在地理信息系统(GIS)和空间数据库领域,数据格式是存储、传输和表示地理空间信息的关键。理解这些常见数据格式的特点和适用场景,对于高效管理和利用空间数据至关重要。这些格式各有优劣,适用于不同的应用需求,如数据存储、Web 传输或特定软件集成。
1. 矢量数据格式
矢量数据用于表示离散的地理要素,如点、线、面。
Shapefile: 由 Esri 公司开发,是最为广泛使用的矢量数据格式之一。它实际上是由多个文件组成(例如 .shp 存储几何,.shx 存储索引,.dbf 存储属性)。Shapefile 结构简单,兼容性好,几乎所有 GIS 软件都支持。然而,它不支持复杂的拓扑关系,文件名长度有限,且对大文件支持不佳,不支持 Z 值(高程)和 M 值(测量值)的复杂几何。
GeoJSON: 一种基于 JavaScript 对象表示法 (JSON) 的地理空间数据交换格式。它简洁、易读、易解析,非常适合 Web 地图应用和 RESTful API 数据传输。GeoJSON 能够表示点、线、面以及它们的集合,也支持 GeoJSON 对象中的任意属性,但不支持拓扑信息。
GML (Geography Markup Language): 一种基于可扩展标记语言 (XML) 的地理信息编码标准。GML 功能强大,能够描述复杂的地理要素、拓扑关系和坐标系统,是 OGC(开放地理空间联盟)推荐的标准。但其 XML 结构复杂,文件体积较大,在 Web 传输中不如 GeoJSON 轻量。
2. 栅格数据格式
栅格数据用于表示连续的地理现象,如遥感影像、DEM。
GeoTIFF: 它是 TIFF 图像格式的一种扩展,在标准的 TIFF 文件中嵌入了地 特殊数据库 理参考信息(如坐标系、投影、地理范围)。GeoTIFF 是遥感和栅格数据领域最常用的格式,支持多波段、大文件,且元数据丰富。几乎所有 GIS 和遥感软件都能良好支持。
NetCDF (Network Common Data Form): 一种用于存储多维科学数据(包括地理空间数据)的接口标准和文件格式。特别适用于存储时间序列的栅格数据,如气象、海洋和气候模型数据。它支持分层存储和元数据描述,能够有效处理大数据集。
HDF5 (Hierarchical Data Format): 类似 NetCDF,是一种用于存储和组织大规模、多维、异构科学数据的格式。它具有高效率、高压缩比和跨平台特性,广泛应用于科学研究,特别是遥感、地球物理和高性能计算领域。
3. 数据库内部格式与互操作
除了上述文件格式,空间数据库在内部也有其特定的数据存储方式。
WKT (Well-Known Text) 和 WKB (Well-Known Binary): 这是 OGC 定义的用于表示几何对象的文本和二进制格式。数据库(如 PostGIS、SQL Server Spatial)通常在内部以 WKB 存储几何数据,并通过函数支持 WKT 与 WKB 之间的转换,便于数据的导入导出和显示。
数据库原生空间类型: 许多空间数据库(如 PostGIS 的 geometry 和 geography 类型,Oracle Spatial 的 MDSYS.SDO_GEOMETRY)都提供了原生的空间数据类型,并优化了存储和查询。这些类型通常是基于 WKB 规范进行内部存储和操作的。