Техническое описание ESRI Shapefile

В данном разделе приводится описание структуры файлов, в которых в векторном формате хранятся все карты, используемые при работе подключаемого модуля.

ESRI Shapefile или просто Shapefile является популярным векторным форматом данных программного обеспечения для геоинформационных систем. Этот формат разрабатывается ESRI как открытая спецификация для взаимодействия между различными программными продуктами. Shapefile обычно представляет собой набор файлов со следующими расширениями:". shp" ,". shx" ,". dbf". Все эти файлы имеют одно и то же имя, и каждый из них является необходимым.

Shapefile содержит нетопологическую геометрическую и атрибутивную информацию для набора объектов. Геометрия объекта хранится как форма, содержащая набор векторных координат. Так как shapefiles не содержат топологической надстройки, они имеют ряд преимуществ перед другими источниками данных, например, более быстрая отрисовка и возможность редактирования. Shapefiles работают с объектами, которые могут перекрываться или совсем не соприкасаться. Они обычно требуют меньшей дисковой памяти и более просты при чтении и записи.

Shapefiles работают с объектами в форме точек, линий и полигонов. Полигоны должны быть представлены в виде замкнутых фигур. Атрибутивные данные содержатся в формате dBase. Каждая запись базы данных находится в связи «один к одному» с соответствующей записью объекта.

Shapefile состоит из главного файла, индексного файла и таблицы dBase. Главный файл — это файл прямого доступа, содержащий записи переменной длинны, каждая из которых описывает объект при помощи списка вершин. В индексном файле каждая запись содержит смещение соответствующей записи в главном файле относительно начала главного файла. Таблица dBase содержит атрибуты объектов. Только одна строка таблицы соответствует только одному объекту в главном файле. Соответствие «один к одному» между атрибутами и объектами основывается на номере записи. Номер записи атрибутов в таблице dBase должен быть таким же, как и номер записи в главном файле.

Главный файл, индексный файл и dBase-файл должны иметь одно и то же имя. Расширение главного файла должно быть таким:". shp". Расширение индексного файла:". shx". Расширение dBase-файла:". dbf" .

Shapefiles содержат числовые данные как integer (целое) и double precision (плавающее с двойной точностью):

Integer: 32-битное целое со знаком (4 байта).

Double: 64-битное с двойной точностью (8 байт).

Главный файл содержит заголовок файла фиксированной длины, за которым следуют записи переменной длины. Каждая запись переменной длины состоит из заголовка записи фиксированной длины, за которым следует содержимое строки переменной длины. Таблица иллюстрирует содержание главного файла.

Таблица 12.

Организация главного файла.

Заголовок файла.
Заголовок записи.	Содержимое строки.
…	…
Заголовок записи.	Содержимое строки.
Заголовок записи.	Содержимое строки.

Порядок байтов в integers и double-precision, составляющих описание данных в заголовке файла (определенном выше) и в содержимом строк в главном файле, — малый. Порядок байтов в integers и double-precision, из которых состоит остаток файла, — большой. Длина заголовка главного файла — 100 байт. В таблице 13 показаны поля, их положение в байтах относительно начала файла, и порядок байтов.

Таблица 13.

Описание заголовка главного файла.

Позиция.	Поле.	Значение.	Тип.	Порядок байтов.
Байт 0.	Код файла.		Integer.	Большой.
Байт 4.	Не использ.		Integer.	Большой.
Байт 8.	Не использ.		Integer.	Большой.
Байт 12.	Не использ.		Integer.	Большой.
Байт 16.	Не использ.		Integer.	Большой.
Байт 20.	Не использ.		Integer.	Большой.
Байт 24.	Длина файла.	Длина файла.	Integer.	Большой.
Байт 28.	Версия.		Integer.	Малый.
Байт 32.	Тип объекта.	Тип объекта.	Integer.	Малый.
Байт 36.	Границы.	Xmin	Double.	Малый.
Байт 44.	Границы.	Ymin	Double.	Малый.
Байт 52.	Границы.	Xmax	Double.	Малый.
Байт 60.	Границы.	Ymax	Double.	Малый.
Байт 68.	Не использ.		Integer.	Большой.
…	…	…	…	…
Байт 0.	Не использ.		Integer.	Большой.

Значение длины файла есть общая длина файла, измеренная в 16-битных словах (включая 50 16-битных слов, которые составляют заголовок).

Все объекты в shapefile должны быть одного и того же типа. Величины типов должны быть такими:

Таблица 14.

Величины типов.

Величина.	Тип объекта.
	Точка.
	Дуга.
	Полигон.
	Набор точек.

Заголовок для каждой записи содержит номер записи и длину содержимого записи. Заголовок записи имеет фиксированную длину 8 байт. В таблице 15 показаны поля заголовка записи, их позиции относительно начала файла, величины и порядок байтов.

Таблица 15.

Описание заголовка записей главного файла.

Позиция.	Поле.	Значение.	Тип.	Порядок байтов.
Байт 0.	Номер записи.	Номер записи.	Integer.	Большой.
Байт 4.	Длина содержимого.	Длина содержимого.	Integer.	Большой.

Номера записей начинаются с 1.

Длина содержимого записи измеряется в 16-битных словах. Каждая запись, следовательно, составляет (4 + длина содержимого) 16-битных слов, и такие записи расположены вплоть до конца файла, длина которого хранится в 24-м байте заголовка файла.

Содержимое записи shapefile состоит из типа объекта, за которым следуют геометрические данные объекта. Длина содержимого записи зависит от количества частей и вершин объекта. Для каждого типа объекта мы сначала опишем сам объект, а затем его соотношение с содержимым записи на диске. В приведённых далее таблицах позиция относится к началу содержимого записи.

Точка состоит из пары чисел double-precision в порядке X, Y.

Point.

{.

Double X // Координата X.

Double Y // Координата Y.

}.

Таблица 16.

Содержимое записи Точка.

Позиция.	Поле.	Значение.	Тип.	Количество.	Порядок байтов.
Байт 0.	Тип объекта.		Integer.		Малый.
Байт 4.	X.	X.	Double.		Малый.
Байт 12.	Y.	Y.	Double.		Малый.

Набор_точек MultiPoint представляет собой набор точек:

MultiPoint.

{.

Double [4] Box // Граничный прямоугольник.

Integer NumPoints // Количество точек.

Point [NumPoints] Points // Точки в наборе.

}.

Граничный прямоугольник записывается в следующем порядке: X_min, Y_min, X_max, Y_max.

Таблица 17.

Содержимое записи Набор точек.

Позиция.	Поле.	Значение.	Тип.	Количество.	Порядок байтов.
Байт 0.	Тип Объекта.		Integer.		Малый.
Байт 4.	Box.	Box.	Double.		Малый.
Байт 36.	NumPoints.	NumPoints.	Integer.		Малый.
Байт 40.	Points.	Points.	Point.	NumPoints.	Малый.

Дуга Shapefile может состоять из набора полилиний, которые не обязательно стыкуются друг с другом. Полилиния есть упорядоченный набор вершин. Каждая полилиния является частью дуги.

Arc.

{.

Double [4] Box // Граничный прямоугольник.

Integer NumParts // Количество частей.

Integer NumPoints // Общее количество точек.

Integer [NumParts] Parts // Индекс перв. точки в части.

Point [NumPoints] Points // Точки для всех частей.

}.

Поля дуги детально описаны ниже:

• · Box — граничный прямоугольник для дуги, записанный в порядке X_min, Y_min, X_max, Y_max;
• · NumParts — количество полилиний в дуге;
• · NumPoints — общее количество точек для всех полилиний;
• · Parts — массив длиной NumParts. Содержит индекс первой точки в массиве точек для каждой полилинии. Массив индексов начинается с 0;
• · Points — массив длиной NumPoints. Точки каждой полилинии в дуге хранятся друг за другом. Точки полилинии 2 следуют за точками полилинии 1 и так далее. Нет никакого разделителя в массиве точек между полилиниями.

Таблица 18.

Содержание записи Дуга.

</…

Позиция.	Поле.	Значение.	Тип.	Количество.	Порядок байтов.
Байт 0.	Тип объекта.		Integer.		Малый.
Байт 4.	Box.	Box.	Double.		Малый.