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

在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。