ملف الشكل

يُعدّ تنسيق ملفات الشكل (Shapefile) تنسيق بيانات جغرافية مكانية متجهة لبرامج نظم المعلومات الجغرافية (GIS) . وقد طُوّر هذا التنسيق وتُشرف عليه شركة Esri كمواصفة مفتوحة المصدر إلى حد كبير لضمان قابلية تبادل البيانات بين منتجات Esri وغيرها من برامج نظم المعلومات الجغرافية . [ 1 ] يُمكن لتنسيق ملفات الشكل وصف المعالم المتجهة مكانيًا : النقاط والخطوط والمضلعات ، التي تُمثل، على سبيل المثال، آبار المياه والأنهار والبحيرات . يحتوي كل عنصر عادةً على سمات تصفه، مثل الاسم أو درجة الحرارة .

ملخص

يُعدّ تنسيق ملفات الشكل (Shapefile) تنسيقًا رقميًا لتخزين البيانات المتجهة، يُستخدم لحفظ الموقع الجغرافي ومعلومات السمات المرتبطة به. يفتقر هذا التنسيق إلى القدرة على تخزين المعلومات الطوبولوجية . وقد طُرح تنسيق ملفات الشكل مع الإصدار الثاني من برنامج ArcView GIS في أوائل التسعينيات. وبات من الممكن الآن قراءة وكتابة مجموعات البيانات الجغرافية باستخدام تنسيق ملفات الشكل مع مجموعة واسعة من البرامج.

يخزن تنسيق ملفات الشكل البيانات الهندسية على شكل أشكال هندسية أولية مثل النقاط والخطوط والمضلعات. تُشكل هذه الأشكال، بالإضافة إلى سمات البيانات المرتبطة بكل شكل، تمثيلًا للبيانات الجغرافية. يُعد مصطلح "ملف الشكل" شائعًا، ولكن التنسيق يتكون من مجموعة من الملفات ذات بادئة اسم مشتركة، مخزنة في نفس المجلد . الملفات الإلزامية الثلاثة لها امتدادات .shapefile.shp و .shapefile .shxو .shapefile. يرتبط ملف الشكل.dbf الفعلي تحديدًا بالملف .shapefile ، ولكنه غير مكتمل للتوزيع بمفرده، إذ يتطلب وجود الملفات الداعمة الأخرى. وفقًا للوصف الفني لملفات الشكل من ESRI [ 1 ] ، قد تتوقع برامج نظم المعلومات الجغرافية القديمة أن تقتصر بادئة اسم الملف على ثمانية أحرف للتوافق مع اصطلاح تسمية الملفات في نظام التشغيل DOS 8.3 ، على الرغم من أن تطبيقات البرامج الحديثة تقبل ملفات بأسماء أطول..shp

الملفات الإلزامية

.shp
تنسيق الشكل؛ هندسة الميزة نفسها. نوع المحتوى :application/vnd.shp
.shx
تنسيق فهرس الشكل؛ فهرس موضعي لهندسة المعالم يسمح بالبحث للأمام والخلف بسرعة. نوع المحتوى:application/vnd.shp.shx
.dbf
تنسيق السمات؛ سمات عمودية لكل شكل، بتنسيق dBase IV. نوع المحتوى:application/vnd.dbf

ملفات أخرى

  • .prj— وصف الإسقاط، باستخدام تمثيل نصي معروف لأنظمة الإحداثيات المرجعية {content-type: text/plain OR application/text}
  • .sbnو— .sbxفهرس مكاني للميزات {content-type: application/vnd.shp}
  • .fbnو— .fbxفهرس مكاني للميزات التي هي للقراءة فقط {content-type: application/vnd.shp}
  • .ainو— .aihفهرس سمات الحقول النشطة في جدول {content-type: application/vnd.shp}
  • .ixs— فهرس ترميز جغرافي لمجموعات البيانات القابلة للقراءة والكتابة {content-type: application/vnd.shp}
  • .mxs— فهرس ترميز جغرافي لمجموعات البيانات القابلة للقراءة والكتابة (تنسيق ODB) {content-type: application/vnd.shp}
  • .atx— فهرس سمات للملف .dbfعلى شكل (ArcGIS 8 والإصدارات الأحدث) {content-type: }shapefile.columnname.atxapplication/vnd.shp
  • .shp.xmlبيانات وصفية جغرافية مكانية بتنسيق XML، مثل ISO 19115 أو مخطط XML آخر {content-type: application/fgdc+xml}
  • .cpgيُستخدم لتحديد صفحة الترميز (فقط لـ .dbf) لتحديد ترميز الأحرف المراد استخدامه {content-type: text/plainOR application/vnd.shp}
  • .qix— فهرس مكاني بديل رباعي الأشجار يستخدمه برنامج MapServer وبرنامج GDAL/OGR {content-type: application/vnd.shp}

في كل ملف من الملفات و .shp، .shxو .dbf، تتطابق الأشكال في كل ملف مع بعضها البعض بالتسلسل (أي أن السجل الأول في .shpالملف يتطابق مع السجل الأول في الملفين .shxو .dbf، وهكذا). تحتوي الملفات .shpو .shxعلى حقول متنوعة ذات ترتيب بايتات مختلف ، لذا يجب على مطور تنسيقات الملفات توخي الحذر الشديد لمراعاة ترتيب البايتات لكل حقل ومعالجته بشكل صحيح.

تنسيقات الملفات

تنسيق ملف الشكل ( .shp )

يحتوي الملف الرئيسي ( .shp ) على بيانات الهندسة. تُخزَّن هندسة أي عنصر كمجموعة من إحداثيات المتجهات. [ 1 ] : 5 يتكون الملف الثنائي من رأس ثابت الطول متبوعًا بسجل واحد أو أكثر متغير الطول . يتضمن كل سجل متغير الطول مكون رأس السجل ومكون محتوى السجل. يرد وصف تفصيلي لتنسيق الملف في الوصف الفني لملفات ESRI Shapefile . [ 1 ] يجب عدم الخلط بين هذا التنسيق وتنسيق مصدر خط شكل AutoCAD ، الذي يشترك معه في الامتداد..shp

يعتمد ترتيب المحاور ثنائي الأبعاد لبيانات الإحداثيات على نظام إحداثيات ديكارتية ، باستخدام الترتيب (س ص) أو (شرق - شمال). يتوافق هذا الترتيب مع أنظمة الإحداثيات الجغرافية ، حيث يكون الترتيب مماثلاً (خط الطول - خط العرض). قد تدعم الأشكال الهندسية أيضًا إحداثيات Z وM ثلاثية أو رباعية الأبعاد ، للارتفاع والقياس على التوالي. يخزن بُعد Z ارتفاع كل إحداثية في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، والذي يمكن استخدامه للتحليل أو لعرض الأشكال الهندسية باستخدام رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد . يمكن استخدام بُعد M، الذي يُحدده المستخدم، لوظائف متعددة، مثل تخزين قياسات مرجعية خطية أو الوقت النسبي لمعلم في الفضاء رباعي الأبعاد .

يبلغ طول رأس الملف الرئيسي 100 بايت ويحتوي على 17 حقلاً؛ تسعة حقول عددية صحيحة مكونة من 4 بايت (32 بت عدد صحيح موقع أو int32) متبوعة بثمانية حقول عددية عشرية موقعة مكونة من 8 بايت ( مزدوجة ):

رؤوس ملفات الشكل

رأس ملف بتنسيق .shp
بايتيكتبترتيب الباينياتالاستخدام
0–3int32كبيررمز الملف (دائماً القيمة السداسية العشرية 0x0000270a )
4-23int32كبيرغير مستخدم؛ خمسة uint32
24-27int32كبيرطول الملف (بالكلمات ذات 16 بت، بما في ذلك رأس الملف)
28-31int32قليلإصدار
32-35int32قليلنوع الشكل (انظر المرجع أدناه)
36–67مزدوجقليلأصغر مستطيل محيط (MBR) لجميع الأشكال الموجودة في مجموعة البيانات؛ أربعة أعداد عشرية بالترتيب التالي: min X، min Y، max X، max Y
68–83مزدوجقليلنطاق Z؛ عددان مزدوجان بالترتيب التالي: الحد الأدنى لـ Z، الحد الأقصى لـ Z
84–99مزدوجقليلنطاق M؛ زوجان مزدوجان بالترتيب التالي: الحد الأدنى M، الحد الأقصى M

رؤوس سجلات ملفات الشكل

يحتوي الملف بعد ذلك على أي عدد من السجلات ذات الأطوال المتغيرة. ويُسبق كل سجل برأس سجل مكون من 8 بايتات:

بايتيكتبترتيب الباينياتالاستخدام
0–3int32كبيررقم السجل (يبدأ من 1)
4-7int32كبيرطول السجل (بالكلمات ذات 16 بت)

سجلات ملفات الشكل

يلي عنوان السجل السجل الفعلي:

بايتيكتبترتيب الباينياتالاستخدام
0–3int32قليلنوع الشكل (انظر المرجع أدناه)
4–محتوى الشكل

يعتمد محتوى السجل ذي الطول المتغير على نوع الشكل، والذي يجب أن يكون إما نوع الشكل المحدد في رأس الملف أو قيمة فارغة (Null). فيما يلي أنواع الأشكال الممكنة:

قيمةنوع الشكلالحقول
0شكل فارغلا أحد
1نقطةس، ص
3بولي لاينMBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط
5مضلعMBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط
8نقاط متعددةMBR، عدد النقاط، النقاط
11بوينت زدس، ص، ع

اختياري : م

13بولي لاين زدإلزامي : MBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط، نطاق Z، مصفوفة Z

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

15بوليغون زدإلزامي : MBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط، نطاق Z، مصفوفة Z

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

18MultiPointZإلزامي : MBR، عدد النقاط، النقاط، نطاق Z، مصفوفة Z

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

21بوينت إمس، ص، م
23بولي لاين إمإلزامي : MBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

25بوليغون إمإلزامي : MBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، النقاط

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

28MultiPointMإلزامي : MBR، عدد النقاط، النقاط

الحقول الاختيارية : نطاق M، مصفوفة M

31MultiPatchإلزامي : MBR، عدد الأجزاء، عدد النقاط، الأجزاء، أنواع الأجزاء، النقاط، نطاق Z، مصفوفة Z

اختياري : نطاق M، مصفوفة M

تنسيق فهرس الشكل لملف Shapefile ( .shx )

يحتوي الفهرس على فهرس موضعي لهندسة الميزة ونفس رأس .shpالملف الذي يبلغ حجمه 100 بايت، متبوعًا بأي عدد من السجلات ذات الطول الثابت التي يبلغ حجمها 8 بايت والتي تتكون من الحقلين التاليين:

بايتيكتبترتيب الباينياتالاستخدام
0–3int32كبيرإزاحة التسجيل (بالكلمات ذات 16 بت)
4-7int32كبيرطول السجل (بالكلمات ذات 16 بت)

باستخدام هذا الفهرس، يُمكن البحث للخلف في ملف الشكل عن طريق البحث للخلف في فهرس الشكل (وهو أمر ممكن لأنه يستخدم سجلات ذات طول ثابت)، ثم قراءة إزاحة السجل، واستخدام تلك الإزاحة للبحث عن الموضع الصحيح في الملف .shp. كما يُمكن البحث للأمام لعدد غير محدود من السجلات باستخدام الطريقة نفسها.

من الممكن إنشاء ملف الفهرس الكامل انطلاقاً من .shpملف واحد. ومع ذلك، بما أن ملف الشكل يفترض أن يحتوي دائماً على فهرس، فإن القيام بذلك يُعد بمثابة إصلاح لملف تالف. [ 2 ]

تنسيق سمات ملف الشكل ( .dbf )

يخزن هذا الملف خصائص كل شكل، ويستخدم تنسيق dBase IV. هذا التنسيق متاح للجميع، وقد تم تطبيقه في العديد من نسخ dBase المعروفة باسم xBase . على سبيل المثال، تُطلق مكتبة C مفتوحة المصدر لملفات الأشكال اسم "xBase" على تنسيقها رغم أنه في الواقع dBase IV. [ 3 ]

إن أسماء وقيم السمات غير موحدة، وستختلف باختلاف مصدر ملف الشكل.

تنسيق فهرس مكاني لملفات الشكل ( .sbn )

هذا ملف فهرس مكاني ثنائي ، يُستخدم حصريًا بواسطة برامج Esri. لم تُوثّق Esri هذا التنسيق، إلا أن مجتمع المصادر المفتوحة قام بتحليله هندسيًا عكسيًا وتوثيقه. رأس الملف، الذي يبلغ حجمه 100 بايت، مشابه لرأس ملف .shp . [ 4 ] ولا تُطبّقه حاليًا شركات أخرى. هذا الملف ليس ضروريًا تمامًا، إذ يحتوي على جميع المعلومات اللازمة لتحليل البيانات المكانية بنجاح..sbn.shp

القيود

يحتوي تنسيق ملفات الشكل على عدد من القيود. [ 5 ]

الطوبولوجيا وتنسيق ملفات الشكل

لا يتيح تنسيق ملفات الشكل إمكانية تخزين العلاقات الطوبولوجية بين الأشكال. بينما تتيح تغطيات ESRI ArcInfo والعديد من قواعد البيانات الجغرافية إمكانية تخزين طوبولوجيا المعالم.

تخزين البيانات

لا يمكن أن يتجاوز حجم ملفات .shpالمكونات .dbf2 جيجابايت (أو 2^ 31 بايت) - أي ما يعادل 70 مليون نقطة كحد أقصى. [ 6 ] يختلف الحد الأقصى لعدد النقاط لأنواع الهندسة الأخرى تبعًا لعدد الرؤوس المستخدمة.

.dbfيعتمد تنسيق قاعدة بيانات السمات لملف المكون على معيار dBase قديم . ويحتوي هذا التنسيق بطبيعته على عدد من القيود: [ 6 ]

  • على الرغم من أن معيار dBase الحالي ومكتبة GDAL/OGR (مكتبة البرمجيات مفتوحة المصدر الرئيسية لقراءة وكتابة مجموعات بيانات تنسيق ملفات الشكل) يدعمان القيم الفارغة ، إلا أن برامج ESRI تمثل هذه القيم كأصفار - وهي مشكلة خطيرة للغاية عند تحليل البيانات الكمية، حيث قد يؤدي تمثيل القيم الفارغة كأصفار إلى تحريف التمثيل والإحصاءات.
  • دعم ضعيف لأسماء حقول Unicode أو تخزين الحقول
  • الحد الأقصى لطول أسماء الحقول هو 10 أحرف
  • الحد الأقصى لعدد الحقول هو 255
  • أنواع الحقول المدعومة هي: الفاصلة العائمة (تخزين 13 حرفًا)، والعدد الصحيح (تخزين 4 أو 9 أحرف)، والتاريخ (بدون تخزين للوقت؛ تخزين 8 أحرف)، والنص (بحد أقصى 254 حرفًا).
  • قد تحتوي الأرقام العشرية على أخطاء تقريب لأنها تُخزن كنص

مزج أنواع الأشكال

نظرًا لأن نوع الشكل يسبق كل سجل هندسي، فإن ملف الشكل قادر تقنيًا على تخزين مزيج من أنواع الأشكال المختلفة. مع ذلك، تنص المواصفات على أنه "يجب أن تكون جميع الأشكال غير الفارغة في ملف الشكل من نفس نوع الشكل". لذا، يجب أن تقتصر هذه القدرة على مزج أنواع الأشكال على دمج الأشكال الفارغة مع نوع الشكل الوحيد المُعلن عنه في رأس الملف. يجب ألا يحتوي ملف الشكل على بيانات الخطوط المتعددة والمضلعات معًا، فعلى سبيل المثال، سيتم تخزين أوصاف البئر (نقطة)، والنهر (خط متعدد)، والبحيرة (مضلع) في ثلاث مجموعات بيانات منفصلة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 ESRI (يوليو 1998). "الوصف الفني لملفات ESRI Shapefile" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2007 .
  2. رولاسون، إد. "qgis - إنشاء ملف .shx مفقود؟" . تبادل معلومات نظم المعلومات الجغرافية .
  3. "مكتبة Shapefile C الإصدار 1.2" .
  4. "تنسيق SBN" (ملف PDF) . 4 أكتوبر 2011. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 21 يونيو 2023 .
  5. سيبيكي، ياخيم (2017). "التحول من ملفات الشكل" . switchfromshapefile.org .
  6. 1 2 "مساعدة ArcGIS Desktop 9.3 - اعتبارات المعالجة الجغرافية لإخراج ملفات الشكل" . Esri. 24 أبريل 2009.