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全球地图：矢量、影像、地形

——从原理到实践的多尺度地图构建指南

本课程从“全球视角的正射影像（nadir）”出发，一路走到“街景与室内地图”，结合 DEM、BIM、天地图、吉林一号、NOAA、Sentinel、SAR、多光谱等多源数据，完整搭建一套“全球—城市—街景—室内”的多尺度地图体系。

1. 课程定位

面向对象
- 想系统学习地图制作与空间数据处理的 GIS / 遥感 / 规划 / 测绘从业者与学生
- 需要为产品或业务打造地图底图、街景和室内地图的工程师、数据科学家
- 对全球遥感数据与三维重建有兴趣的开发者和爱好者
核心关键词
- 矢量 / 栅格 / DEM / 地形分析
- 卫星影像：吉林一号全国一张图 / 全球一张图、NOAA、Sentinel、多光谱、SAR
- 在线地图：天地图、Google、OSM 等
- 街景：从 nadir 到街景、街景采集流程、Google Street View API 调用
- 室内地图 & BIM：建筑信息模型与空间数据融合
- Web 地图发布：XYZ / WMTS / 3D Tiles / Cesium 等

2. 学习目标

完成本课程后，你将能够：

理解全球地图中矢量与栅格、地形数据（DEM）的基本原理和存储方式
熟练使用天地图、吉林一号“全国一张图 / 全球一张图”、NOAA、Sentinel 等多源卫星数据
理解多光谱与 SAR 影像的基本概念及典型应用场景
掌握从 nadir 正射影像到三维模型再到街景图的核心流程
能够调用 Google Street View / 其他街景 API 获取和使用街景数据
掌握室内地图构建的基本思路，将 BIM 数据转换为可用的室内地图
能够将多尺度地图（全球 / 城市 / 街景 / 室内）发布为可交互的 Web 地图应用

3. 课程结构（章节概览）

本课程组织为多章 markdown 文件：
index.md（本文件） + chapter1.md + chapter2.md + …

第 1 章：地图世界观——从地球到屏幕

地球形状、椭球与大地基准
投影、坐标参考系（WGS84, Web Mercator 等）
矢量 vs 栅格：数据结构与适用场景
全球地图常用分辨率与尺度概念（缩放级别 Zoom Level）
实战：在桌面 GIS（例如 QGIS）中加载全球底图与简单矢量数据

第 2 章：矢量地图基础与空间分析

点 / 线 / 面与属性表
常见格式：Shapefile, GeoJSON, GeoPackage 等
基础空间分析：缓冲区、叠加分析、裁剪、空间连接
拓扑关系与质量检查
实战：制作一幅简单的城市矢量地图（道路 + 建筑 + POI）

第 3 章：栅格影像与遥感入门（含多光谱）

栅格数据结构：分辨率、波段、瓦片
遥感基础概念：电磁波谱、多光谱 / 高光谱
常见栅格格式：GeoTIFF、Cloud Optimized GeoTIFF、瓦片金字塔（XYZ / TMS
典型指数：NDVI 等基础指数计算
实战：加载一景多光谱影像，做简单的假彩色合成与指数分析

第 4 章：DEM 与地形分析基础

DEM / DSM / DTM 概念与差异
数据来源与常用数据集（如 SRTM、ASTER GDEM 等概念介绍）
地形分析：坡度、坡向、阴影（Hillshade）、可视域分析
DEM 与矢量数据叠加应用（如选址、洪水分析的简单示例）
实战：用 DEM 构建地形背景图，并生成地形晕渲图

第 5 章：在线底图与天地图生态

在线地图服务类型：XYZ / WMTS / WMS 基础
天地图简介与服务类型：矢量、影像、地形、注记
天地图坐标体系与投影注意事项
在桌面 GIS / Web 前端中调用天地图底图
实战：搭建一个以天地图为底图的简单 Web 地图页面

第 6 章：吉林一号影像与“全国一张图 / 全球一张图”

吉林一号卫星星座简介：分辨率、 revisit 周期、典型产品
“全国一张图 / 全球一张图”理念与数据组织方式
吉林一号数据产品类型（标准正射、融合、多光谱等）的基本认识
典型应用场景：城市变化监测、目标识别、专题制图等
实战：
- 从公开样例或演示数据中加载吉林一号影像
- 与天地图 / 其他底图叠加，制作一个“对比浏览”地图

第 7 章：NOAA、Sentinel 等开源卫星数据应用

NOAA 卫星概览与全球气象 / 海洋图像特点
欧洲 Sentinel 系列简介：Sentinel-1（SAR）、Sentinel-2（多光谱）、Sentinel-3 等
数据获取渠道概览（门户与 API 的概念介绍）
典型应用：
- Sentinel-2 用于地表覆盖、植被、水体监测
- NOAA 数据用于云图、海表温度等可视化
实战：构建一幅基于 Sentinel-2 的区域专题图（如地表覆盖对比）

第 8 章：SAR 影像与多光谱影像进阶

SAR 基本原理：主动微波、成像机制、几何特性
SAR 影像特点：斑点噪声、散射机理、粗糙度 / 湿度敏感性
多光谱与 SAR 融合的优势与挑战
典型应用示例：洪涝监测、地表形变（InSAR 概念）、农林监测
实战：
- 简单 SAR 影像可视化与对比拉伸
- 与多光谱影像叠加做“多源对比浏览”

第 9 章：从 nadir 到三维——立体像对、倾斜与点云

nadir 正射影像与倾斜影像的差异
立体像对与三角测量的基本概念（原理讲解为主，非推导）
点云与 DSM / Mesh 模型简介
倾斜摄影与城市级三维模型构建思路
实战（流程演示为主）：从一组影像到简易三维可视化的概念流程

第 10 章：从三维到街景——采集流程与 Street View API

街景数据的基本形态：全景图、深度信息、位姿
从 nadir / 三维模型到街景的思路：
- 实景采集（车载 / 手持 / 背包）
- 摄像机轨迹与姿态
Google Street View / Mapillary / KartaView 等街景体系概览
街景 API 调用：
- Google Street View Static API / JS API 基本参数与调用方式
- 常见限制与法律 / 隐私注意事项（只讲原则）
实战：
- 构造一个简单的 HTML + JS 页面，根据坐标调用 Street View 显示街景
- 通过 URL 拼接的方式获取静态街景图

第 11 章：室内地图构建与 BIM 融合

室内地图与室外地图的差异：楼层、连通性、导航图模式
BIM 基础概念：IFC / Revit 等格式在空间数据中的角色
从 BIM 到 GIS：
- 坐标对齐与高程系统
- 几何简化与语义抽取（房间、门、楼梯、设备等）
室内导航图结构（节点-连边图、可达性）
实战：
- 从简化 BIM 模型导出平面矢量（房间多边形 + 门线
- 在 Web 地图中以“室内平面图 + 楼层切换”的方式展示

第 12 章：多尺度地图发布——从全球到底层室内

多尺度地图体系设计：全球 / 国家 / 城市 / 街景 / 室内
多源数据组织：
- 全球底图（天地图、OSM、吉林一号全球一张图等）
- 区域 / 城市高分影像（吉林一号全国一张图、Sentinel / 其他）
- 街景与室内（Street View、BIM 转 GIS）
Web 发布技术栈概览：
- Web 地图库（Leaflet / MapLibre GL / Cesium 等概念介绍）
- 瓦片服务与 3D Tiles 的基本认知
实战：集成一个“多层级地图 Demo”
- 全球视图：天地图 + 全球影像
- 城市级：吉林一号或 Sentinel 高分影像
- 街景级：点击街道调用街景 API
- 室内级：点击建筑进入室内平面图

第 13 章：综合项目与扩展方向

综合项目建议：
- 以某城市为例，从“球底图 + 高分影像 + DEM + 街景 + 室内”搭建一套多尺度地图
性能与优化思路：瓦片切片策略、缓存与懒加载
数据合规与隐私注意事项概览
扩展方向：
- 基于多源数据的目标检测 / 变化检测
- 三维城市数字孪生与时空大数据

4. 推荐工具与环境（简要）

各章将具体说明，这里只做总览。

桌面 GIS：QGIS 或同类
数据处理：GDAL、OGR、Rasterio、GeoPandas 等（Python 方向）
Web 地图：Leaflet / MapLibre GL / Cesium（任选一种作为主线示例）
编程语言：推荐 Python + JavaScript 基础
数据源：天地图、吉林一号样例数据、NOAA / Sentinel 公开放数据等

5. 使用方式建议

按章节顺序学习，跟着“理论 + 实战”一步步操作
每一章结束时，尝试把本章产生的数据或成果“挂到地图上”
在最后综合项目中，将所有章节的知识串联起来
根据自需要，自由替换数据源（例如使用本地城市数据、行业数据）

接下来建议从 第 1 章：地图世界观——从地球到屏幕 开始阅读与实践。