地理信息系统原理与方法

目 录

第1章 绪论 1

1．1 GIS基本概念 1

1．1．1 信息与数据 1

1．1．2 空间数据与地图 2

1．1．3 地理信息与地学信息 2

1．1．4 信息系统和GIS 3

1．2 GIS的发展过程 4

1．2．1 GIS在国外的发展 4

1．2．2 GIS在我国的发展 5

1．3 地球信息科学与GIS 6

1．3．1 地球信息科学 6

1．3．2 GIS软件 7

1．3．3 GIS类型 7

1．4 GIS与其他相关学科间的关系 9

1．4．1 GIS与地图学 9

1．4．2 GIS与一般事务数据库 10

1．4．3 GIS与计算机地图制图 10

1．4．4 GIS与计算机辅助设计（CAD） 10

1．4．5 GIS与测绘学 11

1．4．6 GIS与地理学 11

1．5 GIS组成 12

1．5．1 计算机硬件系统 12

1．5．2 计算机软件系统 14

1．5．3 地理空间数据 16

1．5．4 应用分析模型 17

1．5．5 系统开发、管理和使用人员 17

1．6 GIS功能和应用 17

1．6．1 地理信息系统功能 17

1．6．2 地理信息系统应用 19

习题1 23

第2章 空间数据结构 24

2．1 空间认知模型 24

2．1．1 现实世界的认知过程 24

2．1．2 空间认知三层模型 25

2．2 空间实体模型 26

2．2．1 面向对象实体模型 26

2．2．2 MapGIS空间实体模型 27

2．3 栅格数据结构 43

2．3．1 栅格数据的基本概念 43

2．3．2 栅格数据层的概念 44

2．3．3 栅格数据结构的表示 45

2．3．4 栅格数据的组织方法 46

2．3．5 栅格数据取值方法 46

2．3．6 栅格数据存储的压缩编码 47

2．4 矢量数据结构 52

2．4．1 实体式数据结构 52

2．4．2 拓扑数据结构 54

2．5 矢量与栅格数据结构的比较和选择 57

2．5．1 矢量与栅格数据结构的比较 58

2．5．2 矢量、栅格一体化数据结构 58

2．5．3 矢量和栅格数据结构的选择 59

2．6 三维空间数据模型及结构 59

2．6．1 三维矢量模型及结构 59

2．6．2 三维体元模型及结构 61

2．6．3 三维混合数据模型及结构 65

习题2 67

第3章 GIS的地理数学基础 68

3．1 几何空间 68

3．1．1 距离空间（度量空间） 68

3．1．2 欧氏空间 69

3．1．3 基于集合的几何空间 72

3．1．4 拓扑空间 76

3．2 地球椭球体与大地控制 78

3．2．1 地球椭球体 78

3．2．2 大地控制 79

3．3 地图投影 82

3．3．1 地图投影的概念 82

3．3．2 地图投影的变形 83

3．3．3 地图投影的分类 84

3．3．4 GIS中的地图投影 86

3．4 空间坐标转换 92

3．4．1 坐标系转换 92

3．4．2 投影转换 93

习题3 97

第4章 GIS数据输入 98

4．1 GIS数据来源 98

4．2 数据规范化和标准化 100

4．3 数据输入 101

4．3．1 野外数据采集 101

4．3．2 地图数字化 103

4．3．3 数字摄影测量 105

4．3．4 遥感影像处理 106

4．3．5 现有数据转换 107

4．4 数据质量 107

4．4．1 数据质量问题 107

4．4．2 误差来源 110

习题4 110

第5章 GIS数据处理 111

5．1 数据编辑 111

5．1．1 窗口操作 111

5．1．2 图形数据编辑 114

5．1．3 属性数据编辑 117

5．2 拓扑关系的建立 118

5．3 空间数据的误差分析和校正? 120

5．3．1 空间数据的误差分析 120

5．3．2 空间数据的误差校正 122

5．4 空间数据的压缩与光滑 123

5．4．1 数据压缩 124

5．4．2 曲线光滑（曲线拟合） 125

5．5 图形变换 125

5．5．1 几何变换 125

5．5．2 投影变换 128

5．6 图幅拼接处理 129

5．7 栅格数据与矢量数据的互相转换 131

5．7．1 矢量数据转换成栅格数据 131

5．7．2 栅格数据转换成矢量数据 133

习题5 134

第6章 空间数据管理 135

6．1 概述 135

6．1．1 空间数据管理方式 135

6．1．2 数据库管理系统 136

6．1．3 空间数据库系统 136

6．2 空间数据模型 137

6．2．1 传统数据模型 137

6．2．2 面向对象模型 139

6．3 空间数据组织 143

6．3．1 地图数据的基本组成 143

6．3．2 图形数据模型 144

6．3．3 专题属性数据模型 145

6．3．4 图形数据与专题属性数据的连接 145

6．3．5 地理实体信息框架 146

6．4 空间索引和空间查询 147

6．4．1 空间索引 147

6．4．2 空间查询 152

6．4．3 空间查询处理 155

6．4．4 查询优化 157

6．5 空间数据引擎 158

6．5．1 空间数据引擎的概念 158

6．5．2 空间数据引擎工作原理 159

6．5．3 空间数据引擎实例 160

6．6 元数据 162

6．6．1 元数据的定义及其作用 162

6．6．2 元数据的分类 163

6．6．3 元数据的内容 164

6．7 空间数据库设计 166

6．7．1 空间数据库概念结构设计 166

6．7．2 空间数据库逻辑结构设计 169

6．7．3 空间数据库物理结构设计 175

6．8 空间数据管理技术新发展 176

6．8．1 空间数据仓库 176

6．8．2 数据中心 178

6．8．3 NoSQL非关系数据库 181

习题6 184

第7章 空间分析 185

7．1 空间分析的内容与步骤 185

7．2 空间度量算法 187

7．2．1 长度量算 187

7．2．2 角度量算 191

7．2．3 任意多边形面积量算 192

7．2．4 分布中心的计算 192

7．3 数据检索及表格分析 193

7．3．1 属性统计分析 193

7．3．2 布尔逻辑查询 194

7．3．3 空间数据库查询语言 194

7．3．4 重分类、边界消除与合并 195

7．4 叠置分析 195

7．4．1 栅格系统的叠加分析 196

7．4．2 矢量系统的叠加分析（拓扑叠加） 199

7．5 缓冲分析 203

7．5．1 缓冲分析的概念 203

7．5．2 建立缓冲区的算法 204

7．6 网络分析 204

7．6．1 网络数据模型――几个基本概念 204

7．6．2 常规的网络分析功能 205

7．7 地理信息系统的数学模型 210

7．7．1 建立数学模型的一般过程 210

7．7．2 数理统计分析模型 211

7．7．3 回归分析模型 214

7．7．4 线性规划模型 218

7．8 空间自相关分析 220

7．9 空间聚类分析 222

7．9．1 划分空间聚类方法 223

7．9．2 层次空间聚类方法 223

7．9．3 基于密度的空间聚类方法 223

7．9．4 基于网格的空间聚类方法 224

习题7 224

第8章 数字高程模型 226

8．1 概述 226

8．1．1 数字高程模型的概念 226

8．1．2 数字高程模型的特点 226

8．2 DEM数据分布特征 227

8．2．1 格网状数据 227

8．2．2 离散数据 227

8．3 DEM的表示方法 227

8．3．1 数学方法 228

8．3．2 图形方法 228

8．3．3 DEM三维表达方法 232

8．4 TIN的生成方法 233

8．4．1 人工方法 233

8．4．2 程序自动建立方法 233

8．5 Grid的生成 236

8．5．1 网格化插值计算 236

8．5．2 网格尺寸的确定 237

8．5．3 空间插值方法 238

8．5．4 几种典型数据网格化插值方法选择 243

8．6 DEM的数据源和采样方法 243

8．7 DEM的应用 244

8．7．1 DEM的主要用途 244

8．7．2 DEM的应用 244

8．8 DEM分析的误差与精度 250

8．8．1 DEM的误差研究概况 250

8．8．2 DEM的误差来源 250

8．8．3 DEM的误差分析 251

8．8．4 DEM的误差评价模型 252

习题8 253

第9章 网络GIS 254

9．1 概述 254

9．1．1 网络GIS概念 254

9．1．2 网络GIS体系结构 255

9．1．3 网络GIS内容体系 257

9．2 分布式网络GIS 257

9．2．1 分布式网络GIS概念 258

9．2．2 分布式主要技术 259

9．3 WebGIS 260

9．3．1 WebGIS的概念 260

9．3．2 WebGIS分类与特点 261

9．3．3 WebGIS技术框架 263

9．3．4 WebGIS实现技术 266

9．4 网络GIS发展趋势 270

9．4．1 处理海量数据的功能 271

9．4．2 空间分析功能 271

9．4．3 网络三维可视化 271

9．5 MapGIS IGSS简介 271

习题9 273

第10章 三维GIS 274

10．1 概述 274

10．2 三维GIS数据管理 275

10．2．1 三维空间数据模型 275

10．2．2 三维空间数据组织 276

10．2．3 三维空间数据管理 278

10．3 三维GIS模型构建 279

10．3．1 基于二维GIS数据的三维建模 279

10．3．2 基于遥感影像的三维建模 279

10．3．3 基于激光扫描系统的三维建模 280

10．3．4 基于CAD模型的三维建模 280

10．4 三维GIS可视化 281

10．4．1 三维空间数据可视化的基本流程 281

10．4．2 三维场景管理与可视化策略 281

10．4．3 基于体素地理数据的可视化 282

10．4．4 虚拟现实展示技术 284

10．5 三维GIS空间分析 285

10．5．1 数字地形分析 285

10．5．2 三维交互分析 286

10．5．3 数学量算 287

10．5．4 基于Web的三维分析 287

10．6 三维GIS平台应用及发展趋势 288

10．6．1 应用现状 288

10．6．2 发展趋势 291

10．7 MapGIS 三维开发平台简介 293

习题10 295

第11章 空间数据挖掘与空间决策

支持系统 296

11．1 空间数据挖掘 296

11．1．1 概述 296

11．1．2 空间数据挖掘的方法与过程 298

11．1．3 空间数据挖掘的应用 301

11．2 空间决策支持系统 302

11．2．1 空间决策支持系统的概念 302

11．2．2 空间决策支持系统的结构 304

11．2．3 空间决策支持系统的功能与应用 305

11．3 智能GIS 306

11．3．1 智能GIS概述 306

11．3．2 智能GIS关键技术 307

习题11 309

第12章 GIS的输出与地图可视化 310

12．1 GIS的输出 310

12．1．1 输出方式 310

12．1．2 GIS的图形输出设备 310

12．2 地图符号 311

12．2．1 地图符号的实质 311

12．2．2 地图符号的分类 312

12．2．3 地图符号的设计要求 313

12．3 专题信息表达 314

12．3．1 专题地图的基本概念 314

12．3．2 专题地图的表示方法 315

12．3．3 专题地图的设计 320

12．4 电子地图 324

12．4．1 电子地图的定义 324

12．4．2 电子地图的种类 324

12．4．3 电子地图的特点 324

12．4．4 电子地图的设计 325

12．5 空间信息可视化 326

12．5．1 地图可视化 326

12．5．2 多媒体地学信息可视化 326

12．5．3 三维仿真地图可视化 326

12．5．4 虚拟环境 327

12．6 计算机地图出版系统 328

12．6．1 计算机出版系统的过程与工艺流程 328

12．6．2 计算机出版系统的优越性 329

习题12 329

第13章 GIS发展趋势 330

13．1 互操作GIS 330

13．1．1 传统GIS在数据标准化上的缺陷和面临的新课题 330

13．1．2 GIS互操作的概念 332

13．1．3 开放式地理信息系统（OGIS）及其特点 333

13．1．4 OGIS的组成部分 334

13．1．5 OGIS的实现技术 335

13．2 集成化GIS 336

13．2．1 GPS、RS与GIS的集成 337

13．2．2 GIS多源空间数据集成 339

13．2．3 GIS与应用模型集成 342

13．2．4 GIS与专家系统的集成 343

13．2．5 GIS应用平台集成 344

13．2．6 GIS与多媒体技术集成 346

13．3 移动GIS 346

13．3．1 移动GIS概述 346

13．3．2 移动GIS的关键技术 348

13．3．3 移动GIS的应用 349

13．4 网格GIS 349

13．4．1 网格GIS概述 349

13．4．2 网格GIS体系结构 350

13．4．3 网格GIS实现技术 351

13．5 云GIS 353

13．5．1 云GIS概述 353

13．5．2 云GIS的应用模式 354

13．6 物联网GIS 355

习题13 356

参考文献 357

普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
针对近年来GIS的发展，新增了“空间数据仓库”、“数据中心”、“三维GIS”、“移动GIS”、“云GIS”、“物联网GIS”等内容。
本书提供电子课件。