WKB是什么

WKB（Well-Known Binary）是一种用于表示GIS Geometry的二进制格式。

它与WKT（Well-Known Text）属于同一类标准表达方式。

WKT使用文本表示Geometry：

POINT (116.397 39.908)

WKB则使用二进制表示同一个Geometry。

简单来说：

WKT是Geometry的文本表示，WKB是Geometry的二进制表示。

WKB主要用于：

GIS数据存储
空间数据库
数据交换
Geometry序列化
GIS程序开发
大规模空间数据处理

WKB的基本结构

一个WKB Geometry通常包含：

WKB
├── Byte Order
├── Geometry Type
└── Coordinates

可以理解为：

字节序
   ↓
Geometry类型
   ↓
坐标数据

例如一个Point：

WKB
 ↓
Byte Order
 ↓
Point
 ↓
X
 ↓
Y

WKB为什么使用二进制

WKT是文本：

POINT (116.397 39.908)

它具有：

可读性好
方便调试
容易查看

但文本需要保存大量字符。

WKB则直接使用二进制数据：

Binary
 ↓
Geometry
 ↓
Coordinates

因此更加适合程序直接读取和处理。

可以理解为：

WKT
 ↓
给人看

WKB
 ↓
给程序处理

WKB与WKT

WKT和WKB描述的是相同的Geometry概念。

例如：

POINT (116.397 39.908)

可以表示为WKT。

同一个Geometry也可以编码为WKB。

因此：

Geometry
   │
   ├──→ WKT
   │      ↓
   │    Text
   │
   └──→ WKB
          ↓
        Binary

两者最大的区别是：

对比	WKT	WKB
表示方式	文本	二进制
可读性	高	低
程序处理	可以	更适合
数据大小	通常较大	通常更紧凑
调试	容易	较困难
数据库	支持	广泛支持

WKB的字节序

WKB的第一个部分通常用于表示字节序。

常见的字节序包括：

Little Endian
Big Endian

也可以理解为：

Byte Order
    ↓
告诉程序
    ↓
后续多字节数据应该如何读取

常见标记为：

和：

其中具体含义取决于WKB规范约定。

简单理解：

Byte Order
    ↓
数据读取方式

Little Endian

Little Endian表示低位字节优先。

例如：

通常表示使用Little Endian。

现代PC计算机中，小端字节序非常常见。

因此很多GIS程序生成的WKB数据都可能以：

开头。

Big Endian

Big Endian表示高位字节优先。

WKB中通常可以使用：

表示Big Endian。

因此程序读取WKB时，首先需要判断：

Byte Order

然后再按照对应方式读取后续数据。

Geometry Type

WKB中还需要记录Geometry类型。

常见类型包括：

Point
LineString
Polygon
MultiPoint
MultiLineString
MultiPolygon
GeometryCollection

可以理解为：

WKB
 ↓
Geometry Type
 ↓
决定后面数据如何解析

例如：

Point

后面是：

X
Y

而：

LineString

后面则需要：

Point数量
+
多个Point坐标

Point的WKB结构

Point是最简单的WKB Geometry之一。

结构可以理解为：

Point WKB
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── X
└── Y

例如：

POINT (116.397 39.908)

对应：

Geometry Type
    ↓
Point

Coordinates
    ↓
X = 116.397
Y = 39.908

因此程序读取Point WKB时，只需要依次读取：

Byte Order
Geometry Type
X
Y

LineString的WKB结构

LineString由多个Point组成。

结构可以理解为：

LineString WKB
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── Point Count
└── Points
    ├── X Y
    ├── X Y
    └── X Y

例如：

LINESTRING (
  116.397 39.908,
  116.405 39.915,
  116.412 39.920
)

需要保存：

Point Count = 3

然后依次保存三个坐标。

Polygon的WKB结构

Polygon结构比LineString更加复杂。

可以理解为：

Polygon WKB
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── Ring Count
└── Rings
    ├── Point Count
    └── Points

例如一个简单Polygon：

POLYGON ((
  0 0,
  10 0,
  10 10,
  0 10,
  0 0
))

可以理解为：

Polygon
    ↓
1个Ring
    ↓
5个Point
    ↓
坐标

其中最后一个Point通常与第一个Point相同，从而形成闭合环。

Polygon中的Ring

Polygon可以包含多个Ring。

结构：

Polygon
├── Exterior Ring
└── Interior Rings
    ├── Ring 1
    └── Ring 2

其中：

Exterior Ring

通常表示外部边界。

而：

Interior Ring

可以表示内部空洞。

例如：

Polygon
┌─────────────────┐
│                 │
│     ┌─────┐     │
│     │Hole │     │
│     └─────┘     │
│                 │
└─────────────────┘

WKB需要保存这些Ring及其坐标。

MultiPoint的WKB结构

MultiPoint用于表示多个Point。

结构：

MultiPoint
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── Geometry Count
└── Point
    ├── WKB Point
    ├── WKB Point
    └── WKB Point

例如：

MULTIPOINT (
  (116.397 39.908),
  (116.405 39.915)
)

可以理解为：

MultiPoint
    ↓
Point
    +
Point

MultiLineString的WKB结构

MultiLineString用于表示多个LineString。

结构：

MultiLineString
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── Geometry Count
└── LineStrings
    ├── LineString
    ├── LineString
    └── LineString

例如：

MULTILINESTRING (
  (
    0 0,
    10 10
  ),
  (
    20 20,
    30 30
  )
)

MultiPolygon的WKB结构

MultiPolygon用于表示多个Polygon。

结构：

MultiPolygon
├── Byte Order
├── Geometry Type
├── Geometry Count
└── Polygons
    ├── Polygon
    ├── Polygon
    └── Polygon

例如：

MULTIPOLYGON (
  ((...)),
  ((...))
)

每一个Polygon内部仍然可以包含：

Exterior Ring
+
Interior Rings

GeometryCollection

GeometryCollection可以包含不同类型的Geometry。

例如：

GeometryCollection
├── Point
├── LineString
└── Polygon

这种结构与：

MultiPoint
MultiLineString
MultiPolygon

不同。

Multi类型要求集合中的Geometry类型相同，而GeometryCollection可以包含不同类型。

WKB中的Z坐标

WKB不仅可以表示二维Geometry，也可以表示三维Geometry。

二维：

X Y

三维：

X Y Z

例如：

POINT Z (116.397 39.908 45)

其中：

X = 116.397
Y = 39.908
Z = 45

Z可以表示：

高程
高度
三维空间位置

WKB中的M值

Geometry还可以带有M（Measure）值。

例如：

X Y M

或者：

X Y Z M

M可以表示：

里程
时间
测量值
轨迹距离

因此WKB可以表示更加丰富的Geometry。

WKB与EWKB

除了标准WKB之外，GIS数据库中还经常看到：

EWKB

即Extended Well-Known Binary。

EWKB是在WKB基础上的扩展形式。

它可以用于表达一些额外的信息，例如：

Z
M
SRID

其中SRID可以用于标识坐标参考系统。

例如：

Geometry
+
SRID

可以让Geometry携带更多空间参考信息。

WKB与SRID

标准WKB本身主要负责Geometry的二进制表示。

坐标参考系统通常由外部元数据管理。

例如：

WKB
    ↓
Geometry

另外：

CRS
    ↓
EPSG:4326

而某些扩展格式，例如EWKB，可以在Geometry数据中携带SRID。

因此需要区分：

Geometry
    ↓
WKB

和：

Geometry
+
CRS

WKB与GeoJSON

GeoJSON主要使用JSON表示Geometry。

例如：

{
  "type": "Point",
  "coordinates": [116.397, 39.908]
}

WKB则使用二进制表示。

因此：

GeoJSON
    ↓
JSON
    ↓
Human / Web

WKB
    ↓
Binary
    ↓
Program / Database

两者都可以表示Geometry，但应用场景不同。

对比	WKB	GeoJSON
格式	二进制	JSON
可读性	低	高
Web API	一般	非常适合
数据库	非常适合	支持
序列化	非常适合	适合
调试	较困难	容易

WKB与Shapefile

Shapefile中的Geometry也是二进制存储。

但Shapefile和WKB并不是同一种格式。

Shapefile：

.shp
├── File Header
├── Record
├── Shape Type
└── Geometry

WKB：

WKB
├── Byte Order
├── Geometry Type
└── Coordinates

因此：

Shapefile是一种完整的GIS文件格式，而WKB是一种Geometry二进制编码方式。

WKB与GeoPackage

GeoPackage基于SQLite。

GeoPackage中的Geometry可以使用标准化的二进制空间数据表示方式。

可以理解为：

GeoPackage
    ↓
SQLite
    ↓
Geometry BLOB
    ↓
空间二进制数据

因此在GIS数据库和文件数据库中经常会接触到WKB以及与WKB类似的Geometry二进制结构。

WKB与GeoParquet

GeoParquet也可以使用WKB编码Geometry。

可以理解为：

GeoParquet
    ↓
Geometry Column
    ↓
Binary
    ↓
WKB

这样可以将Geometry作为Parquet的二进制列进行高效存储。

因此：

GeoParquet
    ↓
Columnar Storage
    ↓
Binary Geometry

非常适合大规模GIS数据分析。

WKB在空间数据库中的应用

WKB在空间数据库中非常常见。

例如空间数据库中的Geometry：

Table
├── id
├── name
└── geometry

Geometry字段可能以二进制形式存储。

可以理解为：

geometry
    ↓
Binary
    ↓
WKB-like representation

数据库可以将其转换为：

WKT

供开发者查看。

因此开发GIS程序时经常会遇到：

Database
    ↓
WKB
    ↓
Geometry
    ↓
WKT

WKB的常见应用

空间数据库

Database
    ↓
Geometry
    ↓
WKB / Binary

数据交换

GIS Application
    ↓
WKB
    ↓
GIS Application

Geometry序列化

Geometry Object
    ↓
WKB
    ↓
Binary Data

GeoParquet

Geometry
    ↓
WKB
    ↓
Parquet Binary Column

GIS程序开发

程序可以：

WKB
 ↓
Decode
 ↓
Geometry Object

也可以反过来：

Geometry Object
 ↓
Encode
 ↓
WKB

WKB编码流程

一个Geometry转换为WKB的基本过程：

Geometry
    ↓
确定Byte Order
    ↓
确定Geometry Type
    ↓
写入Geometry数量
    ↓
写入Coordinates
    ↓
Binary

例如Point：

Point
 ↓
Byte Order
 ↓
Type = Point
 ↓
X
 ↓
Y
 ↓
WKB

LineString：

LineString
 ↓
Byte Order
 ↓
Type
 ↓
Point Count
 ↓
Point 1
 ↓
Point 2
 ↓
Point 3
 ↓
WKB

WKB解析流程

反过来，从WKB读取Geometry：

WKB
 ↓
读取Byte Order
 ↓
读取Geometry Type
 ↓
读取Geometry数据
 ↓
读取Coordinates
 ↓
Geometry Object

例如：

WKB
 ↓
Point
 ↓
X Y
 ↓
POINT

如果是Polygon：

WKB
 ↓
Polygon
 ↓
Ring Count
 ↓
Point Count
 ↓
Coordinates
 ↓
Polygon

WKB为什么不适合直接阅读

例如WKT：

POINT (116.397 39.908)

一眼就能理解。

WKB通常表现为十六进制：

0101000000...

或者更长的十六进制字符串。

因此：

WKT
 ↓
适合人工阅读

WKB
 ↓
适合程序处理

如果需要查看WKB内容，可以使用WKB解析工具将其转换为：

WKB
 ↓
WKT

或者：

WKB
 ↓
GeoJSON

WKB与Hex

WKB本质上是二进制数据。

但在数据库、API或者文本环境中，经常会把WKB转换成十六进制字符串。

例如：

Binary
    ↓
Hexadecimal
    ↓
0101000000...

因此看到：

0101000000...

并不意味着WKB本身是文本格式。

实际上：

WKB
 ↓
Binary
 ↓
Hex representation

只是为了方便传输和显示。

WKB的优势

WKB主要优势包括：

二进制表示
结构紧凑
程序解析方便
适合数据库
适合Geometry序列化
支持复杂Geometry
支持二维和扩展维度
适合数据交换

WKB的局限

WKB也有一些明显特点：

不可直接阅读
调试不如WKT方便
需要解析器
单独的WKB通常不包含完整属性信息
CRS通常需要额外元数据

因此WKB不是完整的GIS图层格式。

它主要解决：

如何把Geometry编码成二进制数据。

GIS数据格式之间的关系

可以建立这样的关系：

Geometry
    │
    ├──→ WKT
    │      ↓
    │    Text
    │
    └──→ WKB
           ↓
         Binary

完整GIS数据格式则是：

Geometry
+
Attributes
+
CRS
+
Metadata
    ↓
GIS Data Format

例如：

Shapefile
GeoJSON
GeoPackage
GeoParquet

GIS格式选择

可以简单理解：

Geometry文本表示
    ↓
WKT

Geometry二进制表示
    ↓
WKB

Web GIS数据交换
    ↓
GeoJSON

传统GIS文件
    ↓
Shapefile

本地空间数据库
    ↓
GeoPackage

大规模空间分析
    ↓
GeoParquet

WKB知识结构

可以把WKB总结为：

WKB
│
├── Byte Order
│
├── Geometry Type
│   ├── Point
│   ├── LineString
│   ├── Polygon
│   ├── MultiPoint
│   ├── MultiLineString
│   ├── MultiPolygon
│   └── GeometryCollection
│
├── Coordinates
│   ├── X
│   ├── Y
│   ├── Z
│   └── M
│
└── Extended Formats
    └── EWKB

核心关系：

Coordinates
    ↓
Geometry
    ↓
WKB
    ↓
Binary

WKB与GIS数据处理

在实际GIS数据处理中，可以看到：

Shapefile
    ↓
读取Geometry
    ↓
WKB
    ↓
数据库 / GeoParquet

也可以：

Database
    ↓
WKB
    ↓
Geometry
    ↓
GeoJSON

或者：

WKB
    ↓
WKT
    ↓
人工检查

因此WKB经常作为GIS系统内部的数据交换和序列化形式。

总结

WKB（Well-Known Binary）是一种用于表示GIS Geometry的二进制格式。

它的核心结构可以理解为：

Byte Order
    ↓
Geometry Type
    ↓
Coordinates
    ↓
Binary Geometry

最常见的Geometry包括：

Point
LineString
Polygon
MultiPoint
MultiLineString
MultiPolygon
GeometryCollection

可以记住：

WKT使用文本表示Geometry，WKB使用二进制表示Geometry；WKT方便人阅读，WKB更加适合程序、数据库和空间数据存储。

在GIS数据体系中：

Geometry
    │
    ├── WKT
    │    └── 文本表示
    │
    └── WKB
         └── 二进制表示

完整GIS数据
    │
    ├── GeoJSON
    ├── Shapefile
    ├── GeoPackage
    └── GeoParquet

理解WKB之后，可以继续学习WKB解析、WKB转WKT、WKB转GeoJSON以及GIS空间数据库中的Geometry存储方式。

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