WebGIS 中常用空间数据格式

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地理空间数据格式介绍

在地理空间信息领域，数据格式是存储、交换和表示地理空间信息的基础。了解这些格式的特点、用途和结构对于进行地理空间分析和开发至关重要

GeoJSON

GeoJSON 基于 JSON 的开放标准，用于地理空间数据交换，是 WebGIS 领域最流行和广泛支持的格式之一。

• 官网：geojson.org，数据示例

• 工具：在线编辑  geojson.io

• 数据格式：

  • GeoJSON 对象可以是 Geometry（几何）、Feature（特征）或 FeatureCollection（特征集合）。

• 几何类型 (Geometry)：

  • Point (点): [经度, 纬度]
  • LineString (线): [[经度1, 纬度1], [经度2, 纬度2], ...]
  • Polygon (多边形): [[[经度1, 纬度1], ...], [[内环经度1, 内环纬度1], ...]] (第一个环是外环，后续是内环/洞)
  • MultiPoint (多点)
  • MultiLineString (多线)
  • MultiPolygon (多多边形)
  • GeometryCollection (几何集合)

• 特征 (Feature)：包含一个 geometry 对象和一个 properties 对象（用于存储非地理属性）。

{
  "type": "Feature",
  "geometry": {
    "type": "Point",
    "coordinates": [102.0, 0.5]
  },
  "properties": {
    "name": "Dinagat Islands"
  }
}

• 特征集合 (FeatureCollection)：包含一个 features 数组，每个元素都是一个 Feature 对象。

{
  "type": "FeatureCollection",
  "features": [
    {
      "type": "Feature",
      "geometry": {
        "type": "Point",
        "coordinates": [102.0, 0.5]
      },
      "properties": {
        "name": "Dinagat Islands"
      }
    },
    {
      "type": "Feature",
      "geometry": {
        "type": "LineString",
        "coordinates": [
          [102.0, 0.0],
          [103.0, 1.0],
          [104.0, 0.0],
          [105.0, 1.0]
        ]
      },
      "properties": {
        "name": "Line"
      }
    }
  ]
}

WKT (Well-Known Text)

• 数据格式：文本格式描述几何对象（点、线、面）和坐标系

• 几何类型：

  • POINT (x y): POINT (10 20)
  • LINESTRING (x1 y1, x2 y2, ...): LINESTRING (10 20, 30 40, 50 60)
  • POLYGON ((x1 y1, x2 y2, ..., x1 y1), (hole_x1 hole_y1, ...))
POLYGON ((10 10, 20 10, 20 20, 10 20, 10 10))
  • MULTIPOINT, MULTILINESTRING, MULTIPOLYGON, GEOMETRYCOLLECTION

• 可以包含 Z (高程) 和 M (测量值) 维度，例如 POINT Z (10 20 30)。

WKB (Well-Known Binary)

WKB 是二进制编码的几何数据，与 WKT 等价但更高效。

• 数据格式：

  • 二进制字节流，不可直接人类阅读。
  • 包含字节序（大端/小端）、几何类型代码、坐标数据等。
  • 例如，一个点 POINT (10 20) 的 WKB 可能会是 010100000000000000000024400000000000003440 (十六进制表示)。

TopoJSON

TopoJSON 是 GeoJSON 的一个扩展，它在编码地理空间数据时包含了拓扑信息。这意味着共享的边界（例如，相邻国家之间的边界）只存储一次，从而显著减小文件大小，并支持拓扑操作（如合并、简化）。

• 官网：topojson.org

• 工具：通常与 D3.js 等可视化库结合使用，例如 d3-geo-topojson。

• 数据格式：

  • TopoJSON 对象是一个 Topology，包含 objects（地理特征）、arcs（共享的几何路径）和 transform（坐标转换信息）。
  • arcs: 存储所有几何图形的原始坐标路径。共享的边界会作为单个弧线存储。
  • objects: 引用 arcs 中的索引来构建几何图形。每个对象可以是一个 Point、LineString、Polygon 或它们的集合，但其坐标不再直接存储，而是通过 arcs 的索引和方向来表示。
  • transform: 包含 scale 和 translate 值，用于将量化后的整数坐标转换回原始的浮点坐标，进一步减小文件大小。

{
  "type": "Topology",
  "transform": {
    "scale": [0.0005, 0.0005],
    "translate": [100, 0]
  },
  "objects": {
    "example_polygons": {
      "type": "GeometryCollection",
      "geometries": [
        {
          "type": "Polygon",
          "arcs": [[0]],
          "properties": { "name": "Polygon A" }
        },
        {
          "type": "Polygon",
          "arcs": [[1, 2]],
          "properties": { "name": "Polygon B" }
        }
      ]
    }
  },
  "arcs": [
    [
      [0, 0],
      [100, 0],
      [100, 100],
      [0, 100],
      [0, 0]
    ],
    [
      [100, 0],
      [200, 0],
      [200, 100],
      [100, 100]
    ],
    [
      [100, 100],
      [0, 100]
    ]
  ]
}

• 文件大小更小：通过消除冗余的边界数据，文件大小通常比 GeoJSON 小 80% 左右。

KML (Keyhole Markup Language)

KML 是一种基于 XML 的文件格式，用于在地球浏览器（如 Google Earth）中显示地理空间数据。它不仅可以表示几何图形，还可以包含样式、描述、时间信息和相机视角等丰富的可视化属性。

• 数据格式：

  • XML 结构，包含 <Placemark>（地标）、<Point>、<LineString>、<Polygon> 等标签。
  • 可以定义样式 (<Style>)、描述 (<description>)、名称 (<name>)、图标 (<Icon>) 等。
  • 支持文件夹 (<Folder>) 组织数据。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><kml
  xmlns="http://www.opengis.net/kml/2.2"
  xmlns:ns2="http://www.google.com/kml/ext/2.2"
  xmlns:ns3="http://www.w3.org/2005/Atom"
  xmlns:ns4="urn:oasis:names:tc:ciq:xsdschema:xAL:2.0"
>
  <Document>
    <LookAt>
      <longitude>-74.01020256421765</longitude>
      <latitude>40.70974625546435</latitude>
      <altitude>694.1959814771428</altitude>
      <heading>0.0</heading>
      <tilt>0.0</tilt>
      <range>560.9467647722848</range>
      <altitudeMode>clampToGround</altitudeMode>
    </LookAt>
    <NetworkLink>
      <name>Manhattan (NY) points of interest</name>
      <visibility>1</visibility>
      <open>1</open>
      <description
        >Points of interest in New York, New York (on Manhattan). One of the
        attributes contains the name of a file with a picture of the point of
        interest.</description
      >
      <LookAt>
        <longitude>-74.00668161555254</longitude>
        <latitude>40.71371615223534</latitude>
        <altitude>2173.081355567034</altitude>
        <heading>0.0</heading>
        <tilt>0.0</tilt>
        <range>1755.96371704499</range>
        <altitudeMode>clampToGround</altitudeMode>
      </LookAt>
      <Url>
        <href
          >http://localhost:8520/geoserver/tiger/wms?service=wms&amp;request=GetMap&amp;version=1.1.1&amp;format=application/vnd.google-earth.kml+xml&amp;layers=poi&amp;styles=poi&amp;height=2048&amp;width=2048&amp;transparent=false&amp;srs=EPSG:4326&amp;format_options=AUTOFIT:true;KMATTR:true;KMPLACEMARK:false;KMSCORE:40;MODE:refresh;SUPEROVERLAY:false</href
        >
        <refreshInterval>0.0</refreshInterval>
        <viewRefreshMode>onStop</viewRefreshMode>
        <viewRefreshTime>1.0</viewRefreshTime>
        <viewBoundScale>1.0</viewBoundScale>
      </Url>
    </NetworkLink>
  </Document>
</kml>

• 易于分享：单个 .kml 或 .kmz (压缩包) 文件即可包含所有数据和样式。
• 官网/规范：OGC KML
• 在线查看器/编辑器：Google Earth Pro (桌面版), KML Viewer

Shapefile

Shapefile 广泛应用于桌面 GIS 软件中。它实际上不是一个单一文件，而是一组相关文件的集合，共同构成一个完整的地理数据集。

• 数据格式：

• 一个完整的 Shapefile 至少包含以下三个文件：

  • .shp：存储几何图形数据（点、线、面）。
  • .shx：存储几何图形的索引，用于快速查找。
  • .dbf：存储属性数据，以 dBase 格式组织。

• 常见可选文件：

  • .prj：存储投影信息（WKT 格式）。
  • .cpg：存储字符编码信息。
  • .sbn, .sbx：空间索引。

GIS 数据转换器

geosaas.com

• 支持 DWG、SHP、MDB、Kml、Kmz、Gpx、GeoJson、EXCEL、TXT、CSV、SQL Server、MySQL、PostgreSQL、JPG、PDF、GeoTiff、Image(img)、Bitmap(bmp)、Png 格式之间的批量转换；

• 支持国家 2000、西安 80、北京 54、WGS84、火星坐标、百度坐标、墨卡托坐标等坐标系任意转换；支持批量转换、图层合并和地图数据浏览;