地图背后的那些事儿

此前有新闻报道，中国陕西驱逐一名涉非法测绘的日本人，这个日本人从甘肃庆阳出发，沿秦岭一路向东测量，为掩人耳目，雇佣当地车辆和司机，装扮成游山玩水的游客，实则为间谍，收集资料，窃取情报，将地图绘制完成。

看到这里大家可能觉得奇怪，和今天要讲的主题有啥关联？笔者这里暂且偏主观的衍生抛出几个问题供大家思考：

1. 现在地图这么普遍，任何一个app，都内嵌了地图，国外势力为什么还派间谍来窃取呢？

2. 窃取的数据有什么用呢？为什么国家会禁用google地图？

3. 全球定位系统已经很成熟，拍摄的卫星图片分辨率可以精确到米级，为什么还需要实地测量？

4. 美国的GPS普及这么多年，中国为什么还要组建北斗卫星系统，既然已经完成了组网，但是为什么老百姓感知比较少？

5. 近些年导航出现了很多新功能，比如红绿灯倒计时，前面有施工提醒等等，这里面有什么黑科技吗？

6. 俄罗斯的实际国土面积约为中国的2倍，为什么从地图上看远比2倍还大？

7. 小区或者园区，快递员为什么能准确把快递送到你家楼下？是已经完成了内部道路的测量还是科技加持呢？

8. 更多......

带着这些看似关联度低问题，我们剥茧抽丝，由浅入深的聊一聊关于地图背后的那些事儿

先看组数据：

看两个case： 小结：

快速认知

啃定义：地图是依据一定的绘制法则，使用制图方法，综合在一定的载体上，表达地球（或其他天体）上各种事物的空间分布、联系及时间中的发展变化状态绘制的图形。

说人话：狭义来讲，地图是POI（point of interest，对于地图产品而言，一个 POI 可代表一栋大厦、一家商铺、一处景点等）进行组织后的可视化，帮助人们快速获取所需信息辅助生活。

放松心情，俯视地图应用的范围，即只要有人类活动，就离不开地图

服务能力

• 定位：通过基于GPS、基站、Wi-Fi、蓝牙、传感器的混合定位能力，对外提供定位服务。

• 搜索：通过POI搜索，可以完成找银行，找餐馆、找景点等等的功能；根据用户的关键字进行输入提示是非常便捷的功能，是提升用户搜索体验的一个重要方式，关键字的联想也是搜索功能的一个典型应用。

• 路线规划：路线规划是导航的前提，根据目的地、出发地以及路径策略设置，为用户量身设计出行方案。同时可结合实时交通，帮助用户绕开拥堵路段，提供更贴心、更人性化的出行体验。

• 导航：基于全面的路网信息，结合实时路况，在多端为用户提供准确的导航服务。

• 轨迹：提供轨迹纠偏、里程计算、实时监控等丰富的接口功能和云端服务，可以让业务基于轨迹系统迅速构建一套完全属于自己的精准、高效的轨迹管理系统；轨迹数据也可以为用户的决策（比如，商家选址）提供依据。

地图依靠其丰富的数据资源和智能规划等技术，服务于多端（C端、B端、G端）的客户

• ToC

  1. 日常衣食住行的基础地图服务需求

  2. 基于流量支持广告业务。地图客户端的启动页可以接入H5广告界面

  3. 提供第三方平台的接口。可以引流到酒店、加油等生活服务类的平台和线下景点和商铺等

• ToB

  1. 网约车平台

  2. 软件公司API访问计费

  3. 汽车内置地图导航服务

  4. 广告投放服务费用，提供人流量分析、用户画像分析、POI分析等，帮助企业精准投放广告

• ToG

  1. 政府规划统计数据服务，如城市规划和人口迁移等

  2. 提供红绿灯智能调控和疏导等智能交通服务

从视觉体验对地图表达多样性有直观体感，一睹为快

视觉形式	视觉快照	视觉体验
二维地图		平面地图
2.5维地图		高德开放平台
2.5维+VR		哈工大校园地图
三维地图		数字孪生
二三维联动		二三维联动(废显卡点击慎重)

地图依赖的数据从哪里来？生产过程又做了哪些事情？

地图生产

地图的生产流程是怎样的？

从地图生产的过程认识有哪些核心能力和背后的技术，细节比较复杂，不做展开

泛GIS行业布局

互联网公司走在技术革新的前沿，产品应用场景丰富，与地理信息联系和空间地理的联系紧密，从而带来了百花齐放的画面，涵盖了数据生产，地图表达，行业应用

走进地图

为了降低对专业理论知识的理解成本，尽量引用通俗易懂的问题入手，通过分析原理的思路讲解，对地图基础的知识有所了解

如果定义地球？

地球并不是一个标准的正圆球体，而是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体。我们日常的地图是怎么做出来的呢？

地球的自然表面有高山也有洼地，是崎岖不平的，我们要使用数学法则来描述他，就必须找到一个相对规则的数学面。有必要解释一下几个概念：

名词	解释
地球椭球体	地球表面凸凹不平，是一个无法用数学公式表达的曲面，这样的曲面不能作为测量制图的基准面。那么假想一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体
大地水准面	海平面向陆地内部的自然延伸形成的闭合面，由于地球重力面分布不均匀，大地水准面仍然不是一个标准的数学模型，无法作为制图表达
大地基准面	大地基准面是设计为最密合部分或全部大地水准面的数学模式，它由椭球体本身及椭球体和地表原点间关系来定义。把地球比做是“马铃薯”，表面凸凹不平，而地球椭球体就好比一个“鸭蛋”，那么按照我们前面的定义，基准面就定义了怎样拿这个“鸭蛋”去逼近“马铃薯”某一个区域的表面，X、Y、Z轴进行一定的偏移，并各自旋转一定的角度，大小不适当的时候就缩放一下“鸭蛋”，那么通过如上的处理必定可以达到很好的逼近地球某一区域的表面

刻画了地球，如何刻画所处的位置？

由于地球表面凹凸不平，任何一个参考椭球体都不能精确贴合地区的任一地区，一个参考椭球体对一个地区来说是非常贴合实际的表面的，而对另外一个地区而言可能就相差很大。因此对应每个地区而言，最贴合的参考椭球体并不一样，因此也就有了不同的地理坐标系(每个国家或地区均有各自的基准面)

地图投影

回答问题：

俄罗斯面积是 17,098,242平方公里，中国的面积是9,596,961万平方公里，为什么从地图上看大小超过2倍？

1. 地图投影：地球是一个球体，而地图是平面的。将球体表面投影到平面地图上时，会出现形状、面积或方向的畸变。不同的地图投影方式会带来不同程度的变形，比如墨卡托投影、极射赤面投影等，这些投影方式在不同地区有不同的变形表现。

2. 比例尺：地图上的比例尺表示地图上的距离与实际距离之间的比例关系。如果比例尺不合适或者地图上的比例尺没有正确标示，就会导致地图上的距离和面积与实际不符。有时为了突出某些地区或者适应特定尺寸的纸张，地图可能会进行拉伸或压缩，这也会导致地图上的面积失真。

讲概念(看不懂直接跳过)：

卫星定位

卫星生态：

名称	国家	卫星数	状态	特点
GPS	美国	24	已建成	时间最久，用户渗透率最高
北斗	中国	30	已建成	亚太地区覆盖好，支持短报文通信
格洛纳滋	俄罗斯	24	已建成	高纬度地区覆盖好
伽利略	欧盟	27	已建成	多频段，多业务
QZSS	日本	4	已建成	对GPS扩增，播发厘米级修正信息，仅针对日本周边的确
IRNSS	印度	7	建设中	仅针对印度周边地区

基本原理：

误差和纠偏：

**回答问题：**

1. 现在地图这么普遍，任何一个app，都内嵌了地图，国外势力为什么还派间谍来窃取呢？全球定位系统已经很成熟，拍摄的卫星图片分辨率可以精确到米级，为什么还需要实地测量？

卫星地图只能定位到大概的位置，并不能做到精准定位，卫星离地球有一定距离，虽然能够清晰看到地面上的物体，但由于受到各种信号的干扰，每天都会产生10KM以上的误差，所以境外势力就算能看到我们国家的卫星地图，却不能做到精准打击，所以就需要更精准的地面测量数据，所以就需要有人去踩点了

1. 窃取的数据有什么用呢？为什么国家会禁用google地图？

2011年谷歌地图被关闭，主要是因为进入我国的头几年一直进行非法测绘，很多案件主犯都是日本人，甚至开展赏金任务。近期的俄乌战争，乌克兰利用谷歌地图，对俄罗斯军事基地实施了精准打击。再如滴滴准备赴美上市被叫停，也是受到安全部门审核，滴滴所绘出的线路为精密数据，一旦外泄，后果不可估量

1. 美国的GPS普及这么多年，中国为什么还要组建北斗卫星系统，既然已经完成了组网，但是为什么老百姓感知比较少？

明明实际上我国的系统要比美方的系统更为精确，但为什么没有美方的系统那么普及呢？其实这就要从最初设计时的目的说起了。一开始我国的系统主要是为了针对军事活动而设计研发出来的，并不是针对普通民众研发出来的，所以才不像美国的系统那样那么普及。现在我国即将研发第二代系统了，这才是针对普通民众研发的，这也说明了我国正在渐渐从军事向民众转变，不过从2020年之后，也能像美方系统那样逐步普及。

通过日常生活中能够体感到的实际问题展开分析

预计达到时间

附近的车辆

红绿灯倒计时

内部道路导航

地图开发

从地图的视觉体验到底层核心技术简单介绍之后，可能有人会关注如何开发一个简易地图，目前市面上有成熟的生态，包括商用软件(ArcGIS)和开源技术(QGIS)，但随着web技术的不断发展，如何做一个小而美的工具，满足日常简单地图需求：

• 无需安装桌面软件，用浏览器访问，浏览图层，截图，看到成果

• 数据和地图永久保存

• 能和业务系统打通，呈现效果

内容	技术栈	官网	核心功能
地图框架	mapboxgl	www.naivemap.com/mapbox-gl-j…	开源客户端库，用于渲染Web 端的可交互地图
数据处理	geotools	docs.geotools.org/	基于Java的开源地理信息系统（GIS）工具包，可以用于处理和分析地理数据
对象存储	minio	www.minio.org.cn/	高性能的分布式对象存储产品，适用于存储大量非结构化数据，如日志文件、备份数据和容器/虚拟化镜像等
地图服务	geoserver	geoserver.org/	一款Java 程序，用于为各类地理数据客户端提供数据服务
数据库	postgresql	www.postgresql.org/	可用作很多Web、移动、地理空间和分析应用程序的主要数据存储或数据仓库

业务交互流程

技术处理流程

重点关注的点：

• 坐标统一：所有图层在同一坐标系下，可使用proj4库进行坐标转换，统一到WGS-84坐标

• 前端渲染：图层小时前端直接加载geojson进行渲染，图层文件较大时，借助geoserver地图服务能力，使用rest-api和geoserver交互，动态发布

矢量数据压缩	mapshaper
坐标相关	坐标拾取工具坐标打点定位在线坐标系统查询
在线制图	蚂蚁在线制图和数据预览
geojson编辑、层级编辑工具	DataV.GeoAtlas地理小工具系列
行政区划数据下载	省市县天地图 服务中心
工具集合导航页	DipperMap 星辰地图|GIS 站点导航