فرمت های فایل

فرمت های فایل برداری

رایج ترین فرمت فایل برداری شکل فایل است . Shapefiles که توسط ESRI در اوایل دهه 1990 برای استفاده با بسته نرم افزاری مدیریت پایگاه داده dBASE III در ArcView 2 توسعه یافت، فایل های ساده و غیرتوپولوژیکی هستند که برای ذخیره موقعیت هندسی و اطلاعات ویژگی ویژگی های جغرافیایی ایجاد شده اند. Shapefiles قادر به ذخیره مقادیر null و همچنین حاشیه نویسی یا ویژگی های شبکه نیستند. نام فیلدها در جدول مشخصه به ده کاراکتر محدود می شود و هر شکل فایل می تواند تنها مجموعه ویژگی های نقطه، خط یا چند ضلعی را نشان دهد. انواع داده های پشتیبانی شده به ممیز شناور، عدد صحیح، تاریخ و متن محدود می شوند. Shapefiles تقریباً توسط تمام نرم افزارهای تجاری و منبع باز GIS پشتیبانی می شود.

این فرمت علیرغم اینکه “شبکه فایل” نامیده می شود، در واقع مجموعه ای از فایل های مختلف است. جدول 5.1 “انواع فایل Shapefile” فرمت های مختلف فایل مرتبط با shapefile را فهرست کرده و توصیف می کند. در بین موارد ذکر شده، فقط فرمت‌های فایل SHP، SHX و DBF برای ایجاد یک فایل شیپ‌فایل اجباری هستند، در حالی که بقیه فرمت‌های مشروط مورد نیاز هستند. به عنوان یک قاعده کلی، هنگام استفاده از نسخه‌های قدیمی بسته‌های نرم‌افزاری GIS، نام‌های هر فایل باید مطابق با قرارداد MS-DOS 8.3 باشد. طبق این قرارداد، پیشوند نام فایل می‌تواند تا هشت کاراکتر و پسوند نام فایل شامل سه کاراکتر باشد. بسته‌های نرم‌افزاری جدیدتر GIS این نیاز را کاهش داده‌اند و پیشوندهای طولانی‌تر نام فایل را می‌پذیرند.

اولین فایل فرمت برداری برای استفاده در بسته‌های نرم‌افزاری GIS که امروزه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، پوشش ArcInfo است. این فرمت فایل جغرافیایی از انواع ویژگی های متعدد (به عنوان مثال، نقاط، خطوط، چند ضلعی ها، حاشیه نویسی) پشتیبانی می کند و در عین حال اطلاعات توپولوژیکی مرتبط با آن ویژگی ها را نیز ذخیره می کند. داده‌های مشخصه به‌عنوان فایل‌های متعدد در یک فهرست جداگانه با عنوان «اطلاعات» ذخیره می‌شوند. به دلیل ایجاد آن در محیط MS-DOS، این فایل ها قوانین نامگذاری سختی را حفظ می کنند. نام فایل ها نمی توانند بیشتر از سیزده کاراکتر باشند، نمی توانند حاوی فاصله باشند، نمی توانند با عدد شروع شوند و باید کاملا با حروف کوچک باشند. پوشش ها را نمی توان در نسخه های ArcGIS 9.x یا نسخه های جدیدتر بسته نرم افزاری ESRI ویرایش کرد.

اداره سرشماری ایالات متحده نوع خاصی از شکل فایل به نام TIGER یا TIGER/Line (سیستم رمزگذاری و مرجع جغرافیایی یکپارچه توپولوژیکی) را نگهداری می کند. اگرچه این فایل‌های منبع باز حاوی اطلاعات واقعی سرشماری نیستند، اما ویژگی‌هایی مانند مسیرهای سرشماری، جاده‌ها، راه‌آهن‌ها، ساختمان‌ها، رودخانه‌ها و سایر ویژگی‌هایی را که از اداره پشتیبانی و بهبود می‌بخشند، نقشه‌برداری می‌کنند و توانایی اداره برای جمع‌آوری را بهبود می‌بخشند. اطلاعات سرشماری شکل فایل‌های TIGER/Line که برای اولین بار در سال 1990 منتشر شد، از نظر توپولوژیکی صریح هستند و به فایل آدرس اصلی اداره سرشماری (MAF) مرتبط هستند، بنابراین امکان کدگذاری جغرافیایی آدرس‌های خیابان را فراهم می‌کنند. این فایل‌ها برای عموم رایگان هستند و می‌توان آن‌ها را آزادانه از فروشندگان خصوصی که از فرمت پشتیبانی می‌کنند دانلود کرد.

اتوکد DXF ( فرمت تبادل نقشه یا فرمت تبادل نقشه) یک فرمت فایل برداری اختصاصی است که توسط Autodesk ایجاد شده است تا امکان تبادل بین نرم افزار CAD مبتنی بر مهندسی (طراحی به کمک کامپیوتر) و سایر بسته های نرم افزار نقشه برداری را فراهم کند. فایل های DXF ابتدا در سال 1982 با هدف ارائه نمایش دقیق فرمت DWG بومی اتوکد منتشر شدند. اگرچه DXF هنوز معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، نسخه های جدیدتر اتوکد انواع داده های پیچیده تری را در خود جای داده اند (مثلاً مناطق، بلوک های پویا) که در قالب DXF پشتیبانی نمی شوند. بنابراین، ممکن است فرض شود که فرمت DXF ممکن است با گذشت زمان در تحلیل های مکانی کمتر محبوب شود.

در نهایت، سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) یک فرمت فایل برداری منبع باز را حفظ می کند که ویژگی های فیزیکی و فرهنگی را در سراسر ایالات متحده جزئیات می دهد. این DLGهای صریح توپولوژیکی (گرافیک خط دیجیتال) بسته به اینکه از 1:24000- مشتق شده باشند در مقیاس بزرگ، متوسط ​​و کوچک هستند. 1:100000-; یا نقشه های چهار گوش توپوگرافی USGS در مقیاس 1:2000000. ویژگی های موجود در انواع مختلف DLG به مقیاس DLG بستگی دارد، اما به طور کلی شامل داده هایی مانند مرزهای اداری و سیاسی، هیدروگرافی، سیستم های حمل و نقل، هیپوگرافی و پوشش زمین است.

https://gisland.org/

فایل‌های داده برداری نیز می‌توانند برای نمایش اطلاعات ارتفاع سطح ساختاری داشته باشند. TIN (شبکه نامنظم مثلثی) یک ساختار داده برداری منبع باز است که از مثلث های به هم پیوسته و غیرهمپوشانی برای نمایش سطوح جغرافیایی استفاده می کند ( شکل 5.10 “شبکه نامنظم مثلثی (TIN)” ). در حالی که تصویر شطرنجی یک سطح، ارتفاع را به عنوان یک مقدار متوسط ​​در وسعت فضایی هر پیکسل نشان می دهد (به بخش 5.3.2 “فرمت های فایل شطرنجی” مراجعه کنید.، ساختار داده TIN هر رأس مثلث را به عنوان یک مقدار دقیق ارتفاع در یک نقطه خاص از زمین مدل می کند. قوس های بین هر راس تقریبی از ارتفاع بین دو راس است. سپس این کمان‌ها به صورت مثلث‌هایی جمع می‌شوند که از آن‌ها می‌توان اطلاعات مربوط به ارتفاع، شیب، جنبه و سطح سطح را در کل وسعت فضای مدل به دست آورد. توجه داشته باشید که عبارت “نامنظم” در نام مدل داده به این واقعیت اشاره دارد که راس ها معمولاً به صورت پراکنده قرار می گیرند.

استفاده از TIN ها مزایای خاصی را نسبت به مدل های ارتفاعی مبتنی بر شطرنجی به ارمغان می آورد (به بخش 5.3.2 “فرمت های فایل Raster” مراجعه کنید.). اول، ویژگی های توپوگرافی خطی نسبت به همتای شطرنجی خود بسیار دقیق نشان داده می شوند. دوم، تعداد نسبتاً کمی از نقاط داده برای نشان دادن یک سطح مورد نیاز است، بنابراین اندازه فایل معمولاً بسیار کوچکتر است. این امر به ویژه درست است زیرا رئوس را می توان در مناطقی که برجستگی پیچیده است و در مناطقی که برجستگی ساده است، پراکنده است. سوم، داده‌های ارتفاعی خاص را می‌توان با قرار دادن رئوس اضافی در صورت ناکافی یا ناکافی بودن داده‌ها در مدل داده گنجانید. در نهایت، آمار فضایی خاصی را می توان محاسبه کرد که در هنگام استفاده از یک مدل ارتفاعی مبتنی بر شطرنجی نمی توان به دست آورد، مانند ترسیم دشت سیلاب، منحنی های ظرفیت ذخیره سازی برای مخازن، و منحنی های منطقه زمانی برای هیدروگراف ها.

فرمت های فایل شطرنجی

بسیاری از انواع فرمت فایل شطرنجی برای استفاده در GIS موجود است. انتخاب فرمت های شطرنجی با در دسترس بودن گسترده تصاویر از دوربین های دیجیتال، ضبط کننده های ویدئویی، ماهواره ها و غیره به طور چشمگیری افزایش یافته است. تصاویر شطرنجی معمولاً 8 بیتی (256 رنگ) یا 24 بیتی (16 میلیون رنگ) هستند. با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی، اندازه فایل‌های تصویر شطرنجی بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شده‌اند. برای مقابله با این محدودیت بالقوه، معمولاً از دو نوع فشرده سازی فایل استفاده می شود: بدون اتلاف و با اتلاف. فشرده سازی بدون افت حجم فایل را بدون کاهش کیفیت تصویر کاهش می دهد. فشرده سازی از دست رفتهتلاش برای بهره برداری از محدودیت های چشم انسان با حذف اطلاعاتی از تصویر که قابل تشخیص نیستند. همانطور که ممکن است حدس بزنید، فشرده سازی با اتلاف منجر به اندازه فایل های کوچکتر از فشرده سازی بدون اتلاف می شود.

از جمله رایج ترین فایل های شطرنجی مورد استفاده در وب می توان به فرمت های JPEG، TIFF و PNG اشاره کرد که همگی متن باز هستند و با اکثر بسته های نرم افزاری GIS قابل استفاده هستند. فرمت‌های شطرنجی JPEG ( گروه مشترک متخصصان عکاسی) و TIFF (فرمت فایل تصویری برچسب‌گذاری شده) اغلب توسط دوربین‌های دیجیتال برای ذخیره مقادیر 8 بیتی برای هر یک از فضاهای رنگ‌های قرمز، آبی و سبز (و گاهی اوقات رنگ‌های 16 بیتی) استفاده می‌شوند. ، در مورد تصاویر TIFF). JPEG ها از فشرده سازی با اتلاف پشتیبانی می کنند، در حالی که TIFF ها می توانند با اتلاف یا بدون تلفات باشند. برخلاف JPEG، تصاویر TIFF را می توان در فضاهای رنگی RGB یا CMYK ذخیره کرد. PNG (گرافیک شبکه قابل حمل)فایل ها تصاویر 24 بیتی هستند که از فشرده سازی با اتلاف یا بدون اتلاف پشتیبانی می کنند. فایل های PNG برای مشاهده کارآمد در مرورگرهای مبتنی بر وب مانند اینترنت اکسپلورر، موزیلا فایرفاکس، نت اسکیپ و سافاری طراحی شده اند.

فایل‌های JPEG، TIFF و PNG بومی اطلاعات جغرافیایی مرتبط با آن‌ها ندارند و بنابراین نمی‌توانند در هیچ تلاشی برای نقشه‌برداری جغرافیایی استفاده شوند. برای به کارگیری این فایل ها در یک GIS، ابتدا باید یک فایل جهانی ایجاد شود. یک فایل جهانی یک فایل داده متن ساده و جداگانه است که مکان ها و تبدیل هایی را مشخص می کند که به تصویر اجازه می دهد در یک سیستم مختصات استاندارد نمایش داده شود (به عنوان مثال، Mercator عرضی جهانی [UTM] یا حالت صفحه). نام فایل فایل world بر اساس نام فایل شطرنجی است، در حالی که یک w معمولاً به پسوند فایل اضافه می شود. نام پسوند فایل جهانی برای JPEG JPW است. برای TIFF، TFW است. و برای PNG، PGW.

نمونه‌ای از فرمت فایل شطرنجی با اطلاعات ارجاع جغرافیایی صریح، فرمت اختصاصی MrSID (پایگاه داده تصویری چند رزولوشن) است. این فرمت فشرده‌سازی بدون تلفات توسط LizardTech, Inc. برای استفاده با عکس‌های هوایی بزرگ یا تصاویر ماهواره‌ای ایجاد شده است که به موجب آن می‌توان بخش‌هایی از یک تصویر فشرده‌شده را بدون نیاز به از حالت فشرده‌کردن کل فایل به سرعت مشاهده کرد. فرمت MrSID اغلب برای تجسم عکس های ارتو استفاده می شود.

مانند MrSID، فرمت اختصاصی ECW (Enhanced Compression Wavelet) نیز شامل اطلاعات ارجاع جغرافیایی در ساختار فایل است. این فرمت فشرده سازی با اتلاف توسط Earth Resource Mapping توسعه داده شده است و تا 255 لایه اطلاعات تصویر را پشتیبانی می کند. با توجه به اندازه فایل‌های بالقوه عظیم مرتبط با تصویری که از لایه‌های زیادی پشتیبانی می‌کند، فایل‌های ECW گزینه‌ای عالی برای انجام تجزیه و تحلیل سریع بر روی تصاویر بزرگ در حالی که از مقدار نسبتاً کمی از RAM کامپیوتر (حافظه دسترسی تصادفی) استفاده می‌کنند، در نتیجه سرعت محاسبات را تسریع می‌کنند. .

مانند DLG منبع باز، مبتنی بر برداری، DRG ها (گرافیک رستر دیجیتال) نسخه های اسکن شده نقشه های توپوگرافی USGS هستند و شامل تمام مواد یقه از نسخه های اصلی هستند. اطلاعات مکانی یافت شده در خط منظم تصویر به طور خاص به سیستم مختصات UTM ارجاع داده می شود. این گرافیک ها با حداقل 250 dpi (نقطه در اینچ) اسکن می شوند و بنابراین وضوح فضایی تقریباً 2.4 متر دارند. DRG ها حاوی حداکثر سیزده رنگ هستند و بنابراین ممکن است کمی متفاوت از رنگ های اصلی به نظر برسند. علاوه بر این، آنها شامل تمام مواد یقه از نسخه اصلی چاپی هستند، به سطح زمین ارجاع داده می شوند، متناسب با پیش بینی جهانی عرضی Mercator (UTM) هستند، و به احتمال زیاد بر اساس نقاط داده NAD27 هستند (NAD مخفف شمال آمریکای شمالی است. داده).

مانند فرمت بردار TIN، برخی از فرمت‌های فایل شطرنجی به صراحت برای مدل‌سازی ارتفاع ایجاد می‌شوند. اینها شامل فرمت‌های فایل USGS DEM، USGS SDTS و DTED هستند. USGS DEM (مدل ارتفاعی دیجیتال بررسی زمین شناسی ایالات متحده) به دلیل در دسترس بودن گسترده، سادگی مدل و پشتیبانی نرم افزاری گسترده از فرمت، یک فرمت فایل محبوب است. هر مقدار پیکسل در این DEM های مبتنی بر شبکه نشان دهنده ارتفاعات نقطه ای روی زمین است که معمولاً بر حسب فوت یا متر است. هنگام استفاده از DEM های مبتنی بر شبکه به دلیل حجم عظیمی از داده هایی که این فایل ها را همراهی می کند، باید دقت کرد زیرا وسعت فضایی پوشش داده شده در تصویر شروع به افزایش می کند. DEM ها به عنوان مدل های زمین دیجیتال (DTMs) هنگامی که یک مدل ساده و زمین برهنه را نشان می دهند و به عنوان مدل های سطح دیجیتال (DSM) نامیده می شوند.هنگامی که آنها ارتفاعات ویژگی های منظره مانند ساختمان ها و درختان را در بر می گیرند ( شکل 5.11 “مدل سطح دیجیتال (سمت چپ) و مدل دیجیتال زمین (راست)” ).

DEM های USGS را می توان به یکی از چهار سطح کیفیت (با برچسب 1 تا 4) بسته به داده های منبع و وضوح آن طبقه بندی کرد. این داده منبع می تواند 1:24000-; 1:63,360-; یا چهارضلعی های توپوگرافی در مقیاس 1:250000. فرمت DEM یک فایل منفرد از متن ASCII است که از سه بلوک داده تشکیل شده است. A، B و C. بلوک A حاوی اطلاعات هدر مانند مبدا داده، نوع و سیستم های اندازه گیری است. بلوک B حاوی داده های ارتفاعی پیوسته است که به عنوان یک عدد صحیح شش کاراکتری توصیف می شود. بلوک C حاوی اطلاعات تریلر مانند خطای ریشه میانگین مربع (RMS) صحنه است. فرمت DEM USGS اخیراً توسط فرمت DEM USGS SDTS (Spatial Data Transfer Standard) DEM جایگزین شده است. فرمت SDTS USGS. 2010. “SDTS چیست؟” USGS، http://mcmcweb.er.usgs.gov/sdts/whatsdts.html .به طور خاص به عنوان یک فرمت توزیع برای انتقال داده ها از یک رایانه به رایانه دیگر با از دست دادن داده صفر توسعه داده شد.

فرمت DTED (Digital Terrain Elevation Data) یکی دیگر از فرمت های فایل شطرنجی مخصوص ارتفاع است. در دهه 1970 برای اهداف نظامی مانند تجزیه و تحلیل خط دید، تجسم سه بعدی و برنامه ریزی ماموریت توسعه یافت. فرمت DTED سه سطح داده را در پنج ناحیه عرضی مختلف نگهداری می کند. داده های سطح 0 دارای وضوح تقریبی 900 متر است. داده های سطح 1 دارای وضوح تقریبی 90 متر است. و داده های سطح 2 دارای وضوح تقریبی 30 متر است.

فرمت های فایل ترکیبی

پایگاه داده جغرافیایی یک فرمت فایل ESRI اختصاصی به تازگی توسعه یافته است که از مجموعه داده های بردار و شطرنجی (مانند نقاط، خطوط، چندضلعی ها، حاشیه نویسی، JPEG، TIFF) در یک فایل واحد پشتیبانی می کند. این فرمت روابط توپولوژیکی را حفظ می کند و به عنوان یک فایل MDB ذخیره می شود. پایگاه داده جغرافیایی به عنوان یک مدل جامع برای ارائه و مدل سازی اطلاعات مکانی توسعه داده شد.

سه نوع مختلف از پایگاه های جغرافیایی وجود دارد. پایگاه داده های جغرافیایی شخصی برای ویرایش تک کاربره ایجاد شده است، به موجب آن دو ویرایشگر نمی توانند در یک زمان معین روی یک پایگاه داده جغرافیایی کار کنند. پایگاه جغرافیایی شخصی از فرمت فایل DBMS مایکروسافت اکسس استفاده می کند و محدودیت اندازه 2 گیگابایت در هر فایل را حفظ می کند، اگرچه اشاره شده است که پس از نزدیک شدن اندازه فایل به 250 مگابایت، عملکرد شروع به کاهش می کند. پایگاه داده های جغرافیایی شخصی در حال حاضر توسط ESRI حذف می شود و بنابراین برای ایجاد داده های جدید استفاده نمی شود.

پایگاه جغرافیایی فایلبه طور مشابه فقط ویرایش تک کاربره را مجاز می‌کند، اما این محدودیت فقط برای مجموعه داده‌های ویژگی منحصربه‌فرد در یک پایگاه جغرافیایی اعمال می‌شود. پایگاه داده جغرافیایی فایل ابزارهای جدیدی مانند دامنه ها (قوانین اعمال شده برای ویژگی ها)، انواع فرعی (گروه هایی از اشیاء با کلاس ویژگی یا جدول) و سیاست های تقسیم/ادغام (قوانینی برای کنترل و تعریف خروجی عملیات تقسیم و ادغام) را در خود جای داده است. این فرمت اطلاعات را به صورت فایل‌های باینری با محدودیت اندازه ۱ ترابایت ذخیره می‌کند و مشخص شده است که عملکرد و مقیاس بسیار کارآمدتری نسبت به پایگاه داده‌های جغرافیایی شخصی دارد (تقریباً یک سوم ذخیره‌سازی هندسه ویژگی مورد نیاز فایل‌های شیپ و پایگاه‌های جغرافیایی شخصی). پایگاه داده های فایل به هیچ سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه ای خاصی وابسته نیستند و می توانند در هر دو سیستم عامل ویندوز و یونیکس به کار گرفته شوند. سرانجام،

سومین فرمت ترکیبی ESRI، پایگاه جغرافیایی ArcSDE است که به ویرایشگرهای متعدد اجازه می دهد تا به طور همزمان روی مجموعه داده های ویژگی در یک پایگاه داده واحد جغرافیایی (معروف به نسخه سازی) کار کنند. مانند پایگاه داده جغرافیایی فایل، این فرمت را می توان در هر دو سیستم عامل ویندوز و یونیکس به کار برد. حجم فایل به 4 گیگابایت محدود شده است و ماهیت اختصاصی آن برای استفاده نیاز به مجوز ArcInfo یا ArcEditor دارد. پایگاه جغرافیایی ArcSDE بر روی بسته نرم افزاری SQL Server Express، که یک پلت فرم رایگان DBMS است که توسط مایکروسافت توسعه یافته است، پیاده سازی شده است.

علاوه بر پایگاه داده جغرافیایی، PDF جغرافیایی Adobe Systems Incorporated (فرمت سند قابل حمل) یک فرمت متن باز است که امکان نمایش موجودیت های هندسی مانند نقاط، خطوط و چند ضلعی ها را فراهم می کند. پی دی اف های مکانی را می توان برای یافتن و علامت گذاری جفت مختصات، اندازه گیری فواصل، بازپروژه فایل ها و ثبت تصاویر شطرنجی جغرافیایی استفاده کرد. این فرمت به ویژه مفید است زیرا PDF به عنوان استاندارد ترجیحی برای اسناد وب قابل چاپ پذیرفته شده است. اگرچه از نظر عملکردی مشابه است، PDF جغرافیایی نباید با فرمت GeoPDF توسعه یافته توسط TerraGo Technologies اشتباه گرفته شود. در عوض، GeoPDF یک نسخه مارک شده از PDF جغرافیایی است.

در نهایت، Google Earth از فرمت فایل ترکیبی و منبع باز جدید به نام KML (زبان نشانه گذاری Keyhole) پشتیبانی می کند. فایل‌های KML نقاط، خطوط، چندضلعی‌ها، تصاویر، مدل‌های سه‌بعدی و غیره را با طول و عرض جغرافیایی و همچنین سایر اطلاعات نمای مانند شیب، عنوان، ارتفاع و غیره مرتبط می‌کنند. فایل‌های KMZ معمولاً با آن‌ها مواجه می‌شوند و نسخه‌های فشرده شده فایل‌های KML هستند.