[QGIS教學系列]常用的GIS資料交換格式系列{2}-ESRI Shapefile

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[QGIS教學系列]常用的GIS資料交換格式系列{2}-ESRI Shapefile

這個系列會介紹常見的GIS資料存儲交換格式，今天要分享的主角ESRI Shapefile(SHP)
Shapefile（.shp）是一種常用的地理資訊系統（GIS）文件格式，用於儲存地理空間數據。它是由ESRI（Environmental Systems Research Institute）所開發和推廣的，雖然SHP格式相當古老並且屬於多檔案組成但目前仍舊為GIS行業中的標準格式之一。

***本文將介紹Shapefile的基本概念、檔案組成、優點和缺點，以及常見的檔案錯誤。***

對於常見的空間資訊格式介紹可以參考以下影片

[QGIS教學系列]QGIS-常用資料格式介紹

1.什麼是SHP格式？

Shapefile(.shp)是由ESRI（Environmental Systems Research Institute）所開發和推廣的地理數據格式，目前為GIS行業的標準之一。該格式用於儲存地理實體的幾何圖形和屬性數據。Shapefile可以表示各種地理圖徵，如建築物、河流、道路等，並且支持不同的幾何圖形類型(點、線、面)和數據類型。

Shapefile的文件包含多個文件，這些文件組合在一起形成了一個完整的Shapefile數據集。一個基本的Shapefile數據集通常由三個文件組成：

1. .shp文件：它是Shapefile的核心文件，用於存儲實際的幾何圖形（點、線、面等）的坐標和屬性數據。這些幾何圖形可以表示地理圖徵，如建築物、河流、道路等。每個幾何圖形都有一個唯一的識別編號，稱為記錄（record）。
2. .shx文件：這是Shapefile的索引文件，用於加速對.shp文件中幾何圖形的查詢和檢索。它包含了幾何圖形的位置和大小信息，可以通過這些信息快速定位特定的幾何圖形。
3. .dbf文件：這是Shapefile的屬性表文件，以dBase格式存儲。它包含了與每個幾何圖形相關聯的屬性數據，例如名稱、類型、面積、人口等。這些屬性可以用於對幾何圖形進行標記和分析(.dbf檔案可以用excel進行屬性資料查看，但隨意進行修改會造成讀取錯誤)

除了上述的主要文件外，Shapefile還有許多輔助文件，以下簡略介紹幾個附加文件

1. .prj文件：prj文件是Shapefile用來描述坐標投影的附加檔案，用於定義地理坐標系統和投影方式，以確保數據在空間上的準確性和一致性
2. .sbn文件:sbn檔案是Shapefile的二進制格式空間索引檔案之一，這個檔案的主要作用是加速對Shapefile中幾何圖形的空間查詢，如點在多邊形內、線和面的相交等。
3. .sbx文件:sbx檔案是Shapefile的二進制格式空間索引檔案之二，與.sbn檔案類似也用於加速對Shapefile中幾何圖形的空間查詢。不同之處在於.sbx檔案的結構和內容不同於.sbn檔案，它使用了一種不同的索引結構，以提供更高效的查詢性能。
4. .qix文件:qix檔案為QIX檔案是由QGIS（Quantum GIS）使用的一種空間索引檔案格式，可以從QGIS->toolbox->Create spatial index ，進行產生

相較於.qix檔案.sbn和.sbx檔案是Shapefile格式中的附加檔案，用於支持Shapefile的空間索引功能。它們是Shapefile格式特有的檔案，而不是QGIS特定的。目的都是為了讓Shapefile中幾何圖形的空間查詢加速

2.SHP格式的優點以及缺點

以下簡述SHP的優點以及缺點:

優點:

• 廣泛支持：SHP格式幾乎被所有主流的GIS軟體和工具所支持，包括ArcGIS、QGIS、GRASS GIS等，使得數據的交換和共享變得非常容易。
• 高度可靠：SHP格式在GIS領域已經存在了很長一段時間，經過了廣泛的使用和驗證，具有良好的穩定性和可靠性。
• 多幾何圖形類型支持：SHP格式支持多種幾何圖形類型，包括點、線、面等，可以滿足不同地理數據的表示需求。
• 支持多屬性數據：SHP格式使用DBF（dBase）檔案來存儲屬性數據，可以將多個屬性與幾何圖形關聯起來，實現豐富的屬性描述。
• 擴展性：SHP格式是一個開放的文件格式，可以根據需要擴展和自定義，使其適應不同的應用場景。

缺點:

• 拓撲限制：SHP格式無法直接表示和儲存拓撲關係，如相鄰關係、拓撲錯誤等。這可能需要使用其他工具或格式來處理拓撲相關的分析和操作。
• 不支持多幾何圖形：SHP格式不直接支持存儲多個幾何圖形，如多點、多線、多面等。在SHP格式中使用不同的記錄來表示多個幾何圖形。
• 字段限制：SHP格式對字段（屬性）的名稱和類型有限制。例如，字段名稱的長度限制為10個字符，字段類型只能是整數、浮點數、字符等有限的類型。
• 文件結構較複雜：SHP格式包含多個檔案（.shp、.shx、.dbf等）組成，相對於其他單一文件的數據格式，文件結構較為複雜，可能需要進行多檔案的管理和處理，同時更容易造成文件遺失以及損壞。

總結而言，SHP格式作為常用的GIS數據格式，在跨平台和廣泛支持上具有優勢。它可以表示多種幾何圖形類型和屬性數據，但在拓撲表示、多幾何圖形支持和字段靈活性方面存在一些限制，同時也限制了數據讀取速度。使用SHP格式時需要注意這些限制，並根據具體需求和情況進行選擇和處理。

3.如何在QGIS中使用SHP以及SHP的常見錯誤

在 QGIS 中，您可以使用以下步驟來使用SHP格式的數據，這邊採用先前製作空氣品質地圖的資料作為示範

[QGIS教學系列]QGIS-製作空氣品質地圖

1.這邊以空氣品質區的範圍圖做為示範，其中可以看到除了主檔案shp外，還有許多附加檔案，但由於主要的形狀資訊儲存在此，觀察檔案的大小可以發現shp占比最大，除了第一節提到的附屬檔案外，實際上QGIS存儲SHP檔案時還會額外生產.cpg(字元編碼檔)以及.qpj(詮釋資料檔)，要載入SHP檔案只要將該檔案拖曳進行QGIS頁面當中即可。

SHP格式的常見問題:

在處理Shapefile時，常見的檔案錯誤包括以下問題以及可能解決方法

• 無效的幾何圖形：幾何圖形的坐標或形狀無效或不完整。
  ->可以使用fix geometry工具進行幾何修復
• 拓撲錯誤：幾何圖形的拓撲關係存在錯誤，如重疊、缺失或重疊等。
  ->由於shp並不直接支援存儲拓撲關係，因此可以依靠topology checker外掛進行錯誤檢查
• 屬性錯誤：屬性數據與幾何圖形不一致或存在格式錯誤。
  ->可能原因是.dbf檔案有所損壞導致對應.shp的圖徵時出現問題，
• 檔案損壞：Shapefile檔案本身損壞或缺失關鍵檔案（如.shp、.shx或.dbf檔案）
  ->如缺少上述主要組成將無法正常開啟檔案，若缺少附加檔案則仍可開啟但喪失部分資訊，例如缺少.prj檔則無法自動指定坐標系統，需要自行assign projection

結語

今天的分享就到這裡了，Shapefile雖然仍舊廣泛應用，但筆者實在不喜歡此格式，除了檔案保存容易缺失外，對於檔案大小以及效能都有許多限制和缺失，筆者更建議使用Geodatabase、Geopackage等基於空間資料庫設計出來的交換格式，喜歡我的分享的話可以訂閱我的YT頻道以及FB專頁會分享更多有趣的應用

延伸閱讀

[QGIS教學系列]常用的GIS資料交換格式系列{1}-GeoJSON(Geographic JavaScript Object Notation)