shape文件介绍

何永利

                                                                  SHAPE 文件格式
SDE,ARC/INFO,PC ARC/INFO,Data Automation Kit(DAK)和ArcCAD软件提供了shape 到coverage的数据转换器，ARC/INFO同样提供了coverage到shape的转换器。为了和其他数据格式交换，shape文件的格式在本报告中被出版。其他数据流，比如来自全球定位系统(GPS)接收机的数据能同样被存为shape文件或X,Y事件表。 Shape文件技术描述计算机程序能通过使用本节的技术描述来产生，读，写shape文件。
一个ESRI的shape文件包括一个主文件，一个索引文件，和一个dBASE表。主文件是一个直接存取，变量记录长度文件，其中每个记录描述一个有它自己的vertices列表的shape。在索引文件中，每个记录包含对应主文件记录离主文件头开始的偏移，dBASE表包含一feature一个记录的feature的特征。几何和属性间的一一对应关系是基于记录数目的。在dBASE文件中的属性记录必须和主文件中的记录是相同顺序的。
命名习惯所有文件名都符合8.3命名习惯。主文件，索引文件和dBASE文件有相同的前缀。前缀必须是由字符或数字（a-Z,0-9）开始，后跟0到7个字符（a-Z,0-9，_,）主文件的后缀是.shp，索引文件的后缀是.shx，dBASE表的后缀是.dbf。文件名中的所有字母在对文件名敏感的操作系统中都是小写的。
例子
   主文件：counties.shp 索引文件:counties.shx    dBASE表： ounties.dbf数字类型一个shape文件存储整数和双精度数，本文档的余数指以下类型：
整数：有符号32位整数（4字节）
双精度：有符号64位IEEE双精度浮点数（8字节）浮点数必须是数字的值。负无穷，正无穷和非数字（NaN）值在shape文件不被允许。然而shape文件支持'没有数据'的值这样的概念，但是目前只用于衡量。某些小于－1038被shape文件读取程序用来代表'没有数据'的值。
下面的第一节描述shape文件的总体结构和组织。第二节描述shape文件支持的每种shape类型的记录内容。
主文件的组织
主文件（.shp）由固定长度的文件头和接着的变长度记录组成。每个变长度记录是由固定长度的记录头和接着的变长度记录内容组成。图1图解了主文件的结构。
图 1 主文件的结构
文件头
记录头 记录内容
记录头 记录内容
记录头 记录内容
记录头 记录内容
……
……
记录头 记录内容
Shape文件中所有的内容可以被分为二类：
   与数据相关的：
       。主文件记录内容
       。主文件头的数据描述域（Shape 类型，边界盒等）
   与文件管理相关的：
       。文件和记录长度
       。记录偏移等
整数和双精度整数在文件头中组成数据描述域，在主文件的记录内容是小ndian（PC或Intel）字节顺序。组成文件的其余部分和文件管理的整数和双精度浮点数是大endian（Sun或Motorola）字节顺序。
主文件头
   主文件头100字节长。表1显示带有字节位置，值，类型和字节顺序的文件头中的域。
在此表中，位置是相对于文件的开始。
表 1 主文件头的描述
位置           域                 值            类型            字节顺序
0字节         文件代码           9994           整数               大
4字节         未被使用            0             整数               大
8字节         未被使用            0             整数               大
12字节        未被使用            0             整数               大
16字节        未被使用            0             整数               大
20字节        未被使用            0             整数               大
24字节        文件长度         文件长度         整数               大
28字节          版本            1000            整数               小
32字节        Shape类型       Shape类型        整数               小
36字节         边界盒           Xmin          双精度              小
44字节         边界盒           Ymin          双精度              小
52字节         边界盒           Xmax          双精度              小
60字节         边界盒           Ymax          双精度              小
68字节*         边界盒           Zmin          双精度              小
76字节*         边界盒           Zmax          双精度              小
84字节*         边界盒           Mmin          双精度              小
92字节*         边界盒           Mmax          双精度              小
*未被使用，值为0.0，若没有被衡量或是Z轴。
文件长度的值是在16位字下文件的总长度（包括组成文件头的50个16位字）。在shape文件中的所有非空shape被需要是同种shape类型。Shape类型的值如下：
值               shape类型
0 空shape
1                  点
3                  多线
5 多边形
8 多点
11 点Z
13                 多线Z
15                 多边形Z
18 多点Z
21 点M
23                 多线M
25 多边形M
28 多点M
31                 多斑块
没有被定义的Shape 类型值（2，4，6等直到33）为将来可能的使用而保留。目前shape文件被局限于包含以上定义的同种shape类型。在将来shape文件可以被允许包含多于一种shape类型。若混合shape类型被实现，文件头中的shape类型将标识该文件。
主文件头的边界盒存储文件中shape的实际幅度。最小边界X和Y直交的（潜在的M,Z）长方形包含了所有的shape。若shape文件是空的（没有记录），min,Ymin,Xmax,Ymax的值是未被定义的。Mmin和Mmax能包含shape文件用来衡量不包含衡量的shape类型的'没有数据'的值（参见2页的数字类型），记录头
每个记录的头存储了记录的数目和记录内容的长度。记录头有一个固定长度8字节。表 2显示文件记录头中域的字节位置，值，类型和字节顺序。在表中，位置是相对于记录的开始的。
表 2 主文件记录头文件的描述
位置           域                 值            类型            字节顺序
0字节       记录数目           记录数目         整数               大
4字节       内容长度           内容长度         整数               大
记录数目从1开始。
一个记录的内容长度是按16位字衡量的记录内容长度。每个记录因此为文件的总长度贡献（4＋内容长度）个16位字，正如文件头是24字节一样。

主文件记录内容
Shape文件记录内容包含一个shape类型和接着的该shape的几何数据。记录内容的长度依赖于在一个shape中部分和vertices的数目。对每种shape类型，我们首先描述该shape然后是它在磁盘上的存储镜像。在表3到16，位置是相对于记录内容的开始。
空shape
shape类型为0指代一种不带几何数据的空shape，每种要素类型（点，线，多边形等）都支持空，在同一个shape文件中有点和空的点是有效的。常常空shape是放东西的地方；在shape文件产生时被使用和在产生后更被广泛地使用。
表 3 空shape记录内容
位置           域              值         类型       数目      字节顺序
0字节      shape类型           0          整数         1         小
在X,Y位置的Shape类型
点    一个点包括一对以X,Y顺序排列的双精度的坐标
       Point
       {
            Double     X //X坐标
            Double     Y //Y坐标
       }
   表 4 点记录内容
位置           域              值         类型       数目      字节顺序
0字节      shape类型           1          整数         1         小
4字节         X               X         双精度        1         小
12字节        Y               Y         双精度        1         小
多点 一个多点代表一个点的集合：
      MultiPoint
      {
         Double[4]            Box           //边界盒
         Integer               NumPoints     //点的数目
         Point[NumPoints]      Points         //在集合中的点
     }
边界盒以Xmin,Ymin,Xmax,Ymax存储。
表 5 多点记录内容
位置           域              值          类型       数目      字节顺序
0字节      shape类型           8          整数         1         小
4字节        Box              Box        双精度        4         小
36字节     NumPoints       NumPoints      整数         1          小
40字节      Points             Points        点       NumPoints     小
PolyLine 一条PolyLine是指一条包含一个或多个部分的有序的vertices的集合。一个部分是指二个或多个点彼此连接的顺序。部分间彼此相连或不连。部分间彼此可能相交或不相交。
因为该定义没有禁止有确定坐标的连续点，shape文件的读程序必须掌握这样的情况。在另外，退化(degenerate)和可能导致零长度的结果是不被允许的。
PolyLine
{
       Double[4]              Box          //边界盒
       Integer                 NumParts     //部分的数目
       Integer                 NumPoints    //点的总数目
       Integer[NumParts]        Parts         //在部分中第一个点的索引
       Point[NumPoints]        Points        //所有部分的点
}
PolyLine的域在以下为更详细的描述：
Box          被存储的PolyLine的边界盒，以Xmin,Ymin,Xmax,Ymax的顺序存储。
NumParts     在PolyLine中部分的数目。
NumPoints    所有部分的点的总数目。
Parts         NumParts长度的数列。为每条PolyLine存储它在点数列中的第一个点的索引。数列索引是从0开始的。
Points        NumPoints长度的数列。在PolyLine中的每一部分的点被尾到尾存储。部分2的点跟在部分1的点之后，如此下去。部分数列对每一部分保持开始点的数列索引。
在部分间点之间没有界限。
表 6 PolyLine记录内容
位置           域              值          类型       数目      字节顺序
0字节      shape类型           3          整数         1         小
4字节        Box              Box        双精度        4         小
36字节     NumParts        NumParts       整数         1          小
40字节     NumPoints       NumPoints      整数         1          小
44字节       Parts             Parts        整数       NumParts     小
X字节      Points             Points        点        NumPoints     小
注意：X=44+4* NumParts多边形 一个多边形包含一个或多个环。一个环是四或多个点彼此相连组成的一个闭合的彼此不相交的环。一个多边形可能包括多个外环，一个环的vertices的顺序和方向指示环的哪一边是多边形的内部。在多边形中的洞的环的vertices是逆时针方向的。一个环组成的多边形总是顺时针方向的。一个多边形的环是被做为它的一部分的。因为该定义没有禁止有确定坐标的连续的点，shape文件读程序必须解决这种情况。在另外，退化(degenerate)和可能导致零长度的结果是不被允许的。多边形的结构被定义为PolyLine结构，正如下文：
Polygon
{
       Double[4]           Box         //边界盒
       Integer                 NumParts     //部分的数目
       Integer                 NumPoints    //点的总数目
       Integer[NumParts]        Parts         //在部分中第一个点的索引
       Point[NumPoints]        Points        //所有部分的点
}
多边形的域在以下为更详细的描述：
Box          被存储的多边形的边界盒，以Xmin,Ymin,Xmax,Ymax的顺序存储。
NumParts     在多边形中环的数目。
NumPoints    所有环的点的总数目。
Parts         NumParts长度的数列。为每条环存储它在点数列中的第一个点的索引。数列索引是从0开始的。
Points        NumPoints长度的数列。在多边形中的每一个环的点被尾到尾存储。环2的点跟在环1的点之后，如此下去。部分数列对每一环保持开始点的数列索引。在环间点之间没有界限。
图 2中的例子图演示了多边形的表现。该图中的多边形有一个洞，总共是8个vertices。
关于多边形shape有以下重要注意事项：
环是闭合的（第一个和最后一个vetex必须是一样的）在点数列中环的顺序是不重要的。
存储在shape文件中的多边形必须是clean，一个clean的多边形是指这样的一个多边形：
1． 没有自交。这意味着属于一个环的一段可能不与另一个环的一段相交。一个多边形
的环可能在vetices处彼此相交，但不是在沿段处。重合的段被认为是相交的。
2． 在定义多边形的线的正确一边有多边形的内部。一个观察者以vertex顺序沿环走时，右边的邻居是多边形的内部。一个独环的多边形的vertices因此都是顺时针的。在这些多边形中的洞有一个逆时针的方向。当定义在多边形中的洞同样是顺时针时，发生"Dirty"多边形错误。这会导致内部的重叠。
图 2 一个多边形的实例
在此例中，NumParts等于2,NumPoints等于10。注意洞多边形的点的顺序是逆序的。
                   0       5
        部    分 ： 0       5
                   0    1    2    3    4    5    6    7    8    9
           点    ： v1 v2 v3 v4 v1 v5 v8 v7 v6 v5
表 7 多边形记录内容
位置           域              值          类型       数目      字节顺序
0字节      shape类型           5          整数         1         小
4字节        Box              Box        双精度        4         小
36字节     NumParts        整数         1          小
44字节       Parts             Parts        整数       NumParts     小
X字节       Points            Points        点         NumPoints     小
注意：X=44+4* NumParts
原网址：http://hi.baidu.com/gaoxw/blog/item/ea07b04572ef283987947316.html

byc1987

很详细，谢谢分享啊！

ngss2011

谢谢楼主分享。。。。

jiajun102481

很好 谢谢分享

菜菜黑

楼主你好，我想画高原边界，但是看了帖子没怎么明白究竟如何设置。之前已经把高原边界的shape文件放到了grads/data下，接下来应该怎么利用这个文件呢？