2009年12月8日 星期二

GIS概論 - Introduction GIS (10)

GIS空間資料格式
本篇文章在撰寫時,考量了很久,到底需要針對GIS的空間資料鑽研到何種程度。筆者思考了很久,也參閱了許多GIS教材,大部分對於GIS資料格式不外乎向量與影像資料的結構說明。在此,筆者考量到既然是GIS概論的教學,在講授的範圍上,應該是以廣度大於深度的說明,會相對的提供給讀者較大、較實用的幫助。因此,在格式上的說明中,將著重在各種不同的檔案格式附檔名與可以開啟的GIS軟體為主。
向量式資料格式

Grime網站中記載了多種的GIS空間資料格式,筆者認為該網站整理的相當完整,因此無須再加以贅述。建議讀者網後遇到不同的GIS格式時,可以上網去Grime中查找。Grime網站中除了格式說明以外,還提供了可以開啟的軟體,實在相當好用。
不過一般常見的空間資料格式筆者還是要說明一下,一般GIS常見格式包含:
1. ESRI Shape File
幾乎所有GIS軟體皆可以開啟,台灣甚至很多官方單位要求提供SHP檔案作為公開交換格式,另外,台灣官方部分免費資料,也提供SHP檔交換。
2. MapInfo TAB
大部分GIS軟體也皆可以開啟,少部分需要加入外掛程式才可以讀取。目前較常用的單位為:中華電信研究所、地調所、部分地政單位。
3. DWG
DWG檔案基本上在GIS界中,都作為參考輔助資料。因為台灣懂CAD to GIS的人太少了,加上工程界懂GIS應用的大概筆者用十隻手指就算完了,而工程設計數量龐大,卻沒有人定GIS規範,這也是工程GIS化需要加以推廣的部分。DWG檔案為一的壞處在於版本太多,且新舊版本相容性存在許多問題,在GIS界中很少真正使用。
4. DXF
DXF是DWG的文字交換檔Drawing Exchange File,是存文字方式描述的圖形檔案。
5. MID/MIF(MapInfo Data Interchange Format)
TAB的文字交換檔,可以分別存放屬性與圖形資料兩部分。
6. DGN
Microstation的圖形檔案。
7. E00/Goverage
這也是ESRI的檔案,但是我在台灣已經很少見了,在香港政府使用很多。

其餘部分族繁不及備載,請去Grime查詢。

網格式資料格式
網格式資料種類也相當多,一般最容易被理解的就是影像檔。而我們一般使用數位相機所拍攝出來的影像,就是網格式資料的一種。網格式資料最常被問到的問題有解析度、座標定義、還有如何可以開啟超大的影像檔案等。

一般影像解析度就是一個像素所可以解析的實際距離與大小。舉例,假設一個人的頭圍是30*30cm大小,而從空照圖或是衛星影像可以分辨出一個人頭的位置,那這張空照或是衛星影像的解析度就有30cm。隨著科技的進步,影像解析度已經愈來愈高。
目前台灣空照圖皆可以達到30cm解像度的水準,當然影像解析度愈高所需要的檔案儲存量也越高。

影像就如同一個大型的矩陣式,一般一個波段就是一個矩陣。舉RGB真色影像為例,因為有紅、綠、藍三個波段,因此影像的大小計算就是單一一個波段的大小乘以3個波段。而一張空照圖的影像大小可以由像素的解像力與波段的數量計算。舉例而言,一張解析度50公分的1/5,000影像大小約為2.7Km*2.7Km=(2.7km/50cm)*(2.7km/50cm)=29,160,000pixel,這部分的計算主要是要算出圖幅的像素大小;所以,29,160,000pixel*3bytes/1,024/1,000=85MB,就可以估算出影像的檔案大小。


當然在GIS中最強調的還是可以一句真實空間位置做套疊的影像,因此讀者不能缺少的知識就是了解影像的World File。一般影像的World File相當簡單,附檔名皆為影像付檔名去掉中間的字母,在結尾處加入"W",例如:TIFF檔案的World File為TFW;BNP影像的World File為BPW。
而World File的編寫也相當簡單,可以用簡單的文字編輯器自行編輯而成,最後再將附檔名改為對應的World File檔名即可。World File通常有六行資訊所構成,分別為:
第一行: A, X軸的單位解像力;如:50cm解像力影像,填入值為0.5。(pixel size in the x-direction in map units/pixel)
第二行: D: Y軸旋轉角度;一般影像為0。(rotation about y-axis)
第三行: B: X軸旋轉角度;一般影像為0。(rotation about x-axis)
第四行: E: Y軸的單位解像力;如:50cm解像力影像,填入值為0.5。(pixel size in the y-direction in map units)
第五行: C: 影像的左上角X座標(x-coordinate of the center of the upper left pixel)
第六行: F: 影像的左上角Y座標(y-coordinate of the center of the upper left pixel)
這樣就是標準的World File檔案內容。

對於影像格式部分的介紹,讀者建議使用者記住上圖中的影像格式就可以了,如果遇到特殊的影像格式,再去Grime找就可以了,或是可以直接GDAL http://www.gdal.org/formats_list.html去看各GIS常見影像格式的說明即可。



衍生的影像常識:
1. 影像沒有圓形或是其他形狀的,絕對式矩形,因為矩陣式表式的問題。
2. 空間影像一定要有World File定義空間位置。
3. 一般影像沒有座標系統,只有相對的座標值,少數影像才可以寫入座標系統定義。
4. 影像壓縮不一定是壞事,除了分析以外,只要是可以保持工作度的影像壓縮都是可行的,如SID或ECW。

2 則留言:

  1. 厲害!發起狠來連續寫了10篇關於GIS 的大作,我們受益良多呀!
    關於網格式資料或向量式資料,這樣的觀念其實應用性很廣,並不拘限於 GIS 的資料型式,像是影像處理中對於矩陣式圖像"像素"的解析數,或是向量圖像的點、線、面的關係均皆然。
    這樣的觀念也是可以延伸至 Civil 3D 中對於地面物件,像是由TIN、或DEM建立地面等即是兩種不同的地面資料構成觀念。
    我也來寫篇文章呼應您的大作!
    感恩!感恩!

    回覆刪除
  2. 客氣了,不過你講的是對的,Grid資料應用範圍很廣。
    希望我的分享對大家都有幫助,也可以補其上一次課程中沒有講到的部分。

    回覆刪除