本篇不讨论矢量栅格数据的结构，也不讨论矢量与栅格的区别（即设定读者有这方面的基础）。
版权声明：原创。博客园/B站/小专栏/知乎/CSDN @秋意正寒
转载请标注原地址并声明转载: https://www.cnblogs.com/onsummer/p/12082568.html
本文系概念性很强的博客，但对GIS项目有帮助，对在读的学生也有一定帮助。
尽管从物理的角度，只有独立数据文件（shp、geojson、tif等）或者数据库（esri geodatabase的gdb、geopackage等）这两种
但是，从学科角度，即从GIS的视角看，地理数据并没有那么简单。
为解释简便，使用shapefile、geojson、tif栅格和gdb、postgis，辅助ArcMap/QGIS 3.10做解说。
1. 术语及概念定义
① 地理数据
地理数据=空间数据+非空间数据；也叫地理信息。例如：一座医院；一所学校；一条道路；一条河流
② 空间数据
即几何数据，描述坐标、形状的数据；也叫空间信息。例如：形状、坐标
③ 非空间数据
即属性数据，描述与空间位置无关的一类数据。例如：成绩单、医院名称列表
这类数据的特点是，如果脱离了地理位置也有它本身自己的含义。
2. 矢量数据的四个分层
[暂空，过年前写完]
不妨这样想：每一层均为子一层的容器。大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米。
2.1. 几何/属性层
这是矢量数据的最底层，有两个类别：几何层或者属性层。
前阵子写了一系列坐标系有关的博客，我们假定在某个坐标系下，存在某个点P(x0，y0)，这个点在这个确定的坐标系下，就是独一无二的。
那么，如果这个点代表的是一个咖啡店，仅仅知道这个点的坐标(x0，y0)是不够的。
不同的用户关心不同的信息，有人关心这个店的电话号码，有的人关心它所在的城市和行政区，有的人关心它的地址，有的人关心它的人均消费。
这个时候，信息就可以分化成两个种属：几何的，属性的。
- 我们说表征位置信息的坐标数据（或者多个坐标构成的线、面），叫几何数据。
- 除了几何数据，都叫属性数据。
上大学的时候，系主任说：地理数据区别于其他行业的数据，最大的区别是它具有空间数据！
我们刚明确了几何数据是什么，属性数据是什么，那么多出来的一系列名词又是什么？
做以下规定：
- 地理数据=几何数据+属性数据=空间数据+非空间数据
- 几何数据=空间数据
- 属性数据=非空间数据
这样就不乱了。
2.1.1. 案例讲解--geojson
现在讲概念其实很枯燥，那么一个具体的矢量数据文件，比如geojson或者shp，如何判断哪些是几何数据，哪些是属性数据呢？
我们取一个geojson文件，只有一个点，没有属性数据。它在QGIS里长得像这样：
它数据长这样：
是WGS84下的一个点，在广州城区。
我们可以很快聚焦到"geometry"这个键上，它下列有两个子键"type"和"coordinate"，这两个子键的值就是这个geojson矢量数据的几何信息。
读者可以想象得到，如果type是“Polyline”，那么coordinate将是一堆折线段的集合，type的值还有其他几个，点线面都有。
但是，geometry的值的的确确就是上面提及的“表征位置信息的坐标数据”。
我编辑了一下这个geojson，使其拥有三个属性数据：所在城市是"Guangzhou"，编辑者是"秋意正寒"，邮政编码是"510000".
属性表长这样：
文本变成了这样：
我们不难看到，和geometry键并列的多了一个键："properties"。
它翻译过来就是属性的意思，别的数据可能叫“attributes”等。
这就很清晰明了的看到了在geojson中，“几何层”、“属性层”是如何组织的了。
2.1.2. 案例讲解--shapefile
shp文件至少要有3个文件构成，*.shp、*.shx、*.dbf
因为这些是二进制文件，不能用文本格式查看，所以直接给出结论：
*.shp文件记录的是几何数据
*.dbf文件记录的是属性数据
*.shx链接二者是索引数据
我们将2.1.1中的geojson文件在QGIS中导出shp并在ArcMap里打开其属性表：
发现多了两列属性，其中Shape属性无论给这个shp文件加多少个点，它的值写在属性表里的都是一个汉字“点”。
而且，FID和Shape属性是无法在属性表里编辑的。
实际上，这个Shape属性列，就是几何数据，ArcMap把它“写”在了属性表而已。我们编辑它还是得靠编辑工具。
ArcMap的属性表通过“显示”Shape列，告诉用户几何数据和旁边city、editor、adcode三列是并排的，也即“几何数据”、“属性数据”是同级别的数据，只不过几何数据可能很复杂，在属性表上一个格子写不完就干脆展示这个几何信息的类别“点”罢了。
2.2. 要素层
要素层很简单。
先下定义：一个要素表示一个地理实体，一个要素有其自己的几何数据和属性数据。
我们依旧是上面的点json来讲解。
不难看到，properties和geometry键都是"features"这个数组键的某个元素下的子键。
这意味着，一个{"type": “Feature”, ...}就是一个"feature"，即一个要素。
由于有了几何和属性的分割，一个要素当然可以有n个属性，一个要素的几何也可以是n个点/线/面构成的复杂几何图形。
n个属性好理解，n个点/线/面构成的复杂几何图形又是什么意思呢？
这里不再展开描述，有兴趣的朋友可以去参考ogc的Geometry标准，它规定了几何体的复杂构成。以后有机会一定会写一篇ogc标准下的geometry标准。
我们注意到了，"features"下的每个要素的properties的子键都是一样的（名称、类型）。
2.3. 数据层
还是以上文的geojson为例。
我们说，n个具有共同类型和数量属性的"feature"（即每一个feature的"properties"的子键名称一致，类型一致），加上一些元数据（坐标系信息，四至等，每种数据格式不太一样），构成一个矢量数据。
这个矢量数据已经上升到磁盘文件级别了，我们为了复用，不可能一个一个要素分别存在独立的文件里的，因为属性的数量、类型一致，所以要素可以存在一个文件（或者容器）里。
我们把这个容器所在的级别，叫做“数据层”。
我为什么不说一个矢量数据文件就是一个“数据层”的实现呢？
因为，一个矢量数据固然可以是一个geojson文件，一个shp文件（由多个同名子文件组成），一个gml文件，一个csv文件...当然一个矢量数据也可以是数据库里的一个表，或者一个要素类（ArcGIS里的gdb）。
我们讨论的是“分层”，而不是物理文件构成。
通常来说，我们传递的大多数都是数据层。比如，我们传递一个“中国省级行政区划”的shp文件，或者传递一个“广州市医疗机构点位”的geojson文件。
我们很少传递一个“要素”，传递一个“几何面”——代码层面除外。
plus 数据层为什么不叫图层
我们把一个矢量数据（geojson/shp/数据库里某张地理数据表等）拖到任何一个GIS客户端软件中，一定能看到它的样子，软件会给我们画出来，它这个时候，叫做“图层”。
因为数据和图层分担着各自不同的任务，图层负责渲染、显示数据，数据被图层引用。
这就好比，账本专心管理财务流水，报表ppt专心负责回报财务流水的各种趋势比例。
我们GIS软件依靠图层将数据符号化，比如给某个点数据设定了符号是一个尺寸是15的红色五角星，给某个线数据设定了标注是它的“name”字段，通过图层查看一个数据的元数据等...
2.4. 地图层
什么是地图层？
我们有了数据层，就可以进行地理数据的分析、展示、交互了。
我们为了组织起地理数据，需要将数据排列顺序，符号化，设计出一张地图。
地图这一层包括了n个数据（也即n个图层，每个图层引用一份数据）。
当然，我们还可以为数据做分组。
我们知道ArcMap中，有个“数据框”的概念，其实一个数据框就是一个地图，数据框就是地图层这一级别的容器。
大家可能看中国地图会观察到右下方通常会有一个“南海诸岛图”，其实中国大陆主体地区和右下方的“南海诸岛图”用两个数据框就可以表示了。
事实上，QGIS也有一样的概念，在布局窗口中，我们可以插入一个地图：
同样能做到“南海诸岛图”和大陆图在同一个布局里显示的效果。这里插入的“地图”就是“地图层”的一个活生生的案例。
plus：
GIS客户端软件会使用“工程文件”的手段，把n个“地图”包裹在一起。
3. 栅格数据的四个分层
3.1. 位置/属性
[暂空，过年前写完]
3.2. 像元层
[暂空，过年前写完]
3.3. 数据层
[暂空，过年前写完]
3.4. 地图层
地图层与矢量数据的地图层一致，都为n个栅格数据按一定顺序、符号化构成。
4. GIS数据服务是什么
4.1. GIS服务器
GIS服务，与普通网络服务是一样的。
- 普通Web服务器提供网络服务，使得我们可以上网冲浪
- GIS服务器提供GIS数据服务，使得我们可以遵循某些规范访问地理数据或者地理服务
我们常见的Web服务器软件，有IIS、Apache、Nginx、tomcat等，也可以用Java/nodejs等工具语言编写自己的服务器后台软件。
GIS服务器软件基于HTTP等协议（做webgis的，如果连http协议都不知道，建议先补补课），也有一些受欢迎的：开源的GeoServer、MapServer，商用的Esri的ArcGIS Enterprise套件等。
GIS服务器可以是独立的软件，也可以是某个Web服务器的一个插件。例如，ArcGIS Enterprise套件就是自成一家，GeoServer就是Tomcat的一个war包插件。
Q：GIS数据一定要放在GIS服务器上吗？
A：不一定。诸如geojson这样的文本类型数据，可以直接放到普通web服务器上，通过http的get或post请求交换数据；诸如gltf这种3dtiles规范的三维数据，开源服务器尚未支持三维服务，OGC组织也没有3DGIS服务规范，只好放在普通web服务器上。但是，成熟的二维数据，做成GIS数据服务是有利于前端开发者进行调用、渲染、数据查询、云处理的。
4.2. GIS服务
扯了半天，那什么是GIS服务呢？
通常来说，我们说的GIS服务就是GIS数据服务。但是，其实GIS服务还可以提供计算服务，也即GIS处理服务，作为4.3的内容讲解。
4.2.1. 提供访问地理数据的网络地图服务——WMS
WMS，Web Map Service，网络地图服务。
一个WMS是一个“地图层”的实现，只不过限制了网络请求的功能。
它允许将n个数据发布成一个“GIS服务”，1个数据被叫做1个图层，因为要对web提供访问，所以用图层这种带符号化的形式来描述“数据层”比较合适。
它提供了以下几大功能，有兴趣的朋友可以参考博客园李晓辉的博客，或者直接查阅OGC官方文档（列在参考文档中了）：
[暂空，过年前写完]
4.2.2. 提供增删改查矢量数据的网络要素服务——WFS
WFS，Web Features Service，网络要素服务。
WFS强化了WMS中关于矢量数据的访问，提供了增加、修改、删除、查询矢量要素的功能。
WMS对矢量数据的查询，局限在了“识别”这一功能上。
我们从功能上就能看出，WMS有一个功能是“getFeaturesInfo”，而WFS直接给出了"getFeature"、“”等功能。
WFS的主要功能如下：
[暂空，过年前写完]
4.2.3. 网络覆被服务——WCS
笔者对WCS了解不多，以粗鄙的文笔写写和WMS、WFS的区别。
[暂空，过年前写完]
4.2.4. WMS的变种网络切片/缓存服务——WMTS
WMS能给前端返回一张位图，和我们在GIS软件里对一个地图直接截个图（不经过制图）类似。
如果这张位图体积过大或者网络传输不好，那么极有可能前端是拿不到的，就渲染不出来。
分治思想刺激WMS演进，即WMTS，原理很简单，即把这张位图实现按网格切好，在不同的分辨率下，把这些切好的图（都缓存在地理服务器上）按前端指定的范围，挨个传递。
这样，一张小图可能体积并不大，保证了前端的体验。
4.2.5. 三维场景服务
迄今为止并未有三维地理数据服务标准，只有三大地理三维数据格式标准：
- i3s
- 3dtiles
- s3m
其中，前两个被ogc承认，且主推i3s。
i3s由Esri（就arcgis家）主推，以slpk文件为交互文件，在自家的ArcGIS Enterprise服务器生态中，已经研发出“SceneService”这种场景服务了。
3dtiles由开源项目Cesium主推，目前只有数据文件，即gltf文件，号称是三维数据界的jpg，目前开源的商业的gis服务器尚未支持三维服务，cesium自己是直接前端调用gltf文件创建视图。
s3m是国内北京超图主推的一个标准。
三者共同的特点是用树结构来组织数据，用json文件描述数据，用二进制文件来存储具体数据。
4.3. GIS处理服务
遵循一种规范，可以将繁重的处理任务交由服务器运行，然后根据规范，将处理结果返回给前端。这在普通的web服务中是理所当然的事情，只不过加上GIS数据这个壳儿，事情就变得有点复杂了起来。
其实OGC组织是有这么一个规范的，叫WPS——Web Process Service。
[暂空，过年前写完]