GeoPackage - 一個簡便輕量的本地地理數據庫

GeoPackage（如下簡稱gpkg），內部使用SQLite實現的一種單文件、與操做系統無關的地理數據庫。

當前標準是1.2.1，該版本的html版說明書：https://www.geopackage.org/spec121/index.html。

本文簡單介紹一些最須要關注的特色，由於筆者也是菜雞（剛開始學）

版權沒有，盜版隨你。本文原文地址：http://www.javashuo.com/article/p-mmmybelp-ku.html

小專欄鏈接：https://xiaozhuanlan.com/topic/6573102849 （內附更多GIS相關技術介紹）

做者：博客園 @秋意正寒

1. 簡介

1.1 擴展名與數據庫識別方法

它在非編輯、非鏈接狀態時，擴展名是*.gpkg；在數據鏈接或編輯狀態時，會多出來兩個同名不一樣拓展名的文件：*.gpkg-wal、*.gpkg-shm。

若是不肯定得到的gpkg文件是不是SQLite數據庫，能夠用二進制查看器看最開始的字節信息，前16個字節應爲以null結尾的ASCII字符串「SQLite format 3」。有關更多二進制信息，請到OGC官網上查看說明書。

1.2 數據存儲上限與支持的數據

gpkg最大數據量爲140TB（應該沒多少項目用獲得吧...）

它能存儲的數據有：

• 矢量數據
• 柵格數據
• 屬性數據（非空間數據）
• 其餘

「其餘」意味着能夠擴展gpkg數據庫，可是目前筆者沒有這個能力。

1.3 與其餘相似的本地數據庫比較

由於單文件的特色，與ArcGIS家族中的Geodatabase模型的實現——mdb和gdb很像。它們同爲本地數據庫。

gpkg沒有相似ArcGIS中要素數據集的概念，也沒有PostGIS中模式的概念（可能我沒發現，暫時作狗頭處理）

1.4 建立gpkg和打開gpkg的方法

• 若是想直接用SQL訪問gpkg，請使用DB Browser for SQLite
• 若是要在網絡端訪問gpkg，推薦用NGA’s application 
• 若是想在桌面端訪問，那麼能夠用的工具備不少，好比GDAL、QGIS、ArcGIS等。

gpkg能夠直接被ArcGIS識別並增刪改查數據（即ArcGIS內置了支持）

gpkg也能夠被QGIS識別並增刪改查數據。

1.5 何時用gpkg

由於SQLite「單文件」、「輕量化」的特色，因此gpkg特別適用於小規模的場景和移動場景。好比學生練習、手機等。

若是想多種途徑建立gpkg，請閱讀此文：點我

可是，一般使用GIS桌面客戶端就能夠了。

1.6 支持gpkg的GIS客戶端、服務器、開發工具

• 客戶端：QGIS、ArcGIS（10.2.2及更高版本支持讀寫，總之用新版本就行了）、GeoTools、FME、Skyline、MapInfo等
• 服務器：GeoServer
• 開發工具：GDAL

此外，SpatialLite 4.2.0以上也支持gpkg。

1.7 OGC中GeoPackage官網的常見問題

• gpkg會代替shp嗎？

看你怎麼想。能夠替代，可是不必。像簡單的交換數據和顯示簡單的數據，GeoJson就能夠完成。（詳細的看第二節）

• gpkg安全嗎？

gpkg只是SQLite的一種編碼、規定，沒有像其餘DBMS同樣的安全管理。不過，已經有人實踐了SQLite的安全擴展模塊，能夠考慮一下或者換更安全的數據庫管理系統，例如PostgreSQL。

• 爲何gpkg用的WKB編碼與PostGIS、SpatialLite的WKB不一樣？

由於原始的WKB標準不能知足gpkg，因此要擴展。PostGIS和SpatialLite都這麼作了。

2. gpkg vs shp文件（部分翻譯）

QGIS 3.X默認從shp文件切換到gpkg，所以，渲染變得很是快。使用gpkg比使用shp文件在加載，平移和縮放時更快。

2.1 gpkg的優缺點

優勢：

• 開源
• OGC標準之一
• 軟件支持普遍，有GDAL、QGIS、R、Python、Esri家族...
• 比傳統意義上的地理數據庫輕量化，可是和地理數據庫速度相差無幾
• 單文件，比shp文件好管理
• 在工做流上比shp快速
• 幾乎沒有限制（指的是體積）

缺點：

• 還不成熟（如今版本才1.2.1，原文寫的時候纔是1.0）不過，這個只是時間問題
• 我的體驗中柵格數據的支持比較受限制

2.2 shp文件的優缺點

優勢：

• 通用標準！（2020年就是shp文件的30歲）
• 它就是個矢量數據的標誌（GIS矢量數據幾乎會問有沒有shp文件？）

缺點：

• Esri維護
• 數據訪問上有些遲鈍
• 是一個多文件格式（有不少GIS菜鳥不知道要發送多個同名文件，只發送了幾何數據的shp文件）
• 不能拓撲
• 屬性名限制爲10字符
• 它使用的是Esri定製的WKT，切換平臺時可能會致使不一致
• 每一個shp文件只支持最大2GB
• 每一個shp文件只能是一種幾何類型
• 沒有真正的3D支持（gpkg已經根據社區的貢獻拓展出了3d支持）

2.3 建議

原做者但願更多人使用gpkg而不要再繼續使用shp了（筆者注：舊事物還有利用的餘地時，新事物的推進就會很是困難；除非使用政治或者壟斷手段強行更改（好比當年Esri的Coverage格式被Esri本身幹掉了）——不太可能，這些都很是符合馬克思主義；並且，是否使用gpkg或者shp或者其餘數據庫，都要具體問題具體分析）

若是你有龐大的數據須要存儲、管理，原做者建議使用PostGIS。若是您喜歡GeoPackage，請與您的同事和合做者分享這些信息！

 

3. shp文件必須死！（偏激預警，不喜勿噴，部分翻譯）

彷佛有一小撮人，正在鼓吹shp必死論（多是受夠了shp的缺點了吧！），我就簡單翻譯一下。

shp文件具體是什麼我就不過多介紹了，它誕生於1990年，立刻就是它的30大壽了。

儘管shp文件是Esri維護的，可是它的規範是開放的，也就是說，若是你懂了shp文件的幾大數據結構構成，會編程，你也能夠手搓一個shp文件讀寫程序，不須要依賴任何第三方庫。

3.1 shp文件的缺陷

可是，下面原文開始重點駁斥shp文件的壞處：

爲何Shapefile這麼糟糕？如下是Shapefile格式錯誤的幾個緣由，您應該避免使用它：

• 要額外使用prj文件定義座標系統（shp文件規範不包括prj文件來定義座標系統，這是額外的）
• 多文件格式（至少要3個文件，其餘軟件還會本身擴充更多同名擴展文件，這就使得數據共享很是麻煩，這也是一個很是致命的弱點）
• 屬性名最多爲10字符
• dbf屬性表最多255個字段
• 數據類型有限，只支持浮點數、整數、日期、文本，一個值最多254字符
• 文字編碼有大問題，在ArcGIS中打開shp文件中文亂碼的問題你們確定遇到過
• shp文件和dbf文件最大2GB（雖然GDAL改進了可是毫無卵用）
• 不能拓撲
• 每一個shp只能是一種幾何類型
• 更復雜的數據結構沒法實現，例如不規則三角網等
• 不能用紋理或材質存儲3d數據
• ...

不展開了，有興趣的朋友到他們官網看便可

3.1 備選方案

講道理，如今沒有任何一種矢量格式能徹底替代shp，可是不得不說其餘的格式正在慢慢崛起，有他們的用戶。

例如，kml、gml、geojson等

一些Shapefile替代品：

• OGC GeoPackage
• GeoJSON
• OGC GML
• SpatiaLite
• CSV
• OGC KML

其中，第一位列的就是gpkg，並且通過近幾年的迭代升級、修訂，再加上它能夠擴展的特性，使得gpkg更強大。

GeoPackage的一個缺點是，它底層SQLite數據庫是一種複雜的二進制格式，不適合流式傳輸。它必須寫入本地文件系統或經過中間服務訪問。因此，在本地應用中，gpkg是shp文件的一個不錯替代品（若是你有須要）

GeoJson並非shp文件的代替品，只是地理數據的一種json實現。它的一個特色就是支持流傳輸；存在的問題是，不是全部的幾何均可以表示，高級的座標系統支持也不算好。

因此，基於XML的GML格式（僅支持矢量數據）就有了用武之地。可是GML也有其缺點，就是數據結構定義標準複雜，較少軟件願意支持它，ArcGIS把它的支持丟進了數據互操做模塊。若是GeoJson不能解決問題，能夠試試GML。

SpatialLite和gpkg相似，也是一個開源數據庫，也是基於SQLite，也是單文件，也支持SQL，可是不如gpkg普遍。究其緣由，是由於sl缺少擴展能力（比如世界之窗vsChrome），也不支持柵格數據。一樣的，它也不支持流傳輸。

csv文件，估計有的同窗用過，最大的特色就是簡單了。它就是個文本格式的二維數據表格。在非GIS行業中，csv很是受歡迎。做爲屬性表可能合適，可是它並不具有幾何等複雜空間信息的存儲能力，並且它沒有一個標準。

kml是谷歌在谷歌地球中推薦的格式，基於XML，單文件。它有個特色就是，數據和樣式同存在於一個kml文件中。缺點也有，僅支持wgs84座標。因爲它基於XML，因此數據量一大就很差用了。數據和樣式存在耦合，這也是個缺點。

固然，除了以上開源格式外，還可使用更復雜的DBMS或者ArcGIS家使用的面向對象的地理數據庫。

筆者的建議是，仍是具體問題具體分析。若是你要作真正的GIS項目，通用、標準化、性能高才是不二之選；因此，像kml等非主流可是又有其價值的數據，除了在它自己的平臺用外，最好轉換到更通用的格式上，例如，就GeoPackage——否則仍是老實點用shp文件吧~

項目大的，有高併發、安全要求的，不妨試試PostgreSQL的PostGIS拓展。或者用MySQL、其餘商業數據庫，那些就不在本文的討論範圍了。

 

參考資料

[1]. OGC的GeoPackage官網：https://www.geopackage.org/

[2]. OGC的GeoPackage起步文檔：http://www.geopackage.org/guidance/getting-started.html

[3]. OGC的GeoPackage標準（相似於白皮書）http://www.geopackage.org/spec120

[4]. 實現了GeoPackage的有關軟件：https://www.geopackage.org/implementations.html

[5]. GeoPackage vs Shapefiles：https://www.gis-blog.com/geopackage-vs-shapefile/

[6]. Shp文件必須死！（這個網站有點偏激）：http://switchfromshapefile.org/