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第一篇 基本概念和理论3

第一章 地理信息系统概论3

1. 地理信息系统的基本概念3

1.1 信息、数据、地理数据与地理信息3

1.2 信息系统(Infomnation System)及其类型5

2. 地理信息系统及其类型7

2.1 地理信息系统7

2.2 地理信息系统的类型8

2.3 地理信息系统的构成9

3. 地理信息系统的功能概述12

3.1 数据采集、监测与编辑14

3.2 数据处理14

3.3 数据存储与组织15

3.4 空间查询与分析15

3.5 图形与交互显示16

4. 地理信息系统的研究内容16

4.1 研究内容16

4.2 地理信息系统相关学科17

5. 地理信息系统发展简史22

5.1 60年代开拓发展阶段22

5.2 70年代巩固阶段23

5.3 80年代突破阶段23

5.4 90年代社会化阶段24

6. GIS的发展展望26

6.1 GIS理论研究中亟待解决的问题26

6.2 地理信息系统的发展动态28

第二章 从现实世界到比特世界32

1.对现实世界的地理认知33

1.1 认知的含义33

1.2 环境映象与模型35

1.3 地图认知模型35

1.4 地理客体的科学认知36

1.5 地图是客观世界的形象-符号-概括模型37

2. 现实世界的抽象37

2.1 现实世界38

2.2 概念世界39

2.3 地理空间世界(Geospatial World)40

2.4 维度世界(Dimensionality World)41

2.5 项目世界(Project World)41

3. 比特世界42

3.1 比特世界42

3.2 模型的作用43

3.3 GIS空间数据建模44

3.4 GIS空间数据模型的概念与分类45

第三章 空间数据模型47

1. 空间数据模型的基本问题47

1.1 概念48

1.2 空间数据模型的类型48

1.3 GIS空间数据模型的学术前沿48

2. 场模型50

2.1 场的特征50

2.2 栅格数据模型52

3. 要素模型53

3.1 欧氏(Euclidean)空间和欧氏空间中的三类地物要素53

3.2 要素模型的基本概念55

3.3 矢量数据模型57

4. 基于要素的空间关系分析59

4.1 空间关系的基本概念59

4.2 拓扑空间关系分析60

4.3 方向空间关系分析66

4.4 度量空间关系分析67

5.网络结构模型68

5.1 网络空间68

5.2 网络模型69

6. 时空模型69

6.1 时空数据模型概述69

6.2 时空数据模型设计的基本思想70

7. 三维模型71

7.1 三维GIS的功能71

7.2 三维数据结构72

第四章 空间参照系统和地图投影75

1.地球椭球体基本要素75

1.1 地球椭球体75

1.2 地图比例尺77

2.坐标系78

2.1 地理坐标78

2.2 平面上的坐标系79

2.3 直角坐标系的平移和旋转80

3. 地图投影的基本问题82

3.1 地图投影的概念82

3.2 地图投影的变形82

3.3 地图投影的分类84

3.4 地图投影的选择86

3.5 常用的一些地图投影87

4. 高斯-克吕格投影87

5. 地形图的分幅和编号89

5.1 地形图的分幅89

5.2 分幅编号90

第五章 GIS中的数据92

1. 数据涵义与数据类型92

1.1 数据的涵义92

1.2 空间数据的类型93

1.3 空间数据的表示方法95

2. 数据的测量尺度95

2.1 命名(Nominal)量95

2.2 次序(Ordinal)量95

2.3 间隔(Interval)量96

2.4 比率(Ratio)量96

3. 地理信息系统的数据质量97

3.1 数据质量的基本概念97

3.2 空间数据质量问题的来源98

3.3 常见空间数据的误差分析99

3.4 空间数据质量控制103

4. 空间数据的元数据104

4.1 元数据的概念及类型105

4.2 空间数据元数据的应用108

4.3 在地理信息系统中使用元数据的原因110

4.4 空间数据元数据的获取与管理110

4.5 元数据存储和功能实现111

第二篇 地理信息系统功能115

第六章 空间数据获取与处理115

1. 地图数字化115

1.1 概述115

1.2 地图数据类型116

1.3 数字化仪数字化117

1.4 扫描矢量化及常用算法120

2. 空间数据录入后的处理125

2.1 图形坐标变换125

2.2 图形拼接127

2.3 拓扑生成127

第七章 空间数据管理133

1. 空间数据库133

1.1 地理信息系统与一般管理信息系统的比较133

1.2 空间数据库134

1.3 数据与文件组织136

1.4 GIS的内部数据结构--矢量结构和栅格结构138

2. 栅格数据结构及其编码140

2.1 栅格数据结构140

2.2 决定栅格单元代码的方式141

2.3 编码方法142

3. 矢量数据结构及其编码146

3.1 矢量数据结构146

3.2 编码方法146

4. 矢栅结构的比较及转换算法150

4.1 栅格结构与矢量结构的比较150

4.2 相互转换算法151

5. 空间索引机制155

5.1 索引概念155

5.2 索引类型156

6. 空间信息查询159

6.1 基于属性特征查询159

6.2 基于空间关系和属性特征的查询(SQL)159

6.3 一种空间扩展SQL查询语言--GeoSQL159

第八章 空间分析161

1. 空间查询与量算161

1.1 空间查询162

1.2 空间量算163

2. 空间变换166

3. 再分类167

4. 缓冲区分析168

5. 叠加分析172

5.1 视觉信息叠加172

5.2 点与多边形叠加172

5.3 线与多边形叠加173

5.4 多边形叠加173

5.5 栅格图层叠加175

6. 网络分析175

6.1 网络数据结构176

6.2 主要网络分析功能176

7. 空间插值178

7.1 空间插值的概念和理论178

7.2 空间插值的数据源179

7.3 空间插值方法180

8. 空间统计分类分析192

8.1 主成分分析192

8.2 层次分析法193

8.3 系统聚类分析193

8.4 判别分析193

第九章 数字地形模型(DTM)与地形分析195

1. 概述195

1.1 DIM和DEM195

1.2 DEM的表示法196

2. DEM的主要表示模型197

2.1 规则格网模型197

2.2 等高线模型198

2.3 不规则三角网(TIN)模型199

2.4 层次模型200

3. DEM模型之间的相互转换200

3.1 不规则点集生成TIN201

3.2 格网DEM转成TIN202

3.3 等高线转成格网DEM204

3.4 利用格网DEM提取等高线205

3.5 TIN转成格网DEM205

4. DEM的建立205

4.1 DEM数据采集方法206

4.2 数字摄影测量获取DEM206

4.3 DEM数据质量控制207

5. DEM的分析和应用208

5.1 格网DEM应用208

5.2 三角网DEM分析应用214

第十章 空间建模与空间决策支持217

1. 空间分析过程及其模型217

1.1 空间分析过程217

1.2 空间分析建模218

2. 空间决策支持模型222

2.1 空间决策过程的复杂性222

2.2 空间决策分析的理论和方法224

2.3 空间决策支持系统225

2.4 通用智能空间决策支持系统结构体系227

2.5 空间决策支持系统的模型管理系统228

3. 专家系统230

3.1 专家系统的基本组成230

3.2 专家系统的知识处理231

3.3 空间分类专家系统实例--土地类型分类233

4. 数据仓库与空间数据挖掘235

4.1 数据仓库(Data Warehouse)236

4.2 数据挖掘(Data Mining)236

4.3 空间数据挖掘238

5. GIS空间分析与空间动态建模241

5.1 GIS与空间动态模型的结合方式242

5.2 元胞自动机简介242

5.3 元胞自动机模拟林火蔓延模型243

5.4 元胞自动机与GIS集成应用中的局限性245

6. 空间相互作用与位置--分配模型246

6.1 地理位置246

6.2 空间优化模式的定义247

6.3 空间优化模式的分类248

6.4 静态-离散空间优化模式的数学表达：线性规划250

第十一章 空间数据表现与地图制图252

1. 概述--地理信息系统数据表现与地图学252

1.1 构成地图学与地理信息系统的数学法则253

1.2 地图学和地理信息系统的符号253

1.3 地图学和地理信息系统的制图综合254

2. 地图的符号255

2.1 地图符号的实质255

2.2 地图符号的构成特点256

2.3 地图上的注记257

3. 专题信息表现259

3.1 专题地图的分类和内容260

3.2 面状专题内容的表示方法260

3.3 专题地图内容的表现手段268

4. 专题地图设计270

4.1 图幅基本轮廓的设计270

4.2 制图区域范围的确定271

4.3 专题地图数学基础的设计272

4.4 图面设计272

5. 制图综合(制图概括)273

5.1 制图综合的概念273

5.2 影响制图综合的主要因素273

5.3 制图综合的基本方法276

6. 地理信息的可视化280

6.1 基本概念280

6.2 地学可视化的类型281

6.3 虚拟地理环境284

6.4 地学可视化研究框架285

第三篇 地理信息系统应用技术289

第十二章 3S集成技术289

1. 遥感简介289

2. 全球定位系统简介294

2.1 GPS系统介绍294

2.2 GPS定位基本原理294

2.3 GPS误差和纠正295

3. GIS与遥感的集成及具体技术296

4. GIS与全球定位系统的集成及具体技术297

5. 3S集成综述298

第十三章 网络地理信息系统300

1. 计算机网络技术300

1.1 网络的基本概念300

1.2 因特网(Intemet)302

2. 分布式地理信息系统305

2.1 分布式系统和C/S模型305

2.2 网络地理信息系统的组合方式306

2.3 网络地理信息系统的概念设计308

3. WebGIS--万维网地理信息系统314

3.1 因特网和GIS314

3.2 WebGIS简介315

3.3 WebGIS的实现技术316

第十四章 地理信息系统应用实例321

1. 城市规划、建设管理321

2. 农业气候区划324

2.1 项目背景与需求324

2.2 农业气候区划信息系统(ACDIS)系统结构及工作流程324

2.3 “3S”技术在项目中的应用325

3. 大气污染监测管理327

4. 道路交通管理330

4.1 路廓设计330

4.2 道路管理330

4.3 流量和路径分析331

5. 地震灾害和损失估计333

6. 地貌336

6.1 地貌信息的内涵、地貌系统的特点与分析方法337

6.2 地貌信息系统338

7. 医疗卫生339

7.1 GIS与流行病研究339

7.2 GIS与医疗设施分布341

7.3 联系流行病与医疗实施规划--空间决策支持系统342

8. 军事342

8.1 国外军事地理信息系统(MGIS)现状343

8.2 国外军事应用系统示例344

8.3 MGIS的发展方向345

第十五章 地理信息系统应用项目组织和管理346

1. GIS应用项目简介346

1.1 GIS应用模式与分类346

1.2 开发GIS应用的方式348

1.3 GIS应用项目349

2. 应用项目策略性规划350

3. 应用项目合同352

4. 应用项目实施性规划--软硬件配置354

5. 子项目划分和进度安排355

5.1 划分子项目356

5.2 进度安排的原则和表示方法356

6. 项目预算358

6.1 项目预算的主要内容358

6.2 项目预算的方法358

7. 人员管理359

7.1 地理信息系统应用项目中的人员359

7.2 对人员需求的了解--进行管理的基础361

7.3 人员的组织管理362

8. 开发和数据管理362

8.1 软件开发管理362

8.2 数据管理363

9. 项目控制与评估365

10. 软件研制与开发的质量管理--对于GIS软件开发组织的指导366

10.1 ISO9000系列标准366

10.2 软件过程改进的CMM模型367

第十六章 地理信息系统软件工程技术369

1. 软件工程简介369

1.1 基本概念369

1.2 软件工程活动370

1.3 结构化方法和面向对象方法372

1.4 开发过程模型374

2. GIS领域的体系结构和构件375

3. GIS需求分析377

3.1 GIS需求获取377

3.2 GIS需求规约378

4. 数据管理设计380

4.1 全部采用文件管理380

4.2 文件结合关系数据库管理381

4.3 全部采用关系数据库管理381

4.4 采用面向对象数据库(OO-DBMS)管理382

5. 界面设计383

5.1 界面设计原则383

5.2 GIS界面设计中的要素385

5.3 GIS界面样式387

6. GIS中的设计模式389

7. 在GIS项目中使用CASE工具--空间过程支持与空间数据配置管理393

第十七章 地理信息系统标准397

1. 地理信息系统标准简介397

2. ISO/TC211地理信息标准400

3. 开放的地理数据互操作规范--OpenGIS403

第十八章 地理信息系统和社会408

1. GIS的社会化408

1.1 实验室的GIS到社会化的GIS408

1.2 GIS社会化的影响409

2. GIS社会化的其他问题410

2.1 产业410

2.2 政策412

2.3 法律413

2.4 教育和评估认证415

3. 社会对GIS发展的影响418

第十九章 地球信息科学和数字地球420

1. 地球信息科学420

1.1 几个相关概念420

1.2 地球信息科学的研究内容422

2. 数字地球的产生背景以及其概念422

3. 数字地球核心技术综述427

4. 国家信息基础设施和国家空间数据基础设施429

4.1 国家信息基础设施429

4.2 国家空间数据基础设施430

附录一 GIS的计算机基础432

1. 计算机组成原理432

1.1 计算机发展历史和展望432

1.2 计算机的基本组成433

1.3 存储系统435

1.4 输入/输出系统436

1.5 计算机系统性能441

2. 数据库系统基础441

2.1 数据库的基本概念442

2.2 数据库的数据模型443

2.3 数据库管理系统447

3. 数据结构和算法448

3.1 数据结构的概念448

3.2 两种重要的数据--树和图450

3.3 算法452

附录二 GIS工具软件介绍454

1. ESRI产品系列454

2. Intergraph产品系列456

3. Mapinfo产品系列458

4. 国产GIS软件459

4.1 MapGIS459

4.2 GeoStar460

4.3 Citystar460

参考文献462

1. 书462

2. 标准和规范464

3. 杂志464

4. Website464

5. 论文465