5分钟快速入门GIS（GIS基础）（GIS当中常见数据）
序：
一次內部交流會的記錄，算是公司內部的一次培訓，主要解決非GIS背景的同事快速同步相關概念，解決溝通過程中的專有名詞問題。
1GIS基本概念
GIS（Geographic Information System）：
地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統
簡單來說GIS就是一堆坐標相關的數據的組織和渲染展示。
參考：
地理信息系統（空間信息系統）_百度百科
1963年，加拿大測量學家羅杰·湯姆林森（Roger Tomlinson）首先提出了GIS這一術語，并建成世界上第一個GIS（加拿大地理信息系統CGIS），用于自然資源的管理和規劃。湯姆林森提倡使用計算機進行空間分析的先見之明以及他在建立CGIS過程中的領導角色，為他贏得了“GIS之父”的光榮稱號。
到如今，GIS經歷了50多年的發展歷程，這個期間計算機也有了革命性的變化，CPU、顯卡、存儲的革新促使一大堆GIS軟件的誕生，如：ArcGIS、GoogleEarth、SuperMap、LocaSpace等 不同的GIS產品和平臺對數據的支持也各有不同，在此期間逐漸形成了一些規范化的標準，有了更多的通用格式。
1.1?坐標系：
地理坐標系（Geographic Coordinate System）
地理坐標系的單位是：經緯度（弧度）、地心坐標系
1.1.1 投影坐標系
- ?墨卡托Mercator投影
是一種"等角正切圓柱投影”
- 高斯-克呂格Gauss-Kruger投影（橫軸等角切圓柱投影）
Beijing54, Xian80
6°分帶：用于1：2.5萬~1：50萬比例尺地圖
3°分帶：用于大于1：1萬比例尺地圖
- Web Mercator投影
谷歌地圖、高德地圖、騰訊地圖
最小 (-20037508.3427892, -20037508.3427892 ) /(-180, -85.05112877980659)
最大 (20037508.3427892, 20037508.3427892)/ (180, 85.05112877980659)
?
1.1.2圖層
?
矢量數據
利用點，線，面的形式來表達現實世界，具有定位明顯，屬性隱含的特點。
柵格數據
以二維矩陣的形式來表示空間地物或現象分布的數據組織方式．每個矩陣單位稱為一個柵格單元(cell)
要素
地理要素最常使用最基礎的就是點、線、面來表示
?
2 常見GIS數據
2.1 影像、地形
?
2.1.1.數據來源：
? ? ? ?a.衛星遙感:?
?????? ?????? 資源衛星（構建5米分辨率地形）
????????????? 高分衛星（0.8米分辨率）影像
? ? ? ? ? ? ? 高景衛星（0.5米分辨率）影像
? ? ? b.無人機航測:
?????? ?????? 無人機航測獲取照片
? ? ? ? ? ? ?建模軟件處理得到數據成果：CC（ContextCapture）建模軟件、pix4d、大疆智圖、photoscan等
? ? ?c.分析處理成果：
熱力圖
等高線
坡度圖
坡向圖
地物分類圖
Dlg線化圖
2.1.2.數據用途：
多數作為方案底圖，基礎底圖
如：
導航地圖
地圖搜索
交通事故現場圖
工地施工設計現場圖
地物分類圖
項目現場圖
指揮作戰地圖
登山圖
疫情防控圖
2.1.3.本質：
8位高度圖、24位真彩色，本質是圖片
2.1.4.常見格式：
Tif，最常見的大數據柵格格式
Img：ArcGIS里面使用較多的柵格格式，多數帶金字塔
Lrp：圖新地球的高效帶lod層級的加密二進制流數據格式。
Mbt：開放協議的帶lod層級的瓦片數據格式（本質是sqlite數據庫）
Grd：純文本的Arc/Info Grid數據的交換文件
Dem：有兩種格式，NSDTF和USGS，
SGS－DEM(USGS是美國地質調查局(U．S．GeologicalSurvey)的英文縮寫，是一種公開格式的DEM數據格式標準，使用范圍較廣格式的。
NSDTF－DEM是中華人民共和國國家標準地球空間數據交換格式，是屬于格網數據交換格式，一般的GIS軟件都不支持這種格式。
Hgt：主要是地形數據格式。
SRTM 地形數據主要包含兩類數據：SRTM3 和 SRTM1。
- SRTM3 精度為 3 弧秒，即 90m 一個點，包括非洲、北美、南美、歐亞、澳大利亞以及部分島嶼；
- SRTM1 精度為 1 弧秒，即 30m 一個點，僅限美國地區；
詳情：高精度地形網格數據 SRTM - SeisMan
2.1.5.影像和地形的區別
影像是類似照片的顏色圖，rgba
地形是高度圖（灰度圖）記錄位置的高程
2.1.6.柵格和矢量的區別
影像和地形，多數為柵格，圖片
矢量多為點、線、面等規范格式的坐標串，最大的表現區別，在三維渲染的時候無限放大，矢量不會模糊
2.1.7.多份數據疊加
類似photoshop等圖層的概念，最終肉眼可見的三維引擎渲染效果是多份數據的疊加成果。
2.1.8.概念：
投影：地圖投影是利用一定數學法則把地球表面的經、緯線轉換到平面上的理論和方法
2.2 傾斜攝影（實景三維）模型
?
2.2.1數據來源：
航測:
? ? ? ? ? ? ? 固定翼
????????????? 旋翼
? ? ? ? ? ? ?大飛機、直升機（有人機）
?????? ?????? 無人機航測獲取照片
? ? ? ? ? ? ?建模軟件處理得到數據成果：CC（ContextCapture）、大疆智圖等
2.2.2數據用途：
多數作為方案底圖，基礎三維底圖
如：
實景中國
規劃院的設計底圖
交通事故現場圖
案例：
某設計單位基于實景模型查看實地邊坡防護的落石情況
某道路工程，通過設計圖紙和實際修建狀況匹配發現少修了個涵洞
2.2.3本質：
一堆帶紋理的三角面片
2.2.4常見格式：
osgb，開源的帶lod層級的二進制流數據組織格式，支持大數據量
3mx、3sm：Bently自己的數據格式，常作為中間數據交換格式，及bengly的bim軟件支持格式
Cesium 3d tiles：開源的帶lod層級的數據組織格式，主要用于cesium三維引擎當前中科圖新的Wish3DEarth、超圖等平臺均做了兼容。
Fbx、obj：常見人工模型數據格式，一般用于3d打印或者人工建模參考，模型精修的中間參考格式。
Esri i3s scene database：ArcGIS支持的專有格式。
s3c： smart3d被Bently收購前的自有加密格式，當前s3c一般作為osgb的在ContextCaptureViewer當中瀏覽數據的索引格式。
2.3 矢量數據
?
?
2.3.1概念
GIS當中的基本數據元素，
用圖層（Layer）來抽象表達地物的集合
–圖層：是某一類地物的集合，例如道路圖層，河流圖層，房屋圖層。
-要素（Feature）：來表達地物，例如一個公交站用一個點標注來表示
-符號（style）：來標識地物分類
2.3.2數據來源：
LocaSpaceViewer、ArcGis、GlobalMapper、超圖、CAD、matlab等支持繪制地理要素或對數據進行分析生產矢量數據的軟件平臺的數據導出成果。
2.3.3數據用途：
GIS當中的基本數據信息媒介，基于符號化來表達對應的對象，通常以點（marker、標注）、線（管線、空間線、依地線、道路、河流、等高線）、面（水域、房屋、林地、重點場所）來表達，并存儲對應的屬性信息，或者通過id關聯對應的屬性信息。
2.3.4數據本質：
基于位置的坐標，或者坐標集合
2.3.5常見數據格式：
Txt：以換行符來存儲坐標（x、y、z；lon、lat、hei）
Excel（csv）：文本類型的坐標集合，本質就是格式化的文本
Json（GeoJson）：文本類型的坐標集合，可設置樣式、屬性，本質就是格式化的文本
Xml：文本類型的坐標集合，本質就是格式化的文本
Sql字段：數據庫形式的，字段模式存儲
Kml（kmz）：谷歌定義的一種數據格式，xml的固定規范，本質就是格式化的文本，KML 是由開放地理空間聯盟（Open Geospatial Consortium, Inc.，簡稱 OGC）維護的國際標準。
Shp（shape file）：Shapefile文件是美國環境系統研究所（ESRI）所研制的GIS文件系統格式文件，是工業標準的矢量數據文件。一個Shape文件包括三個文件：一個主文件(*.shp)，一個索引文件(*.shx)，和一個dBASE(*.dbf)表。
Gpx：或稱 GPS exchange 格式, 是一種用于存儲坐標數據的 XML 文件格式。它可以儲存在一條路上的路點，軌跡，路線，且易于處理和轉換到其他格式。GPX是比較標準的GPS信息交互文件，當然其他公司還有自己的格式
Lgd：圖新地球(lsv)的高效矢量數據格式，內置高效的索引，是一種二進制流數據。除了常規的點、線、面外還支持圓、橢圓、箭頭、軍標、水面、立方體、橢球、棱錐、圓柱、粒子特效等。
Lcad：圖新地球（lsv）為解決大矢量數據加載渲染的高效數據格式，內置高效的索引，及定制的抽析算法。
Dxf（dwg）：是AutoCAD的圖形文件，是二維或三維圖形檔案，dxf和dwg可以互轉，DXF是一種開放的矢量數據格式
2.4 BIM模型數據
?
2.4.1概念：
建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑學、工程學及土木工程的新工具，用于實現構建的全生命周期管理，簡單可以理解為帶屬性的模型。
2.4.2數據來源：
A（Autodesk）系列軟件：Revit、Civil3D
B（Bently）系列軟件：MicroStation
犀牛
SketchUP（在部分行業內也稱其為BIM）
3dsmax（在部分行業內也稱其為BIM，以fbx居多）
同豪
2.4.3數據用途：
實現構建的全生命周期管理，所有的操作都會記錄在對應的屬性當中。實際當前的應用模式，因為bim模型的改動復雜性和專業性，多數應用只是作為了一個普通模型，存儲了對應的id，實際屬性都靠管理平臺進行關聯，屬性通過平臺快速修改。
2.4.4和GIS的關系：
BIM和GIS本身沒有什么關系，各自的局限導致了實際應用當中對二者的融合。
BIM建筑師在設計建筑的時候可以有一個地理大環境作為依托，市政當局人員可以快速判斷出建筑設計對地理大環境的影響。例如：建筑是否滿足區域限高要求；居民周邊是否會有噪音污染；居住的最低日照標準是否能夠滿足。這樣建筑的許可審批流程可以更快、更可靠。此外，被審批過的建筑設計模型可以直接成為了城市空間三維模型的一部分，城市空間的三維城市模型屬性信息也會變得更詳細，更新的速度也會更快。隨著類似建筑材料、能源相關屬性數據的錄入，還可以為城市的未來規劃以及整個建筑的全生命周期管理提供依據
目前以GIS兼容BIM為主流
2.4.5常見數據格式：
.rvt: Revit軟件下bim建模的數據成果
.dgn：Microstation軟件下bim建模的數據成果
.DWG:Civil3D軟件的成果格式
.ifc：常見的BIM模型中間交換格式（各個軟件之間相互轉換）
.3dm：犀牛軟件的成果格式
詳情參考：10分鐘了解BIM+GIS融合，常見BIM數據格式及特性_三維GIS那點事_王躍軍的博客-CSDN博客_bim數據
2.5 人工模型數據
2.5.1 數據來源：
人工建模軟件，目的為了更直觀的模擬現實當中的三維場景，對現實當中的物體進行建模。
常見建模軟件：3dsmax、sketchup
2.5.2 數據用途：
用于在三維場景當中表達實地的物體，可視化效果直觀。多用于構建場景。
2.5.3 和傾斜模型（實景模型）的差異：
傾斜模型當中沒有物體的概念，可以認為是一張貼了紋理的大的三角格網，人工建模，可以通過打組（Group）等構建房屋、水表、桌子、椅子、小品都具有獨立個體的實例。
2.5.4 常見數據格式：
Obj：一種明碼的中間交互格式，也是3dsmax的一種輸出格式，如果有紋理，一般有附屬文件夾
Fbx：一種支持動畫的三維模型格式，是3dsmax的一種輸出格式，可以制作磕頭機、旋轉的飛機，奔跑的小人等。
Skp：草圖大師（Sketchup）的建模格式。因其操作簡單，被廣泛接受。
Stl：一種交換格式，主要用于3d打印。
2.6 點云數據
2.6.1數據來源：
激光掃描儀掃描的數據成果，本質就是一堆坐標點集。
當前流行的傾斜攝影（無人機航測）建模的中間數據成果
當前隨著激光掃描儀的體積重量的降低，亦可搭載于無人機進行空中掃描
通過和攝像頭的融合可實現真彩色點云。
2.6.2 數據用途：
?????? 電力行業多用于對電力桿塔、電力線進行掃描
?????? 文保行業，基于其高精度的特效，對文物進行三維建模、存檔，如古建、橋梁，甚至醫學里面的骨頭建模
? ? ? ? 工程行業，使用激光雷達穿透樹木獲取真實地表。
新特性：
圖新地球新上線了點云大師，可以直接基于激光的點云數據或者三維建模軟件（大疆智圖、ContextCapture）的傾斜攝影建模las格式點云成果，自動做到過濾樹木、房屋提取真實地表，并生成地形文件、等高線文件。
2.6.3特性：
精度高、成本高
2.6.4常見數據格式：
Las：測量與遙感（ ASPRS）協會下屬的LIDAR委員會制定的標準LIDAR數據格式
每個 LAS 文件都在頁眉塊中包含激光雷達測量的元數據，然后是所記錄的每個激光雷達脈沖的所有記錄。
每個 LAS 文件的頁眉部分都保留有激光雷達測量本身的屬性信息：數據范圍、飛行日期、飛行時間、點記錄數、返回的點數、使用的所有數據偏移以及使用的所有比例因子為 LAS 文件的每個激光雷達脈沖保留以下激光雷達點屬性：x,y,z位置信息、GPS 時間戳、強度、回波編號、回波數目、點分類值、掃描角度、附加 RGB 值、掃描方向、飛行航線的邊緣、用戶數據、點源 ID 和波形信息。
Xyz：文本格式的坐標集
總結
以上是生活随笔為你收集整理的5分钟快速入门GIS（GIS基础）（GIS当中常见数据）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 前端学习（3276）：js中this的使
- 下一篇： 【CCF推荐专区】注意这些期刊提前截稿？