地理信息系统导论

第1章 绪论 1

1．1 地理信息系统（GIS） 2

1．1．1 GIS的组成 3

1．1．2 GIS的简史 3

1．1．3 GIS软件产品 4

1．2 GIS的应用 5

1．3 GIS的要素 7

1．3．1 数据模型 8

1．3．2 数据获取 10

1．3．3 属性数据管理 10

1．3．4 数据显示 10

1．3．5 数据探查 10

1．3．6 数据分析 10

1．4 Web制图 12

1．4．1 在线制图 12

1．4．2 协作Web制图 12

1．4．3 志愿者地理信息（VGI） 12

1．4．4 Web 应用程序的意义 13

1．5 本书的结构 13

1．6 概念与实践 13

重要概念和术语 14

复习题 15

应用：绪论 16

参考文献 20

第2章 坐标系统 21

2．1 地理坐标系统 22

2．1．1 地球的近似表示 23

2．1．2 大地基准 24

2．2 地图投影 26

2．2．1 地图投影类型 27

2．2．2 地图投影参数 28

2．3 常用地图投影 29

2．3．1 横轴墨卡托投影 30

2．3．2 兰勃特正形圆锥投影 30

2．3．3 阿伯斯等积圆锥投影 31

2．3．4 等距圆锥投影 31

2．3．5 Web墨卡托 31

2．4 投影坐标系统 32

2．4．1 通用横轴墨卡托格网系统（UTM） 33

2．4．2 通用极射格网系统（UPS） 34

2．4．3 国家平面坐标系统（SPC） 34

2．4．4 公用土地调查系统（PLSS） 36

2．5 在GIS中运用坐标系统 36

2．5．1 投影文件 36

2．5．2 预定义坐标系统 37

2．5．3 即时（on-the-fly）投影 38

重要概念和术语 38

复习题 40

应用：坐标系统 41

参考文献 45

第3章 矢量数据模型 46

3．1 简单要素的表示 48

3．2 拓扑 48

3．2．1 拓扑统一地理编码格式（TIGER） 50

3．2．2 拓扑的重要性 51

3．3 地理关系数据模型 52

3．3．1 Coverage 53

3．3．2 Coverage 数据结构 53

3．3．3 非拓扑矢量数据 55

3．4 基于对象数据模型 55

3．4．1 类和类之间的关系 56

3．4．2 接口 56

3．4．3 Geodatabase 57

3．4．4 拓扑规则 59

3．4．5 Geodatabase数据模型的优点 60

3．5 复合要素的表示 61

3．5．1 不规则三角网（TINs） 61

3．5．2 分区 62

3．5．3 路径 64

重要概念和术语 66

复习题 67

应用：地理关系矢量数据模型 68

挑战性任务 71

参考文献 72

第4章 栅格数据模型 73

4．1 栅格数据模型要素 74

4．1．1 像元值 75

4．1．2 像元大小 75

4．1．3 像元深度 76

4．1．4 栅格波段 76

4．1．5 空间参照 76

4．2 栅格数据类型 77

4．2．1 卫星影像 77

4．2．2 数字高程模型（DEMs） 79

4．2．3 USGS的数字高程模型（USGS DEMs） 81

4．2．4 全球数字高程模型 81

4．2．5 数字正射影像 82

4．2．6 土地覆被数据 83

4．2．7 二值扫描文件 83

4．2．8 数字栅格图（DRG） 83

4．2．9 图形文件 84

4．2．10 特定GIS软件的栅格数据 84

4．3 栅格数据结构 84

4．3．1 逐个像元编码 85

4．3．2 游程编码（RLE） 85

4．3．3 四叉树 86

4．3．4 头文件 88

4．4 栅格数据压缩 88

4．5 栅格数据文件格式 90

4．6 数据转换与综合 91

4．6．1 栅格化 91

4．6．2 矢量化 91

4．6．3 栅格数据与矢量数据的综合 92

重要概念和术语 93

复习题 94

应用：栅格数据模型 95

挑战性任务 97

参考文献 97

第5章 GIS数据获取 100

5．1 现有的地理信息系统数据 101

5．1．1 地理门户网站 101

5．1．2 美国地质调查局 102

5．1．3 美国人口普查局 102

5．1．4 自然资源保持局 103

5．1．5 州域公共数据举例 103

5．1．6 大都市公共数据举例 103

5．1．7 县级公共数据举例 104

5．1．8 私人公司的GIS数据 104

5．2 元数据 104

5．3 现有数据的转换 105

5．3．1 直接转换 105

5．3．2 中性格式 105

5．4 创建新数据 107

5．4．1 遥感数据 107

5．4．2 野外数据 108

5．4．3 有x、y坐标的文本文件 111

5．4．4 用数字化仪数字化 111

5．4．5 扫描数字化 113

5．4．6 屏幕数字化 115

5．4．7 源地图的重要性 115

重要概念和术语 116

复习题 117

应用：矢量数据输入 118

挑战性任务 121

参考文献 122

第6章 几何变换 123

6．1 几何变换 124

6．1．1 地图到地图和图像到地图的变换 124

6．1．2 变换方法 125

6．1．3 仿射变换 126

6．1．4 控制点 127

6．2 均方根（RMS）误差 129

6．3 数字化地图上的均方根误差 131

6．4 像元值重采样 132

6．4．1 重采样方法 132

6．4．2 重采样的其他用途 134

重要概念和术语 134

复习题 135

应用：几何变换 135

挑战性任务 140

参考文献 141

第7章 空间数据准确度和质量 142

7．1 定位错误 143

7．1．1 使用二手数据源的定位错误 143

7．1．2 产生数字化错误的原因 144

7．1．3 使用第一手数据源的定位错误 144

7．2 空间数据准确度标准 145

7．3 拓扑错误 146

7．3．1 空间要素的拓扑错误 146

7．3．2 图层之间的拓扑错误 147

7．4 拓扑编辑 149

7．4．1 Coverage 的拓扑编辑 149

7．4．2 用地图拓扑编辑 152

7．4．3 用拓扑规则编辑 153

7．5 非拓扑编辑 153

7．5．1 编辑现有要素 153

7．5．2 由现有要素创建新要素 154

7．6 其他编辑操作 155

7．6．1 图幅拼接 155

7．6．2 线的简化和平滑 156

重要概念和术语 158

复习题 159

应用：空间数据的准确度和质量 160

挑战性任务 165

参考文献 165

第8章 属性数据管理 166

8．1 GIS中的属性数据 168

8．1．1 属性表的类型 168

8．1．2 数据库管理 169

8．1．3 属性数据的类型 169

8．2 关系数据库模型 171

8．2．1 SSURGO：一个关系数据库实例 173

8．2．2 规范化 173

8．2．3 关系类型 176

8．3 合并、关联和关系类 178

8．3．1 合并 178

8．3．2 关联 178

8．3．3 关系类 179

8．4 属性数据输入 179

8．4．1 字段定义 179

8．4．2 数据输入方法 179

8．4．3 属性数据校核 180

8．5 字段与属性数据的处理 180

8．5．1 添加和删除字段 180

8．5．2 属性数据的分类 181

8．5．3 属性数据的计算 181

重要概念和术语 181

复习题 182

应用：属性数据的输入与管理 183

挑战性任务 188

参考文献 189

第9章 数据显示与地图编制 190

9．1 地图的符号表示 192

9．1．1 空间要素与地图符号 192

9．1．2 色彩的运用 194

9．1．3 数据的分类 195

9．1．4 制图概括 196

9．2 定量的地图的种类 196

9．3 地图的注记 199

9．3．1 字体的变化 199

9．3．2 字体变化的选择 200

9．3．3 文字在地图主体的放置 201

9．4 地图设计 204

9．4．1 排版 204

9．4．2 视觉层次 206

9．5 动画地图 208

9．6 地图的生产 209

重要概念和术语 211

复习题 212

应用：数据显示和地图编制 213

挑战性任务 219

参考文献 220

第10章 数据探查 222

10．1 数据探查 223

10．1．1 描述性统计量 224

10．1．2 图形 225

10．1．3 动态图形 228

10．2 基于地图的数据操作 229

10．2．1 数据分类 230

10．2．2 空间集聚 230

10．2．3 地图比较 231

10．3 属性数据查询 232

10．3．1 SQL 233

10．3．2 查询表达式 234

10．3．3 运算类型 235

10．3．4 查询操作举例 236

10．3．5 关系数据库查询 237

10．4 空间数据查询 238

10．4．1 由指针选择要素 238

10．4．2 由图形选择要素 238

10．4．3 由空间关系选择要素 239

10．4．4 属性数据查询与空间数据查询的结合 239

10．5 栅格数据查询 240

10．5．1 由像元数值查询 240

10．5．2 用选择要素查询 241

重要概念和术语 241

复习题 242

应用：数据探查 243

挑战性任务 247

参考文献 248

第11章 矢量数据分析 249

11．1 建立缓冲区 250

11．1．1 缓冲区建立中的差别 251

11．1．2 建立缓冲区的应用 252

11．2 地图叠置 253

11．2．1 要素类型和地图叠置 254

11．2．2 地图叠置方法 255

11．2．3 叠置和数据格式 256

11．2．4 碎屑多边形 257

11．2．5 地图叠置中的误差传递 258

11．2．6 地图叠置的应用 259

11．3 距离量测 260

11．4 模式分析 260

11．4．1 点模式分析 261

11．4．2 量测空间自相关的莫兰指数 262

11．4．3 量测高/低聚集度的 G 统计量 264

11．4．4 模式分析的应用 265

11．5 要素操作 266

重要概念和术语 269

复习题 270

应用：矢量数据分析 271

挑战性任务 275

参考文献 275

第12章 栅格数据分析 278

12．1 数据分析环境 279

12．2 局域运算 280

12．2．1 单一栅格的局域运算 280

12．2．2 重新分类 281

12．2．3 多个栅格的局域运算 281

12．2．4 局域运算的应用 282

12．3 邻域运算 283

12．3．1 邻域统计值 284

12．3．2 邻域运算的应用 284

12．4 分区运算 286

12．4．1 分区统计量 286

12．4．2 分区运算的应用 287

12．5 自然距离量测运算 288

12．5．1 配置与方向 289

12．5．2 自然距离量测运算的应用 289

12．6 其他的栅格数据运算 290

12．6．1 栅格数据管理 290

12．6．2 栅格数据提取 290

12．6．3 栅格数据的综合归纳 291

12．7 地图逻辑运算 292

12．8 基于矢量与基于栅格的数据分析的比较 292

12．8．1 地图叠置 293

12．8．2 建立缓冲区 294

重要概念和术语 294

复习题 295

应用：栅格数据分析 295

挑战性任务 298

参考文献 299

第13章 地形制图与分析 300

13．1 用于地形制图与分析的数据 301

13．1．1 数字高程模型（DEM） 301

13．1．2 不规则三角网（TIN） 302

13．2 地形制图 303

13．2．1 等高线法 303

13．2．2 垂直剖面法 305

13．2．3 地貌晕渲图法 305

13．2．4 分层设色法 307

13．2．5 透视图法 307

13．3 坡度和坡向 309

13．3．1 用栅格计算坡度和坡向的算法 310

13．3．2 用TIN计算坡度和坡向的算法 313

13．3．3 影响坡度和坡向量测的因素 314

13．4 表面曲率 315

13．5 栅格与TIN对比 317

重要概念和术语 317

复习题 318

应用：地形制图和分析 319

挑战性任务 323

参考文献 324

第14章 视域和流域 326

14．1 视域分析 327

14．1．1 视线操作 327

14．1．2 基于栅格的视域分析 328

14．1．3 基于TIN的视域分析 328

14．1．4 累积视域 329

14．1．5 视域分析的准确度 330

14．2 视域分析中的参数 330

14．3 视域分析的应用 332

14．4 流域分析 333

14．4．1 已填洼DEM 333

14．4．2 流向 334

14．4．3 流量累积 334

14．4．4 河网 335

14．4．5 河流链路 335

14．4．6 全流域 336

14．4．7 基于点的流域 336

14．5 影响流域分析的因素 338

14．5．1 DEM分辨率 338

14．5．2 流向方法 339

14．5．3 流量累积临界值 340

14．6 流域分析的应用 341

重要概念和术语 342

复习题 343

应用： 视域和流域 343

挑战性任务 347

参考文献 348

第15章 空间插值 351

15．1 空间插值的元素 352

15．1．1 控制点 352

15．1．2 空间插值的类型 353

15．2 全局插值法 354

15．2．1 趋势面模型 354

15．2．2 回归模型 356

15．3 局部插值法 357

15．3．1 泰森多边形 357

15．3．2 密度估算 358

15．3．3 距离倒数权重插值 361

15．3．4 薄板样条函数 363

15．4 克里金法 365

15．4．1 半变异图 366

15．4．2 模型 367

15．4．3 普通克里金法 368

15．4．4 泛克里金法 370

15．4．5 其他克里金法 372

15．5 空间插值方法的比较 373

重要概念和术语 374

复习题 376

应用：空间插值 376

挑战性任务 381

参考文献 382

第16章 地理编码和动态分段 384

16．1 地理编码 385

16．1．1 地理编码参照数据库 385

16．1．2 地址匹配过程 386

16．1．3 地址匹配选项 388

16．1．4 偏移标注选项 389

16．1．5 地理编码质量 389

16．2 地理编码的变异形式 390

16．3 地理编码的应用 391

16．3．1 定位服务 391

16．3．2 商业应用 392

16．3．3 无线应急服务 392

16．3．4 犯罪制图和分析 392

16．3．5 公共健康 392

16．4 动态分段 393

16．4．1 路径 393

16．4．2 创建路径 394

16．4．3 事件 396

16．4．4 创建事件表 396

16．5 动态分段的应用 398

16．5．1 数据管理 398

16．5．2 数据显示 398

16．5．3 数据查询 399

16．5．4 数据分析 399

重要概念和术语 400

复习题 400

应用：地理编码和动态分段 401

挑战性任务 406

参考文献 407

第17章 最小耗费路径分析和网络分析 409

17．1 最小耗费路径分析 410

17．1．1 源栅格 410

17．1．2 耗费栅格 410

17．1．3 耗费距离量测 411

17．1．4 生成最小累积耗费路径 412

17．1．5 最小耗费路径分析的选项 415

17．2 最小耗费路径分析的应用 416

17．3 网络 416

17．3．1 链路和链路阻抗 417

17．3．2 节点和转弯阻抗 417

17．3．3 单行道或禁行道 417

17．3．4 天桥和地下通道 418

17．4 网络拼接 418

17．4．1 聚集线要素 418

17．4．2 编辑和创建网络 419

17．4．3 对网络要素赋予属性 419

17．5 网络分析 420

17．5．1 最短路径分析 421

17．5．2 旅行推销员问题 422

17．5．3 车辆路径问题 423

17．5．4 最近设施 423

17．5．5 配置 424

17．5．6 定位-配置 425

重要概念和术语 427

复习题 427

应用： 路径分析和网络应用 428

挑战性任务 434

参考文献 434

第18章 GIS模型与建模 436

18．1 GIS 建模的基本元素 437

18．1．1 GIS 模型的分类 437

18．1．2 建模过程 438

18．1．3 GIS 在建模中的作用 438

18．1．4 GIS 与其他建模程序的结合 439

18．2 二值模型 440

18．2．1 基于矢量的方法 440

18．2．2 基于栅格的方法 441

18．2．3 二值模型的应用 442

18．3 指数模型 443

18．3．1 加权线性综合法 443

18．3．2 其他方法 446

18．3．3 指数模型的应用 448

18．4 回归模型 449

18．4．1 线性回归模型 450

18．4．2 局部回归模型 450

18．4．3 对数回归模型 451

18．5 过程模型 451

18．5．1 修正的通用土壤流失方程式 452

18．5．2 临界降雨量模型 453

重要概念和术语 454

复习题 454

应用：GIS模型与建模 455

挑战性任务 460

参考文献 460

附录A 常用换算关系 464

附录B UTM（通用横轴麦卡托）分带 465

本书旨在提供地理信息系统（GIS）概念和实践的坚实基础，自第1版出版发行12年来已成为国内外广受欢迎的经典教材，2014年最新版（第7版）及时反映了GIS技术的新发展和日益广泛的应用。本书共18章，第1章至第4章主要解释GIS的概念和数据模型；第5章至第8章涵盖了数据获取、编辑和管理；第9章和第10章包括数据显示和探查；第11章和第12章提供核心数据分析的概览；第13章至第15章重点阐述地形制图和分析；第16章和第17章涉及线性要素和移动；第18章介绍GIS 模型和建模。每章包含2 至7 个习作任务，全书共81个习作，采用ArcGIS10.0软件平台。附光盘1张，含全套习作数据。

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