前言

PREFACE

什么是WebGIS？

顾名思义，WebGIS等于Web+GIS，它是基于Web环境中的GIS。从字面意思理解，可以认为它是两种技术的融合。实际上，WebGIS开发是指利用Web技术和GIS技术，将地理空间数据和地图呈现在Web页面上，实现在线地图浏览、查询、分析等功能的开发过程。WebGIS具有跨平台使用、共享和协作、实时更新、响应式设计、低成本和易维护、大数据处理等优势，为用户提供更加便捷、高效、准确和可靠的空间信息服务。

与传统PC端GIS相比，WebGIS应用程序可以通过Web浏览器直接访问，不需要在本地计算机上安装软件，应用更加轻量，对硬件的要求也较低。在数据交互方式上，WebGIS应用程序通常通过地图服务、Web服务、RESTful API等方式获取空间数据和地图图层，与后端服务器进行交互，而PC端软件通常通过本地数据库或文件系统读写数据。WebGIS的数据交互方式更加灵活，更便于共享与协作。在用户体验上，WebGIS应用程序可以通过Web浏览器在多种设备上访问，具有良好的响应式设计和跨平台性。另外，它还解决了以文件方式管理大量数据的不便，也有效规避了使用PC端软件时的一些性能卡顿、数据管理混乱等问题。

WebGIS的发展共经历了四个阶段。

（1）WebGIS开发的起步阶段（20世纪90年代—21世纪初）：WebGIS开发的早期阶段主要是以静态地图为主，此时的WebGIS应用主要用于展示静态地图和一些简单的查询功能。

（2）动态WebGIS开发的发展阶段（2000—2010年）：随着Web技术的不断发展，WebGIS也得到了快速发展。2005年，Google推出了Google Maps，引领了WebGIS的新一轮发展。此时，WebGIS应用开始具备了更加丰富的功能，如地图缩放、地图拖曳、地图标注等。

（3）移动WebGIS开发的兴起阶段（2010—2019年）：移动设备和4G网络的普及，使得WebGIS应用开始面向移动设备进行开发。此时，WebGIS应用主要是以响应式设计为主，适配不同的屏幕尺寸，可以提供更好的用户体验。同时，HTML5和CSS3等技术的发展也为WebGIS应用提供了更加丰富的设计和交互效果。

（4）WebGIS开发的现代化阶段（2020年至今）：随着人工智能、大数据、云计算等技术的不断发展，WebGIS应用也不断进行现代化升级。此时，WebGIS应用开始具备更加高级的功能，如3D地图、虚拟现实、智能分析等。同时，WebGIS应用也开始向云端化、微服务化、开放平台化等方向发展。

如今，WebGIS应用已经成为现代地理信息技术的重要组成部分，为各种领域的应用提供强大的支持和帮助。使用WebGIS可以解决很多与地理信息有关的问题，如进行空间分析和决策支持、实现地图可视化和交互、进行城市规划和管理、环境监测和资源管理、农业生产和精准农业等。

随着地理数据的重要性日益凸显，越来越多的行业和领域需要使用WebGIS。政府部门、企业、非营利组织和研究机构等都在寻找具备WebGIS开发技能的专业人才，以满足其业务需求。学习WebGIS开发不仅可以满足市场需求，还可以为读者提供广泛的就业和职场机会。此外，掌握有关地理信息系统、网络技术和数据可视化等多方面的知识，可为读者的个人成长和职业发展奠定坚实基础。

为什么写这本书？

撰写本书的初衷，是源于作者在WebGIS行业多年的开发实践与思考，以及对过去工作经历的总结和回顾。WebGIS开发者需要学习多方面的技能与知识，包括但不限于以下几点。

（1）GIS基础知识。开发者需要了解地图数据、坐标系与地图投影、投影转换等基础知识，以确保在应用中能够正确处理和展示地理信息。

（2）Web开发技能。掌握HTML、CSS、JavaScript 等Web开发技术，能够独立开发基础的Web应用程序是WebGIS开发的前提。

（3）GIS软件。常用的软件如ArcGIS、QGIS等，开发者不仅要了解其功能和应用场景，还需要在WebGIS开发中能熟练运用这些工具进行数据处理。另外，对于常见的GIS服务器，如GeoServer、MapServer等也要有所掌握。

（4）WebGIS开发框架。二维WebGIS开发框架如OpenLayers、Leaflet、MapboxGL等，了解各框架的特点和应用场景，熟练掌握各框架的使用。另外，随着WebGIS的发展和智慧城市等的推进，三维WebGIS开发变得日益重要，要求从业者具备一定的三维GIS开发能力，掌握三维WebGIS开发框架、开发原理等。

（5）数据库技术。开发者要了解数据库的基本概念和操作，能够熟练使用常用的数据库软件，如MySQL、PostgreSQL等，同时也要求对空间数据库有所掌握。

（6）服务器端编程技术。开发者要熟悉服务器端编程语言，如Java、Python、Node等，能够进行简单的服务器端程序开发。同时，还需要了解网络知识，熟悉Web应用程序的安全性问题，能够进行基本的服务安全保障，掌握基本的安全防范措施。

（7）数据可视化技术。开发者要了解数据可视化的基本原理和技术，能够使用常用的数据可视化工具，如Canvas、WebGL、three.js、D3.js等。

WebGIS是一个相当庞大的知识体系。在实际工作中经常会遇到这样的现象：GIS专业的学生Web开发能力比较薄弱，计算机专业的学生又缺乏GIS知识，甚至有很多零基础的开发“小白”，他们完全不清楚WebGIS开发该如何学起。顺着这个思路，笔者总结了在实际工作中遇到的各种问题，梳理了WebGIS开发中需要具备的相关知识，最终完成了本书。本书所涉及的技术内容立足于真实的市场需求，所有技术总结皆源于实践经验的积淀，可谓是一部“保姆级”的WebGIS开发参考书籍。

本书旨在为广大WebGIS开发人员提供一份实用性的开发指南，介绍WebGIS的基本原理、开发流程、技术选型、开发规范和案例分析等内容，帮助开发人员快速掌握WebGIS的开发方法和技巧，提高WebGIS应用的质量和效率。本书不仅涵盖WebGIS开发的基础知识和技术，还涉及WebGIS开发的实际应用和案例分析，以帮助开发人员更好地理解WebGIS的应用场景和开发需求。

写作的过程本身就是学习和总结的过程，在写作中需要反复推敲每一段文字、每一章内容，在深入思考的同时也获得了更多的收获。一方面，在与伙伴们讨论、交流和统稿的过程中，彼此学到了更多的知识；另一方面，也有机会对自己的技术有一个更全面的认识，进一步总结、提高。笔者从传统GIS转入WebGIS开发，这中间有过相当多的疑惑和焦虑。起初，是对于如何开发一无所知，无法融入工作中的开发流程；后来通过不断学习，逐渐掌握了开发新功能的能力，但又对开发出更高质量、更高效率和更高可用性的WebGIS系统提出了新的要求。正是在这样不断磨砺的过程中，积累了从零基础到实际WebGIS开发的一些经验和心得，并决定将这些经验凝结成本书的内容，供与笔者有相同需求的人借鉴，避免走弯路。

本书内容

本书分为四部分：基础篇、高级篇、三维篇和实践篇。

基础篇包括第1～3章，主要介绍Web基础、GIS基础和WebGIS开发框架。首先，Web作为WebGIS开发中的技术基础，第1章对Web开发语言、开发框架、网络基础、浏览器工作基础与调试方法、服务端基础以及数据库基础进行讲解。其次，GIS基础是WebGIS开发中的思想核心，第2章介绍GIS数据、投影与坐标转换以及地理编码等内容。最后，第3章从核心类到每个具体类的使用，再到使用时的一些技巧，以及常用的三种WebGIS开发框架进行详尽讲解。

高级篇包括第4～10章，本篇内容对WebGIS从业人员提出了更高的要求，是基础篇内容的提升，涵盖WebGIS开发中的高阶知识。第4章讲解GIS应用服务，包括OGC标准介绍、地图切片和GIS服务器的相关内容。第5章重点介绍开源地图服务器GeoServer，从GeoServer的安装、数据管理、安全等进行全面讲解。第6章着重介绍空间数据管理，涵盖地理空间数据在WebGIS中的使用、地理空间数据库及服务发布等内容。第7章基于第3章的内容，详细介绍三种WebGIS框架下矢量数据的渲染，深入讲解WebGIS中矢量数据的交互格式、数据加载与渲染实现。第8章则是对栅格数据的渲染进行说明，包括栅格瓦片的存储、发布、渲染，并结合三种框架对WMS、WMTS、TMS等服务的渲染方法和实现逻辑进行讲解。第9章介绍什么是地图控件，以及不同框架如何添加和扩展控件的方法。第10章为地图交互的相关内容，包括地图交互的解释，地图交互与控件的区别，默认地图交互以及矢量要素交互（选择、绘制、编辑与捕捉），同时还介绍不同框架中地图叠加层（Marker和Popup）的使用。

三维篇包括第11章，主要介绍三维WebGIS开发框架的使用和相关内容，对三维GIS最新的发展趋势、概念及三维相关的技术进行介绍，同时就三维WebGIS开发最常用的框架Cesium的使用进行示例讲解。

实践篇包括第12章，是关于WebGIS开发的实际应用。以开发一个二维WebGIS系统为例，介绍WebGIS系统开发的全流程，该流程适用于所有的Web系统及二维和三维WebGIS系统开发。本章的主要目的是通过一个需求案例，说明地理空间数据在WebGIS开发中使用的具体方法和流程，使读者对使用WebGIS框架渲染地理空间数据有更加清晰和完整的概念，对开发一个完整需求有全面的认识和了解。

适用对象

笔者在本书编写过程中参考了国内外的相关书籍、文献和资料，力求内容丰富、简明且具有高度的实用性。本书适用于以下读者群体。

WebGIS开发从业者：不论是初学者还是有经验的开发人员，本书都能提供从基础到高级的技术指导，帮助他们全面掌握WebGIS开发的知识体系和实际操作技能。

GIS系统管理员：本书为GIS系统管理员提供关于WebGIS系统架构、数据管理、服务发布以及安全保障等方面的深入讲解，帮助他们更好地管理和维护WebGIS系统。

地理信息科学专业学生：本书可以作为其重要的学习参考，帮助他们掌握WebGIS相关的理论基础和实践技能，拓展他们在地理信息领域的应用能力，为以后的求职就业奠定基础。

地理信息技术爱好者：本书内容覆盖WebGIS开发的各个方面，适合对地理信息技术感兴趣的读者深入了解这一领域，并尝试进行实际开发。

其他相关领域的人员：对于从事相关领域工作的人员，如城市规划、环境科学、交通管理等，本书也能够提供有价值的技术参考，助力他们在工作中更有效地利用WebGIS技术。

致谢

本书的编写使笔者深感知识的浩瀚与个人力量的有限。能够顺利完成本书离不开许多人的支持与帮助。在此，谨向所有在此过程中给予帮助和支持的老师、同行、朋友、同事和家人，表示最诚挚的感谢。

首先感谢所有在WebGIS行业中给予指导和启发的专家学者与同行朋友。你们的无私分享和专业讨论，使我们在WebGIS领域不断成长，并积累了丰富的实践经验，这为本书的编写奠定了坚实的基础。尤其感谢那些在我们陷入困惑时给予建议和帮助的人，特别是在本书写作过程中给予帮助的颉耀文老师。曾经在颉老师“地图学”课程中所学习的知识，不仅成为了我们做好WebGIS开发的重要基石，也成为了完成本书写作的基础。在本书编写初期，颉老师给出宝贵的指导意见，在最终定稿前，还审阅了第2章的内容，细致修正了其中的措辞不当和表达不清之处，确保了这一章内容的准确性。你们的智慧与见解无疑拓宽了本书的深度与广度，而你们的无私帮助更是本书得以顺利完成的关键。

同时，感谢与我们共事的同事和工作伙伴，本书的许多内容来源于我们在实际项目中的合作与经验总结。你们的支持与协作，为本书内容提供了众多真实的案例来源，你们的指导与分享，使本书的内容更加扎实。

最后，感谢广大读者朋友们的支持，你们的需求和期望是我们写作的动力，你们的意见和建议是我们改进的方向，我们诚挚地欢迎大家批评指正，以便在今后不断完善和更新本书内容。

本书是多方智慧和努力的结晶，本书的诞生离不开大家的指导与帮助。感谢所有给予我们帮助和支持的人，愿本书能够成为WebGIS开发人员、GIS系统管理员、地理信息科学专业学生，以及所有地理信息技术爱好者的有力工具，帮助你们在WebGIS的世界中更好地探索与实践。愿我们在未来的工作中继续携手前行，共同探索WebGIS开发中新的可能性。

WebGIS路漫漫其修亦远，吾将上下而求索！

吕利利 牛健平

2024年8月