Шейп-файл

Шейп-файл
	Векторная карта с точками, ломаными линиями и многоугольниками.
Расширение имени файла	.shp, .shx, .dbf
Тип интернет-СМИ	x-gis/x-shapefile
Разработано	Эсри
Тип формата	ГИС
Стандартный	Техническое описание шейп-файла

Формат шейп-файла — это формат геопространственных векторных данных для программного обеспечения географических информационных систем (ГИС) . Он разработан и регулируется Esri как в основном открытая спецификация для совместимости данных между Esri и другими программными продуктами ГИС . ^{[ 1 ]} Формат шейп-файла может пространственно описывать векторные объекты: точки , линии и многоугольники , представляющие, например, колодцы , реки и озера . Каждый элемент обычно имеет атрибуты , описывающие его, например имя или температуру .

Обзор

Формат шейп-файла представляет собой цифровой векторный формат хранения данных о географическом местоположении и связанной с ним атрибутивной информации. В этом формате отсутствует возможность хранения топологической информации. Формат шейп-файла был представлен в ArcView GIS версии 2 в начале 1990-х годов. Теперь можно читать и записывать наборы географических данных, используя формат шейп-файла, 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. .shp, .shx, и .dbf. Фактический шейп-файл относится конкретно к .shp файл, но сам по себе является неполным для распространения, поскольку требуются другие вспомогательные файлы. В соответствии с техническим описанием шейп-файла ESRI. ^{[ 1 ]}Устаревшее программное обеспечение ГИС может ожидать, что префикс имени файла будет ограничен восемью символами, чтобы соответствовать соглашению об именах файлов DOS 8.3 , хотя современные программные приложения принимают файлы с более длинными именами.

Обязательные файлы

.shp — формат фигуры; сама геометрия объекта { content-type : x-gis/x-shapefile}
.shx — формат индекса формы; позиционный индекс геометрии объекта, позволяющий быстро искать вперед и назад {content-type: x-gis/x-shapefile}
.dbf — формат атрибута; столбчатые атрибуты для каждой фигуры в формате dBase IV {content-type: application/octet-stream OR text/plain}

Другие файлы

.prj — описание проекции с использованием общеизвестного текстового представления систем координат {content-type: text/plain OR application/text}
.sbn и .sbx — пространственный индекс объектов {content-type: x-gis/x-shapefile}
.fbn и .fbx — пространственный индекс объектов, доступных только для чтения {content-type: x-gis/x-shapefile}
.ain и .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 .dbf файл в виде shapefile.columnname.atx (ArcGIS 8 и более поздние версии) {content-type: x-gis/x-shapefile }
.shp.xml — геопространственные метаданные в формате XML, например ISO 19115 или другой схеме XML {content-type: application/fgdc+xml}
.cpg — используется для указания кодовой страницы (только для .dbf) для определения кодировки символов {content-type: используемой text/plain ИЛИ x-gis/x-shapefile }
.qix — альтернативный пространственный индекс квадродерева , используемый MapServer и программным обеспечением GDAL/OGR {content-type: x-gis/x-shapefile}

В каждом из .shp, .shx, и .dbf файлы, фигуры в каждом файле последовательно соответствуют друг другу (т. е. первая запись в файле .shp файл соответствует первой записи в .shx и .dbf файлы и т. д.). .shp и .shx файлы имеют различные поля с разным порядком байтов , поэтому разработчик форматов файлов должен очень внимательно следить за порядком байтов каждого поля и обращаться с ним должным образом.

Форматы файлов

Формат фигуры шейп-файла ( .шп )

Основной файл ( .shp ) содержит данные геометрии. Геометрия данного объекта хранится в виде набора векторных координат. ^{[ 1 ]}^: 5 Двоичный файл фиксированной длины, состоит из одного заголовка переменной длины за которым следуют одна или несколько записей . Каждая из записей переменной длины включает в себя компонент заголовка и компонент содержимого записи. Подробное описание формата файла приведено в Техническом описании ESRI Shapefile . ^{[ 1 ]} Этот формат не следует путать с исходным форматом шрифта фигуры AutoCAD , который разделяет .shp расширение.

Упорядочение координатных данных по 2D-осям предполагает декартову систему координат с использованием порядка (XY) или (восточное смещение). Этот порядок осей одинаков для географических систем координат , где порядок аналогичен (долгота, широта). Геометрии также могут поддерживать 3- или 4- мерные координаты Z и M для высоты и измерения соответственно. Z-размер хранит высоту каждой координаты в трехмерном пространстве , которую можно использовать для анализа или визуализации геометрии с использованием трехмерной компьютерной графики . Пользовательский размер M можно использовать для одной из многих функций, таких как сохранение линейных привязок или относительного времени объекта в 4D-пространстве .

Заголовок основного файла имеет фиксированную длину 100 байт и содержит 17 полей; девять 4-байтовых (32-битных целых чисел со знаком или int32) целых полей, за которыми следуют восемь 8-байтовых ( двойных ) полей со знаком и плавающей запятой:

Заголовки шейп-файлов

Заголовок файла формата .shp
Байты	Тип	Порядок байтов	Использование
0–3	int32	большой	Код файла (всегда шестнадцатеричное значение) 0x0000270а )
4–23	int32	большой	Неиспользованный; 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 фигур, содержащихся в наборе данных; четыре дубля 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 М; два дубля в следующем порядке: мин М, макс М

Заголовки записей шейп-файлов

Затем файл содержит любое количество записей переменной длины. Каждая запись имеет префикс заголовка записи длиной 8 байт:

Байты	Тип	Порядок байтов	Использование
0–3	int32	большой	Номер записи (на основе 1)
4–7	int32	большой	Длина записи (в 16-битных словах)

Записи шейп-файла

После заголовка записи следует фактическая запись:

Байты	Тип	Порядок байтов	Использование
0–3	int32	маленький	Тип формы (см. ссылку ниже)
4–	–	–	Форма контента

Содержимое записи переменной длины зависит от типа фигуры, который должен быть либо типом фигуры, указанным в заголовке файла, либо нулевым. Ниже приведены возможные типы фигур:

Ценить	Тип формы	Поля
0	Нулевая форма	Никто
1	Точка	X,Y
3	Полилиния	MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Очки
5	Полигон	MBR, Количество деталей, Количество точек, Детали, Очки
8	Многоточечный	MBR, Количество очков, Очки
11	ТочкаZ	Х, Ю, Я Дополнительно : М
13	ПолилинияZ	Обязательно : MBR, количество частей, количество точек, части, точки, диапазон Z, массив Z. Опционально : диапазон M, массив M
15	ПолигонZ	Обязательно : MBR, количество частей, количество точек, части, точки, диапазон Z, массив Z. Опционально : диапазон M, массив M
18	МультиПоинтЗ	Обязательно : MBR, количество точек, точки, диапазон Z, массив Z. Опционально : диапазон M, массив M
21	ТочкаМ	Х, Ю, М
23	ПолилинияМ	Обязательно : MBR, Количество частей, Количество точек, Части, Очки Опционально : диапазон M, массив M
25	ПолигонМ	Обязательно : MBR, Количество частей, Количество точек, Части, Очки Опционально : диапазон M, массив M
28	МультипоинтМ	Обязательно : MBR, Количество баллов, Очки. Дополнительные поля : диапазон M, массив M.
31	Мультипатч	Обязательно : MBR, количество деталей, количество точек, детали, типы деталей, точки, диапазон Z, массив Z. Опционально : диапазон M, массив M

Формат индекса формы шейп-файла ( .shx )

Индекс содержит позиционный индекс геометрии объекта и тот же 100-байтовый заголовок, что и .shp файл, за которым следует любое количество 8-байтовых записей фиксированной длины, состоящих из следующих двух полей:

Байты	Тип	Порядок 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 выполнить поиск назад в шейп-файле, сначала выполняя поиск назад по индексу формы (что возможно, поскольку он использует записи фиксированной длины), затем считывая смещение записи и используя это смещение для поиска правильное положение в .shp файл. Также можно выполнить поиск произвольного количества записей, используя тот же метод.

Можно сгенерировать полный индексный файл по одному .shp файл. Однако, поскольку предполагается, что шейп-файл всегда содержит индекс, это считается восстановлением поврежденного файла. ^{[ 2 ]}

Формат атрибута шейп-файла ( .dbf )

В этом файле хранятся атрибуты каждой фигуры; он использует формат dBase IV. Формат общеизвестен и реализован во многих клонах dBase, известных как xBase . Например, библиотека C шейп-файлов с открытым исходным кодом называет свой формат «xBase», хотя это обычный dBase IV. ^{[ 3 ]}

Имена 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 реконструирован и задокументирован сообществом открытого исходного кода. 100-байтовый заголовок аналогичен заголовку в .шп . ^{[ 4 ]} В настоящее время он не реализован другими поставщиками. .sbn файл не является строго необходимым, поскольку .shp Файл содержит всю информацию, необходимую для успешного анализа пространственных данных.

Ограничения

Формат шейп-файла имеет ряд ограничений. ^{[ 5 ]}

Топология и формат шейп-файла

Формат шейп-файла не позволяет хранить топологические связи между фигурами. ESRI ArcInfo Покрытия и многие базы геоданных имеют возможность хранить топологию объектов.

Хранение данных

Размер обоих .shp и .dbf файлы компонентов не могут превышать 2 ГБ (или 2 ³¹ байт) — 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 .dbf Файл компонента основан на более старом стандарте dBase . Этот формат базы данных по своей сути имеет ряд ограничений: ^{[ 6 ]}

Хотя текущий стандарт dBase и GDAL/OGR (основная библиотека программного обеспечения с открытым исходным кодом для чтения и записи наборов данных в формате шейп-файлов) поддерживают нулевые значения, программное обеспечение ESRI представляет эти значения как нули — очень серьезная проблема для анализа количественных данных, поскольку это может искажать представление и статистика, если нулевые количества представлены как ноль
Плохая поддержка в Юникоде. имен полей или хранения полей
Максимальная длина имени поля — 10 символов.
Максимальное количество полей — 255.
Поддерживаемые типы полей: с плавающей запятой (хранилище 13 символов), целое число (хранилище 4 или 9 символов), дата (без хранения времени; хранение 8 символов) и текст (максимум 254 символа).
Числа с плавающей запятой могут содержать ошибки округления, поскольку они хранятся в виде текста.

Смешивание типов фигур

Поскольку тип формы предшествует каждой записи геометрии, шейп-файл технически способен хранить смесь различных типов форм. Однако в спецификации указано: «Все фигуры, отличные от NULL, в шейп-файле должны относиться к одному и тому же типу фигур». Таким образом, эта возможность смешивать типы фигур должна быть ограничена вкраплением нулевых фигур с одним типом фигуры, объявленным в заголовке файла. Шейп-файл не должен содержать одновременно данные полилинии и полигона. Например, описания колодца (точки), реки (ломаной линии) и озера (многоугольника) будут храниться в трех отдельных наборах данных.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ESRI (июль 1998 г.). «Техническое описание шейп-файла ESRI» (PDF) . Проверено 4 июля 2007 г.
^ Ролласон, Эд. «qgis – Создание отсутствующего файла .shx?» . Обмен стеками географических информационных систем .
^ «Библиотека шейп-файлов C V1.2» .
^ «Формат СБН» (PDF) . 4 октября 2011 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2016 г. . Проверено 21 июня 2023 г.
^ Чепицки, Яхим (2017). «Переключиться из шейп-файла» . Switchfromshapefile.org .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Справка по ArcGIS Desktop 9.3 – Рекомендации по геообработке для вывода шейп-файлов» . Эсри. 24 апреля 2009 г.

Внешние ссылки

Расширения файлов шейп-файлов – документация Esri Webhelp для ArcGIS 10.0 (2010 г.)
Esri – Понимание топологии и шейп-файлов
shapelib.maptools.org – Бесплатная библиотека C для чтения/записи шейп-файлов.
Библиотека шейп-файлов Python — библиотека Python с открытым исходным кодом (лицензия MIT) для чтения/записи шейп-файлов.
Библиотеки Java Shapefile и Dbase — библиотеки Java с открытым исходным кодом (лицензия Apache) для чтения/записи шейп-файлов и связанных с ними файлов dBase (библиотеки являются частью библиотеки AFC , но могут использоваться независимо).

[esri98-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ESRI (июль 1998 г.). «Техническое описание шейп-файла ESRI» (PDF) . Проверено 4 июля 2007 г.

[2] Ролласон, Эд. «qgis – Создание отсутствующего файла .shx?» . Обмен стеками географических информационных систем .

[3] «Библиотека шейп-файлов C V1.2» .

[4] «Формат СБН» (PDF) . 4 октября 2011 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2016 г. . Проверено 21 июня 2023 г.

[5] Чепицки, Яхим (2017). «Переключиться из шейп-файла» . Switchfromshapefile.org .

[limitations-6] Перейти обратно: ^а ^б «Справка по ArcGIS Desktop 9.3 – Рекомендации по геообработке для вывода шейп-файлов» . Эсри. 24 апреля 2009 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]