GeoPackage - 一個簡便輕量的本地地理資料庫

GeoPackage（以下簡稱gpkg），内部使用SQLite實作的一種單檔案、與作業系統無關的地理資料庫。

目前标準是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需要關注的特點，因為筆者也是菜雞（剛開始學）

版權沒有，盜版随你。本文原文位址：https://www.cnblogs.com/onsummer/p/11223618.html

小專欄連接配接：https://xiaozhuanlan.com/topic/6573102849 （内附更多GIS相關技術介紹）

作者：部落格園 @秋意正寒

1. 簡介

1.1 擴充名與資料庫識别方法

它在非編輯、非連接配接狀态時，擴充名是*.gpkg；在資料連接配接或編輯狀态時，會多出來兩個同名不同拓展名的檔案：*.gpkg-wal、*.gpkg-shm。

如果不确定獲得的gpkg檔案是否是SQLite資料庫，可以用二進制檢視器看最開始的位元組資訊，前16個位元組應為以null結尾的ASCII字元串“SQLite format 3”。有關更多二進制資訊，請到OGC官網上檢視說明書。

1.2 資料存儲上限與支援的資料

gpkg最大資料量為140TB（應該沒多少項目用得到吧...）

它能存儲的資料有：

• 矢量資料
• 栅格資料
• 屬性資料（非空間資料）
• 其他

“其他”意味着可以擴充gpkg資料庫，但是目前筆者沒有這個能力。

1.3 與其他類似的本地資料庫比較

因為單檔案的特點，與ArcGIS家族中的Geodatabase模型的實作——mdb和gdb很像。它們同為本地資料庫。

gpkg沒有類似ArcGIS中要素資料集的概念，也沒有PostGIS中模式的概念（可能我沒發現，暫時做狗頭處理）

1.4 建立gpkg和打開gpkg的方法

• 如果想直接用SQL通路gpkg，請使用DB Browser for SQLite
• 如果要在網絡端通路gpkg，推薦用NGA’s application 
• 如果想在桌面端通路，那麼可以用的工具有很多，比如GDAL、QGIS、ArcGIS等。

gpkg可以直接被ArcGIS識别并增删改查資料（即ArcGIS内置了支援）

gpkg也可以被QGIS識别并增删改查資料。

1.5 什麼時候用gpkg

因為SQLite“單檔案”、“輕量化”的特點，是以gpkg特别适用于小規模的場景和移動場景。比如學生練習、手機等。

如果想多種途徑建立gpkg，請閱讀此文：點我

但是，通常使用GIS桌面用戶端就可以了。

1.6 支援gpkg的GIS用戶端、伺服器、開發工具

• 用戶端：QGIS、ArcGIS（10.2.2及更高版本支援讀寫，總之用新版本就好了）、GeoTools、FME、Skyline、MapInfo等
• 伺服器：GeoServer
• 開發工具：GDAL

此外，SpatialLite 4.2.0以上也支援gpkg。

1.7 OGC中GeoPackage官網的常見問題

• gpkg會代替shp嗎？

看你怎麼想。可以替代，但是沒必要。像簡單的交換資料和顯示簡單的資料，GeoJson就可以完成。（詳細的看第二節）

• gpkg安全嗎？

gpkg隻是SQLite的一種編碼、規定，沒有像其他DBMS一樣的安全管理。不過，已經有人實踐了SQLite的安全擴充子產品，可以考慮一下或者換更安全的資料庫管理系統，例如PostgreSQL。

• 為什麼gpkg用的WKB編碼與PostGIS、SpatialLite的WKB不同？

因為原始的WKB标準不能滿足gpkg，是以要擴充。PostGIS和SpatialLite都這麼做了。

2. gpkg vs shp檔案（部分翻譯）

QGIS 3.X預設從shp檔案切換到gpkg，是以，渲染變得非常快。使用gpkg比使用shp檔案在加載，平移和縮放時更快。

2.1 gpkg的優缺點

優點：

• 開源
• OGC标準之一
• 軟體支援廣泛，有GDAL、QGIS、R、Python、Esri家族...
• 比傳統意義上的地理資料庫輕量化，但是和地理資料庫速度相差無幾
• 單檔案，比shp檔案好管理
• 在工作流上比shp快速
• 幾乎沒有限制（指的是體積）

缺點：

• 還不成熟（現在版本才1.2.1，原文寫的時候才是1.0）不過，這個隻是時間問題
• 個人體驗中栅格資料的支援比較受限制

2.2 shp檔案的優缺點

• 通用标準！（2020年就是shp檔案的30歲）
• 它就是個矢量資料的标志（GIS矢量資料幾乎會問有沒有shp檔案？）

• Esri維護
• 資料通路上有些遲鈍
• 是一個多檔案格式（有很多GIS菜鳥不知道要發送多個同名檔案，隻發送了幾何資料的shp檔案）
• 不能拓撲
• 屬性名限制為10字元
• 它使用的是Esri定制的WKT，切換平台時可能會導緻不一緻
• 每個shp檔案隻支援最大2GB
• 每個shp檔案隻能是一種幾何類型
• 沒有真正的3D支援（gpkg已經根據社群的貢獻拓展出了3d支援）

2.3 建議

原作者希望更多人使用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，新事物的推動就會非常困難；除非使用政治或者壟斷手段強行更改（比如當年Esri的Coverage格式被Esri自己幹掉了）——不太可能，這些都非常符合馬克思主義；而且，是否使用gpkg或者shp或者其他資料庫，都要具體問題具體分析）

如果你有龐大的資料需要存儲、管理，原作者建議使用PostGIS。如果您喜歡GeoPackage，請與您的同僚和合作者分享這些資訊！

3. shp檔案必須死！（偏激預警，不喜勿噴，部分翻譯）

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

shp檔案具體是什麼我就不過多介紹了，它誕生于1990年，馬上就是它的30大壽了。

盡管shp檔案是Esri維護的，但是它的規範是開放的，也就是說，如果你懂了shp檔案的幾大資料結構構成，會程式設計，你也可以手搓一個shp檔案讀寫程式，不需要依賴任何第三方庫。

3.1 shp檔案的缺陷

但是，下面原文開始重點駁斥shp檔案的壞處：

為什麼Shapefile這麼糟糕？以下是Shapefile格式錯誤的幾個原因，您應該避免使用它：

• 要額外使用prj檔案定義坐标系統（shp檔案規範不包括prj檔案來定義坐标系統，這是額外的）
• 多檔案格式（至少要3個檔案，其他軟體還會自己擴充更多同名擴充檔案，這就使得資料共享非常麻煩，這也是一個非常緻命的弱點）
• 屬性名最多為10字元
• dbf屬性表最多255個字段
• 資料類型有限，隻支援浮點數、整數、日期、文本，一個值最多254字元
• 文字編碼有大問題，在ArcGIS中打開shp檔案中文亂碼的問題大家肯定遇到過
• shp檔案和dbf檔案最大2GB（雖然GDAL改進了但是毫無卵用）
• 每個shp隻能是一種幾何類型
• 更複雜的資料結構無法實作，例如不規則三角網等
• 不能用紋理或材質存儲3d資料
• ...

不展開了，有興趣的朋友到他們官網看即可

3.1 備選方案

講道理，現在沒有任何一種矢量格式能完全替代shp，但是不得不說其他的格式正在慢慢崛起，有他們的使用者。

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，而且經過近幾年的疊代更新、修訂，再加上它可以擴充的特性，使得gpkg更強大。

GeoPackage的一個缺點是，它底層SQLite資料庫是一種複雜的二進制格式，不适合流式傳輸。它必須寫入本地檔案系統或通過中間服務通路。是以，在本地應用中，gpkg是shp檔案的一個不錯替代品（如果你有需要）

GeoJson并不是shp檔案的代替品，隻是地理資料的一種json實作。它的一個特點就是支援流傳輸；存在的問題是，不是所有的幾何都可以表示，進階的坐标系統支援也不算好。

是以，基于XML的GML格式（僅支援矢量資料）就有了用武之地。但是GML也有其缺點，就是資料結構定義标準複雜，較少軟體願意支援它，ArcGIS把它的支援丢進了資料互操作子產品。如果GeoJson不能解決問題，可以試試GML。

SpatialLite和gpkg類似，也是一個開源資料庫，也是基于SQLite，也是單檔案，也支援SQL，但是不如gpkg廣泛。究其原因，是因為sl缺乏擴充能力（好比世界之窗vsChrome），也不支援栅格資料。同樣的，它也不支援流傳輸。

csv檔案，估計有的同學用過，最大的特點就是簡單了。它就是個文本格式的二維資料表格。在非GIS行業中，csv非常受歡迎。作為屬性表可能合适，但是它并不具備幾何等複雜空間資訊的存儲能力，而且它沒有一個标準。

kml是谷歌在谷歌地球中推薦的格式，基于XML，單檔案。它有個特點就是，資料和樣式同存在于一個kml檔案中。缺點也有，僅支援wgs84坐标。由于它基于XML，是以資料量一大就不好用了。資料和樣式存在耦合，這也是個缺點。

當然，除了以上開源格式外，還可以使用更複雜的DBMS或者ArcGIS家使用的面向對象的地理資料庫。

筆者的建議是，還是具體問題具體分析。如果你要做真正的GIS項目，通用、标準化、性能高才是不二之選；是以，像kml等非主流但是又有其價值的資料，除了在它本身的平台用外，最好轉換到更通用的格式上，例如，就GeoPackage——不然還是老實點用shp檔案吧~

項目大的，有高并發、安全要求的，不妨試試PostgreSQL的PostGIS拓展。或者用MySQL、其他商業資料庫，那些就不在本文的讨論範圍了。

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标準（類似于白皮書）http://www.geopackage.org/spec120

[4]. 實作了GeoPackage的有關軟體：https://www.geopackage.org/implementations.html

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

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