openlayers开篇 - GIS基础知识_openlayers polygon

1 什么是GIS

GIS 是地理信息系统的简称，这里比较喜欢 ESRI 对它的解释：

地理信息系统 (GIS) 是一个创建、管理、分析和绘制所有类型数据的系统。GIS
将数据连接到地图，将位置数据（事物所在位置）与所有类型的描述性信息（事物在该位置的情况）集成到一起。这可以为适用于自然科学和几乎所有行业的制图和分析提供基础。GIS帮助用户了解模式、关系和地理环境。其优势包括改善沟通、提高效率以及更好地管理和决策。

人类的活动与位置息息相关，随着移动互联网飞速发展的今天，几乎我们每天都在跟位置信息打交道，不管是通勤驾车打车，还是餐饮外卖，又或是淘宝购物收发快递，都离不开位置信息。而 GIS 就是这样的一门工具学科，来帮助我们更好地利用空间数据与其他行业技术进行结合，从而进行有效而强大的辅助决策及管理应用，可以说应用面非常广泛，几乎能与各行各业相结合衍生更多应用方向。

2.常见的GIS数据格式

首先 GIS 数据分为矢量和栅格，栅格这里就不讲了，可以理解为图片像素类的数据都可称为栅格数据，矢量主要常见的有以下几种：

2.1 shapeFile

该格式是 ESRI（美国环境系统研究所，相当于设计圈的 adobe 公司的地位吧）研制的一种工业界的标准交换格式，几乎所有的开源及商业软件均支持，感兴趣的可以官方的ShapeFile文件的白皮书,它必须至少由三个文件组成：.shp 要素几何、.shx 形状索引、.dbf 属性数据，通常还会包含以下文件：.prj 投影描述：

因此 shapefile 是表示一组文件的集合，所以在使用的过程中通常以压缩包的形式存在，切记拷贝的时候别只拷贝了一个文件！不过这种格式虽然作为标准格式但是也有着一些缺点，通常我们程序员们并不是很偏爱这个格式，这里就不过多介绍。使用上可以通过 https://github.com/calvinmetcalf/shapefile-js 等诸多开源库进行转换到 GeoJSON 进行使用。

2.2 GeoJSON

这个就是我们程序员最常接触的格式了，GeoJSON 使用 JSON 的数据格式来表达地理数据，所以它本质上还是 JSON，只不过遵循特定的规范罢了，所以不要觉得它很长很难读，只要理解了其结构原理之后，它对你来说就是再普通不过了。GeoJSON 规范上描述有很多，这里不一一赘述，我们来讲一下最常用的格式要素集（FeatureCollection）：

GeoJSON 原则上包含类型type描述，要素集(FeatureCollection) 顾名思义也就是要素(Feature)的集合(Collection)，所以其类型(type)为 FeatureCollection，既然是要素(Feature)的集合，自然是有 features 这个属性，那么何为要素(Feature)呢？看下图：

其实要素(Feature)也就是几何(Geometry)加属性(Properties)，为什么这么说？比如我们要去公司，那么公司的这个位置就是一个点的几何(Geometry)，它是一个类型(type)为点(Point)的数据，我们对它的坐标(coordinates)可以使用 [经度,纬度] 来表示这个点，它的名称(name)就是其一个属性，当然它可以拥有一堆属性，使用key-value的格式进行描述即可。

相信读到这里，大家可以对这类我们常用的要素集(FeatureCollection) 形式的GeoJSON格式有一定的了解了，“属性(Properties)”大家可以理解，那么几何(Geometry)类型那么多，如何去描述线以及面呢？
GeoJSON 支持以下要素类型：

• 点（包括地址和位置）
• 线串（包括街道、公路和边界）
• 面（包括国家/地区、省和土地区块）
• 点、线或面要素的多部分集合
  可以参照下面这两个图来看：
  
  简单几何
  
  在 GeoJSON 矢量数据使用坐标对(coordinates)来描述几何图形的组成（以下均以经纬度坐标做讲解）：

点（Point）：

使用 [经度,纬度]来描述点的横纵坐标，在实际工作中我们很容易搞反这个经纬度，首先要记住经度(longitude)范围是[-180,180],纬度(latitude)范围是[-90,90]，那么大于90或者小于90的一定不会是纬度，另外我们中国所覆盖的范围大约是经度73.66 ~ 135.05,纬度3.86 ~ 53.55，因此在国内项目上可以通过坐标范围来判定经纬度顺序，习惯上经度缩写为lng（取巧的记法就是，一般在国内很多地方情况下长(long)的为经度！），纬度缩写为lat。

线（LineString）：

按照我们平时绘制折线的画法一样，一个点接着一个点的绘制，用 GeoJSON 的表达上就是一堆具有顺序的点 [[lng1,lat1],[lng2,lat2],[lng3,lat3]] 的集合。

面（Polygon）：

在存储表达上跟线很像，比线多了一层[ ]，细心的朋友可以发现其第一个点跟最后一个点是相同的，其实想想很容易明白，首尾相接的线段可不就是围成了一个面嘛，那为啥会多出一层呢？因为我们日常接触的面还会有中间带孔洞的形式，例如行政区划中很特殊的人文现象——飞地

另外，最新的 GeoJSON 规范上规定了第一个面必须是外环，其他的为内环，并且新的标准还规定了其必须遵循右手法则，也就是说，外环为逆时针方向，孔为顺时针方向，这块在使用 d3 或者在 WebGL 中使用一定要注意。

需要注意一点是，虽然要素集（FeatureCollection）并没有去约束存储的要素的几何类型，但是还是强烈建议大家在使用的时候，一个要素集（FeatureCollection）尽量存放同一种几何类型，避免点线面共存的情况。更多详细的 GeoJSON 格式介绍可以看 rfc7946 规范 https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7946

2.3 TopoJSON

TopoJSON 是 d3.js 作者发明的一种针对 GeoJSON 的紧凑的压缩格式，虽然在可读性上降低了，但是可以有效减少数据大小，并且保证拓扑上的正确，因其在编码的时候有效消除了冗余，通过共享边的形式存储，并且在存储上可以对整数坐标采用量化压缩，在简化数据需要保证原拓扑关系的时候相当有用，这里不再赘述，更多介绍可以查看作者的 https://github.com/topojson/topojson 这个库。

2.4 WKB/WKT (Well-known text）

WKT(Well-known Text) 使用文本表达几何对象的一种标记语言。
WKB(Well-known Binary) 使用二进制表达几何对象的一种标记语言。

下图分表是使用WKT与GeoJSON分别描述同一几何的差异：

可以看出其主要还是为了表达几何对象，相较 GeoJSON 而言，其无法存储属性数据，这种数据格式在很多数据库中都用以表达几何数据类型，日常开发中可以方便地使用 https://github.com/cschwarz/wkx 来进行格式转换。

2.5 KML/KMZ

Keyhole Markup Language，谷歌地球等使用 xml 来表达地理数据的一种格式，这里我们只要知晓这种格式即可，不常用，如果遇到可以通过 https://github.com/mapbox/togeojson 来进行转换。

3.常见坐标系

可以说坐标系也是理解 GIS 数据的一个很头疼的问题，这还仅仅只是我们在非专业 GIS 系统中接触到一部分就很让人晕头转向，比如：

那么结合这张图带大家梳理一下这些常见的坐标系：坐标系——一种用于表示地理要素、影像和观察值位置的参照系统，为定义真实世界的位置提供了框架。类型上又分为：

3.1 地理坐标系

基于球体或旋转椭球体，地理坐标系(GCS)使用三维球面来定义地球上的位置，通常我们使用经纬度来表达位置。

3.2 投影坐标系

由于地球是一个球面，而地图受限于存储介质（纸张、沙盘、书本、屏幕）原因，需要使用二维平面来表达三维的地球，而将地球表面展开成地图平面必然会产生裂隙或褶皱，因此需要采用一定的数学方法将曲面展成平面，而且使其变形较小，这就是投影坐标系的意义所在。

投影坐标系在二维平面中进行定义，投影坐标系始终基于地理坐标系，通过格网上的 x,y 坐标来标识位置，其原点位于格网中心。每个位置均具有两个值，这两个值是相对于该中心位置的坐标。一个指定其水平位置，另一个指定其垂直位置，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。

常见互联网坐标系

这里帮大家理一下关系：WGS84 通过国测局一次加密偏移后为 GCJ02(国测局2002)坐标系，BD09在此基础上进行了二次加密，而国家大地2000(CGCS2000)则是我们国家目前在推的标准规范平时精度要求不高，我们可以约等同于 WGS84。

投影坐标系：主流是墨卡托(Mercator)投影，另外有经纬度投影，主要被国家天地图所使用

墨卡托(Mercator)投影，又名“等角正轴圆柱投影”，荷兰地图学家墨卡托(Mercator)在1569年拟定，假设地球被围在一个中空的圆柱里，其赤道与圆柱相接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅标准纬线为零度（即赤道）的“墨卡托投影”绘制出的世界地图。

而 Web 墨卡托则是墨卡托投影的一种变体，将表示地球的参考椭球体也就是上图真实的声明：本文内容由网友自发贡献，转载请注明出处：【wpsshop】