1.坐标系

世界大地测量系统（World Geodetic System, WGS）是一种用于地图学、大地测量学和导航（包括全球定位系统）的大地测量系统标准。WGS 包含一套地球的标准经纬坐标系、一个用于计算原始海拔数据的参考椭球体，和一套用以定义海平面高度的引力等势面数据。

地球的形状不是完美的球形。因此，当我们试图近似地球的形状时，需要一个更好的模型。这个模型就是 WGS84 坐标系：它的坐标中心点为地球质心，采用一个十分近似于地球自然形状的参考椭球体，作为描述和推算地面点位置和相互关系的基准面。

WGS84 是世界上第一个统一的地心坐标系（最后修订于 2004 年），因此也被称为大地坐标系、原始坐标系。不同的地区地理信息差别较大（海拔、地表趋势等），为了更精确的表达信息，各地使用的参考椭球体（或参数）不同。欧洲石油调查组（EPSG）的成员在 1985 年发起了一个介于1024 和 32767 之间的 EPSG 注册表，这个注册表包含了大地基准面、空间参考系统、地球椭球体、坐标变换和相关测量单位等信息。对于 WGS84 而言，它的 EPSG 注册代码为 4325。由美国提供服务的全球定位系统（GPS）使用的就是 WGS84 参考系。国家测绘局为了安全考虑，要求互联网企业在国内不允许直接使用 WGS84 坐标下的地理数据，于是开发了加密的 GCJ-02。这套体系是在 WGS84 之上做了变换，大约有几百米的偏移量，百度地图又在 GCJ-02 上多增加了一次变换，用于自己的地图商业解决方案，标识为 BD-09（百度 09 年的简写）。

2.GPS的工作原理

GPS 是美国第二代卫星导航系统。它是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的。GPS 卫星在大约 20200公里的高度的中地球轨道（MEO）飞行，每颗卫星每天绕地球两圈。GPS 卫星排列成围绕地球的六个等间距轨道平面，每个平面包含由基线卫星占据的四个 slots，这种 24 slots 的卫星布局，确保用户可以从地球上的几乎任何一点查看至少四颗卫星。

（图片来源于wikipedia）

3.位置数据的格式

Simple Features 是一组标准，用于指定地理要素的通用存储和访问模型，该模型主要由地理信息系统使用的二维几何（点、线、面、多点、多线等）组成。它由开放地理空间联盟（OGC）和国际标准化组织（ISO）正式确定。该套标准约定的常见数据格式是 WKT(Well-known text)，点、线、面等几种类型（GEOs 中称为 Geometry）。

4.Uber的全球H3体系

H3 是 Uber 开源的一个地理空间索引系统，它可以将地球表面分成一系列六边形的网格，并对每个六边形进行编码，从而实现对地球表面的高效索引和查询。H3 的设计目标是提供一种高效、可扩展、灵活的地理空间索引方案。

H3 的六边形网格是根据一定的分辨率级别进行划分的，分辨率级别越高，网格越小，精度越高。H3 支持 16 个不同的分辨率级别，从全球范围到具体的街区和建筑物等级别都可以进行索引。每个六边形都有一个唯一的 H3 编码，可以用于快速查找和比较不同的地理位置。每个六边形大致覆盖 7 个子六边形，也就是说子六边形面积大约是父六边形的 1/7。以下的示例是根据前文中提供的两个点返回的 resolution 为 8、9、15 六边形区块的索引。

H3 广泛应用于各种地理信息系统，如共享经济、交通运输、城市规划等领域。

5.空间拓扑关系

常用的拓扑关系有：Intersects，Disjoint，Contains，Within，Equal，Overlap，Touch，Cross。

6.平面可视化

和实际地图做联动，就需要从地理坐标系的三维投影到电脑屏幕的二维上，这时需要使用投影坐标系（Projected coordinate systems），常用的是墨卡托投影（Mercator）。需要注意的是，墨卡托投影纬度越高，放大效应越厉害。

7.工具和解决方案

最成熟的商业软件 ArcGIS，如果工作只是涉及其中的一部分，也有不同的开源的工具可以使用，成体系的有 Apache 协议下的 GeoMesa、Sedona。

（来源：https://mp.weixin.qq.com/s/11ykrGAUyqXEIKK5pncK_A）