地理信息系统| 8月更文挑战

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地理信息系统（Geographic Information System 缩写GIS）

GIS的基础知识篇

• 空间数据：用于描述地理实体，地理要素，地理现象，地理事件以及地理过程产生，存在和发展的地理位置，区域范围以及空间联系（如：点(point)，线(polyline),面(polygon)等）
• 属性数据：用于描述地理实体。地理要素，地理现象，地理事件，地理过程的有关属性特征

• 空间拓扑关系：拓扑邻接，拓扑关联，拓扑包含

• 地图投影：地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影

• 高程系：由高程基准面起算的地面点的高度称为高程。一般地，一个国家只采用一个平均海水面作为统一的高程基准面，由此高程基准面建立的高程系统称为国家高程系，否则称为地方高程系。1985年前，我国采用“1956年黄海高程系”（以1950～1956年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面）。1985年开始启用1985国家高程基准（以1952～1979年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面）

• 坐标系：描述空间位置表达形式

• 坐标系分类：地理坐标系，投影坐标系

• 地理坐标系：用经纬度表示，也称大地坐标系

• 投影坐标系：把球体表面的坐标转成平面坐标需要一定的手段，这个手段称为投影。投影方法也不是唯一的，还是为了一个目的，务求使当地的坐标最准确。所以目前就存在了好多投影方法，比如高斯投影、墨卡托投影等

• 我国常用坐标系：1954北京坐标系，1980西安坐标系，国家2000坐标系，web84坐标系，火星坐标系

• 北京54坐标系：原点在前苏联普尔科沃，参考椭球为克拉索夫斯基椭球，主要参数为：a=6378254米，f=1/298.3

• 西安80坐标系：原点在陕西省泾阳县永乐镇，参考椭球为国际大地测量与地球物理联合会1975年推荐的椭球，主要参数为：a=6378140米，地球重力场二阶球谐系数J2=1/298.3,引力常数与地球质量的GM=3.986005×1014m3/s2，地球自转角速度w=7.292115×10-5rad/s

• 国家2000坐标系：我国当前最新的国家大地坐标系，英文缩写为CGCS2000。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定

• web84坐标系：一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH （国际时间服务机构）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统

• GCJ-02坐标体系：GCJ-02国测局2002年发布的坐标体系，又称“火星坐标”。适用于国内，国内地图供应商基本使用该坐标系对位置进行加密。在中国，很多时候必须使用GCJ-02的坐标体系。比如谷歌，腾讯，高德都在用这个坐标体系。GCJ-02也是国内最广泛使用的坐标体系。火星坐标系统的原理是这样的：国测局开发了一个系统，能将实际的坐标转换成虚拟的坐标。所有在中国销售的数字地图必须使用这个系统进行坐标转换之后方可上市。这是生产环节，这种电子地图被称为火星地图。在使用环节，GPS终端设备必须集成国测局提供的加密算法，把从GPS卫星那里得到的坐标转换成虚拟坐标，然后再去火星地图上查找，这样就在火星坐标系上完成了地图的匹配，一定意义上保护了我们国家的安全

• BD09坐标系：BD09经纬度投影属于百度坐标系，它是在标准经纬度的基础上进行GCJ-02加偏之后，再加上百度自身的加偏算法，也就是在标准经纬度的基础之上进行了两次加偏，和火星坐标系的原理相似

• 地理坐标系转换：当你获得的经纬度坐标和使用的地理信息系统不一致时，需要进行坐标系转换。如：当前获取的是地理坐标系，单位是经纬度，你当前的系统是投影坐标系，单位是米，这时就需要进行坐标系转换。（转换参数及JS代码会在今后更文中放出）

OGC-地图数据服务

• OGC：全称是开放地理空间信息联盟(Open Geospatial Consortium),是一个非盈利的国际标准组织，它制定了数据和服务的一系列标准，GIS厂商按照这个标准进行开发可保证空间数据的互操作,致力于提供地理信息行业软件和数据及服务的标准化工作。
• 地图服务：是一种使地图可以通过Web访问的方法。首先需要制作原始地图，然后发布到服务站点上，用户便可以通过各种Web应用来访问地图相应的地图服务。
• 网络地图服务(WMS)：Web Map Service（也称为动态地图服务），它是利用具有地理空间位置信息的数据制作地图，其中将地图定义为地理数据的可视化表现，能够根据用户的请求，返回相应的地图，包括PNG、GIF、JPEG等栅格形式，或者SVG或者WEB CGM等矢量形式。WMS支持HTTP协议，所支持的操作是由URL决定的。WMS提供如下操作:
• GetCapabitities：返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述。
• GetMap：返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的。
• GetFeatureInfo：返回显示在地图上的某些特殊要素的信息。
• GetLegendGraphic：返回地图的图例信息。
• 网络要素服务（WFS）（也叫：要素地图服务）支持用户在分布式的环境下通过HTTP对地理要素进行插入，更新，删除，检索和发现服务。该服务根据HTTP客户请求返回要素级的GML(Geography Markup Language、地理标识语言)数据，并提供对要素的增加、修改、删除等事务操作，是对Web地图服务的进一步深入。WFS通过OGC Filter构造查询条件，支持基于空间几何关系的查询，基于属性域的查询，当然还包括基于空间关系和属性域的共同查询。WFS提供如下操作:
• GetCapabitities：返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述。
• DescribeFeatureType：生成一个Schema用于描述WFS实现所能提供服务的要素类型。Schema描述定义了在输入时WFS实现如何对要素实例进行编码以及输出时如何生成一个要素实例。
• GetFeature：可根据查询要求返回一个符合GML规范的数据文档。
• LockFeature：用户通过Transaction请求时，为了保证要素信息的一致性，即当一个事务访问一个数据项时，其他的事务不能修改这个数据项，对要素数据加要素锁。
• Transaction： 与要素实例的交互操作。该操作不仅能提供要素读取，同时支持要素在线编辑和事务处理。Transaction操作是可选的，服务器根据数据性质选择是否支持该操作。
• 切片地图服务（TMS):(tile map Servcie)定义了一些操作，这些操作允许用户按需访问切片地图，访问速度更快，还支持修改坐标系。WMTS可能是OGC首个支持RESTful访问的服务标准。切片地图服务又叫缓存服务区，地图缓存是使地图和图像服务更快运行的一种非常有效的方法。创建地图缓存时，服务器会在若干个不同的比例级别上绘制整个地图并存储地图图像的副本。然后，服务器可在用户请求使用地图时分发这些图像。对于服务器来说，每次请求使用地图时，返回缓存的图像要比绘制地图快得多
• 网络地图瓦片服务(WMTS):(OpenGIS Web Map Title Service)提供了一种采用预定义图块方法发布数字地图服务的标准化解决方案。WMTS弥补了WMS不能提供分块地图的不足。WMS针对提供可定制地图的服务，是一个动态数据或用户定制地图（需结合SLD标准）的理想解决办法。WMTS牺牲了提供定制地图的灵活性，代之以通过提供静态数据（基础地图）来增强伸缩性，这些静态数据的范围框和比例尺被限定在各个图块内。这些固定的图块集使得对WMTS服务的实现可以使用一个仅简单返回已有文件的Web服务器即可，同时使得可以利用一些标准的诸如分布式缓存的网络机制实现伸缩性WMTS接口支持的三类资源：
• 一个服务元数据（ServiceMetadata）资源（面向过程架构风格下对GetCapabilities操作的响应）（服务器方必须实现）。  ServiceMetadata资源描述指定服务器实现的能力和包含的信息。在面向过程的架构风格中该操作也支持客户端与服务器间的标准版本协商。
• 图块资源（对面向过程架构风格下GetTile操作的响应）（服务器方必须实现）。图块资源表示一个图层的地图表达结果的一小块。
• 要素信息（FeatureInfo）资源（对面向过程架构风格下GetFeatureInfo操作的响应）（服务器方可选择实现）。该资源提供了图块地图中某一特定像素位置处地物要素的信息，与WMS中GetFeatureInfo操作的行为相似，以文本形式通过提供比如专题属性名称及其取值的方式返回相关信息

总结

后续会陆续更新webgis的知识点以及实战，有问题的小伙伴欢迎留言，今后的板块也会定在gis基础知识导论，webgis篇：包括arcgis api，openlayers，leaflet以及高德百度等二次开发API框架，一些实时报点，路径分析算法篇，基于cesiumJS和threeJS三维篇等等。