最近在研究学习QGIS，简单记一下笔记。

基本概念

地理信息系统（Geographic Informaiton System，GIS）是一个可以建立、浏览、查询、分析地理空间数据的软件系统，其功能小至地图的展示，大至空间决策分析与支持。

目前常见的GIS软件

自由软件或免费软件：

Quantum GIS（QGIS） http://www.qgis.org/
Geographic Resources Analysis Support System（GRASS） http://grass.itc.it/
PostGIS： http://postgis.refractions.net
Thuban： http://thuban.intevation.org/index.html
OpenEV： http://openev.sourceforge.net/
GMT： http://gmt.soest.hawaii.edu/

商业软件：

ArcGIS（ArcInfo, ArcViw） http://www.esri.com
MapInfo Coporation： http://www.mapinfo.com
Autodesk Inc： AutoCAD Maphttp https://www.autodesk.com.cn/
Web应用/APP：GeoMedia http://www.intergraph.com/
Google Earth / Google Map：

提供全世界范围的卫星影像（含历史卫星影像）、地图、地形图、道路、3D建筑物，使用者可以任意探索世界各地的地理信息，储存浏览过的地方，做有系统的规划与管理。历史卫星影像可供用户询区域性的时序变迁；另外，也整合海底与水面研究数据，提供地球环境全方位的资料。

QGIS安装

Quantum GIS（QGIS）是开源地理信息系统桌面软件，使用GNU（General Public License）授权，属于 Open Source eospatial Foundation（OSGeo）的官方计划。

QGIS 的目标是成为一个 GIS系统，提供常见的功能与特征。借着核心特征提供基本功能与附加组件（Python 或 C++）持续地扩充，让使用者可以浏览、管理、编辑、分析数据以及制图。

QGIS安装请参考QGIS安装.

QGIS界面

安装QGIS时，将获得两个应用程序：QGIS Desktop 和 QGIS Browser。如果您熟悉ArcGIS，则可以将QGIS Browser视为类似于ArcCatalog。这是一个用于预览空间数据和相关元数据的小型应用程序。

栅格数据

栅格数据就是将空间分割成有规律的网格，每一个网格称为一个单元，并在各单元上赋予相应的属性值来表示实体的一种数据形式。空间数据库是对地理栅格数据进行有效管理的一个极为重要的手段。

GIS系统的栅格数据格式有很多种，有卫星影像、数字高程模型、数字正射影像、扫描文件、数据栅格图形、图形文件（”.jpg”，”.png”，”.tif”）等。其中常用的有”.jpg”，”.png”，”.tif”等。我们在一些任务中会利用一些电子地图下载器来获取研究范围内的卫星地图，下载得到的格式就是”.jpg”或者”.png”。”.tif”格式的数据不同之处在于它具有空间地理坐标。

目前 QGIS 可以支持读取的主要栅格格式如下：

Arc/Info Binary Grid
Arc/Info ASCII Grid
GRASS Raster
GeoTIFF
JPEG
Spatial Data Tranfer Standard Grids
USGS ASCII DEM
Erdas Imagine

矢量数据

矢量数据（Vector Data）是用X、Y、Z坐标表示地图图形或地理实体位置的数据。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的精确。常见的矢量数据有：点、线、面等格式。

QGIS可以支持多种的矢量数据，如常见的 Shapefile 和 MapInfo MIF、TAB；另外 QGIS 亦支持在 PostgreSQL 数据库中的 PostGIS 图层；以及提供 CSV(delimited text)纯文本导入。

目前 QGIS 可以读取的矢量数据有：

Arc/Info Binary Coverage
ESRI Shapefile
Mapinfo File
SDTS

SHP (Shapefile)

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。

一个Shapefile数据最少包括文件：

主文件（ “*.shp” ）：存储地理要素的几何图形的文件。

索引文件（ “*.shx” ）：空间数据索引文件，存储地理数据几何特征的索引。

DBASE表文件（ “*.dbf” ）：它是存储属性数据的文件，用于存储地理数据的属性信息。有时候我们也称为表文件或者dbf文件。这里值得注意一下的是，这个文件Excel也是能够打开的。

空间投影文件（ “*.prj” ）：用于存储空间参考，也就是投影方式文件。当然了，如果你的数据没有空间参考信息，这个文件自然也就没有了。

地理数据索引文件（ “.sbn” , “.sbx” ）：这两个文件只有在进行主题间空间关系查询、主题的空间联接和对shape字段进行索引的时候才存在。它们用于存储地物特征的索引。

地图/影像配准与数字化

地图投影及坐标转换

地理坐标系

如果使用纬度和经度，它可以在世界的任何地方表达，与本地语言的地址符号不同，世界上每个人都可以理解。基准系统（大地测量参考系统）是获得这种纬度和经度的标准，大地测量系统和世界大地测量系统。

大地测量是为建立和维持测绘基准与测绘系统而进行的确定位置、地球形状、重力场及其随时间和空间变化的测绘活动。世界大地测量系统（World geodetic system，简称WGS）是指1960年以来，由美国国防制图局（DMA）建立的四个世界大地测量系统（WGS60、WGS66、WGS72和WGS84）的统称。

地理坐标系：为球面坐标。参考平面地是椭球面，坐标单位：经纬度；

地理坐标转换到投影坐标的过程可理解为投影。（投影：将不规则的地球曲面转换为平面）；

地理坐标，就是用经线（子午线）、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标。

地球的三级逼近

大地水准面是地球表面的第一级逼近。假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面，这就是大地水准面。

大地水准面可以近似成一个规则成椭球体，但并不是完全规则，其形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体，这个椭球体称为地球椭球体。它是地球的第二级逼近。

确定了一个规则的椭球表面以后，我们会发现还有一个问题，参考椭球体是对地球的抽象，因此其并不能去地球表面完全重合，在设置参考椭球体的时候必然会出现有的地方贴近的好（参考椭球体与地球表面位置接近），有的地方贴近的不好的问题，因此这里还需要一个大地基准面来控制参考椭球和地球的相对位置。这是地球表面的第三级逼近。

地心基准面：由卫星数据得到，使用地球的质心作为原点，使用最广泛的是 WGS 1984。

区域基准面：特定区域内与地球表面吻合，大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点，例如Beijing54、Xian80。我们通常称谓的Beijing54、Xian80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。

我们通常说的参心大地坐标系和地心大地坐标系的区别就在于此。

参心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心不与地球质心重合而是接近地球质心。区域性大地坐标系。是我国基本测图和常规大地测量的基础。如Beijing54、Xian80。

地心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心与地球质心重合。如CGCS2000、WGS84。

投影坐标系

投影坐标系：为平面坐标。参考平面地是水平面，坐标单位：米、千米等；

在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。

地球椭球表面是一种不可能展开的曲面，要把这样一个曲面表现到平面上，就会发生裂隙或褶皱。在投影面上，可运用经纬线的“拉伸”或“压缩”（通过数学手段）来加以避免，以便形成一幅完整的地图。但不可避免会产生变形。地图投影的变形通常有：长度变形、面积变形和角度变形。在实际应用中，根据使用地图的目的，限定某种变形。

百度火星WGS84坐标转换

做国内，为了数据保密的原因，国家测绘地理信息局规定，凡是公开对外提供服务的在线地图都必须使用保密插件做一次非线性坐标转换，将原始WGS84坐标系的数据转换为GCJ02坐标系(俗称火星坐标系)，而百度在火星坐标系的基础上又做了一次偏移，形成了其自身的百度09坐标系，于是从互联网上下载、爬取的数据常用的坐标系有这么三大类：WGS84、GCJ02、BD09(从国外渠道下载的大多是WGS84，从高德、腾讯系下载的数据是火星坐标系GC02，从百度系下载的数据为百度坐标系BD09)