3小时GIS入门教程(二)GIS数据格式、坐标系


前言

2020年疫情在家的时候,师姐邀请我为华侨大学的本科生远程上一堂GIS实验课,她说只有一下午3节课的时间。趁着这个机会把这几年积累的一些思考、经验都梳理了一下,整合成了这个3小时快速上手指南。


一、GIS数据格式

GIS数据分为矢量数据和栅格数据。

1.矢量数据

包含数据坐标,构成点(point)、线(polyline)、面(polygon) 和属性表(attribute table)
矢量数据格式
常见的一些矢量文件格式包括shp、dwg、geojson等,不同软件地理文件后缀编码方式会有些差异,但是包含的信息基本都是相同的,因此大多数文件格式之间都可以进行相互转换。

软件 格式
ArcGIS Shapfile、Geodatabase
SuperMap SDB、SDX
MapGIS .WT、.WL、.WP
AutoCAD .dwg/.dxf
TransCAD .dbd
标准格式 GeoJSON/GML/shapefile/KML/KMZ

格式转换工具:
(1)ArcGIS自带的转换工具
在ArcGIS的toolbox里有转换工具这个大类工作集
在这里插入图片描述

(2)强大的转换软件FME,利用FMEWorkBench和FMEQuickTranslator实现所有文件之间的无损转换,总之会有惊喜
在这里插入图片描述

2.栅格数据

每个像素的值代表其属性值,例如高程值等。
常见格式有:
GeoTIFF(.tiff)
Erdas Imagine(.img)
ENVI(.hdr)
HDF(.hdf)
JPEG/PNG/BMP

3.矢量数据VS栅格数据

矢量数据 栅格数据
数据结构 数据紧凑、便于检索 数据结构简单,精度有限
运算效率 数据空间分析较复杂 计算较快
适用性 适用于精度要求高/拥有拓扑结构的网络分析 适用于遥感、地表分析、密度分析等

个人建议:能用矢量数据最好用矢量数据,矢量可以转栅格,但栅格无法还原为矢量文件。

4.shapefile文件格式

在实际工程中,总是会有文件传来传去的过程,而shapefile文件系统较为复杂,它不是一个文件,它是一组文件。
在文件夹里通常一个shp文件有7-8个同名文件,仅仅是后缀不同,但在ArcGIS文件管理里只有一个后缀为.shp的文件,很多人就以为只需要传shp文件即可,最后发现对方并打不开。
在这里插入图片描述

文件后缀名 作用
.shp 用于存储要素几何的主文件
.shx 用于存储要素的几何索引文件
.dbf 用于存储要素属性信息的dBASE标
.sbn .sbx 用于存储要素空间索引的文件
.pcj 用于存储坐标系信息的文件
.xml 用于存储shapefile的相关信息

注意:shp/shx/dbf为必需文件,在文件传发过程中易一定要保证这三个文件的完整性。

二、地图坐标系

搞清楚地图坐标系的人不多,我也是到了研究生,才慢慢意识到坐标系的重要性,幸得导师教诲。
要理解坐标系本质上要理解地图投影。

1.地球是圆的吗?

不是。地球不是一个正球体,而是一个极半径略短、赤道半径略长,北极略突出、南极略扁平,近于梨形的椭球体。
在这里插入图片描述
(真歪瓜裂枣)

2.地图投影

地球椭球体表面是不可展曲面,要将曲面上的客观事物表示在有限的平面图纸上,必须经过由曲面到平面的转换
所有地图都存在变形,因为你没办法把桔子皮压平而不裂开。
《所有的世界地图都是错的,以下是为什么》这个视频解释了如何把地球表面撕开,强行拉成一个平面
https://www.bilibili.com/video/av88940277/
在这里插入图片描述
心形地图投影方式称为彭纳投影(Bonne’s projection)

3.地理坐标系和投影坐标系

坐标系分为地理坐标系和投影坐标系

地理坐标系(Geogrpahic Coordinate System)

使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置,如WGS84坐标系,GPS导航等也常用

投影坐标系(Projected Coordinate Systems)

使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。

如西安80、北京54、CGCS2000、城市地方坐标系,都是用x、y坐标值来表示坐标的

投影坐标系由以下参数确定:

地理坐标系(由基准面确定,比如:北京54、西安80、WGS84)
投影方法(比如高斯-克吕格、Lambert投影、Mercator投影)

在这里插入图片描述

4.最常用的投影方法——高斯克吕格投影

中国制图标准的坐标系有北京54、西安80、CGCS2000,它们都是用的高斯克吕格投影,这种方法的好处是可以保证中心线变形最小

Gauss Kruger投影:
以椭圆柱为投影面,使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切,然后按等角条件,将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上,再将其展成平面而得。
在这里插入图片描述

ArcGIS坐标系路径:投影坐标系——Gauss Kruger——Beijing54/CGCS2000/Xian1980——Xian 1980 3 degree GK CM 102E
在这里插入图片描述
如何选择合适的坐标系?
你研究的城市经度离哪个经度最近就选择该坐标系,比如厦门市的经度在118°左右,那可以选择3°带的117E,即Xian 1980 3 degree GK CM 117E或者6°带的Xian 1980 GK Zone 20


再解释下3°带和6°带的区别,有些城市规模较大适合6°带,有些城市规模较小适合3°带
在这里插入图片描述

5.坐标转换

理论上,两种坐标系之间通过数学运算是可以进行转换的,一般是7个参数,包括平移3参数+旋转3参数+缩放1参数。
ArcGIS也有坐标转换功能,可以实现两个图层之间的坐标转换,前提是两套坐标系统参数是已知的(即椭球体、投影方法、中心线经度等)

6.互联网地图的坐标系

只有一个单独的坐标是没有意义的,必须要有坐标系才具有空间位置关系,因此在地图坐标系是国家高度保密的信息。
我们常见的互联网地图坐标系都不相同,格式基本都为地理坐标系即经纬度格式,但是相互之间会有偏移,所以在进行坐标拾取的时候一定要先弄清楚是哪个坐标系的数据。

地图类型 坐标系名称
百度地图 百度坐标系
高德地图 高德坐标系
谷歌地图 谷歌坐标系
官方发布 火星坐标系(对真实坐标进行加偏)

安利一个好用又稳定的互联网地图坐标转换小工具网址:
https://maplocation.sjfkai.com/

总结

基本的一些GIS相关的基础知识就说到这,下一篇将开始分享一些小实操案例。

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THE END
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