Ubuntu 24.04 PostgreSQL + PostGIS 完整安装与配置指南

PostGIS 是 PostgreSQL 的空间数据库扩展，为地理空间数据提供了强大的存储、查询和分析功能。本教程将详细介绍在 Ubuntu 24.04 上集成 PostGIS 的完整流程。

1. 系统环境准备

1.1 更新系统包

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# 更新软件包列表
sudo apt update

# 升级现有软件包
sudo apt upgrade -y

# 清理不需要的包
sudo apt autoremove -y

1.2 安装必要的依赖

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# 安装编译工具和依赖
sudo apt install -y \
    build-essential \
    wget \
    curl \
    git \
    software-properties-common \
    lsb-release \
    ca-certificates \
    gnupg

2. 安装 PostgreSQL

2.1 添加 PostgreSQL 官方仓库

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# 创建仓库配置文件
sudo sh -c 'echo "deb https://apt.postgresql.org/pub/repos/apt $(lsb_release -cs)-pgdg main" > /etc/apt/sources.list.d/pgdg.list'

# 导入 GPG 密钥
wget --quiet -O - https://www.postgresql.org/media/keys/ACCC4CF8.asc | sudo apt-key add -

# 更新包列表
sudo apt update

2.2 安装 PostgreSQL 16（最新稳定版）

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# 安装 PostgreSQL 16 及其常用扩展
sudo apt install -y \
    postgresql-16 \
    postgresql-client-16 \
    postgresql-contrib-16 \
    postgresql-server-dev-16

2.3 验证安装

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# 检查 PostgreSQL 服务状态
sudo systemctl status postgresql

# 查看 PostgreSQL 版本
sudo -u postgres psql -c "SELECT version();"

# 设置开机自启
sudo systemctl enable postgresql

3. 安装 PostGIS

3.1 安装 PostGIS 扩展

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# 安装 PostGIS 及其依赖
sudo apt install -y \
    postgis \
    postgresql-16-postgis-3 \
    postgresql-16-postgis-3-scripts \
    postgresql-16-postgis-3-dbgsym

# 安装 PostGIS 工具和额外扩展
sudo apt install -y \
    postgis-gui \
    postgis-doc \
    gdal-bin \
    proj-bin \
    libgeos-dev \
    libproj-dev

3.2 验证 PostGIS 安装

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# 检查 PostGIS 相关包是否安装成功
dpkg -l | grep postgis

# 查看 GDAL 版本（PostGIS 依赖）
gdalinfo --version

# 查看 GEOS 版本
geos-config --version

4. 创建空间数据库

4.1 切换到 postgres 用户

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sudo -i -u postgres

4.2 创建专用空间数据库

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# 创建新的数据库
createdb gis_database

# 进入 PostgreSQL 控制台
psql -d gis_database

4.3 启用 PostGIS 扩展

在 psql 命令行中执行：

sql 复制代码

-- 启用 PostGIS 核心扩展
CREATE EXTENSION postgis;

-- 启用 PostGIS 拓扑扩展（用于拓扑关系）
CREATE EXTENSION postgis_topology;

-- 启用 PostGIS 栅格扩展（处理栅格数据）
CREATE EXTENSION postgis_raster;

-- 启用 PostGIS SFCGAL 扩展（3D 和高级几何操作）
CREATE EXTENSION postgis_sfcgal;

-- 启用地址标准化扩展
CREATE EXTENSION address_standardizer;
CREATE EXTENSION address_standardizer_data_us;

-- 启用三维扩展
CREATE EXTENSION postgis_rtpostgis;

-- 查看已启用的扩展
\dx

4.4 验证 PostGIS 安装成功

sql 复制代码

-- 检查 PostGIS 版本
SELECT PostGIS_Version();
SELECT PostGIS_Full_Version();

-- 测试空间函数
SELECT ST_Point(1, 2);
SELECT ST_Area(ST_GeomFromText('POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))'));

-- 查看空间参考系统
SELECT srid, auth_name, auth_srid, srtext FROM spatial_ref_sys LIMIT 5;

5. 配置远程访问

5.1 退出 psql 并返回普通用户

sql 复制代码

-- 退出 psql
\q

-- 退出 postgres 用户
exit

5.2 配置 PostgreSQL 允许远程连接

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# 编辑 PostgreSQL 配置文件
sudo nano /etc/postgresql/16/main/postgresql.conf

修改以下配置：

ini 复制代码

# 监听所有网络接口
listen_addresses = '*'

# 设置端口（默认 5432）
port = 5432

# 增加连接数限制
max_connections = 100

# 共享缓冲区大小（根据内存调整）
shared_buffers = 256MB

# 工作内存
work_mem = 16MB

# 维护工作内存
maintenance_work_mem = 64MB

5.3 配置客户端认证

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sudo nano /etc/postgresql/16/main/pg_hba.conf

在文件末尾添加：

ini 复制代码

# 允许所有 IP 通过密码访问（开发环境）
# 生产环境建议限制特定 IP 或网段

# IPv4 本地连接
host    all             all             127.0.0.1/32            scram-sha-256

# IPv4 远程连接
host    all             all             0.0.0.0/0               scram-sha-256

# IPv6 本地连接
host    all             all             ::1/128                 scram-sha-256

# IPv6 远程连接
host    all             all             ::/0                    scram-sha-256

5.4 设置 PostgreSQL 密码

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# 切换到 postgres 用户
sudo -u postgres psql

# 在 psql 中修改密码
ALTER USER postgres WITH PASSWORD 'YourStrongPassword123!';

# 创建专用 GIS 用户
CREATE USER gis_admin WITH PASSWORD 'GisAdminPass456!';
ALTER USER gis_admin WITH SUPERUSER;

# 授予数据库权限
GRANT ALL PRIVILEGES ON DATABASE gis_database TO gis_admin;

# 退出
\q

5.5 重启 PostgreSQL 服务

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sudo systemctl restart postgresql

# 检查服务状态
sudo systemctl status postgresql

6. 防火墙配置

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# 如果使用 UFW 防火墙
sudo ufw allow 5432/tcp
sudo ufw reload

# 查看防火墙状态
sudo ufw status

# 如果使用 iptables
sudo iptables -A INPUT -p tcp --dport 5432 -j ACCEPT
sudo iptables-save > /etc/iptables/rules.v4

7. 安装 QGIS 桌面客户端（可选）

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# 添加 QGIS 官方仓库
sudo add-apt-repository ppa:ubuntugis/ubuntugis-unstable

# 更新包列表
sudo apt update

# 安装 QGIS
sudo apt install -y qgis qgis-plugin-grass

# 安装 QGIS 服务器
sudo apt install -y qgis-server

8. 测试空间数据库功能

8.1 创建测试数据表

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# 使用新用户连接数据库
psql -h localhost -U gis_admin -d gis_database

执行以下 SQL：

sql 复制代码

-- 创建包含空间字段的表
CREATE TABLE buildings (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    geometry GEOMETRY(Polygon, 4326),
    height FLOAT,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 创建点数据表
CREATE TABLE points_of_interest (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    poi_name VARCHAR(100),
    description TEXT,
    location GEOMETRY(Point, 4326),
    category VARCHAR(50)
);

-- 创建空间索引
CREATE INDEX idx_buildings_geometry ON buildings USING GIST (geometry);
CREATE INDEX idx_poi_location ON points_of_interest USING GIST (location);

-- 插入测试数据
INSERT INTO buildings (name, geometry, height) VALUES
('Main Building', 
 ST_GeomFromText('POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0))', 4326), 
 25.5);

INSERT INTO points_of_interest (poi_name, description, location, category) VALUES
('Central Park', 
 'Main city park with playground',
 ST_SetSRID(ST_MakePoint(-74.0060, 40.7128), 4326),
 'Park');

-- 空间查询示例
-- 1. 计算面积
SELECT name, ST_Area(geometry) as area FROM buildings;

-- 2. 计算距离
SELECT poi_name, 
       ST_Distance(
           location, 
           ST_SetSRID(ST_MakePoint(-74.0059, 40.7129), 4326)
       ) as distance_meters 
FROM points_of_interest;

-- 3. 缓冲区查询
SELECT * FROM points_of_interest 
WHERE ST_DWithin(
    location, 
    ST_SetSRID(ST_MakePoint(-74.0060, 40.7128), 4326), 
    0.01  -- 约 1.1km
);

-- 查看所有空间表
SELECT f_table_name, f_geometry_column, srid, type 
FROM geometry_columns;

9. 常用维护命令

9.1 数据库管理

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# 备份数据库（包含 PostGIS 数据）
sudo -u postgres pg_dump -Fc -Z 9 gis_database > gis_backup.dump

# 恢复数据库
sudo -u postgres pg_restore -d gis_database gis_backup.dump

# 查看数据库大小
sudo -u postgres psql -c "\l+ gis_database"

# 清理数据库
sudo -u postgres vacuumdb --analyze --all

9.2 空间数据处理工具

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# 使用 shp2pgsql 导入 Shapefile
shp2pgsql -s 4326 -I path/to/shapefile.shp table_name | psql -d gis_database

# 使用 ogr2ogr 导入多种格式
ogr2ogr -f "PostgreSQL" PG:"dbname=gis_database host=localhost user=gis_admin" input.geojson

# 使用 pgsql2shp 导出 Shapefile
pgsql2shp -f output.shp -h localhost -u gis_admin gis_database "SELECT * FROM buildings"

10. 性能优化配置

10.1 PostgreSQL 优化

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sudo nano /etc/postgresql/16/main/postgresql.conf

添加或修改以下配置：

ini 复制代码

# PostGIS 特定优化
shared_preload_libraries = 'postgis-3'

# 增加工作内存用于复杂空间查询
work_mem = 32MB

# 增加维护内存
maintenance_work_mem = 128MB

# 设置 checkpoint 间隔
checkpoint_completion_target = 0.9

# 启用并行查询
max_parallel_workers_per_gather = 4
max_parallel_workers = 8

# 统计信息收集
track_counts = on
track_activities = on
track_io_timing = on

10.2 重启服务应用配置

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sudo systemctl restart postgresql

11. 监控和调试

11.1 监控工具安装

bash 复制代码

# 安装监控扩展
sudo -u postgres psql -d gis_database -c "CREATE EXTENSION pg_stat_statements;"

# 安装 PostGIS 调试工具
sudo apt install -y postgis-utils

11.2 常用监控查询

sql 复制代码

-- 查看空间表大小
SELECT 
    table_name,
    pg_size_pretty(pg_total_relation_size(table_name)) as total_size,
    pg_size_pretty(pg_relation_size(table_name)) as table_size,
    pg_size_pretty(pg_total_relation_size(table_name) - pg_relation_size(table_name)) as index_size
FROM information_schema.tables 
WHERE table_schema = 'public'
ORDER BY pg_total_relation_size(table_name) DESC;

-- 查看最慢的查询
SELECT query, calls, total_time, mean_time
FROM pg_stat_statements
ORDER BY mean_time DESC
LIMIT 10;

-- 查看空间索引使用情况
SELECT 
    tablename,
    indexname,
    idx_scan as index_scans
FROM pg_indexes
WHERE schemaname = 'public'
ORDER BY idx_scan DESC;

12. 常见问题解决

12.1 PostGIS 扩展启用失败

bash 复制代码

# 重新安装 PostGIS 扩展
sudo apt install --reinstall postgresql-16-postgis-3

# 在数据库中重新创建扩展
sudo -u postgres psql -d gis_database -c "DROP EXTENSION IF EXISTS postgis CASCADE;"
sudo -u postgres psql -d gis_database -c "CREATE EXTENSION postgis;"

12.2 空间参考系统问题

sql 复制代码

-- 查看可用的空间参考系统
SELECT srid, auth_name, srtext 
FROM spatial_ref_sys 
WHERE auth_name = 'EPSG' 
AND srid IN (4326, 3857, 26910);

-- 添加自定义空间参考系统（如果需要）
INSERT INTO spatial_ref_sys (srid, auth_name, auth_srid, srtext, proj4text)
VALUES (999999, 'LOCAL', 999999, 'CUSTOM CRS', '+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs');

12.3 连接问题

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# 检查 PostgreSQL 日志
sudo tail -f /var/log/postgresql/postgresql-16-main.log

# 测试本地连接
psql -h localhost -U gis_admin -d gis_database

# 测试远程连接（从另一台机器）
psql -h <服务器IP> -p 5432 -U gis_admin -d gis_database

13. 生产环境建议

安全加固：
- 使用 SSL/TLS 加密连接
- 配置更严格的 pg_hba.conf 规则
- 定期更新密码

备份策略：

bash 复制代码

# 创建每日备份脚本
sudo nano /usr/local/bin/backup_gis.sh

bash 复制代码

#!/bin/bash
BACKUP_DIR="/var/backups/postgresql"
DATE=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)
sudo -u postgres pg_dump -Fc gis_database > $BACKUP_DIR/gis_backup_$DATE.dump
find $BACKUP_DIR -name "*.dump" -mtime +7 -delete

监控告警：
- 设置磁盘空间监控
- 监控数据库连接数
- 定期检查慢查询日志