1. 引言
经过几年的积累与打磨，笔者的新书《GIS基础原理与技术实践》终于正式出版了。其实谈不上什么宏大意义，只是把这些年在 GIS 开发中踩过的坑、理清的思路、写过的代码，系统地整理出来。趁着新书面世，也想借此机会再分享一些体会与思考。
2. GIS之路
GIS 是一本综合性很强的学科，所以学习 GIS 以后从业不一定是走 GIS 开发这条路。比如比较稳妥的就是去体制内，各级自然资源局、测绘院、规划院、水利/交通/环保等政府部门及下属事业单位等等。他们可能不写代码，但需要理解空间数据、会用专业软件、能参与项目设计或成果审查，工作相对稳定，也深度参与国家基础地理信息体系建设。当然，体制内的岗位类型多样，职责与节奏各有不同，并非一概轻松------适合与否，终究要看个人志趣与所长。而在这样的环境中，专业能力固然是基础，但沟通协作、理解组织运行逻辑，往往也影响着长远的发展空间。
但是，如果选择体制外的发展路径，做 GIS 开发会是一个更有发展空间的方向。如果只是会用 GIS 软件处理数据、出图，在现在这个自动化越来越普及的环境下，这类技能其实很容易被替代，也很难形成自己的优势。说白了，这更多是一种执行性的工作。而 GIS 本身的应用面其实不算特别宽，但如果加上开发能力，情况就不一样了------你可以自己写工具、改进流程，甚至参与到智慧城市、实景三维、时空平台这些实际项目中去。现在会编程的人确实不少，但既懂 GIS 的业务逻辑，又能把空间数据、坐标系统、服务发布这些事情用代码真正跑起来的人才并不多。
更深入地说，GIS 真正的价值，不在于它本身，而在于它的"连接性"------它天然具备与各种前沿技术融合的能力。单纯做传统的 GIS 工作，无论是数据处理还是制图分析，职业发展的天花板往往比较明显。但几乎每一次技术浪潮------比如人工智能、遥感解译、时空大数据、物联网、低空经济、数字孪生------都离不开对"位置"和"空间关系"的理解，而这正是 GIS 的核心。事实上，不少从事这些新兴领域的工程师或研究人员，都有 GIS 或地理信息相关的背景。他们之所以能脱颖而出，往往不是因为只懂 GIS，而是把 GIS 的空间思维，和编程、算法、系统架构等底层能力结合起来。
所以，与其把自己局限在"GIS 从业者"的标签里，不如沉下去，去掌握那些支撑 GIS 应用的基础技术：坐标系统、数据结构、服务架构、图形渲染、甚至数学和算法。只有这样，才能在技术变革中真正站稳脚跟，而不是被工具替代。
3. 书籍序言
地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS）自诞生以来，已从一门边缘技术逐步成长为支撑现代社会空间认知与决策的重要工具。无论是城市规划、环境监测、应急管理，还是商业选址、智慧交通、数字孪生，GIS 的身影无处不在。它不仅连接了现实世界的地理空间与数字世界的抽象表达，更在人工智能、大数据、物联网等新兴技术浪潮中不断焕发新的生命力。
当前，GIS 行业正处于深刻变革的关键阶段：在国家"信创"战略推动下，国产化替代加速，自主可控技术栈日益成熟；实景三维中国建设带动三维 GIS 快速发展，空间表达从二维迈向全空间立体化；人工智能与 GIS 深度融合，显著提升了遥感解译、空间预测等能力；同时，云原生架构的普及正推动 GIS 服务向微服务化、弹性伸缩和高并发共享演进，WebGIS 与空间数据中台逐步成为行业基础设施。这些趋势不断拓展 GIS 的边界，也带来全新的机遇与挑战。
然而，对于初学者而言，GIS 往往显得庞杂而抽象。它横跨地理学、测绘学、遥感、计算机科学、数据科学等多个学科，既有严谨的数学基础，又有复杂的工程实现；既要理解坐标系统的理论逻辑，又要掌握数据处理与可视化的实操技能。许多人在学习过程中容易陷入"知其然，不知其所以然"的困境------记住了操作步骤，却难以理解背后的原理；学会了软件使用，却无法应对真实场景中的复杂问题。
本书正是为弥合这一鸿沟而写。作为作者，我深知理论脱离实践的无力，也体会过面对海量 GIS 概念时的迷茫。因此，本书不以堆砌术语为目标，也不满足于对软件功能的简单复述，而是坚持"原理为基、实践为桥"的理念，力求在清晰阐释核心概念的同时，通过大量可运行、可调试、可扩展的技术案例，引导读者亲手构建对 GIS 的系统性理解。
全书围绕一条清晰的知识主线展开：从空间参考系统这一"地理世界的语言"出发，依次剖析矢量、栅格、地形与三维模型四种核心数据模型的本质与应用；继而探讨现代 GIS 如何通过服务化方式共享数据，如何通过可视化呈现价值，最终落脚于空间查询与分析这一 GIS 的灵魂所在。每一章都配有详尽的代码实现，所有案例均托管于开源平台https://github.com/fafa1899/GISBasic ），鼓励读者边读边做，在实践中深化认知。
需要坦诚说明的是，由于成书时间较为紧促，加之本人学识有限，书中难免存在疏漏与不足。尤其空间分析与智能应用这一块，虽有初步涉猎，但未能深入展开，实为一大遗憾。未来版本中，我将尽力补充相关内容，也恳请广大读者不吝指正，共同完善这本面向实践的 GIS 入门之作。
愿你在阅读本书的过程中，不仅能学会"怎么做"，更能领悟"为什么这么做"；不仅掌握技术，更能建立起属于自己的 GIS 知识体系。当你能够自如地将地理空间思维应用于实际问题时，便是本书最大的成功。
谨以此书，献给所有对地理世界充满好奇、愿意动手探索的你。
4. 内容节选
- GIS中的"高度"到底指什么？一文厘清正高、正常高与大地高的区别：深入解析 GIS 中高程参考系统的核心概念------大地水准面、似大地水准面与参考椭球面的关系，厘清正高、正常高与大地高的区别及转换方法，并介绍我国高程基准与全球重力模型。
- GIS开发必知：WKT 与 EPSG 如何表达空间参考坐标系？附 GDAL 实现：深入解析 GIS 中空间参考坐标系的标准化表达方式------WKT 与 EPSG 编码，并通过 GDAL 代码实战演示如何创建与输出地理坐标系和高斯-克吕格投影坐标系。
- 从Shapefile到GeoJSON：用GDAL实现GIS矢量数据读写与空间分析：通过 GDAL/OGR 实现了 GIS 矢量数据的完整处理流程------从 Shapefile 读取、WGS84 到 Web 墨卡托坐标转换，到 GeoJSON 写入，并演示了点与多边形拓扑关系（如 Contains）的判断方法。
- 不只是图片：深入理解 GIS 栅格数据本质与 GDAL 读写实战：深入剖析 GIS 栅格数据的本质------它不只是普通图片，还能表示高程、降雨、土地类型等空间信息，并通过 GDAL 演示了 GeoTIFF 的读取与创建实战。
- 从DEM到等高线：手撕矢量与栅格两种地形表达：深入解析等高线地形图的矢量与栅格两种生成原理，并通过 C++ 代码从零实现 DEM 到等高线的完整流程，揭示 GIS 地形表达的核心逻辑。
- 从DEM到三维地形：用PLY、OBJ、glTF构建GIS可视化模型：通过从DEM生成PLY白模、OBJ纹理模型到glTF标准资产的完整代码示例，系统揭示了三维GIS模型构建的核心原理与技术演进。
- 三维模型瓦片服务三剑客：3D Tiles、I3S与S3M全解析:系统解析了三维GIS中三大主流瓦片标准------Cesium 3D Tiles、Esri I3S 和超图 S3M 的核心机制、数据结构与适用场景，涵盖瓦片树、包围体、几何误差、要素化设计及样式表达等关键技术。
- GIS前沿技术：探讨了GIS技术的最新前沿发展方向及其应用价值，涵盖三维GIS、数字孪生、人工智能、时空大数据云平台以及低空经济等多个领域；展示了GIS在智慧城市、自然资源管理、无人机应用等方面的重要作用和广阔前景。
- 地图服务器GeoServer的安装与配置：详细介绍了地图服务器GeoServer的安装与配置过程。
- GeoServer发布地图服务（WMS、WFS）：详细论述了使用GeoServer发布地图服务WMS和WFS的过程。
- 网络地图服务（WMS）详解：根据具体实例详细论述了GIS中网络地图服务（WMS）的内容。
- 网络要素服务（WFS）详解：通过实例详细介绍了WebGIS中网络要素服务（WFS）的具体内容。
- 倾斜单体化模型技术实现：详细介绍了倾斜单体化模型的四种实现思路。
本书《GIS基础原理与技术实践 》已于 2025 年 11 月由北京航空航天大学出版社正式出版。全书共十章，系统覆盖空间参考、四大核心数据模型（矢量/栅格/地形/三维）、地理信息服务、可视化及空间分析，并配套 C++/Python/C#/Java/JavaScript 多语言示例代码，所有资源开源托管于 GitHub。
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