PostgreSQL 生成空间热力图

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
云原生数据库 PolarDB 分布式版,标准版 2核8GB
云数据库 RDS SQL Server,基础系列 2核4GB
简介:

标签

PostgreSQL , 热力图 , 空间切割 , 并行计算 , parallel safe


背景

结合空间数据,计算基于地理位置信息的热力图,在空间数据可视化场景中是一个非常常见的需求。

pic

结合流计算,可以实现实时的热力图计算。

结合并行计算,可以高效率的对海量数据进行热力图计算。

计算热力图中bucket的方法

https://www.postgresql.org/docs/devel/static/functions-math.html

width_bucket(operand dp, b1 dp, b2 dp, count int)	  
int	  
return the bucket number to which operand would be assigned in a histogram having count equal-width buckets spanning the range b1 to b2;   
returns 0 or count+1 for an input outside the range	  
width_bucket(5.35, 0.024, 10.06, 5)	  
3  
  
width_bucket(operand numeric, b1 numeric, b2 numeric, count int)	  
int	  
return the bucket number to which operand would be assigned in a histogram having count equal-width buckets spanning the range b1 to b2;   
returns 0 or count+1 for an input outside the range	  
width_bucket(5.35, 0.024, 10.06, 5)	  
3  

例如

postgres=# select width_bucket(1,1,10,10);  
 width_bucket   
--------------  
            1  
(1 row)  
  
postgres=# select width_bucket(0,1,10,10);  
 width_bucket   
--------------  
            0  
(1 row)  
  
postgres=# select width_bucket(10,1,10,10);  
 width_bucket   
--------------  
           11  
(1 row)  
  
postgres=# select width_bucket(9.9,1,10,10);  
 width_bucket   
--------------  
           10  
(1 row)  
width_bucket(  
  p1 -- 输入值  
  p2 -- 边界值(最小,包含)  
  p3 -- 边界值(最大,不包含)  
  p4 -- 切割份数  
)  
  
当小于最小边界值时,返回0  
当大于等于最大边界值时,返回p4+1  

例如x轴的边界是1,10000,y轴的边界是1,10000。

x,y两个方向分别切割为50个bucket,一共2500个bucket,求一个点落在哪个bucket:

width_bucket(pos[0], 1, 10001, 50),  -- x轴落在哪列bucket  
width_bucket(pos[1], 1, 10001, 50),  -- y轴落在哪列bucket  

例子

1、建表

create table tbl_pos(  
  id int,    
  info text,   -- 信息  
  val float8,  -- 取值  
  pos point    -- 位置  
);  

2、写入1亿个点

vi test.sql  
insert into tbl_pos values ( random()*100000, md5(random()::text), random()*1000, point((random()*10000::int), (random()*10000::int)) );  
  
  
  
pgbench -M prepared -n -r -P 1 -f ./test.sql -c 50 -j 50 -t 2000000  

3、热力图计算

强制并行计算

postgres=# set min_parallel_table_scan_size =0;  
SET  
postgres=# set min_parallel_index_scan_size =0;  
SET  
postgres=# set parallel_setup_cost =0;  
SET  
postgres=# set parallel_tuple_cost =0;  
SET  
postgres=# set max_parallel_workers_per_gather =28;  
SET  
postgres=# alter table tbl_pos set (parallel_workers =28);  
ALTER TABLE  

热力图计算SQL,效率还不错:

select   
  width_bucket(pos[0], 0, 10001, 50),  -- x轴落在哪列bucket  
  width_bucket(pos[1], 0, 10001, 50),  -- y轴落在哪列bucket  
  avg(val),  
  min(val),  
  max(val),  
  stddev(val),  
  count(*)  
from tbl_pos  
  group by 1,2;  
  
  
                                                                                      QUERY PLAN                                                                                         
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
 Finalize GroupAggregate  (cost=1252812.00..1252928.00 rows=200 width=48) (actual time=2632.324..2672.909 rows=2500 loops=1)  
   Group Key: (width_bucket(pos[0], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50)), (width_bucket(pos[1], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50))  
   ->  Sort  (cost=1252812.00..1252826.00 rows=5600 width=96) (actual time=2632.290..2648.544 rows=72500 loops=1)  
         Sort Key: (width_bucket(pos[0], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50)), (width_bucket(pos[1], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50))  
         Sort Method: external merge  Disk: 9824kB  
         ->  Gather  (cost=1252460.37..1252463.37 rows=5600 width=96) (actual time=2532.132..2564.905 rows=72500 loops=1)  
               Workers Planned: 28  
               Workers Launched: 28  
               ->  Partial HashAggregate  (cost=1252460.37..1252463.37 rows=200 width=96) (actual time=2522.428..2523.559 rows=2500 loops=29)  
                     Group Key: width_bucket(pos[0], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50), width_bucket(pos[1], '0'::double precision, '10001'::double precision, 50)  
                     ->  Parallel Seq Scan on tbl_pos  (cost=0.00..1189951.79 rows=3571919 width=16) (actual time=0.030..1302.462 rows=3448276 loops=29)  
 Planning time: 0.154 ms  
 Execution time: 2676.288 ms  
(13 rows)  

样本

postgres=# select                   
  width_bucket(pos[0], 0, 10001, 10),  -- x轴落在哪列bucket  
  width_bucket(pos[1], 0, 10001, 10),  -- y轴落在哪列bucket  
  avg(val),  
  min(val),  
  max(val),  
  stddev(val),  
  count(*)  
from tbl_pos  
  group by 1,2;  
 width_bucket | width_bucket |       avg        |         min          |       max        |      stddev      |  count    
--------------+--------------+------------------+----------------------+------------------+------------------+---------  
            1 |            1 | 499.638668709335 | 0.000637955963611603 | 999.998900108039 | 288.562996477433 | 1002686  
            1 |            2 | 499.772206697849 |  0.00113388523459435 | 999.999452847987 | 288.505295714968 | 1000891  
            1 |            3 |  500.44455454312 |  0.00135181471705437 | 999.997937120497 |  288.45102360668 |  999911  
            1 |            4 | 500.234164866407 |  0.00214902684092522 | 999.999100342393 | 288.707167816157 | 1000473  
            1 |            5 | 499.793710464008 | 0.000125262886285782 | 999.999575316906 | 288.672382834812 |  999036  
            1 |            6 | 500.366854944369 |  0.00212574377655983 | 999.999585561454 | 288.558891852102 |  998866  
            1 |            7 | 499.825623783545 | 0.000547617673873901 | 999.999700114131 | 288.582317248892 | 1000902  
            1 |            8 | 499.393569281915 |  0.00330200418829918 | 999.999083112925 | 288.561094278074 | 1000193  
            1 |            9 | 499.713056248083 |  0.00243959948420525 | 999.999618623406 | 288.709997455837 | 1000017  
            1 |           10 | 500.312448499828 |  0.00238511711359024 | 999.999850522727 | 288.865560266629 |  998469  
            2 |            1 | 499.848655048635 |  0.00146497040987015 | 999.999508261681 | 288.639402346948 | 1000917  
            2 |            2 | 500.084846394446 |   0.0005294568836689 | 999.999178107828 | 288.704696698903 |  997594  
            2 |            3 |  499.99258346144 |  0.00163912773132324 |  999.99839020893 | 288.507497234907 | 1001310  
            2 |            4 | 499.817295558208 |  0.00184541568160057 | 999.997940845788 | 288.767308817191 | 1000607  
            2 |            5 |  499.87314410326 |  0.00135786831378937 | 999.999302905053 | 288.593077096809 |  998588  
            2 |            6 | 499.825467223571 | 0.000847037881612778 | 999.998526647687 | 288.789326889728 | 1000426  
            2 |            7 |  499.50907809986 |  7.4971467256546e-05 |   999.9989871867 | 288.535982009648 | 1001179  
            2 |            8 | 499.850422744194 | 0.000966247171163559 | 999.999921303242 | 288.516738657089 | 1000745  
            2 |            9 | 500.110417044655 | 0.000320374965667725 | 999.999660998583 |  288.77420504779 |  999978  
            2 |           10 | 500.135548004555 | 0.000233296304941177 | 999.999852851033 | 288.520964728395 |  998363  
........  

取出数据,即可渲染。

结合流计算,可以在FEED数据写入时,实时的进行计算。而不是QUERY发起时计算。参考本文末尾的文档。

小结

PostgreSQL非常适合于时空数据的分析,包括本文提到的热力图分析。

使用并行计算,即查即算,1亿个点,差不多耗时2.7秒。

如果使用流式计算,写入时即算,查询时查的是结果,效率更高。

参考

1、求bucket值

https://www.postgresql.org/docs/devel/static/functions-math.html

width_bucket(operand dp, b1 dp, b2 dp, count int)	  
int	  
return the bucket number to which operand would be assigned in a histogram having count equal-width buckets spanning the range b1 to b2;   
returns 0 or count+1 for an input outside the range	  
width_bucket(5.35, 0.024, 10.06, 5)	  
3  
  
width_bucket(operand numeric, b1 numeric, b2 numeric, count int)	  
int	  
return the bucket number to which operand would be assigned in a histogram having count equal-width buckets spanning the range b1 to b2;   
returns 0 or count+1 for an input outside the range	  
width_bucket(5.35, 0.024, 10.06, 5)	  
3  

2、求geometry对象的x,y,z值

http://postgis.net/docs/manual-2.4/reference.html

ST_X — Return the X coordinate of the point, or NULL if not available. Input must be a point.  
ST_XMax — Returns X maxima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  
ST_XMin — Returns X minima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  
ST_Y — Return the Y coordinate of the point, or NULL if not available. Input must be a point.  
ST_YMax — Returns Y maxima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  
ST_YMin — Returns Y minima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  
ST_Z — Return the Z coordinate of the point, or NULL if not available. Input must be a point.  
ST_ZMax — Returns Z minima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  
ST_Zmflag — Returns ZM (dimension semantic) flag of the geometries as a small int. Values are: 0=2d, 1=3dm, 2=3dz, 3=4d.  
ST_ZMin — Returns Z minima of a bounding box 2d or 3d or a geometry.  

3、求point对象的x,y值

point[0]  
  
point[1]  

4、PostgreSQL 并行计算

《PostgreSQL 11 preview - 并行计算 增强 汇总》

《PostgreSQL 单表并行bulkload的extend file lock 冲突问题解决》

《阿里云RDS PostgreSQL OSS 外部表实践 - (dblink异步调用封装并行) 从OSS并行导入数据》

《PostgreSQL 变态并行拉取单表的方法 - 按块并行(按行号(ctid)并行) + dblink 异步调用》

《PostgreSQL 11 preview - 多阶段并行聚合array_agg, string_agg》

《PostgreSQL 11 preview - 分区表智能并行聚合、分组计算(已类似MPP架构,性能暴增)》

《PostgreSQL Oracle 兼容性之 - 自定义并行聚合函数 PARALLEL_ENABLE AGGREGATE》

《PostgreSQL VOPS 向量计算 + DBLINK异步并行 - 单实例 10亿 聚合计算跑进2秒》

《PostgreSQL 相似搜索分布式架构设计与实践 - dblink异步调用与多机并行(远程 游标+记录 UDF实例)》

《PostgreSQL 11 preview - Parallel Append(包括 union all\分区查询) (多表并行计算) sharding架构并行计算核心功能之一》

《PostgreSQL 11 preview - 并行排序、并行索引 (性能线性暴增) 单实例100亿TOP-K仅40秒》

《PostgreSQL 11 preview - 分区表智能并行JOIN (已类似MPP架构,性能暴增)》

《PostgreSQL dblink异步调用实现 并行hash分片JOIN - 含数据交、并、差 提速案例 - 含dblink VS pg 11 parallel hash join VS pg 11 智能分区JOIN》

《PostgreSQL 10 自定义并行计算聚合函数的原理与实践 - (含array_agg合并多个数组为单个一元数组的例子)》

《惊天性能!单RDS PostgreSQL实例 支撑 2000亿 - 实时标签透视案例 (含dblink异步并行调用)》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 23 - (OLAP) 并行计算》

《PostgreSQL 如何让 列存(外部列存) 并行起来》

《阿里云RDS PostgreSQL OSS 外部表实践 - (dblink异步调用封装并行) 数据并行导出到OSS》

《PostgreSQL 并行写入堆表,如何保证时序线性存储 - BRIN索引优化》

《PostgreSQL 10.0 preview 功能增强 - 逻辑复制支持并行COPY初始化数据》

《PostgreSQL 10.0 preview 多核并行增强 - 控制集群并行度》

《PostgreSQL 10.0 preview 多核并行增强 - 索引扫描、子查询、VACUUM、fdw/csp钩子》

《PostgreSQL 10.0 preview sharding增强 - 支持Append节点并行》

《PostgreSQL 10.0 preview 多核并行增强 - 并行hash join支持shared hashdata, 节约哈希表内存提高效率》

《PostgreSQL 10.0 preview sharding增强 - postgres_fdw 多节点异步并行执行》

《PostgreSQL 10.0 preview 多核并行增强 - tuplesort 多核并行创建索引》

《PostGIS 地理信息、栅格数据 多核并行处理(st_memunion, st_union)》

《分析加速引擎黑科技 - LLVM、列存、多核并行、算子复用 大联姻 - 一起来开启PostgreSQL的百宝箱》

《PostgreSQL 并行计算tpc-h测试和优化分析》

《PostgreSQL 9.6 并行计算 在 xfs, ext4 下的表现对比》

《PostgreSQL 9.6 并行计算 优化器算法浅析 - 以及如何强制并行度》

《PostgreSQL 9.6 引领开源数据库攻克多核并行计算难题》

《PostgreSQL 9.6 并行计算 优化器算法浅析》

5、流计算

《PostgreSQL 流式处理应用实践 - 二手商品实时归类(异步消息notify/listen、阅后即焚)》

《PostgreSQL 流计算插件pipelinedb sharding 集群版原理介绍 - 一个全功能的分布式流计算引擎》

《[未完待续] PostgreSQL 流式fft傅里叶变换 (plpython + numpy + 数据库流式计算)》

《PostgreSQL count-min sketch top-n 概率计算插件 cms_topn (结合窗口实现同比、环比、滑窗分析等) - 流计算核心功能之一》

《阿里云RDS PostgreSQL varbitx实践 - 流式标签 (阅后即焚流式批量计算) - 万亿级,任意标签圈人,毫秒响应》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 32 - (OLTP) 高吞吐数据进出(堆存、行扫、无需索引) - 阅后即焚(JSON + 函数流式计算)》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 31 - (OLTP) 高吞吐数据进出(堆存、行扫、无需索引) - 阅后即焚(读写大吞吐并测)》

《HTAP数据库 PostgreSQL 场景与性能测试之 27 - (OLTP) 物联网 - FEED日志, 流式处理 与 阅后即焚 (CTE)》

《[未完待续] 流式机器学习(online machine learning) - pipelineDB with plR and plPython》

《[未完待续] PostgreSQL 分布式流式计算 最佳实践》

《打造云端流计算、在线业务、数据分析的业务数据闭环 - 阿里云RDS、HybridDB for PostgreSQL最佳实践》

《PostgreSQL 10.0 preview 性能增强 - libpq支持pipeline batch模式减少网络交互提升性能》

《流计算风云再起 - PostgreSQL携PipelineDB力挺IoT》

《在PostgreSQL中实现update | delete limit - CTID扫描实践 (高效阅后即焚)》

《PostgreSQL Oracle 兼容性之 - PL/SQL pipelined》

《PostgreSQL 流计算指 pipelinedb 实时处理Kafka消息流》

相关实践学习
使用PolarDB和ECS搭建门户网站
本场景主要介绍基于PolarDB和ECS实现搭建门户网站。
阿里云数据库产品家族及特性
阿里云智能数据库产品团队一直致力于不断健全产品体系,提升产品性能,打磨产品功能,从而帮助客户实现更加极致的弹性能力、具备更强的扩展能力、并利用云设施进一步降低企业成本。以云原生+分布式为核心技术抓手,打造以自研的在线事务型(OLTP)数据库Polar DB和在线分析型(OLAP)数据库Analytic DB为代表的新一代企业级云原生数据库产品体系, 结合NoSQL数据库、数据库生态工具、云原生智能化数据库管控平台,为阿里巴巴经济体以及各个行业的企业客户和开发者提供从公共云到混合云再到私有云的完整解决方案,提供基于云基础设施进行数据从处理、到存储、再到计算与分析的一体化解决方案。本节课带你了解阿里云数据库产品家族及特性。
目录
相关文章
|
6月前
|
分布式计算 关系型数据库 大数据
MaxCompute产品使用合集之怎么才可以将 PostgreSQL 中的 geometry 空间类型字段同步到 MaxCompute 或另一个 PostgreSQL 数据库
MaxCompute作为一款全面的大数据处理平台,广泛应用于各类大数据分析、数据挖掘、BI及机器学习场景。掌握其核心功能、熟练操作流程、遵循最佳实践,可以帮助用户高效、安全地管理和利用海量数据。以下是一个关于MaxCompute产品使用的合集,涵盖了其核心功能、应用场景、操作流程以及最佳实践等内容。
|
安全 关系型数据库 数据库
创建 PostgreSQL 表空间时没有指定空间的总大小
创建 PostgreSQL 表空间时没有指定空间的总大小
136 1
|
关系型数据库 定位技术 数据库
PostgreSQL技术大讲堂 - 第17讲:Vacuum空间管理工具
PostgreSQL从小白到专家,技术大讲堂 - 第17讲:Vacuum空间管理工具
194 0
|
SQL 关系型数据库 数据库
解决 RDS SQL Server 日志空间增长问题
解决 RDS SQL Server 日志空间增长问题
|
SQL 存储 NoSQL
AnalyticDB for PostgreSQL 空间数据分析实战
数字经济时代,数据是其关键的生产资料,而空间信息作为一重要属性集和模型特征集在业界形成广泛共识。政府层面,美国911之后,通信运营商为政府相关部门(如公安、交通、应急指挥等)提供手机定位信息受法律保护;社会部分行业,尤其涉及GIS、交通、物流、吃住行游、自动驾驶等,无不与空间信息强相关。由此,空间数据的存储、空间查询与分析等特性成为数据库的标配。本文主要介绍如何利用AnalyticDB for PostgreSQL对空间数据进行管理和分析应用。
635 0
AnalyticDB for PostgreSQL 空间数据分析实战
|
SQL 缓存 监控
【巡检问题分析与最佳实践】RDS SQL Server 空间使用问题
实例的空间使用率是RDS SQL Server用户日常需要重点关注的监控项之一。如果实例的存储空间完全打满,将会导致严重的影响,包括:数据库无法写入、数据库备份无法正常完成、存储空间扩容任务的执行耗时可能更长等。
【巡检问题分析与最佳实践】RDS SQL Server 空间使用问题
|
SQL 存储 监控
【巡检问题分析与最佳实践】RDS MySQL 实例空间问题
实例的空间使用率是RDS MySQL用户日常需要重点关注的监控项之一。如果实例的存储空间完全打满,将会导致严重的影响,包括:数据库无法写入、数据库备份无法正常完成、存储空间扩容任务的执行耗时可能更长等。 一般来说,当一个RDS MySQL实例的存储空间使用比例达到80-85%以上时,就应及时进行处理,要么降低数据库实际占用空间的大小,要么对存储空间进行扩容,以避免空间打满的风险。
【巡检问题分析与最佳实践】RDS MySQL 实例空间问题
|
算法 关系型数据库 定位技术
【重新发现PostgreSQL之美】- 25 最强大脑题目 泰森多边形(空间战略布局问题)
大家好,这里是重新发现PostgreSQL之美 - 25 最强大脑题目 泰森多边形(空间战略布局问题)
|
SQL 关系型数据库 数据库
RDS for SQL server 空间问题排查汇总
SQL server的空间问题一直有客户在询问,今天就给大家汇总讲解下SQL server 的全部空间开销
RDS for SQL server 空间问题排查汇总
|
SQL 存储 NoSQL
AnalyticDB for PostgreSQL 空间数据分析实战
数字经济时代,数据是其关键的生产资料,而空间信息作为一重要属性集和模型特征集在业界形成广泛共识。政府层面,美国911之后,通信运营商为政府相关部门(如公安、交通、应急指挥等)提供手机定位信息受法律保护;社会部分行业,尤其涉及GIS、交通、物流、吃住行游、自动驾驶等,无不与空间信息强相关。由此,空间数据的存储、空间查询与分析等特性成为数据库的标配。本文主要介绍如何利用AnalyticDB for PostgreSQL对空间数据进行管理和分析应用。
2198 0
AnalyticDB for PostgreSQL 空间数据分析实战

相关产品

  • 云原生数据库 PolarDB
  • 云数据库 RDS PostgreSQL 版