WebGIS 原理及開發 — 基於開源框架的 WebGIS 技術

张发勇，博士，密歇根大学访问学者，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院副教授，中国测绘学会智慧城市工作委员会委员，中国地质学会会员、中国地理信息产业协会会员、中国测绘协会实景三维工作委员会委员，CPGIS协会(国际华人地理信息科学协会)终生会员，曾担任武汉中地数码副总裁，现任武汉智博创享科技股份有限公司董事长、智博研究院院长、技术委员会首席专家，拥有丰富的研发管理及团队建设管理工作经验。先后荣获武汉东湖高新区第九批“3551光谷人才计划”、南昌洪城计划高层次科技人才、南京紫金山英才先锋计划高层次创新创业人才等荣誉称号。2019年荣获武汉十大科技创新企业家，先后获得国家科技进步二等奖2次、湖北省科技进步一等奖2次、测绘科技进步二等奖2次。从事时空大数据、城市地下管线、城市地质、GIS技术研究及应用、地质大数据与人工智能研究与教学工作。在国内外发表学术论文近40篇。1996年获中国地质大学（武汉）计算机科学与技术学士学位，并留校从事科研教学工作至今；2003年获地图制图学与地理信息工程硕士学位；2009年获地图制图学及地理信息工程专业博士学位。

目 錄
入門篇
第1章 WebGIS概述 3
1.1 Web的發展 3
1.1.1 互聯網和移動網 3
1.1.2 從Web站點發展為Web服務 5
1.1.3 從SOAP發展為REST 6
1.1.4 從Web1.0到Web2.0、Web3.0 6
1.2 GIS簡介和發展歷程 8
1.2.1 GIS簡介 8
1.2.2 GIS發展歷程 10
1.3 WebGIS的起源和概念 11
1.3.1 WebGIS的起源 11
1.3.2 WebGIS的概念 13
1.4 WebGIS的功能和應用 14
1.4.1 WebGIS的功能 14
1.4.2 WebGIS的應用 15
1.5 WebGIS的優點、挑戰和發展機遇 17
1.5.1 WebGIS的優點 17
1.5.2 WebGIS的挑戰 18
1.5.3 WebGIS的發展機遇 18
1.6 常用的GIS軟件 19
第2章 WebGIS基礎技術 23
2.1 電腦網絡基礎 23
2.1.1 電腦網絡概述 23
2.1.2 電腦網絡的分類 25
2.1.3 基本的網絡互聯設備 27
2.2 TCP/IP協議 29
2.2.1 TCP/IP模型 29
2.2.2 IP地址的原理 30
2.2.3 IP埠 33
2.2.4 域名系統 34
2.2.5 URL 35
2.3 HTTP、HTTPS、WebSocket 37
2.3.1 HTTP 37
2.3.2 HTTPS 38
2.3.3 WebSocket 39
2.4 WebGIS的體系結構 40
2.5 Web服務器 42
2.6 實現Web的主要技術方案 44
2.7 Ajax簡介 46
2.8 HTML、CSS、JS簡介 50
2.9 JSON、XML簡介 51
第3章 WebGIS技術原理 55
3.1 參考橢球體與坐標系 55
3.1.1 大地水準面 55
3.1.2 參考橢球體 56
3.1.3 坐標系 57
3.2 地圖投影 60
3.2.1 地圖投影的概念 60
3.2.2 地圖投影的分類 60
3.2.3 墨卡托投影 62
3.2.4 Web墨卡托投影 63
3.2.5 EPSG 65
3.2.6 投影庫Proj4js 66
3.3 地圖坐標系與屏幕坐標系的映射 67
3.3.1 屏幕坐標系 67
3.3.2 邏輯坐標與屏幕坐標的映射 67
3.4 WebGIS的地圖渲染 68
3.4.1 基於SVG的地圖渲染 68
3.4.2 Canvas地圖渲染 75
3.4.3 WebGL渲染技術 77
3.5 WebGIS空間數據組織 80
3.5.1 WebGIS空間數據的特點 80
3.5.2 基於GeoJSON的空間數據表達 81
3.5.3 基於GML的空間數據表達 86
3.5.4 基於KML的空間數據表達 89
3.6 地圖切片 90
3.6.1 地圖柵格切片 90
3.6.2 地圖矢量切片 91
3.6.3 地圖柵格切片與地圖矢量切片的對比 99
第4章 WebGIS的Web服務 101
4.1 從Web站點到Web服務 101
4.1.1 Web服務的產生及優勢 101
4.1.2 Web服務對地理空間產業的影響 103
4.2 地理Web服務的功能 104
4.2.1 地圖和要素服務 104
4.2.2 分析服務 105
4.2.3 數據目錄服務 106
4.3 Web服務的接口類型 106
4.3.1 SOAP風格的Web服務 106
4.3.2 REST風格的Web服務 107
4.3.3 SOAP和REST的對比 108
4.4 互操作和地理Web服務標準 109
4.4.1 基於Web服務的互操作 109
4.4.2 Web服務的標準 110
4.4.3 標準化機構面臨的挑戰 116
4.4.4 Web服務的優化 116
第5章 地圖發布 119
5.1 地圖發布的常用工具 119
5.1.1 常用工具簡介 119
5.1.2 QGIS的安裝 120
5.1.3 GeoServer的安裝 120
5.2 地圖數據的獲取 121
5.2.1 矢量數據的獲取 121
5.2.2 柵格數據的獲取 122
5.3 地圖投影與地圖校正 122
5.3.1 地圖投影 122
5.3.2 地圖校正 123
5.4 使用QGIS編輯地圖 123
5.4.1 QGIS使用設置 123
5.4.2 添加數據 124
5.4.3 編輯數據 124
5.5 使用QGIS定製地圖樣式 125
5.5.1 符號化配置 125
5.5.2 顏色修改 126
5.5.3 註記配置 126
5.5.4 比例尺配置 127
5.5.5 樣式導出 128
5.6 使用GeoServer發布地圖 129
5.6.1 啟動GeoServer服務 129
5.6.2 編寫樣式文件 130
5.6.3 發布地圖 130
5.7 使用GeoServer實現地圖切片 133
5.7.1 地圖柵格切片的實現 133
5.7.2 地圖矢量切片的實現 134
5.8 地圖服務的調用 136
5.8.1 Web地圖服務（WMS）的調用 136
5.8.2 Web要素服務（WFS）的調用 136
5.8.3 Web切片服務（WMTS）的調用 137
5.8.4 地圖矢量切片服務的調用 138
第6章 WebGIS客戶端開發 139
6.1 OpenLayers簡介 139
6.2 OpenLayers體系架構 140
6.3 OpenLayers常用接口 141
6.4 OpenLayers開發方式 142
6.4.1 通過HTML的Script標簽引入ol.js文件 142
6.4.2 模塊加載 144
6.5 OpenLayers入門 145
6.5.1 開發環境準備 145
6.5.2 地圖控件 150
第7章 OpenLayers多源數據匯聚 161
7.1 公共地圖數據 161
7.1.1 天地圖 161
7.1.2 高德地圖 163
7.1.3 百度地圖 163
7.1.4 OpenStreetMap 164
7.1.5 必應地圖 165
7.1.6 ArcGIS地圖 166
7.2 OGC地圖數據加載 167
7.2.1 WMS數據 167
7.2.2 WMTS數據 168
7.2.3 WFS數據 170
7.3 開放格式數據加載 171
7.3.1 GeoJSON數據 171
7.3.2 KML數據 172
7.3.3 GPX數據 173
7.3.4 矢量切片數據 174
提高篇
第8章 OpenLayers進階 179
8.1 圖形繪制 179
8.1.1 點的繪制 179
8.1.2 線的繪制 180
8.1.3 面的繪制 181
8.1.4 貝塞爾曲線的繪制 181
8.1.5 圖形樣式的定製 183
8.2 圖形交互編輯 185
8.2.1 圖形選中 186
8.2.2 圖形平移 188
8.2.3 圖形旋轉 189
8.3 標註功能 193
8.3.1 標註基本原理 193
8.3.2 文本標註 194
8.3.3 Popup標註 195
8.3.4 聚合標註 197
8.4 地圖制圖 199
8.4.1 熱力圖 199
8.4.2 統計圖 201
8.4.3 分級著色專題圖 205
8.4.4 自定義切片地圖顏色 207
8.5 地圖特效 209
8.5.1 分屏效果 209
8.5.2 捲簾效果 211
8.5.3 動畫特效 213
8.5.4 WebGL渲染海量數據 217
8.6 圖層動態投影 218
第9章 移動GIS 221
9.1 移動GIS概述 221
9.1.1 什麽是移動GIS 221
9.1.2 移動GIS的特點與優勢 223
9.1.3 移動GIS的體系架構 224
9.1.4 移動GIS的功能與應用 226
9.2 移動GIS的支撐技術 228
9.2.1 移動終端技術 228
9.2.2 移動通信技術 230
9.2.3 移動定位技術 232
9.2.4 移動互聯網技術 234
9.3 移動GIS的開發基礎 235
9.3.1 移動GIS的開發模式 235
9.3.2 跨平臺移動GIS開發框架 237
9.3.3 離線地圖方案 237
9.3.4 常用的移動GIS開發平臺 239
9.4 移動GIS展望 239
9.4.1 移動GIS的發展趨勢 239
9.4.2 移動GIS面臨的挑戰 240
第10章 三維WebGIS 243
10.1 三維WebGIS概述 243
10.2 三維WebGIS的起源和發展 243
10.2.1 三維GIS的興起 243
10.2.2 二三維一體化GIS 244
10.2.3 Web3D技術的國內外發展現狀 244
10.2.4 三維WebGIS的國內外發展現狀 245
10.3 三維WebGIS引擎 245
10.3.1 Cesium 245
10.3.2 Three.js 246
10.3.3 Cesium和Three.js的對比 247
10.4 Cesium開發入門 247
10.4.1 建立第一個Cesium應用程序 247
10.4.2 Cesium的常用功能 250
第11章 WebGIS應用案例 275
11.1 概述 275
11.2 項目需求分析 276
11.2.1 用戶需求分析 276
11.2.2 業務功能需求分析 276
11.3 項目總體設計 277
11.4 效果展示 279
11.4.1 數據資源管理 279
11.4.2 二三維一體化展示 281
11.4.3 二維空間分析及輔助制圖 283
11.4.4 三維空間分析 285
第12章 未來展望與研究熱點 289
12.1 未來展望 289
12.2 研究熱點 290
12.2.1 大數據與GIS 290
12.2.2 AI與GIS 291
12.2.3 元宇宙與GIS 291
12.2.4 AR、VR與GIS 292
12.2.5 BIM、CIM與GIS 292
12.2.6 傳感器網絡、物聯網與GIS 294
12.2.7 雲計算與GIS 295
12.2.8 游戲引擎與GIS 296
12.3 無處不在的WebGIS 296
12.4 大模型助力WebGIS 297
附錄A 縮略詞 299
參考文獻 302