Шейп-файл
 Векторная карта с точками, полилиниями и многоугольниками | |
| Расширение имени файла | .shp, .shx,.dbf |
|---|---|
| Тип интернет-СМИ | x-gis/x-shapefile |
| Разработано | Эсри |
| Тип формата | ГИС |
| Стандарт | Техническое описание шейп-файла |
Формат шейп-файла — это геопространственный векторный формат данных для программного обеспечения географической информационной системы (ГИС) . Он разработан и регулируется Esri как в основном открытая спецификация для взаимодействия данных между Esri и другими программными продуктами ГИС . [1] Формат шейп-файла может пространственно описывать векторные объекты: точки , линии и полигоны , представляющие, например, колодцы , реки и озера . Каждый элемент обычно имеет атрибуты , которые его описывают, такие как имя или температура .
Обзор
Формат shapefile — это цифровой векторный формат хранения для хранения географического местоположения и связанной с ним атрибутивной информации. Этот формат не имеет возможности хранить топологическую информацию. Формат shapefile был представлен в ArcView GIS версии 2 в начале 1990-х годов. Теперь можно читать и записывать географические наборы данных с помощью формата shapefile с помощью широкого спектра программного обеспечения.
Формат шейп-файла хранит геометрию в виде примитивных геометрических фигур, таких как точки, линии и многоугольники. Эти фигуры вместе с атрибутами данных, связанными с каждой фигурой, создают представление географических данных. Термин «шейп-файл» довольно распространен, но формат состоит из набора файлов с общим префиксом имени файла, хранящихся в одном каталоге . Три обязательных файла имеют расширения имен файлов .shp , .shx, и .dbf. Фактический шейп-файл относится конкретно к .shpфайлу, но сам по себе неполный для распространения, поскольку требуются другие вспомогательные файлы. В соответствии с Техническим описанием шейп-файлов ESRI [ 1] устаревшее программное обеспечение ГИС может ожидать, что префикс имени файла будет ограничен восемью символами для соответствия соглашению об именах файлов DOS 8.3 , хотя современные программные приложения принимают файлы с более длинными именами.
Обязательные файлы
.shp- Формат формы; сама геометрия объекта.
Тип содержимого :x-gis/x-shapefile .shx- Формат индекса формы; позиционный индекс геометрии объекта, позволяющий быстро выполнять поиск вперед и назад.
Тип содержимого:x-gis/x-shapefile .dbf- Формат атрибута; столбчатые атрибуты для каждой формы в формате dBase IV.
Тип содержимого:application/octet-streamИЛИtext/plain
Другие файлы
.prj— описание проекции с использованием известного текстового представления систем координат {content-type: text/plain ИЛИ application/text}.sbnи.sbx— пространственный индекс объектов {content-type: x-gis/x-shapefile}.fbnи.fbx— пространственный индекс объектов, доступных только для чтения {content-type: x-gis/x-shapefile}.ainи.aih— индекс атрибута активных полей в таблице {content-type: x-gis/x-shapefile}.ixs— индекс геокодирования для наборов данных для чтения и записи {content-type: x-gis/x-shapefile}.mxs— индекс геокодирования для наборов данных для чтения и записи (формат ODB) {content-type: x-gis/x-shapefile}.atx— индекс атрибута для.dbfфайла в форме (ArcGIS 8 и более поздние версии) {content-type: }shapefile.columnname.atxx-gis/x-shapefile.shp.xml— геопространственные метаданные в формате XML, например ISO 19115 или другая схема XML {content-type: application/fgdc+xml}.cpg— используется для указания кодовой страницы (только для.dbf) для определения используемой кодировки символовtext/plain{content-type: ИЛИx-gis/x-shapefile}.qix— альтернативный пространственный индекс квадродерева , используемый MapServer и программным обеспечением GDAL/OGR {content-type: x-gis/x-shapefile}
В каждом из файлов .shp, .shx, и .dbfформы в каждом файле соответствуют друг другу в последовательности (т. е. первая запись в файле .shpсоответствует первой записи в файлах .shxи .dbfи т. д.). Файлы .shpи .shxимеют различные поля с разным порядком байтов , поэтому разработчик форматов файлов должен быть очень внимателен к соблюдению порядка байтов каждого поля и обращаться с ним правильно.
Форматы файлов
Формат файла шейпа (.шп)
Основной файл ( .shp ) содержит геометрические данные. Геометрия заданного объекта хранится в виде набора векторных координат. [1] : 5 Двоичный файл состоит из одного заголовка фиксированной длины , за которым следует одна или несколько записей переменной длины . Каждая из записей переменной длины включает компонент заголовка записи и компонент содержимого записи. Подробное описание формата файла приведено в Техническом описании шейп-файлов ESRI . [1] Этот формат не следует путать с исходным форматом шрифта формы AutoCAD , который имеет такое же расширение..shp
Двумерный порядок осей координатных данных предполагает декартову систему координат , использующую порядок (XY) или (Восток Север). Этот порядок осей соответствует географическим системам координат , где порядок аналогичен (долгота широта). Геометрии также могут поддерживать 3- или 4- мерные координаты Z и M для высоты и меры соответственно. Z-измерение хранит высоту каждой координаты в трехмерном пространстве , что может использоваться для анализа или визуализации геометрий с использованием трехмерной компьютерной графики . Определяемое пользователем измерение M может использоваться для одной из многих функций, таких как хранение линейных референтных мер или относительного времени объекта в четырехмерном пространстве .
Длина основного заголовка файла фиксирована и составляет 100 байт, он содержит 17 полей: девять 4-байтовых (32-битное целое число со знаком или int32) целочисленных полей, за которыми следуют восемь 8-байтовых ( double ) знаковых полей с плавающей точкой:
Заголовки шейп-файлов
| Байты | Тип | Порядковый номер байтов | Использование |
|---|---|---|---|
| 0–3 | int32 | большой | Код файла (всегда шестнадцатеричное значение 0x0000270a ) |
| 4–23 | int32 | большой | Не используется; пять uint32 |
| 24–27 | int32 | большой | Длина файла (в 16-битных словах, включая заголовок) |
| 28–31 | int32 | маленький | Версия |
| 32–35 | int32 | маленький | Тип формы (см. ссылку ниже) |
| 36–67 | двойной | маленький | Минимальный ограничивающий прямоугольник (MBR) всех форм, содержащихся в наборе данных; четыре значения двойной точности в следующем порядке: мин. X, мин. Y, макс. X, макс. Y |
| 68–83 | двойной | маленький | Диапазон Z; два дубля в следующем порядке: мин. Z, макс. Z |
| 84–99 | двойной | маленький | Диапазон M; два дубля в следующем порядке: мин. M, макс. M |
Заголовки записей шейп-файлов
Затем файл содержит любое количество записей переменной длины. Каждая запись имеет префикс в виде заголовка записи из 8 байт:
| Байты | Тип | Порядковый номер байтов | Использование |
|---|---|---|---|
| 0–3 | int32 | большой | Номер записи (начиная с 1) |
| 4–7 | int32 | большой | Длина записи (в 16-битных словах) |
Записи шейп-файлов
После заголовка записи следует сама запись:
| Байты | Тип | Порядковый номер байтов | Использование |
|---|---|---|---|
| 0–3 | int32 | маленький | Тип формы (см. ссылку ниже) |
| 4– | – | – | Форма содержания |
Содержимое записи переменной длины зависит от типа формы, который должен быть либо типом формы, указанным в заголовке файла, либо Null. Ниже приведены возможные типы форм:
| Ценить | Тип формы | Поля |
|---|---|---|
| 0 | Нулевая форма | Никто |
| 1 | Точка | Х, Y |
| 3 | Полилиния | MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Точки |
| 5 | Полигон | MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Точки |
| 8 | Мультипоинт | MBR, Количество баллов, Баллы |
| 11 | PointZ | X, Y, Z Необязательно : М |
| 13 | ПолилинияZ | Обязательно : MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Точки, Диапазон Z, Массив Z Дополнительно : диапазон M, массив M |
| 15 | ПолигонZ | Обязательно : MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Точки, Диапазон Z, Массив Z Дополнительно : диапазон M, массив M |
| 18 | MultiPointZ | Обязательно : MBR, Количество точек, Точки, Диапазон Z, Массив Z Дополнительно : диапазон M, массив M |
| 21 | ТочкаМ | X, Y, М |
| 23 | ПолилинияМ | Обязательно : MBR, Количество частей, Количество точек, Части, Точки Дополнительно : диапазон M, массив M |
| 25 | ПолигонМ | Обязательно : MBR, Количество частей, Количество точек, Части, Точки Дополнительно : диапазон M, массив M |
| 28 | MultiPointM | Обязательно : MBR, Количество баллов, Баллы Необязательные поля : диапазон M, массив M |
| 31 | МультиПатч | Обязательно : MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Типы деталей, Точки, Диапазон Z, Массив Z Дополнительно : диапазон M, массив M |
Формат индекса формы шейп-файла (.shx)
Индекс содержит позиционный индекс геометрии объекта и тот же 100-байтовый заголовок, что и .shpфайл, за которым следует любое количество 8-байтовых записей фиксированной длины, которые состоят из следующих двух полей:
| Байты | Тип | Порядковый номер байтов | Использование |
|---|---|---|---|
| 0–3 | int32 | большой | Смещение записи (в 16-битных словах) |
| 4–7 | int32 | большой | Длина записи (в 16-битных словах) |
Используя этот индекс, можно искать назад в шейп-файле, сначала выполняя поиск назад в шейп-индексе (что возможно, поскольку он использует записи фиксированной длины), затем считывая смещение записи и используя это смещение для поиска правильной позиции в файле .shp. Также можно искать вперед произвольное количество записей, используя тот же метод.
Можно сгенерировать полный индексный файл, имея один .shpфайл. Однако, поскольку шейп-файл должен всегда содержать индекс, это считается восстановлением поврежденного файла. [2]
Формат атрибута шейп-файла (.dbf)
Этот файл хранит атрибуты для каждой формы; он использует формат dBase IV. Формат общеизвестен и был реализован во многих клонах dBase, известных как xBase . Например, библиотека C shapefile с открытым исходным кодом называет свой формат "xBase", хотя это обычный dBase IV. [3]
Названия и значения атрибутов не стандартизированы и будут различаться в зависимости от источника шейп-файла.
Формат пространственного индекса шейп-файла (.сбн)
Это двоичный файл пространственного индекса , который используется только программным обеспечением Esri. Формат не документирован Esri. Однако он был подвергнут обратному проектированию и документирован сообществом разработчиков программного обеспечения с открытым исходным кодом. 100-байтовый заголовок аналогичен заголовку в .shp . [4] В настоящее время он не реализован другими поставщиками. Файл не является строго необходимым, поскольку содержит всю информацию, необходимую для успешного анализа пространственных данных..sbn.shp
Ограничения
Формат шейп-файла имеет ряд ограничений. [5]
Топология и формат шейп-файла
Формат shapefile не имеет возможности хранить топологические отношения между формами. Покрытия ESRI ArcInfo и многие базы геоданных имеют возможность хранить топологию объектов.
Хранение данных
Размер обоих файлов .shpи .dbfкомпонентов не может превышать 2 ГБ (или 2,31 байта ) — в лучшем случае около 70 миллионов точечных объектов. [6] Максимальное количество объектов для других типов геометрии варьируется в зависимости от количества используемых вершин.
Формат базы данных атрибутов для .dbfфайла компонента основан на более старом стандарте dBase . Этот формат базы данных изначально имеет ряд ограничений: [6]
- В то время как текущий стандарт dBase и GDAL/OGR (основная библиотека программного обеспечения с открытым исходным кодом для чтения и записи наборов данных в формате shapefile) поддерживают нулевые значения, программное обеспечение ESRI представляет эти значения как нули — очень серьезная проблема для анализа количественных данных, поскольку это может исказить представление и статистику, если нулевые величины представлены как ноль.
- Плохая поддержка имен полей Unicode или хранения полей
- Максимальная длина имени поля — 10 символов.
- Максимальное количество полей — 255.
- Поддерживаемые типы полей: с плавающей точкой (хранение 13 символов), целое число (хранение 4 или 9 символов), дата (без хранения времени; хранение 8 символов) и текст (хранение максимум 254 символов)
- Числа с плавающей точкой могут содержать ошибки округления, поскольку они хранятся в виде текста.
Смешение типов форм
Поскольку тип фигуры предшествует каждой записи геометрии, шейп-файл технически способен хранить смесь различных типов фигур. Однако спецификация гласит: «Все ненулевые фигуры в шейп-файле должны иметь один и тот же тип фигуры». Поэтому эта возможность смешивать типы фигур должна быть ограничена вкраплением нулевых фигур с единственным типом фигуры, объявленным в заголовке файла. Шейп-файл не должен содержать как данные полилинии, так и полигона, например, описания для колодца (точки), реки (полилинии) и озера (полигона) будут храниться в трех отдельных наборах данных.
Смотрите также
- Геоинформационная система
- Открытый геопространственный консорциум
- Геопространственный фонд с открытым исходным кодом (OSGeo)
- Список программного обеспечения геоинформационных систем
- Сравнение программного обеспечения географических информационных систем
Ссылки
- ^ abcd ESRI (июль 1998 г.). "Техническое описание шейп-файла ESRI" (PDF) . Получено 4 июля 2007 г.
- ^ Ролласон, Эд. "qgis - Создание отсутствующего файла .shx?". Географические информационные системы Stack Exchange .
- ^ «Библиотека Shapefile C V1.2».
- ^ "SBN Format" (PDF) . 4 октября 2011 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2016 г. Получено 21 июня 2023 г.
- ^ Чепицкий, Яхим (2017). «Переход из Shapefile». switchfromshapefile.org .
- ^ ab "Справка ArcGIS Desktop 9.3 – Вопросы геообработки для выходных шейп-файлов". Esri. 24 апреля 2009 г.
Внешние ссылки
- Расширения файлов шейп-файлов – Esri Webhelp docs для ArcGIS 10.0 (2010)
- Esri – Понимание топологии и шейп-файлов
- shapelib.maptools.org – Бесплатная библиотека C для чтения/записи шейп-файлов
- Библиотека Python Shapefile — библиотека Python с открытым исходным кодом (лицензия MIT) для чтения/записи shape-файлов
- Библиотеки Java Shapefile и Dbase — библиотеки Java с открытым исходным кодом (лицензия Apache) для чтения/записи shapefiles и связанных файлов dBase (библиотеки являются частью библиотеки AFC, но могут использоваться независимо)
