5分钟快速入门GIS（GIS基础）（GIS当中常见数据）

序：
一次内部交流会的记录，算是公司内部的一次培训，主要解决非GIS背景的同事快速同步相关概念，解决沟通过程中的专有名词问题。

1GIS基本概念
GIS（Geographic Information System）：

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统

简单来说GIS就是一堆坐标相关的数据的组织和渲染展示。

参考：

地理信息系统（空间信息系统）_百度百科

1963年，加拿大测量学家罗杰·汤姆林森（Roger Tomlinson）首先提出了GIS这一术语，并建成世界上第一个GIS（加拿大地理信息系统CGIS），用于自然资源的管理和规划。汤姆林森提倡使用计算机进行空间分析的先见之明以及他在建立CGIS过程中的领导角色，为他赢得了“GIS之父”的光荣称号。

到如今，GIS经历了50多年的发展历程，这个期间计算机也有了革命性的变化，CPU、显卡、存储的革新促使一大堆GIS软件的诞生，如：ArcGIS、GoogleEarth、SuperMap、LocaSpace等 不同的GIS产品和平台对数据的支持也各有不同，在此期间逐渐形成了一些规范化的标准，有了更多的通用格式。

1.1 坐标系：
地理坐标系（Geographic Coordinate System）

地理坐标系的单位是：经纬度（弧度）、地心坐标系

1. 度分秒表示：113°12′34″
2. 十进制表示：113.534532

1.1.1 投影坐标系

•  墨卡托Mercator投影

是一种"等角正切圆柱投影”

• 高斯-克吕格Gauss-Kruger投影（横轴等角切圆柱投影）

Beijing54, Xian80

6°分带：用于1：2.5万~1：50万比例尺地图

3°分带：用于大于1：1万比例尺地图

Web Mercator投影
谷歌地图、高德地图、腾讯地图

最小 (-20037508.3427892, -20037508.3427892 ) /(-180, -85.05112877980659)

最大 (20037508.3427892, 20037508.3427892)/ (180, 85.05112877980659)

1.1.2图层

矢量数据

        利用点，线，面的形式来表达现实世界，具有定位明显，属性隐含的特点。

栅格数据

        以二维矩阵的形式来表示空间地物或现象分布的数据组织方式．每个矩阵单位称为一个栅格单元(cell)

要素

        地理要素最常使用最基础的就是点、线、面来表示

2 常见GIS数据

2.1 影像、地形

2.1.1.数据来源：
a.卫星遥感:

资源卫星（构建5米分辨率地形）

高分卫星（0.8米分辨率）影像

高景卫星（0.5米分辨率）影像

国外哨兵、WorldView、LandSat、Spot、alos等（国外发展较早，国内发展较快）

b.无人机航测:

无人机航测获取照片

建模软件处理得到数据成果：CC（ContextCapture）建模软件、大疆智图、大势智慧、瞰景科技、pix4d、photoscan等

c.分析处理成果：

热力图

等高线

坡度图

坡向图

地物分类图

Dlg线化图

2.1.2.数据用途：
多数作为方案底图，基础底图

如：

导航地图、地图搜索、、交通事故现场图、工地施工设计现场图、地物分类图、项目现场图、指挥作战地图、登山图、疫情防控图等

2.1.3.本质：
8位高度图、24位真彩色，本质是图片

2.1.4.常见格式：
Tif，最常见的大数据栅格格式（也是倾斜摄影影像数据的默认输出格式，地形数据的常见格式）

Img：ArcGIS里面使用较多的栅格格式，多数带金字塔

Lrp：图新地球的高效带lod层级的加密二进制流数据格式。

Mbt：开放协议的带lod层级的瓦片数据格式（本质是sqlite数据库）

Grd：纯文本的Arc/Info Grid数据的交换文件

Dem：有两种格式，NSDTF和USGS，

SGS－DEM(USGS是美国地质调查局(U．S．GeologicalSurvey)的英文缩写，是一种公开格式的DEM数据格式标准，使用范围较广格式的。

NSDTF－DEM是中华人民共和国国家标准地球空间数据交换格式，是属于格网数据交换格式，一般的GIS软件都不支持这种格式。

Hgt：主要是地形数据格式。

SRTM 地形数据主要包含两类数据：SRTM3 和 SRTM1。

SRTM3 精度为 3 弧秒，即 90m 一个点，包括非洲、北美、南美、欧亚、澳大利亚以及部分岛屿；
SRTM1 精度为 1 弧秒，即 30m 一个点，仅限美国地区；
详情：高精度地形网格数据 SRTM - SeisMan

2.1.5.影像和地形的区别
影像是类似照片的颜色图，rgba

地形是高度图（灰度图）记录位置的高程

2.1.6.栅格和矢量的区别
影像和地形，多数为栅格，图片

矢量多为点、线、面等规范格式的坐标串，最大的表现区别，在三维渲染的时候无限放大，矢量不会模糊

2.1.7.多份数据叠加
类似photoshop等图层的概念，最终肉眼可见的三维引擎渲染效果是多份数据的叠加成果。

2.1.8.概念：
投影：地图投影是利用一定数学法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法

2.2 倾斜摄影（实景三维）模型

2.2.1数据来源：
航测:

固定翼

旋翼

大飞机、直升机（有人机）

无人机航测获取照片

建模软件处理得到数据成果：CC（ContextCapture）建模软件、大疆智图、大势智慧、瞰景科技、photoscan等

2.2.2数据用途：
多数作为方案底图，基础三维底图，现状图（如工程设计、工程施工前一般先无人机航测了解现状、进行模拟放样等）

如：实景中国、规划院的设计底图、交通事故现场图

案例：

某设计单位基于实景模型查看实地边坡防护的落石情况

某道路工程，通过设计图纸和实际修建状况匹配发现少修了个涵洞

2.2.3本质：
一堆带纹理的三角面片

2.2.4常见格式：
osgb，开源（OpenSceneGraphic）的带lod层级的二进制流数据组织格式，支持大数据量（当前最主流的倾斜摄影模型数据格式）

Cesium 3d tiles：开源的带lod层级的数据组织格式，主要用于cesium三维引擎当前中科图新的Wish3DEarth、超图等平台均做了兼容。（个人认为当前发展速度最快，潜力最大的倾斜摄影模型数据格式）

3mx、3sm：Bently自己的数据格式，常作为中间数据交换格式，及bengly的bim软件支持格式

Fbx、obj：常见人工模型数据格式，一般用于3d打印或者人工建模参考，模型精修的中间参考格式。

Esri i3s scene database：ArcGIS支持的专有格式。

s3c： smart3d被Bently收购前的自有加密格式，当前s3c一般作为osgb的在ContextCaptureViewer当中浏览数据的索引格式。

2.3 矢量数据

2.3.1概念
GIS当中的基本数据元素，

用图层（Layer）来抽象表达地物的集合

–图层：是某一类地物的集合，例如道路图层，河流图层，房屋图层。

-要素（Feature）：来表达地物，例如一个公交站用一个点标注来表示

-符号（style）：来标识地物分类

2.3.2数据来源：
图新地球桌面端（LocaSpaceViewer）、ArcGis、GlobalMapper、超图、CAD、matlab等支持绘制地理要素或对数据进行分析生产矢量数据的软件平台的数据导出成果。

2.3.3数据用途：
GIS当中的基本数据信息媒介，基于符号化来表达对应的对象，通常以点（marker、标注）、线（管线、空间线、依地线、道路、河流、等高线）、面（水域、房屋、林地、重点场所）来表达，并存储对应的属性信息，或者通过id关联对应的属性信息。

2.3.4数据本质：
基于位置的坐标，或者坐标集合

2.3.5常见数据格式：
Kml（kmz）：谷歌定义的一种数据格式，xml的固定规范，本质就是格式化的文本，KML 是由开放地理空间联盟（Open Geospatial Consortium, Inc.，简称 OGC）维护的国际标准。个人认为使用范围最广、应用最灵活的一种矢量数据格式。

Shp（shape file）：Shapefile文件是美国环境系统研究所（ESRI）所研制的GIS文件系统格式文件，是工业标准的矢量数据文件。一个Shape文件包括三个文件：一个主文件(*.shp)，一个索引文件(*.shx)，和一个dBASE(*.dbf)表。国土空间规划使用频率最高一种矢量数据格式；林业当中的图斑数据等。

Dxf（dwg）：是AutoCAD的图形文件，是二维或三维图形档案，dxf和dwg可以互转，DXF是一种开放的矢量数据格式。一般应用于工业设计和工程设计、规划设计，和GIS结合最紧密的是工程设计图纸，规划设计方案等。如一个矿坑的修复治理方案、一个小区的规划建设图纸，路桥隧的规划设计方案。

Txt：以换行符来存储坐标（x、y、z；lon、lat、hei）

Excel（csv）：文本类型的坐标集合，本质就是格式化的文本

Json（GeoJson）：文本类型的坐标集合，可设置样式、属性，本质就是格式化的文本

Xml：文本类型的坐标集合，本质就是格式化的文本

Sql字段：数据库形式的，字段模式存储

Gpx：或称 GPS exchange 格式, 是一种用于存储坐标数据的 XML 文件格式。它可以储存在一条路上的路点，轨迹，路线，且易于处理和转换到其他格式。GPX是比较标准的GPS信息交互文件，当然其他公司还有自己的格式

Lgd：图新地球(lsv)的高效矢量数据格式，内置高效的索引，是一种二进制流数据。除了常规的点、线、面外还支持圆、椭圆、箭头、军标、水面、立方体、椭球、棱锥、圆柱、粒子特效等。

Lcad：图新地球（lsv）为解决大矢量数据加载渲染的高效数据格式，内置高效的索引，及定制的抽析算法。

2.4 BIM模型数据

2.4.1概念：
建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑学、工程学及土木工程的新工具，用于实现构建的全生命周期管理，简单可以理解为带属性的模型。

2.4.2数据来源：
A（Autodesk）系列软件：Revit、Civil3D，

B（Bently）系列软件：MicroStation

犀牛

SketchUP（在部分行业内也称其为BIM）

3dsmax（在部分行业内也称其为BIM，以fbx居多）

同豪

2.4.3数据用途：

实现构建的全生命周期管理，所有的操作都会记录在对应的属性当中。实际当前的应用模式，因为bim模型的改动复杂性和专业性，多数应用只是作为了一个普通模型，存储了对应的id，实际属性都靠管理平台进行关联，属性通过平台快速修改。

2.4.4和GIS的关系：
BIM和GIS本身没有什么关系，各自的局限导致了实际应用当中对二者的融合。

BIM建筑师在设计建筑的时候可以有一个地理大环境作为依托，市政当局人员可以快速判断出建筑设计对地理大环境的影响。例如：建筑是否满足区域限高要求；居民周边是否会有噪音污染；居住的最低日照标准是否能够满足。这样建筑的许可审批流程可以更快、更可靠。此外，被审批过的建筑设计模型可以直接成为了城市空间三维模型的一部分，城市空间的三维城市模型属性信息也会变得更详细，更新的速度也会更快。随着类似建筑材料、能源相关属性数据的录入，还可以为城市的未来规划以及整个建筑的全生命周期管理提供依据

目前以GIS兼容BIM为主流

2.4.5常见数据格式：
.rvt: Revit软件下bim建模的数据成果，常用于工民建、路桥隧的bim设计

.dgn：Microstation软件下bim建模的数据成果，常用于工民建、路桥隧的bim设计

.DWG:Civil3D软件的成果格式，常用于道路设计,要注意和CAD的dwg区分开。

.ifc：常见的BIM模型中间交换格式（各个软件之间相互转换）

.3dm：犀牛软件的成果格式

.prt(.sldprt;.asm;.sldasm):solidworks的建模成果，一般用于机械设计。

.FBX：云南院和同豪合作研发的国产bim设计软件（公路工程BIM设计系统）

.exp(.model;.session;.dlv3;.catpart;.catProduct;.cgr):CATIA设计成果

详情参考：10分钟了解BIM+GIS融合，常见BIM数据格式及特性_三维GIS那点事_王跃军的博客-CSDN博客_bim数据

2.5 人工模型数据
2.5.1 数据来源：
人工建模软件，目的为了更直观的模拟现实当中的三维场景，对现实当中的物体进行建模。

常见建模软件：3dsmax、sketchup

2.5.2 数据用途：
用于在三维场景当中表达实地的物体，可视化效果直观。多用于构建场景。

2.5.3 和倾斜模型（实景模型）的差异：
倾斜模型当中没有物体的概念，可以认为是一张贴了纹理的大的三角格网，人工建模，可以通过打组（Group）等构建房屋、水表、桌子、椅子、小品都具有独立个体的实例。

2.5.4 常见数据格式：
Fbx：一种支持动画的三维模型格式，是3dsmax的一种输出格式，可以制作磕头机、旋转的飞机，奔跑的小人等。

Skp：草图大师（Sketchup）的建模格式。因其操作简单，被广泛接受。

Obj：一种明码的中间交互格式，也是3dsmax的一种输出格式，如果有纹理，一般有附属文件夹

DAE：也称Collada模型，是非盈利性组织Khronos负责维护的开放性三维模型格式（现已成为 ISO标准之一），应该说跟OpenGL是同一级别的，作为一个标准，其目的自然是能被各方支持了，而毕竟Autodesk有自己的利益考虑，所以远没有像fbx那样完美的支持，但这不妨碍它现在还是能够与封闭的fbx分庭抗礼的主要模型格式也称Collada模型，是非盈利性组织Khronos负责维护的开放性三维模型格式（现已成为 ISO标准之一），应该说跟OpenGL是同一级别的，作为一个标准，其目的自然是能被各方支持了，而毕竟Autodesk有自己的利益考虑，所以远没有像fbx那样完美的支持，但这不妨碍它现在还是能够与封闭的fbx分庭抗礼的主要模型格式。

glb（gltf）：cesium定义的一种模型协议，可支持动画。一般用于web端加载模型，FBX、DAE、OBJ等格式的数据基本都有方法转为glb模型来渲染（个人认为目前发展趋势比较好）。

Stl：一种交换格式，主要用于3d打印。

2.6 点云数据
2.6.1数据来源：
激光扫描仪扫描的数据成果，本质就是一堆坐标点集。

当前流行的倾斜摄影（无人机航测）建模的中间数据成果

当前随着激光扫描仪的体积重量的降低，亦可搭载于无人机进行空中扫描

通过和摄像头的融合可实现真彩色点云。

2.6.2 数据用途：
电力行业多用于对电力杆塔、电力线进行扫描

文保行业，基于其高精度的特效，对文物进行三维建模、存档，如古建、桥梁，甚至医学里面的骨头建模

工程行业，使用激光雷达穿透树木获取真实地表。

新特性：

图新地球新上线了点云大师，可以直接基于激光的点云数据或者三维建模软件（大疆智图、ContextCapture）的倾斜摄影建模las格式点云成果，自动做到过滤树木、房屋提取真实地表，并生成地形文件、等高线文件。

2.6.3特性：
精度高、成本高

2.6.4常见数据格式：
Las：测量与遥感（ ASPRS）协会下属的LIDAR委员会制定的标准LIDAR数据格式

每个 LAS 文件都在页眉块中包含激光雷达测量的元数据，然后是所记录的每个激光雷达脉冲的所有记录。

每个 LAS 文件的页眉部分都保留有激光雷达测量本身的属性信息：数据范围、飞行日期、飞行时间、点记录数、返回的点数、使用的所有数据偏移以及使用的所有比例因子为 LAS 文件的每个激光雷达脉冲保留以下激光雷达点属性：x,y,z位置信息、GPS 时间戳、强度、回波编号、回波数目、点分类值、扫描角度、附加 RGB 值、扫描方向、飞行航线的边缘、用户数据、点源 ID 和波形信息。


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