Obsługa baz danych przestrzennych w oprogramowaniu PostgreSQL z rozszerzeniem PostGIS oraz Wizualizacja danych przestrzennych w QGIS Krajowe warsztaty CASCADOSS Zastosowania oprogramowania Open Source GIS (FOSS4G ang. Free and Open Source Software for Geospatial) w ochronie przyrody 12-13 lutego 2009, Warszawa
1. Wprowadzenie do PostgreSQL/PostGIS oraz Quantum GIS PostgreSQL (dawniej Postgres i Postgres95) jest systemem zarządzania relacyjnymi bazami danych RDBMS z rozszerzeniami obiektowymi, zgodnym ze standardem języka zapytań SQL. PostgreSQL dostępny jest na platformy: AIX, FreeBSD, HP-UX, IRIX, Linux, Mac OS, Microsoft Windows (2000, XP, 2003, Vista), NetBSD, OpenBSD, Solaris i UnixWare. Oprogramowanie udostępniane jest na licencji BSD. Oprócz PostgreSQL do otwartych systemów zarządzania bazami danych zaliczyć moŝna takŝe: MySQL i Firebird. Wśród systemów zamkniętych (komercyjnych) warto wymienić: Oracle, Sybase, IBM DB2 i MSSQL. Strona domowa projektu: http://www.postgresql.org/ PostGIS jest dostępnym na licencji GNU GPL rozszerzeniem systemu zarządzania relacyjnymi bazami danych PostgreSQL. Oprogramowanie umoŝliwia wprowadzanie danych geograficznych bezpośrednio do bazy, a takŝe ich przetwarzanie. Strona domowa projektu: http://postgis.refractions.net/ Quantum GIS (wprowadzenie w skrypcie dotyczącym ćwiczenia w QGIS) WaŜne: QGIS nie jest kompatybilny z systemem operacyjnym MS Windows Vista. Zalecane jest korzystanie z aplikacji pod systemami MS Windows XP lub 2000. Strona domowa projektu: http://www.qgis.org/ 2. Instalacja i uruchamianie PostgreSQL/PostGIS 2.1. Instalacja PostgreSQL 1. Otwórz folder: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\PostgreSQL_PostGIS_QGIS_INSTALL\ postgresql-8.3.3-1 i uruchom plik postgresql-8.3.msi (w sali 14A na dysku C) 2. Postępuj zgodnie z wyświetlanymi instrukcjami. Ikona oznacza konieczność przejścia do następnego okna dialogowego: ustaw język instalacji domyślnie język angielski ( ), zapoznaj się z uwagami dotyczącymi instalacji ( ), 2
kliknij lewym przyciskiem myszy w symbol obok napisu PostgreSQL, połoŝony na najwyŝszej gałęzi drzewa i zaznacz Entire feature will be installed on local hard driver wszystkie składowe aplikacji zostaną zainstalowane na dysku lokalnym ( ), w nowym oknie dialogowym wpisz następujące parametry: Install as a service (box zaznaczony) Service name: PostgreSQL Database Server 8.3 Account name: postgres Account domain: (domyślnie nazwa komputera uŝytkownika zostaw bez zmian) Account password: (wybierz hasło) ( ), po pojawieniu się ekranu Initialize database cluster wpisz następujące parametry: Initialize database cluster (box zaznaczony) Port number: 5432 Addresses: Accept connections on all addresses, not just localhost (box zaznaczony) Locale: (wybór uŝytkownika) 3
Encoding (Server): WIN1250; (Client): WIN1250 (pozostaw domyślne) Superuser name: postgres Password: (wybierz hasło, moŝe być inne niŝ poprzednio; WaŜne: hasło to będzie potrzebne podczas instalacji PostGIS) ( ), jeśli ukaŝe się wiadomość systemowa Remote connections, zatwierdź OK, w kolejnym oknie dialogowym zaznacz języki proceduralne, które będą obsługiwane ( ), zaznacz wszystkie dostępne moduły, które mają być zainstalowane wraz z oprogramowaniem PostgreSQL najwaŝniejszy to Adminpack, naciśnij dwukrotnie aplikacja zostanie zainstalowana gdy pojawi się ekran Installation complete! NIE uruchamiaj Launch Stack Builder at exit (odznacz box patrz poniŝej) naciśnij Finish. Instalacja programu została pomyślnie zakończona. 4
2.2. Instalacja rozszerzenia PostGIS: 1. Otwórz folder: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\PostgreSQL_PostGIS_QGIS_INSTALL \postgresql- 8.3.3-1\Extensions i uruchom plik postgis_1_3_3_pg83.exe (w sali 14A na dysku C) 2. Postępuj zgodnie z instrukcjami. Ikona oznacza konieczność przejścia do następnego okna dialogowego: zapoznaj się i zaakceptuj (lub odrzuć wtedy nie ukończysz instalacji!!!) postanowienia licencyjne ( ), pozostaw zaznaczone PostGIS oraz Create spatial database oba komponenty zostaną uwzględnione w trakcie instalacji ( ), NIE zmieniaj domyślnego folderu, w którym zostanie zainstalowany program ( ), na kolejnym wyświetlanym ekranie wprowadź następujące parametry: User name: postgres Password: uŝyj hasła dla Superuser podczas instalacji PosgtreSQL Port: 5432 ( ), ustaw Database name: postgis, 5
naciśnij Install, a następnie Close po zakończeniu procesu instalacji. 2.3. Uruchamianie PostgreSQL 8.3 z rozszerzeniem PostGIS i tworzenie struktury nowej bazy danych 1. Otwórz listę programów (Wszystkie programy) w Menu Start, 2. Rozwiń zakładkę PostgreSQL 8.3 i wybierz pgadmin III, 3. W celu połączenia się z serwerem PostgreSQL Database Server 8.3 kliknij PRAWYM przyciskiem myszy w jego nazwę, znajdującą się na liście Serwery w Oknie obiektów i wybierz Połącz. Następnie wpisz hasło podane przy instalacji programu i zatwierdź, klikając OK, Zawartość serwera moŝna przejrzeć, korzystając z przycisku + znajdującego się po lewej stronie nazwy serwera w Oknie obiektów. 4. Rozwiń listę PostgresSQL Database Server 8.3, a następnie kliknij prawym przyciskiem myszy w gałąź Bazy danych i wybierz polecenie Nowa baza danych. W oknie Nowa baza danych wpisz następujące parametry: w zakładce Właściwości wpisz odpowiednią nazwę bazy (Administration) i wybierz postgres jako Właściciela, w zakładce Uprawnienia nadaj Rolę public dla ALL (zaznacz box ALL i naciśnij przycisk Dodaj/Zmień rezultat swych działań ujrzysz w okienku powyŝej, 6
zatwierdzaj zmiany przyciskiem OK. Utworzona zostanie pusta baza danych o nazwie Administration. W ten sposób utwórz kolejnych pięć pustych baz danych o nazwach: Environment, Other, Settlements, Statistics, Transportation, pamiętając kaŝdorazowo o uwzględnieniu wypisanych powyŝej parametrów. Liczba i nazwy tworzonych pustych baz danych zaleŝne są od struktury bazy danych (grup tematycznych), jaką posiadasz. Na potrzeby poniŝszego ćwiczenia naleŝy skorzystać z bazy danych przestrzennych dla obszaru Karpat, która podzielona została na 6 grup tematycznych. Ich nazwy są zgodne z nazwami nowo utworzonych baz 5. Do nowo zaprojektowanej struktury bazodanowej naleŝy następnie zaimportować wcześniej przygotowane dane (pliki *.backup). W tym celu: kliknij prawym przyciskiem myszy na nową bazę (np. Administration ) i wybierz opcję Przywróć, w polu Nazwa pliku odszukaj, korzystając z przycisku i eksplorując folder D:\CASCADOSS\PostgreSQL\PostgreSQL_backup_files (w sali 14A na dysku C), odpowiedni plik (np. Administration.backup ), zatwierdź wybór, klikając Otwórz, a następnie OK. Poczekaj na zakończenie procesu odtwarzania bazy, a następnie zamknij okno przyciskiem lub. 7
Postępując zgodnie z instrukcją, przywróć kolejno pozostałe pliki *.backup wszystkich wyszczególnionych baz. Korzystanie z funkcji tworzenia plików *.backup umoŝliwia m.in. przenoszenie danych do bazy znajdującej się na innym komputerze oraz zabezpiecza uŝytkownika przed utratą danych w przypadku awarii komputera. MoŜliwe jest wówczas łatwe odtworzenie struktury bazodanowej. W celu utworzenia pliku *.backup danej bazy naleŝy: kliknąć prawym przyciskiem myszy jej nazwę (np. Administration ) wybrać z listy opcję Backup, w nowo otwartym oknie wybrać odpowiednią ścieŝkę i nazwę dla tworzonego pliku, ustawić parametry tworzonego pliku (opcje zaawansowane) lub pozostawić ustawienia domyślne. Wprowadzanie do bazy PostgreSQL/PostGIS nieprzetworzonych danych geograficznych np. w formacie.shp opisano w części rozszerzonej niniejszego skryptu (pkt. 6). 3. Wizualizacja danych przestrzennych z bazy PostgreSQL/PostGIS w programie Quantum GIS Uwaga: Przed rozpoczęciem wykonywania dalszej części ćwiczenia naleŝy sprawdzić, czy na danym komputerze zainstalowano aplikację QGIS. W przypadku braku 8
powyŝszego oprogramowania naleŝy ściągnąć plik instalacyjny ze strony www.qgis.org oraz zainstalować aplikację, pamiętając o jego niekompatybilności z systemem Windows Vista. Celem poniŝszej części ćwiczenia jest wizualizacja danych przestrzennych z obszaru Karpat osadzonych w bazie PostgreSQL/PostGIS. MoŜliwość wyświetlania, a takŝe edycji warstw wektorowych, rastrowych oraz warstw PostGIS i WMS (serwery Web Map Service) daje m.in. aplikacja QGIS. Na potrzeby poniŝszego ćwiczenia utworzony został plik projektu w formacie.qgs, w którym zapisane zostały parametry połączenia z bazami Postgis, ustawienia wyglądu poszczególnych warstw tematycznych oraz dodatkowo mapy w formacie GeoTiff, umieszczone bezpośrednio na dysku jako osobne pliki (nie ma moŝliwości obsługi danych rastrowych w bazie PostgreSQL/PostGIS). Aby otworzyć projekt: 1. Przejdź do folderu: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\QuantumGIS_project_files i otwórz plik D_Carpathian_DB.qgs (w sali 14A C_Carpathian_DB.qgs na dysku C) Aby zobaczyć właściwości otwartego projektu naleŝy w zakładce Ustawienia wybrać Właściwości projektu. We właściwościach moŝesz na przykład sprawdzić parametry odwzorowania danego projektu (zakładka Projection). 9
2. Wizualizacji zawartości utworzonej bazy (kilku baz) danych dokonuje się poprzez zaznaczanie lub odznaczanie odpowiednich warstw gałęzi drzewa. MoŜna takŝe dowolnie modyfikować parametry wyświetlania (kolor, rodzaj, grubość obrysu, wypełnienie, symbol itp.), a takŝe kolejność, w jakiej będą wyświetlane warstwy (metodą drag-and-drop ). 10
3. Ustaw warstwy rastrowe (grupa Thematic Maps) jako podkład do danych wektorowych przeciągnij grupę Thematic Maps na sam dół listy warstw w legendzie, a następnie wyświetl mapę hipsometryczną oraz warstwy: Boundaries, KEO Extent, Cities, Lakes, Rivers, Protected Areas, Priority Areas. Rysunek 1. Wizualizacja danych przestrzennych dla obszaru Karpat. 4. Zmodyfikuj funkcje wyświetlania wybranej warstwy (Cities). W tym celu dwukrotnie kliknij w obszarze Legendy w warstwę Cities. W oknie Właściwości warstwy przejdź do zakładki Etykiety, a następnie: zaznacz opcję Wyświetlaj etykiety. Jako Pole zawierające etykiety wybierz City name. W oknie z lewej strony zaznacz pole Czcionka i ustaw odpowiednie parametry napisów rozmiar, kolor i umiejscowienie wyświetlone zostaną etykiety wybranej warstwy, kliknij pole Bufor (lewe okno) oraz zaznacz kwadrat Bufor etykiet?. Następnie ustal rozmiar i kolor bufora, czyli tła, na jakim będą wyświetlane nazwy miast. kliknij pole Pozycja (lewe okno) i ustaw przesunięcie napisów (X Offset, Y Offset) tak, aby nie zasłaniały symbolu miasta, którego dotyczą. Wszystkie parametry przedstawiono na poniŝszych zrzutach ekranowych. 11
Zwizualizowane wcześniej dane przestrzenne zostały osadzone w przestrzeni geograficznej. Rysunek 2. Fragment mapy Karpat ze zmodyfikowanymi funkcjami wyświetlania warstwy Cities (miasta). 5. Istnieje równieŝ moŝliwość dodania do otwartej bazy danych warstwy z innej PostGIS-owej bazy danych. W tym celu naleŝy: rozwinąć w menu programu QGIS zakładkę Warstwa i wybrać opcję Dodaj warstwę PostGIS, w oknie Dodaj tabelę PostGIS w części połączenie PostgreSQL kliknąć Nowy, 12
w kolejnym oknie dialogowym wpisać następujące parametry: Nazwa: np. Administration (lub inna) Host: localhost Baza danych: np. Administration (lub inna) Port: 5432 UŜytkownik: postgres Hasło: (hasło dla superuser) kliknąć OK i Połącz (moŝe zaistnieć konieczność ponownego wpisania hasła). 4. Import danych w formacie *.shp do bazy PostgreSQL/PostGIS za pomocą Quantum GIS Jedną z moŝliwości zasilenia bazy PostgreSQL/PostGIS jest bezpośredni import danych w formacie *.shp poprzez wtyczkę SPIT w programie Quantum GIS: 1. Po uruchomieniu QGIS w panelu górnym wybierz Wtyczki Spit Importuj format shape do PostgreSQL. 2. W oknie SPIT Narzędzie importu z pliku shape do PostGIS w części Połączenia PostgreSQL wybierz z listy rozwijanej bazę danych, do której zostaną zaimportowane pliki *.shp. Jeśli połączenie z serwerem nie zostało wcześniej utworzone, Ŝadna baza nie będzie widoczna. NaleŜy wówczas skonfigurować połączenie, klikając Nowy. Po wpisaniu wszystkich parametrów (patrz okno poniŝej) przeprowadź Test połączenia, a gdy wynik jest pomyślny, zatwierdź przyciskiem OK. 13
3. Po ustanowieniu połączenia z serwerem za pomocą przycisku Dodaj wybierz pliki, które chcesz zaimportować. 4. Zatwierdź wybór plików, klikając OK. 5. Poprawność zaimportowanych danych moŝna sprawdzić, uruchamiając pgadmin III i odświeŝając odpowiednią bazę danych w Oknie obiektów. 14
CZĘŚĆ ROZSZERZONA 6. Konwersja danych w formacie *.shp Import danych do bazy PostgreSQL/PostGIS za pomocą narzędzi shp2pgsql.exe oraz psql.exe poprzez konsolę Command Prompt WaŜne: Proszę przygotować dane w formacie *.shp (skopiować do katalogu roboczego D:\CASCADOSS\PostgreSQL\SHP) i zanotować, jaki nadano im układ współrzędnych. W celu wprowadzenia dodatkowych danych przestrzennych do bazy, naleŝy dokonać konwersji danych z formatu *.shp na format *.sql. 1. Otwórz listę Programów w Menu Start, rozwiń zakładkę PostgreSQL 8.3 i wybierz Command Prompt 2. Ustaw ścieŝkę na: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\SHP> w następujący sposób: przejdź na dysk D poleceniem d: (zatwierdź Enterem) (w sali komputerowej małej 14A przejdź na dysk C), 15
ustaw bieŝący katalog roboczy poleceniem cd cascadoss\postgresql\shp (zatwierdź Enterem) 3. Uruchom narzędzie shp2pgsql i dokonaj konwersji danych w następujący sposób, wpisując w linii komend: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\SHP>"C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin\shp2pgsql" -s 32634 forest_clc.shp forest_clc > forest_clc.sql (zatwierdź Enterem) WaŜne: MoŜesz zostać poproszony o ponowne wprowadzenie hasła! Wyjaśnienie składni: -s <SRID> nazwapliku.shp nazwatabeli > nazwaplikusql.sql -s <SRID> kod EPSG (European Petroleum Survay Group) odpowiedni dla układu współrzędnych, w naszym przypadku jest to UTM WGS-84 strefa 34N kod 32634. W przypadku innego układu naleŝy odszukać odpowiedni kod w tabeli SPATIAL_REF_SYS (pgadmin III - patrz poniŝej). NajwaŜniejsze kody: 2180 PUW 1992 4326 Układ geograficzny 32634 UTM WGS-84 strefa 34N 16
nazwapliku.shp nazwa pliku w formacie SHP, który zamierzamy przekonwertować nazwatabeli nazwa tabeli wynikowej w bazie postgresql/postgis nazwaplikusql.sql nazwa pliku w formacie SQL, który będzie wynikiem konwersji 4. załaduj utworzony plik *.sql do bazy za pomocą narzędzia psql, wpisując komendę: D:\CASCADOSS\PostgreSQL\SHP>"C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin\psql" -d Environment -h localhost -U postgres -f forest_clc.sql (zatwierdź Enterem) WaŜne: MoŜesz zostać poproszony o ponowne wpisanie hasła! Wyjaśnienie składni: -d nazwabazy -h hostname -U postgres -f nazwaplikusql.sql -d nazwabazy nazwa bazy danych, do której importujemy dane przestrzenne -h localhost hostname -U postgres uŝytkownik -f nazwaplikusql.sql nazwa pliku w formacie SQL, który importujemy 5. uruchom pgadmin III i sprawdź, czy dane poprawnie zaimportowały się do bazy o nazwie Environment. 17
Źródła: 1. Introduction to PostGIS, 2007, Materiały szkoleniowe warsztatów FOSS4G2007 (Free and Open Source Software for Geospatial 2007) 24-27 września 2007, Suite, Kanada. http://www.foss4g2007.org/workshops/w-04/ 2. Strona internetowa projektu PostgreSQL http://www.postgresql.org/ 3. Polska strona internetowa projektu PostgreSQL http://www.postgresql.org.pl/ 4. Strona internetowa projektu PostGIS http://postgis.refractions.net/ 18