GIS-地图及其数据类型

最后更新于 2019-06-08 07:18:00

在 GIS 开发中，直接接触的就是地图及其数据类型，借此总结一下常见的地图类型，以及在开发过程中涉及到的数据类型。

地图

GIS 开发均是基于地图结合相关的空间数据来为客户提供一定的功能需求，根据常见的地图呈现类型可以简单的将其分为：

• 影像图
• 道路图
• 专题图

影像图

影像地图是指一种带有地面遥感影像的地图，是利用航空像片或卫星遥感影像，通过几何纠正、投影变换和比例尺归化，运用一定的地图符号、注记，直接反映制图对象地理特征及空问分布的地图。

我们通常使用的百度地图、高德地图、谷歌地图等等这些软件，在进行图层选择时就有一个卫星图的选项，这就是卫星影像图。影像图是很容易辨别的，其呈现的是地图上的实体，可以直观、有效地反映地理空间信息，以供用户快速、准确地认识、了解地理环境和地理现象的空间位置、形态、分布、相互联系及发展变化的相关信息。

由于 3S（GPS、RS、GIS）技术的快速发展，使得影像图多个领域得到了应用。大范围的影像图通常采用的是卫星遥感图像，一般对外发布的分辨率精度较低；而小范围的影像图为了保证超高精度（厘米级）以及高度还原地形地貌和极大的灵活性，通常会采用无人机航拍图像。

同时，影像图结合地形数据后可以实现三维地图的效果，准确呈现出丰富的地形地貌信息。

道路图

道路图是通过电子技术绘制矢量图形进而呈现相关的地理空间信息的地图，与影像图最大的不同就是，道路图是利用简单的矢量图像来代替地图上目标实体，更侧重于目标位置信息。

我们日常生活中使用的高德地图、谷歌地图等等这些软件，仅仅是为了获取简单的位置服务，因此这些软件默认的图层加载的就是道路图，即一打开软件所看到的地图。对于我们普通人来说，更多的功能需求都是基于位置信息，而并不关注地图上目标实体的一些特性，例如地形地貌等等。

专题图

专题地图（thematic map），又称特种地图，是在地理底图上按照地图主题的要求，突出并完善地表示与主题相关的一种或几种要素，使地图内容专题化、表达形式各异、用途专门化的地图。

专题地图在生活中是非常常见的，例如天气预报使用的预测地图，人口变化的动态地图，旅游景区的地图。普通地图侧重客观地反映地表现实，而专题地图取材学科广泛，许多编图资料都由相关的科研成果、论文报告、研究资料、遥感图像等构成，能反映学科前沿信息及成果。

数据类型

由于地图数据通常较为庞大（GB 级别），而在 Web 技术发展迅速的今天，在线地图服务是 GIS 开发行业中发展最快的业务，为了提高在线地图加载效率催生了现在的 WMS、WTMS 等技术。

在线地图服务通过利用地图切片，加载地图瓦片的形式解决了加载效率的问题，瓦片类型通常可将其分为一下两类：

• 栅格数据
• 矢量数据

栅格数据

栅格地图数据，是预先在 Server 端绘制好的固定图片（PNG、JPEG、GIF、TIFF）集合。这种类型的数据是没办法在客户端实现在线交互效果的，同时改动的话也是比较麻烦的，要重复进行制图、渲染、切片、更新 Service 等。

栅格数据主要以展示为主，而且切片的栅格图像本身不具备定位信息，是通过切片的算法计算出来的具体位置，以此来达到定位的功能。

矢量数据

矢量地图数据，是将矢量数据（点、线、面）通过不同的描述文件来组织和定义，在客户端实时解析和完成绘制。常见的数据格式有 GeoJSON、PBF、MVT、SHP、KML、DXF 等。SHP（Shapefile）是目前最常见的一种矢量数据格式。作为行业标准，几乎所有的商业和开源 GIS 软件都支持 Shapefile。

矢量数据要改动的话也是比较方便的，不再像栅格数据一样要重新进行制图、渲染等；在不同分辨率的屏幕上可以获得一致清晰的呈现效果；矢量数据是可以在线交互的；矢量瓦片的渲染效率要比栅格瓦片高。

注意：矢量瓦片存储的数据是相对坐标，并不是地理坐标，这么做的目的是为了减小数据量，加快传输效率和前端渲染效率。

DTM 与 DEM

除此之外，还有一个比较重要的就是 DTM（Digital Terrain Model，数字地形模型） 与 DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）。

DTM 是利用一个任意坐标系中大量选择的已知 x、y、z 的坐标点对连续地面的一种模拟表示，或者说，DTM 就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。**x、y 表示该点的平面坐标，z 值可以表示高程、坡度、温度等信息，当 z 表示高程时，就是数字高程模型，即 DEM。**地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。

一般认为，DTM 是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中 DEM 是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在 DEM 的基础上派生。

服务类型

在 GIS 开发中，为了分享地图数据和提高数据源的灵活性，这时候就会需要部署/发布一个网络地图服务，用来提供在线的地图数据分发功能。通常来说，网络地图服务分为 动态地图服务 和 缓存（静态）地图服务，大致有 WMS、WFS、WCS、TMS、WMTS 几种。

OGC - Open Geospatial Consortium，开放地理空间信息联盟，一个非盈利的国际标准组织，GIS 相关官方标准的制定者。
OSGeo - Open Source Geospatial Foundation，开源空间信息基金会，一个全球性非营利性组织，目标是支持全球性的合作，建立和推广高品质的空间信息开源软件。

动态地图服务

动态地图服务通常是基于可定制化的地图需求，来实时动态生成所需要的地图数据供客户端访问，同时也提供给客户端一些可对地图进行编辑的操作。其特点就是：实时渲染、效率低、可编辑、交互性强。

• WMS

WMS（Web Map Service，网络地图服务）通过具有地理空间信息的数据来实时渲染地图（地理数据的可视化表现）数据，它提供给客户端的是地图图像，格式类型多为 PNG、GIF、JPEG、SVG、WebCGM 等。

• WFS

WFS（Web Feature Service，网络要素服务）通过  GML（Geography Markup Language，地理标记语言）传递地理空间数据，它支持在基于  HTTP  协议的分布式计算平台上对地理要素进行插入（INSERT）、更新（UPDATE）、删除（DELETE）和发现（DISCOVERY）等操作，并且在这些操作的过程中保证了地理数据变化的一致性。

基于 WFS，我们通常在 GIS 客户端提供地图的属性查询、空间查询等客户需求的实现。

• WCS

WCS（Web Coverage Service，网络覆盖服务）是 OGC 定义的在 Web 上以 “Coverage” 的形式共享地理空间数据的规范。所谓 “Coverage” 是指能够返回其时空域中任意指定点的值的数据，其形式易于输入到模型中使用。WCS 服务是以 “Coverage” 的形式实现了栅格影像数据集的共享，如卫星影像、数字高程数据等栅格数据。

缓存地图服务

缓存（静态）地图服务是在动态地图服务这种实时渲染效率低的情况下提出的一种以灵活性换取性能的解决方案，更适合提供全球性大范围的地图数据在线服务。其特点就是：缓存数据、效率高、范围广、不可编辑、交互性弱。

缓存地图服务通常不需要特殊的地图服务器，将生成的地图数据文件放在一个 Web 服务器中即可实现。

• TMS

TMS（Tile Map Service，切片地图服务）是 OSGeo 提出的一种解决方案，它允许客户端访问切片地图数据，仅支持 RESTful 形式访问。

• WMTS

WMTS（Web Map Tile Service，网络地图切片服务）是 OGC 基于 TMS 的特点和优势，附加了更多功能的一种新的地图服务官方标准，支持 RESTful、SOAP、KVP 形式访问，也是 OGC 首个支持 RESTful 访问的服务标准。