Введение
Стандарт кодирования
Формат файла ГИС — это стандарт кодирования географической информации в компьютерный файл, представляющий собой специализированный тип формата файла для использования в географических информационных системах (ГИС) и других геопространственных приложениях. С 1970-х годов было создано множество форматов, основанных на различных моделях данных и предназначенных для разных целей. Эти форматы были разработаны государственными картографическими агентствами (такими как USGS или Национальное агентство геопространственной разведки), поставщиками программного обеспечения ГИС, организациями по стандартизации, такими как Open Geospatial Consortium, неформальными пользовательскими сообществами и даже отдельными разработчиками.
A GIS file format is a standard for encoding geographical information into a computer file, as a specialized type of file format for use in geographic information systems (GIS) and other geospatial applications. Since the 1970s, dozens of formats have been created based on various data models for various purposes. They have been created by government mapping agencies (such as the USGS or National Geospatial Intelligence Agency), GIS software vendors, standards bodies such as the Open Geospatial Consortium, informal user communities, and even individual developers.
История
Первые ГИС-установки 1960-х годов, такие как Канадская географическая информационная система, были основаны на специализированном программном обеспечении и хранили данные в файловых структурах, разработанных для нужд конкретного проекта. По мере появления новых систем их можно было сравнивать для выявления передовых практик и общих структур. Когда в 1970-х и начале 1980-х годов было разработано программное обеспечение общего назначения, включая программы из академических лабораторий, таких как Гарвардская лаборатория компьютерной графики и пространственного анализа, государственных учреждений (например, система наложения карт и статистических данных (MOSS), разработанная Службой рыбы и дикой природы США и Бюро по управлению земельными ресурсами), и новых компаний по разработке программного обеспечения для ГИС, таких как Esri и Intergraph, каждая программа строилась вокруг своего собственного (и часто секретного) формата файлов. Поскольку каждая ГИС-установка фактически была изолирована от других, обмен данными между ними не был приоритетной задачей. К началу 1990-х годов распространение ГИС во всем мире и растущая потребность в обмене данными, вскоре ускорившаяся с появлением Всемирной паутины и инфраструктур пространственных данных, обусловили необходимость в совместимых данных и стандартных форматах. Первой попыткой стандартизации стал Стандарт передачи пространственных данных США, выпущенный в 1994 году и предназначенный для кодирования широкого спектра данных федерального правительства. Хотя этот формат не получил широкой поддержки, он привел к другим усилиям по стандартизации, особенно к Open Geospatial Consortium (OGC), который разработал или принял несколько нейтральных к поставщикам стандартов, некоторые из которых были приняты Международной организацией по стандартизации (ISO). Другим важным событием 1990-х годов стал публичный выпуск проприетарных форматов файлов поставщиками программного обеспечения ГИС, что позволило использовать их в другом программном обеспечении. Наиболее заметным примером этого стала публикация формата Shapefile от Esri, который к концу 1990-х годов стал самым популярным де-факто стандартом для обмена данными во всей геопространственной отрасли. Когда проприетарные форматы не предоставлялись в открытый доступ (например, покрытие ESRI ARC/INFO), разработчики программного обеспечения часто проводили обратную разработку этих форматов, чтобы обеспечить импорт и экспорт данных в другое программное обеспечение, тем самым облегчая обмен данными. Одним из результатов этого стало появление библиотек с бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом, таких как Библиотека абстракции геопространственных данных (GDAL), которая значительно упростила интеграцию пространственных данных в любом формате в различные программные продукты. В 2000-х годах потребность в специализированных пространственных файлах несколько снизилась благодаря появлению пространственных баз данных, которые интегрировали пространственные данные в реляционные базы данных общего назначения. Однако новые форматы файлов продолжают появляться, особенно с распространением веб-картографирования; такие форматы, как Keyhole Markup Language (KML) и GeoJSON, могут быть более легко интегрированы в языки веб-разработки, чем традиционные файлы ГИС.
Характеристики формата
Для хранения пространственных данных было создано более ста различных форматов, из которых 20-30 в настоящее время широко используются для различных целей. Эти форматы можно классифицировать по нескольким признакам: открытые форматы разрабатываются совместно сообществом и доступны для реализации и улучшения каждому желающему, тогда как проприетарные форматы разрабатываются компанией-разработчиком программного обеспечения для использования исключительно в своих продуктах и обычно поддерживаются в качестве коммерческой тайны (хотя их часто реконструируют сторонние разработчики). Третью категорию составляют форматы, которые принадлежат одной компании или организации, но опубликованы и доступны для реализации любому, например, Shapefile от Esri.
Open formats are developed collectively by a community and are available for anyone to implement and contribute improvements, while Proprietary formats have been developed by a software company for use only in their own software and are generally maintained as a trade secret (although they are often reverse engineered by others). A third category between these would include formats that are owned exclusively by one company or organization, but are published and available for implementation by anyone, such as the Esri Shapefile.
Растровые форматы
Как и любое цифровое изображение, растровые данные ГИС основаны на регулярной разбиении пространства на прямоугольную сетку строк и столбцов ячеек (также известных как пиксели), где каждая ячейка содержит измеренное значение. Главное отличие от фотографии заключается в том, что сетка привязана к географическому пространству, а не к полю зрения. Разрешение растрового набора данных определяется шириной ячейки в наземных единицах. Поскольку сетка представляет собой выборку из непрерывного пространства, растровые данные чаще всего используются для представления географических полей, в которых свойство изменяется непрерывно или дискретно в пространстве. Типичные примеры включают данные дистанционного зондирования, рельеф местности/высоту, плотность населения, погоду и климат, свойства почвы и многое другое. Растровые данные могут быть изображениями, где каждый пиксель (или ячейка) содержит цветовое значение. Значение, записанное для каждой ячейки, может быть любого типа измерения, включая дискретное качественное значение, такое как тип землепользования, или непрерывное количественное значение, такое как температура, или нулевое значение, если данные недоступны. Хотя растровые ячейки хранят одно значение, их можно расширить, используя растровые каналы для представления цветов RGB (красный, зеленый, синий), цветовые схемы (отображение между тематическим кодом и значением RGB) или расширенную таблицу атрибутов с одной строкой для каждого уникального значения ячейки. Они также могут использоваться для представления дискретных географических объектов, но обычно только в исключительных случаях. Растровые данные хранятся в различных форматах: от стандартной файловой структуры, такой как TIFF, JPEG и т.д., до данных типа BLOB (Binary Large Object), хранящихся непосредственно в реляционной системе управления базами данных (RDBMS), аналогично другим векторным классам объектов. Хранение в базе данных, при правильной индексации, обычно обеспечивает более быстрый доступ к растровым данным, но может потребовать хранения миллионов записей значительного размера.