14.1. 什么是地理信息系统？¶
你小时候在学校就接触过很多地图。国家地图，你花了数小时记住边界、河流和首都；历史地图， 你梦想成为伟大征服者的古代帝国的兴衰；经济地图，包括商品和服务的位置和数量。每天在报纸上， 电视上，或者以更准确的方式，在书籍和学术论文中，你都会看到地图上的数据。 地图是数据的空间表示，通常是地理信息系统的主要输出。
GIS是地理信息系统的缩写。 这听起来对您来说太复杂了吗？ 不要害怕 它与许多其他您可能已经知道的信息管理系统没有太大不同。 主要区别在于空间信息。 GIS中包含的所有数据都具有空间维度或到具有空间属性的另一个对象的链接。
那么什么是地理信息系统？简而言之，我们可以将其定义为一个获取和存储数据、 处理数据和生成数据表示（即地图）的系统。在本书中，您将了解到使用GeoServer需要准备数据， 处理数据以在漂亮的地图中呈现，并构建一组功能，使用户能够与数据交互。 因此，构建GeoServer实例可以称为GIS构建。
对地理信息系统的详细理解远远超出了本书的范围，因此不需要从GeoServer开始。 但是你需要在空间数据、地图和空间参考系统方面有一些基本的技能。
我们走吧，我们要把你变成一个新制图师！
14.1.1. 任何地理信息系统的基础——空间数据¶
如果你曾经建立了一个简单的地图来标注你在山上的徒步旅行， 或者向你的女朋友或男朋友发送行车路线，那么你已经处理了空间数据。
空间数据是任何GIS的基础。你知道一座建筑物很可能会倒塌， 除非它坐在坚实的地基上。因此，您需要了解空间数据， 否则将产生较差的地图输出。
但是什么是简单的空间数据呢？从一般的角度来看，你可以考虑一段空间信息。 每一个物体的描述都包含了它在地球表面的位置。好吧，这不是一个严格的形式定义， 因为地球表面上下有很多物体，但现在我们可以用这个简单的定义了。
想想一些熟悉的物品清单：
有地址的书店名单
你旅行期间参观过的地方的清单
用手机收集的兴趣点列表，例如餐厅、博物馆和酒店
一张鸟瞰城市的照片，在那里你可以认出著名的地方
您可以或多或少地精确地说出每个元素的位置。它们是用空间数据表示的真实物体。 正如您可能已经注意到的，空间信息以相当异构的方式表示。 大多数人都能从上一个列表中识别出任何组中的空间信息。不幸的是， GIS软件和GeoServer是一个例外，它们倾向于使用结构强大的信息。 如果要将空间数据用于GeoServer，则需要更精确地组织它。我们将在第五章， 添加自己的数据存储 ，但现在您必须了解空间数据通常是如何组织和存储的。 当你继续制作地图时，你会处理很多不同的空间数据。
测量世界¶
所以空间数据是物体在地球表面位置的参考。如何测量并以数字格式存储它们？ 地球的基本模型可以是球体。在球体的表面上，可以使用称为纬度和经度的角度单位来测量位置。 纬度 （ü）测量赤道平面与穿过该点且垂直于表面的线之间的角度； 然而经度 （λ） 测量从参考子午线（例如，穿过格林威治天文台的子午线）到穿过该点的另一子午线的东或西角度。 角度测量可以用数字度或度、分、秒表示。
如果你想存储自由女神像的位置，可以将其表示为纬度40°41′21〃N，长。74°2′40〃W（带度数、分和秒）， 或40.689167，-74.044444（带十进制度数）。
图 14.1 image5¶
（图片来自http://en.wikipedia.org/wiki/Latitude）
我们通常认为地球是一个球体，但这不是它的真实形状。大地测量学是研究地球形状的科学， 它把地球定义为 大地水准面 ，如果海洋覆盖整个地球，则由海平面定义的理想表面。 在实际应用中，如在投影中，大地水准面太复杂，无法使用，地球的形状由椭球体 . 椭球体由其半长轴（赤道半径）和扁率来描述。
有一个英雄-在行星上用十进制坐标移动
听起来有点复杂吗？不要害怕，用经纬度探索地球上的位置，坐标。 下表中有几个著名的地方的坐标是十进制的。将浏览器指向 http://maps.google.com ， 在搜索文本框中插入坐标，然后按 进入 . 你的地图将被平移到该位置。 谷歌地图可以让你查询地球上任何地方的坐标；找到那个函数，寻找一些好地方。
意大利罗马 | 41.890和12.492 |
美国科罗拉多大峡谷 | 36.055，-112.122 |
法国巴黎 | 48.858和2.294 |
阿根廷伊瓜苏国家公园 | -25.688，-54.442 |
澳大利亚艾尔斯岩 | -25.345，131.036 |
将球体投影到平面上¶
你玩过橘子皮吗？当我还是个孩子的时候，我做了很多事情，经常给他们施压， 希望能把它几乎完全压平。这是一个无望的挑战，但孩子们是固执和雄心勃勃的。 许多年后，我在一本地理书中发现了类似的比喻。它在谈论地图投影， 并用一个橙色作为地球的模型。如果你把橘子皮想象成地球表面， 你会突然明白为什么在没有大量扭曲的情况下，你不可能得到地球表面的平面表示。
所有你能找到的地图都在一张普通的纸上。弯曲的数字屏幕在GeoGeek中相当罕见。 那么制图员如何表示平原上的曲面呢？这是通过一个叫做 投影 。
图 14.2 image6¶
事实上，在过去的几个世纪里，制图师和数学家发展了几种不同的投影。 没有一种数学方法可以将球体或椭球体无畸变地转移到二维空间。因此， 投影会修改数据，并包含一些关于可以在地图上观察和测量的长度、面积或形状的变形。
我们可以根据投影保留的地理特征和属性对投影进行分类：
共形投影在局部保持角度。子午线和平行线以90度角相交。
面积相等的投影保持了面积之间的比例。在一张投影面积相等的地图中， 每一部分的面积与地球相应部分的面积成正比。
等距投影沿一条或多条直线或从一个或两个点到地图上所有其他点保持比例。 刻度（距离）正确的直线与它们在地球仪上参考的直线具有相同的比例长度。
重要的是你要明白没有最好的投影；为你的地图选择一个投影是一种权衡。 根据地球表面的部分，你正在设计的地图将包含和/或使用最适合的投影。 让我们探索一些广泛使用的投影。