3小时GIS入门教程（二）GIS数据格式、坐标系
文章目錄
- 前言
- 一、GIS數據格式
- 1.矢量數據
- 2.柵格數據
- 3.矢量數據VS柵格數據
- 4.shapefile文件格式
- 二、地圖坐標系
- 1.地球是圓的嗎？
- 2.地圖投影
- 3.地理坐標系和投影坐標系
- 4.最常用的投影方法——高斯克呂格投影
- 5.坐標轉換
- 6.互聯網地圖的坐標系
- 總結
前言
2020年疫情在家的時候，師姐邀請我為華僑大學的本科生遠程上一堂GIS實驗課，她說只有一下午3節(jié)課的時間。趁著這個機會把這幾年積累的一些思考、經驗都梳理了一下，整合成了這個3小時快速上手指南。
一、GIS數據格式
GIS數據分為矢量數據和柵格數據。
1.矢量數據
包含數據坐標，構成點(point)、線(polyline)、面(polygon) 和屬性表（attribute table）
常見的一些矢量文件格式包括shp、dwg、geojson等，不同軟件地理文件后綴編碼方式會有些差異，但是包含的信息基本都是相同的，因此大多數文件格式之間都可以進行相互轉換。
| ArcGIS | Shapfile、Geodatabase |
| SuperMap | SDB、SDX |
| MapGIS | .WT、.WL、.WP |
| AutoCAD | .dwg/.dxf |
| TransCAD | .dbd |
| 標準格式 | GeoJSON/GML/shapefile/KML/KMZ |
格式轉換工具：
（1）ArcGIS自帶的轉換工具
在ArcGIS的toolbox里有轉換工具這個大類工作集
（2）強大的轉換軟件FME，利用FMEWorkBench和FMEQuickTranslator實現所有文件之間的無損轉換，總之會有驚喜
2.柵格數據
每個像素的值代表其屬性值，例如高程值等。
常見格式有：
GeoTIFF(.tiff)
Erdas Imagine(.img)
ENVI(.hdr)
HDF(.hdf)
JPEG/PNG/BMP
3.矢量數據VS柵格數據
| 數據結構 | 數據緊湊、便于檢索 | 數據結構簡單，精度有限 |
| 運算效率 | 數據空間分析較復雜 | 計算較快 |
| 適用性 | 適用于精度要求高/擁有拓撲結構的網絡分析 | 適用于遙感、地表分析、密度分析等 |
個人建議：能用矢量數據最好用矢量數據，矢量可以轉柵格，但柵格無法還原為矢量文件。
4.shapefile文件格式
在實際工程中，總是會有文件傳來傳去的過程，而shapefile文件系統(tǒng)較為復雜，它不是一個文件，它是一組文件。
在文件夾里通常一個shp文件有7-8個同名文件，僅僅是后綴不同，但在ArcGIS文件管理里只有一個后綴為.shp的文件，很多人就以為只需要傳shp文件即可，最后發(fā)現對方并打不開。
| .shp | 用于存儲要素幾何的主文件 |
| .shx | 用于存儲要素的幾何索引文件 |
| .dbf | 用于存儲要素屬性信息的dBASE標 |
| .sbn .sbx | 用于存儲要素空間索引的文件 |
| .pcj | 用于存儲坐標系信息的文件 |
| .xml | 用于存儲shapefile的相關信息 |
注意：shp/shx/dbf為必需文件，在文件傳發(fā)過程中易一定要保證這三個文件的完整性。
二、地圖坐標系
搞清楚地圖坐標系的人不多，我也是到了研究生，才慢慢意識到坐標系的重要性，幸得導師教誨。
要理解坐標系本質上要理解地圖投影。
1.地球是圓的嗎？
不是。地球不是一個正球體，而是一個極半徑略短、赤道半徑略長，北極略突出、南極略扁平，近于梨形的橢球體。
（真歪瓜裂棗）
2.地圖投影
地球橢球體表面是不可展曲面，要將曲面上的客觀事物表示在有限的平面圖紙上，必須經過由曲面到平面的轉換
所有地圖都存在變形，因為你沒辦法把桔子皮壓平而不裂開。
《所有的世界地圖都是錯的，以下是為什么》這個視頻解釋了如何把地球表面撕開，強行拉成一個平面
https://www.bilibili.com/video/av88940277/
心形地圖投影方式稱為彭納投影（Bonne’s projection）
3.地理坐標系和投影坐標系
坐標系分為地理坐標系和投影坐標系
地理坐標系（Geogrpahic Coordinate System）
使用基于經緯度坐標的坐標系統(tǒng)描述地球上某一點所處的位置，如WGS84坐標系，GPS導航等也常用
投影坐標系（Projected Coordinate Systems）
使用基于X,Y值的坐標系統(tǒng)來描述地球上某個點所處的位置。
如西安80、北京54、CGCS2000、城市地方坐標系，都是用x、y坐標值來表示坐標的
投影坐標系由以下參數確定：
地理坐標系（由基準面確定，比如：北京54、西安80、WGS84）
投影方法（比如高斯－克呂格、Lambert投影、Mercator投影）
4.最常用的投影方法——高斯克呂格投影
中國制圖標準的坐標系有北京54、西安80、CGCS2000，它們都是用的高斯克呂格投影，這種方法的好處是可以保證中心線變形最小。
Gauss Kruger投影：
以橢圓柱為投影面，使地球橢球體的某一經線與橢圓柱相切，然后按等角條件，將中央經線兩側各一定范圍內的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將其展成平面而得。
ArcGIS坐標系路徑：投影坐標系——Gauss Kruger——Beijing54/CGCS2000/Xian1980——Xian 1980 3 degree GK CM 102E
如何選擇合適的坐標系？
你研究的城市經度離哪個經度最近就選擇該坐標系，比如廈門市的經度在118°左右，那可以選擇3°帶的117E，即Xian 1980 3 degree GK CM 117E或者6°帶的Xian 1980 GK Zone 20
再解釋下3°帶和6°帶的區(qū)別，有些城市規(guī)模較大適合6°帶，有些城市規(guī)模較小適合3°帶
5.坐標轉換
理論上，兩種坐標系之間通過數學運算是可以進行轉換的，一般是7個參數，包括平移3參數+旋轉3參數+縮放1參數。
ArcGIS也有坐標轉換功能，可以實現兩個圖層之間的坐標轉換，前提是兩套坐標系統(tǒng)參數是已知的（即橢球體、投影方法、中心線經度等）
6.互聯網地圖的坐標系
只有一個單獨的坐標是沒有意義的，必須要有坐標系才具有空間位置關系，因此在地圖坐標系是國家高度保密的信息。
我們常見的互聯網地圖坐標系都不相同，格式基本都為地理坐標系即經緯度格式，但是相互之間會有偏移，所以在進行坐標拾取的時候一定要先弄清楚是哪個坐標系的數據。
| 百度地圖 | 百度坐標系 |
| 高德地圖 | 高德坐標系 |
| 谷歌地圖 | 谷歌坐標系 |
| 官方發(fā)布 | 火星坐標系（對真實坐標進行加偏） |
安利一個好用又穩(wěn)定的互聯網地圖坐標轉換小工具網址：
https://maplocation.sjfkai.com/
總結
基本的一些GIS相關的基礎知識就說到這，下一篇將開始分享一些小實操案例。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的3小时GIS入门教程（二）GIS数据格式、坐标系的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
