WebGIS简述及地理、地图的基础概念解析

WebGIS是什么？

基础概念

WebGIS是一种利用Web技术实现服务器与客户端（C/S端）之间通信的地理信息系统。它允许用户在网络上动态访问、共享和操作地理空间数据。WebGIS通常由GIS服务器和客户端组成，其中GIS服务器负责处理数据请求并提供响应，客户端可以是Web浏览器、桌面应用程序或移动应用程序。WebGIS的通信是通过超文本传输协议（HTTP/HTTPS）进行的，响应的格式可以是HTML、二进制图像、XML（可扩展标记语言）、GML（地理标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法）。

更详细的理解

在给出WebGIS的明确定义之前，有必要区分几个相关的概念，即：Network GIS、Internet GIS或World Wide Web GIS (WebGIS)。在国外，WebGIS通常被称为Web Mapping。辨析这些概念有助于正确理解和应用WebGIS。

在所有这些概念中，Network GIS包含的内容最为广泛，包括C/S或B/S模式，即基于各种分布式计算模型的多层分布式地理信息系统应用，可以基于J2EE框架，也可以基于分布式计算框架，如COM/DCOM和CORBA.

这里的网络包括局域网、广域网、互联网和各种无线网络。Network GIS中使用的协议可以是TCP/IP，也可以是不同层的其他协议，如HTTP、WAP、GPRS和蓝牙协议。

Internet GIS是Network GIS的一个子集，它是基于TCP/IP协议的网络地理信息系统，可以在互联网上部署和运行。这些地理信息系统可以是C/S模式，也可以是B/S模式。谷歌的GoogleEarth软件是谷歌提供的C/S模式网络地图服务的客户端软件。

因此，WebGIS是一个基于超文本传输协议的B/S模式分布式计算机应用系统，在Internet或Intranet环境下存储、管理、分析、发布和共享地理信息。

地图投影

是什么？

地图投影是一种将地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法。由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，其表面是一个不可展平的曲面，因此需要通过特定的数学法则将其转换到平面上。这个过程会产生投影变形，不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。地图投影的目的是为了在二维平面上表示三维地球的形状和特征，以便于制图、导航和地理信息的展示。

按辅助投影面的形状分类：

• 方位投影：辅助投影面为平面。
• 圆柱投影：辅助投影面为圆柱面。
• 圆锥投影：辅助投影面为圆锥面。

**常见的地图投影坐标系： **

• 墨卡托投影
• 高斯克里格投影
• 兰伯特等角投影

地图缩放及漫游

地图缩放

地图缩放是指通过调整地图的显示比例来查看不同范围的地理信息。在大多数地图服务中，您可以通过点击界面上的加号（+）或减号（-）按钮来实现地图的放大和缩小。此外，一些地图服务还支持使用鼠标滚轮进行缩放操作，滚动向前放大地图，滚动向后缩小地图。

地图漫游

地图漫游是指在地图上移动视图位置，以便查看不同区域的详细信息。在地图服务中，您可以通过点击并拖动地图来实现漫游。有些地图服务还提供了自动导航功能，允许用户输入目的地，地图会自动规划路线并展示沿途风景。

常见问题及解决方案

如果您在使用地图时遇到缩放和漫游卡顿的问题，可能是因为加载的数据量过大或者地图服务的性能有限。您可以尝试减少显示的数据量，例如关闭不必要的图层，或者使用更高性能的地图服务。如果问题依然存在，可能需要联系地图服务提供商寻求技术支持。

地图数据源

简述

地图数据源是提供地理数据的来源，这些数据对于地理信息系统（GIS）的应用至关重要。地图数据源可以分为多种类型，包括卫星影像、地理位置数据、地图数据、传感器数据等。

常见的地图数据源

• 卫星遥感数据：通过卫星传感器获取的地球表面的图像和数据，提供高分辨率的地理信息，包括地形、植被、土地利用等。常见的卫星遥感数据源包括美国国家航空航天局（NASA）的陆地卫星数据、欧洲航天局（ESA）的哨兵卫星数据等。 ​
• 地理位置数据：包含地理坐标信息的数据，用于绘制地图和进行空间分析。常见的地理位置数据源包括全球定位系统（GPS）数据、地理编码数据、地理信息数据库等。​
• 地图数据：用于绘制地图的数据，包括地理边界、道路网络、水系等。常见的地图数据源包括地理信息系统公司提供的地图数据、政府部门提供的行政区划数据等。
• 传感器数据：由各种传感器收集的数据，如气象站、水质监测站点等，用于环境监测和分析。
• 公开数据集：一些组织或政府部门会公开发布地图数据，如OpenStreetMap、美国地质调查局、国家地球空间信息局等。这些数据通常可以免费获取，也可以用于商业目的。
• 商业地图数据供应商：如谷歌地图、百度地图、高德地图等，这些公司通常会花费大量的时间和资源来创建和维护他们的数据源，并提供一系列的API接口供开发者使用。

地图符号学

简述

地图符号学是研究和建立作为地图语言的地图符号系统的理论。它主要研究和建立地图符号系统的理论与方法及其应用的法则，也常被称为地图语言学。地图符号学探讨用符号学的基本概念和原理来研究地图符号的特征、意义、本质、发展变化规律以及符号与人类多种活动之间的关系。

地图符号学的内容

地图符号学包括三个主要方面的内容：

• 地图符号的结构（句法）：应形成相互联系的、完整的符号系统结构。​
• 地图符号的结构（语义）：符号系统应能表达任何信息内容，并保证符号明确代表所表达的内容。
• 地图符号的实用性（语用）：符号系统应保证快速感受和牢固记忆。

地图符号的类型

地图符号可以分为几种类型：

• 点状符号：用于表示抽象意义上的点，如城市、山峰等，通常通过形状和颜色来表示地图要素的性质、等级、大小和数量特征。
• 线状符号：用于表示抽象意义上的线，如河流、道路等，其宽度往往反映地图要素的等级或数值。
• 面状符号：用于表示抽象意义上的面，如湖泊、森林等，其轮廓线表示分布范围，轮廓线内的颜色或说明符号表示性质和数量。
• 文字符号：用于对地图要素的属性进行说明，如地名、统计数据等，其定位比较特殊，可以用相对位置的移动来保持图形的美观。

地理空间分析

简述

地理空间分析是一种定量研究地理空间现象的方法，它能够操纵空间数据，使之成为不同的形式，并从中提取潜在信息。这种分析是地理信息系统（GIS）的核心部分，特别是对空间隐含信息的提取和传输能力，是GIS区别于一般信息系统的主要方面。

基本方法

• 空间信息量算：这是空间分析的定量化基础，涉及拓扑、顺序、距离、方位等空间关系的查询和定位空间实体。
• 空间信息分类：包括对线状地物求长度、曲率、方向，对面状地物求面积、周长、形状、曲率等，以及求几何体的质心等。
• 缓冲区分析：针对点、线、面等地理实体，自动在其周围建立一定宽度范围的缓冲区多边形，用于解决邻近度问题。
• 叠加分析：将有关主题层组成的数据层面进行叠加，产生新数据层面，综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
• 网络分析：对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络进行地理分析和模型化，研究网络工程的最优安排。
• 空间统计分析：结合地理信息与环境要素的监测数据，对区域环境质量进行评价，提取污染物分布图、噪声分布图等。

WebGIS开发工具

WebGIS是将Web技术应用于地理信息系统（GIS）开发的产物，它允许用户通过Web浏览器访问和操作地理数据。以下是一些常用的WebGIS开发工具：

GIS软件

• ArcGIS：由Esri公司开发，是一套广泛使用的商业GIS软件。
• Erdas：专注于遥感数据处理和分析的软件。
• Envi：同样是一款专业的遥感图像处理软件。
• QGIS：一款免费、开源的GIS软件，支持多种操作系统。
• 国产GIS软件：如超图、中地MapGIS等，这些软件通常针对中国市场进行优化。

二次开发编程语言

• HTML、CSS、JavaScript：网页前端开发的基础技术。
• JQuery、Bootstrap、Angular、Vue：前端框架和库，用于加速开发过程。
• Java、Node.js、Tomcat：服务端编程语言和框架，用于处理后端逻辑和服务。
• **C#**：适用于Windows平台的二次开发语言。
• Python：常用于数据分析和科学计算。
• 数据库：如SqlServer、MySQL、Oracle、PostgreSQL，以及专为地理数据设计的PostGIS、Oracle Spatial、SpatiaLite。

GIS二次开发软件包

• GDAL：操作栅格地理数据格式的库，支持Python语言。
• Geopandas：用于空间数据可视化的Python库。
• ArcPy：ArcGIS的Python脚本库。
• rasterio：快速的光栅图像读写库。
• Fiona：地理数据引擎。
• spectral-python：高光谱图像处理库。
• Shapely：用于笛卡尔平面几何对象的Python工具包。

地图制图工具

• Mapnik：基于C++的地图制图工具。
• GeoTools：基于Java的GIS工具集。
• GeoServer：基于Java的OGC Web服务器规范实现。
• udig：基于Java的桌面GIS应用。
• OpenLayers：基于JavaScript的WebGIS客户端开发库。
• Leaflet：轻量级的JavaScript地图库，适合移动端交互式地图。

发布地图服务

• ArcGIS Server：用于发布地图服务的平台。
• GeoServer：用于发布地图数据的OGC Web服务器规范实现。

数据分析与图像处理软件包

• OpenCV：计算机视觉和图像处理库。
• scikit-learn：机器学习库。
• tensorflow：深度学习库。