Popular extensions, including hstore and uuid-ossp, and more
A number of command-line utilities for managing PostgreSQL and working with GIS data

Rails 相关配置

新建 Rails 应用

先使用 postgresql 适配器新建应用（database参数可选，默认sqlite）

rails new my_app --database=postgresql

配置 Gemfile

打开gemfile文件，添加如下 gem ：

pg
rgeo
activerecord-postgis-adapter

gem 'pg'
gem 'rgeo'
gem 'activerecord-postgis-adapter'

配置 database.yml

打开 database.yml 文件，adapter 使用 postgis ：

development:
  username:           your_username
  adapter:            postgis
  host:               localhost
  postgis_extension: postgis
  schema_search_path: public

postgis_extension 表明应用在创建数据库的时候安装 postgis extension

如果 postgis extension 不是安装在 public schema (默认安装在 public schema)，还得把 postgis 的 schema 添加到 schema_search_path：

development:
  schema_search_path: public, postgis

其他支持的选项：

development:
  adapter: postgis
  encoding: unicode
  postgis_extension: postgis      # default is postgis
  schema_search_path: public,postgis
  pool: 5
  database: my_app_development    # your database name
  username: my_app_user           # the username your app will use to connect
  password: my_app_password       # the user's password
  su_username: my_global_user     # a superuser for the database
  su_password: my_global_pasword  # the superuser's password

创建 model 和 table

rails g model earthquake location:point

要存储空间数据，必须得创建空间类型的字段。Postgis 提供了很多空间类型，包括：point, linestring, polygon以及不同类型的集合。activerecord-postgis-adapter 继承了 ActiveRecord 的 migration 句法，可以支持空间类型。

class CreateEarthquakes < ActiveRecord::Migration  
  def change    
      create_table :earthquakes do |t|   
          t.column :shape1, :geometry
          t.geometry :shape2
          t.line_string :path, :srid => 3785   
          t.point :location, :geographic => true
          t.point :lonlatheight, :geographic => true, :has_z => true    
          t.timestamps    
      end  
      
      add_index :earthquakes, :location, :spatial => true
  end
end

第一个字段“shape1”，使用的是“geometry”类型，这是空间数据的基础类型（base class），表明可以容纳任何空间类型的数据。

第二个字段“shape2”，使用的是第一个字段定义的简写句法。

第三个字段“path”，使用了一个明确的几何类型 line_string，并且定义了srid（spatial reference ID）。表明这个字段只接受 line_string 类型的数据，而且SRID等于3785。

第四个字段“location”，是 point类型，同时定义了“geographic”，表明这个字段接受经度/纬度数据，并且以球型做相关计算（比如两点之间的距离）。

第五个字段“lonlatheight”，包含了“z”坐标，一般用来记录高度。

以下是activerecord-postgis-adapter所支持的postgis类型：

:geometry – Any geometric type
:point – Point data
:line_string – LineString data
:polygon – Polygon data
:geometry_collection – Any collection type
:multi_point – A collection of Points
:multi_line_string – A collection of LineStrings
:multi_polygon – A collection of Polygons

最后，还支持创建空间索引：

def change
  add_index :earthquakes, :location, :spatial => true
end

配置 Model

class Earthquake < ActiveRecord::Base

  # 默认使用 Geos 空间字段实现
  self.rgeo_factory_generator = RGeo::Geos.factory_generator

  # 也可以设置某个字段为 geographic 空间字段实现
  set_rgeo_factory_for_column(:location, RGeo::Geographic.spherical_factory(:srid => 4326))
end

空间数据操作

一旦安装了以上gem，并且配置了数据库以及执行了migration，就可以以RGeo对象与model中的空间数据交互了。

RGeo 是Opengis Simple Features 标准的 Ruby 实现。它是一个空间数据类型结合，包括points, lines, polygons, 和 collections。还提供标准的空间数据分析操作，比如计算交集或包含关系，计算长度或区域等等。

空间数据读写

record = Earthquake.find(1)
p = record.location                # Returns an RGeo::Feature::Point
puts p.x                           # displays the x coordinate
puts p.geometry_type.type_name     # displays "Point"

record.location = 'POINT(-122 47)'    # sets the value with WKT string
record.save

factory = p.factory                # returns a spherical factory
# factory = Earthquake.rgeo_factory_for_column(:location)
p2 = factory.point(-122, 47)       # p2 is a point in a spherical factory
record.lonlat = p2                 # sets the value to the given point
record.shape1 = p2                 # shape1 uses a flat geos factory, so it
                                   # will cast p2 into that coordinate system
                                   # before setting the value
record.save

空间数据查询

location距离坐标(116.458104 39.966293) 10公里以内的Earthquake：

Earthquake.where("st_dwithin(location, 'point(116.458104 39.966293)', 10000)").count

location距离坐标(116.458104 39.966293) 10公里以内的Earthquake，并按距离排序：

Order.select("orders.*, st_distance(location, 'point(116.458104 39.966293)') as distance").where("st_dwithin(location, 'point(116.458104 39.966293)', 10000)").order("distance”)

location在矩形区域POLYGON((116.424031 39.955045, 116.468731 39.955045, 116.468731 39.983357, 116.424031 39.983357, 116.424031 39.955045))内的Earthquake：

Order.where("ST_Intersects('SRID=4326;POLYGON((116.424031 39.955045, 116.468731 39.955045, 116.468731 39.983357, 116.424031 39.983357, 116.424031 39.955045))',location)")

说明：矩形是由4个点组成，但是使用POLYGON需要5个点，其中第一个和最后一个是同一个点，个人理解是为了形成一个闭合。另外使用此方法可以构建任意的多边形。