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

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

這個系列會介紹常見的GIS資料存儲交換格式，今天要分享的主角是GeoJSON(Geographic JavaScript Object Notation)
GeoJSON格式是一種用於表示地理空間數據的文本格式，以JSON（JavaScript Object Notation）標準作為基準進行定義。GeoJson格式可以用於存儲和交換地理資訊系統（GIS）中的點、線、多邊形等空間及形狀資訊，以及這些對象的屬性資料。GeoJson格式的優點是簡潔、易讀、易解析，並且與許多開源和商業的地圖平台和工具兼容。

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JSON格式？

JSON（JavaScript Object Notation）是一種輕量級的數據交換格式，同時由名稱來看也可以發現其實際上就是JavaScript中常見的語法架構之一，目前常用於在不同系統之間傳輸和存儲數據。最大的優點是使用簡單的鍵值對（key-value pairs）結構來組織數據，因此可以輕易的解讀數據內容。

以下是 JSON 格式的一些特點和使用方式：

1. 簡潔和易於理解：JSON 使用簡單明瞭的語法，易於人們閱讀和理解。它使用花括號 {} 表示對象（object），方括號 [] 表示陣列（array），並使用冒號 : 將鍵（key）和值（value）相關聯。
2. 支援多種數據類型：JSON 支援多種數據類型，包括字符串（string）、數字（number）、布林值（boolean）、對象（object）、數組（array）和空值（null）。這使得 JSON 非常靈活，可以表示各種數據結構。
3. 嵌套結構：JSON 允許在對象中嵌套其他對象或數組，從而構建出複雜的數據結構。這種嵌套結構有助於組織和表示具有層次結構的數據。
4. 平台移轉性：JSON 是一種獨立於平台和程式語言的數據格式，可以在各種不同的系統中使用和解析。幾乎所有的程式語言都提供了內置的 JSON 支援，使得數據的序列化和反序列化變得非常容易。
5. 廣泛應用：JSON 在Ｗeb應用程序開發中被廣泛應用。常作為 API 的數據傳輸格式，用於將數據從伺服器傳輸到客戶端。

下面是一個簡單的 JSON 示例：

{
  "name": "John",
  "age": 30,
  "city": "New York"
}

在這個示例中，name、age 和 city 是鍵(key)，對應的值(value)分別是 “John”、30、”New York”，資料型態分別是字串、整數以及字串。

2.JSON格式的擴展-GeoJSON

GeoJSON格式的基本結構是一個JSON物件，主要包含兩個必須的屬性：Type和Coordinates。

Type屬性:
用於指定幾何對象的類型，它可以是Point（點）、LineString（線）、Polygon（多邊形）、MultiPoint（多點）、MultiLineString（多線）、MultiPolygon（多多邊形）或GeometryCollection（幾何集合）。coordinates屬性用於指定幾何對象的坐標，它是一個陣列(Array)，其元素取決於type屬性的值。

Coordinates屬性:

如果type屬性是Point，那麼coordinates屬性就是一個包含兩個或三個數字的數組，分別表示經度、緯度和可選的高度；如果type屬性是Polygon，那麼coordinates屬性就是一個包含至少一個數組的數組，每個數組表示一個環，每個環又是一個包含四個或更多數組的數組，每個數組表示一個頂點，每個頂點又是一個包含兩個或三個數字的數組。

GeoJson格式還支持其他可選的屬性，例如bbox（邊界框）、crs（坐標參考系）和properties（自定義屬性）。

在下面這個例子中，”type” 指定了這個對象是一個空間圖徵（Feature），”geometry” 部分指定了該圖徵的幾何形狀和坐標，而 “properties” 部分則包含該圖徵的屬性資料。

{
  "type": "Feature",
  "geometry": {
    "type": "Point",
    "coordinates": [125.6, 10.1]
  },
  "properties": {
    "name": "My Point"
  }
}

除了單一圖徵外，GeoJson格式還支持另一種特殊的type屬性值：FeatureCollection。FeatureCollection是一種特殊的幾何對象，用來表示一個包含多個Feature的數組，稍後的範例中會介紹到。

****與其他常見的空間資格式簡單比較***

GeoJSON、Shapefile（shp）和GeoPackage 是三種常見的空間資料數據格式，它們都用於存儲和交換地理空間數據。以下是它們之間的比較：

1. 開放性與廣泛支援：
   • GeoJSON：GeoJSON 是一個開放的、基於 JSON 的地理數據格式，可以輕鬆地在多種程式語言和平台上使用。由於其開放性和簡潔的結構，它受到廣泛的支援和使用。
   • Shapefile：Shapefile 是一種由 Esri 創建的地理數據格式，用於存儲地理要素的幾何形狀、屬性和索引。雖然 Shapefile 在地理資訊系統（GIS）領域中得到廣泛使用，但它是一個相對複雜和封閉的格式，不同的軟體工具對 Shapefile 的支援程度有所不同。
   • GeoPackage：GeoPackage 是一個開放標準的地理數據庫格式，基於 SQLite 數據庫引擎。它結合了地理數據的幾何形狀、屬性和圖像等資訊，並提供了一個單一的文件（.gpkg）來存儲多個圖層和表。GeoPackage 受到許多 GIS 軟體工具的支援。
2. 數據結構和能力：
   • GeoJSON：GeoJSON 的結構簡單明瞭，支援點、線、面等幾何要素的表示，並可以包含與每個要素相關的屬性資料。然而，GeoJSON 不支援像素級別的圖像資料或拓撲關係。
   • Shapefile：Shapefile 支援點、線、面等多種幾何要素，同時也能處理拓撲關係和多部分要素。它還具有較強的屬性表達能力和索引功能。然而，Shapefile 在處理大型數據時可能效能較差。
   • GeoPackage：GeoPackage 具有比 GeoJSON 和 Shapefile 更豐富的能力。除了支援多種幾何要素和屬性資料外，它還可以包含拓撲關係、圖像資料、圖層和表之間的關聯等。
3. 文件大小和性能：
   • GeoJSON：由於其純文本格式，GeoJSON 文件相對較大，尤其在處理大型數據集時。解析和讀取 GeoJSON 數據的性能可能會受到影響。
   • Shapefile：Shapefile 文件包含多個檔案（.shp、.shx、.dbf 等），並使用二進位格式存儲數據，因此可以更有效地處理大型數據集。然而，Shapefile 的索引和屬性表結構可能導致一些限制和效能問題。
   • GeoPackage：GeoPackage 使用 SQLite 數據庫格式，可以有效地壓縮和管理地理數據，尤其對於大型數據集而言。它提供了快速的讀寫性能，並支援空間索引和查詢優化。

總的來說，GeoJSON 是一個簡單、開放的地理數據格式，適合輕量級的數據交換。Shapefile 是一個廣泛使用的格式，但較為複雜和封閉。GeoPackage 是一個強大的地理數據庫格式，提供了更豐富的能力和良好的性能。選擇使用哪種格式應根據具體的需求、工具支援和數據特性來決定。

3.如何在QGIS中使用和輸出GeoJSON格式

在 QGIS 中，您可以使用以下步驟來使用和輸入 GeoJSON 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.首先我們打開QGIS後導入測站資料(測站資料.gpkg)，目前測站點位資料是以GeoPackage進行儲存的，我們在該圖層按下右鍵->Export->Save Feature as，這時候我們可以選擇要儲存的檔案格式為GeoJSON。要載入GeoJSON檔案只要將該檔案拖曳進行QGIS頁面當中即可。

2.接下來我們可以利用文字編輯器打開儲存好的檔案(可用記事本、Notepad++、VScode等)，架構如前兩小節所述的一樣:

Type採用的是FeatureCollection，用來表示包裹多個圖徵(測站點位);

CRS:實際上指定的是WGS84大地座標系統，GeoJSON則有自訂一套CRS表示方法

Features:用一個陣列包裹所有的測站點，Type:feature 表示圖徵 ; Properties則是表示所有的屬性資料

geometry:用來表示圖徵型態(點、線、面)，以及儲存坐標資訊

結語

今天的分享就到這裡了，GeoJSON對於開發WebGIS相關應用來說非常重要，後續還會詳細介紹Shapefile以及GeoPackage和Geotiff等常見的空間資料格式，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

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