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地理数据

地理数据是对现实世界的地理空间实体、现象以及它们之间相互关系的认知和理解的抽象表达，用于在计算机中进行处理和分析。这些数据表达方式主要分为两大类：矢量数据和栅格数据

矢量数据：矢量数据通过记录实体的 坐标 及其关系，尽可能精确的表示点、线、面等地理实体。

栅格数据：栅格数据以规则网格表示空间对象，每个网格单元的数值表示空间对象的 属性 特征，即栅格中每个单元的行列号确定位置，属性值表示空间对象的类型、等级等特征。栅格数据结构适用于表达连续分布的空间对象。

地理数据

矢量数据和栅格数据

矢量数据

GeoJSON

GeoJSON1 是一种基于 JavaScript Object Notation（JSON）的地理空间数据交换格式。GeoJSON 支持 Point，MultiPoint，LineString，MultiLineString，Polygon，MultiPolygon 和 GeometryCollection 几何类型，带有属性 (properties) 的几何对象称为要素 (Feature)，要素集 (FeatureCollection) 包含一系列要素 (Feature)。如：

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{
  "type": "FeatureCollection",
  "features": [
    {
      "type": "Feature",
      "geometry": {
        "type": "Point",
        "coordinates": [125.6, 10.1]
      },
      "properties": {
        "name": "Dinagat Islands"
      }
    }
  ]
}

有关 GeoJSON 的 JavaScript 库请查阅：GeoJSON

除 GeometryCollection 外的其他类型的 GeoJSON 几何对象必须有坐标 (coordinates) 属性，其值总是数组，这个数组里的元素的结构由几何类型来确定。

Position

位置 (Position) 是基本的几何结构，由其组成几何对象的坐标属性。位置是一个长度为 2 或 3 的数值类型数组，前 2 个元素分别为经度和纬度（地理坐标系）或东向和北向（投影坐标系），如：[125.6, 10.1]。如果需要表示海拔或高度，可由第 3 个元素表示，如：[125.6, 10.1, 1000]。

Point

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{ "type": "Point", "coordinates": [100.0, 0.0] }

MultiPoint

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{
  "type": "MultiPoint",
  "coordinates": [
    [100.0, 0.0],
    [101.0, 1.0]
  ]
}

LineString

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{
  "type": "LineString",
  "coordinates": [
    [100.0, 0.0],
    [101.0, 1.0]
  ]
}

MultiLineString

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{
  "type": "MultiLineString",
  "coordinates": [
    [
      [100.0, 0.0],
      [101.0, 1.0]
    ],
    [
      [102.0, 2.0],
      [103.0, 3.0]
    ]
  ]
}

Ploygon

描述多边形 (Ploygon) 之前，需要先了解组成多边形的线性环 (linear ring)：

  • 线性环是一个至少 4 个位置的闭合线；
  • 首尾位置必须相同；
  • 线性环是面的边界或面中孔的边界；
  • 必须遵循右手规则，即外环为逆时针方向，孔为顺时针方向。
多边形
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{
  "type": "Polygon",
  "coordinates": [
    [
      [100.0, 0.0],
      [101.0, 0.0],
      [101.0, 1.0],
      [100.0, 1.0],
      [100.0, 0.0]
    ]
  ]
}
有孔的多边形
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{
  "type": "Polygon",
  "coordinates": [
    [
      [100.0, 0.0],
      [103.0, 0.0],
      [103.0, 3.0],
      [100.0, 3.0],
      [100.0, 0.0] // 外环逆时针
    ],
    [
      [101.0, 1.0],
      [101.0, 2.0],
      [102.0, 2.0],
      [102.0, 1.0],
      [101.0, 1.0] // 内环顺时针
    ]
  ]
}

MultiPolygon

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{
  "type": "MultiPolygon",
  "coordinates": [
    // 多多边形即多个多边形
    [
      [
        [100.0, 0.0],
        [101.0, 0.0],
        [101.0, 1.0],
        [100.0, 1.0],
        [100.0, 0.0]
      ]
    ], // 多边形 1
    [
      [
        [102.0, 0.0],
        [103.0, 0.0],
        [103.0, 1.0],
        [102.0, 1.0],
        [102.0, 0.0]
      ]
    ] // 多边形2
  ]
}

Shapefile

Shapefile2 是一种用于存储地理要素的几何位置和属性信息的非拓扑简单格式。Shapefile 由多个特定文件扩展名的文件共同构成，其中 .shp .shx 和 .dbf 是必需的。

  • .shp - 用于存储要素几何的主文件；必需文件。
  • .shx - 用于存储要素几何索引的索引文件；必需文件。
  • .dbf - 用于存储要素属性信息的 dBASE 表；必需文件。 几何与属性是一对一关系，这种关系基于记录编号。dBASE 文件中的属性记录必须与主文件中的记录采用相同的顺序。
  • .prj - 用于存储坐标系信息的文件。
  • .cpg - 可选文件，指定用于标识要使用的字符集。

WKT & WKB

WKT(well-known text)3 是一种用于表示矢量几何对象的文本标记语言，它的二进制表示方式即 WKB(well-known binary)。

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-- WKT
POINT(1 1)
LINESTRING (2 2, 9 9)

-- WKB
0101000000000000000000F03F000000000000F03
0102000000020000000000000000000040000000000000004000000000000022400000000000002240

栅格数据

JPEG

基于 JPEG 的栅格数据格式。

GeoTIFF

GeoTIFF4 是基于 TIFF 的扩展格式，增加了描述和使用地理图像数据所需的元数据。云优化 GeoTIFF (COG)5 是一个常规的 GeoTIFF 文件，旨在托管文件服务器上，其内部组织可以在云上实现更高效的工作流。

  1. GeoJSON：https://geojson.org/ ↩

  2. Shapefile：什么是 shapefile？ ↩

  3. WKT：Well-known text representation of geometry ↩

  4. GeoTIFF：https://www.ogc.org/standard/geotiff/ ↩

  5. Cloud Optimized GeoTIFF (COG)：https://www.cogeo.org/ ↩

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