第1章 緒論 1
1.1 GIS基本概念 1
1.1.1 信息與數(shù)據(jù) 1
1.1.2 空間數(shù)據(jù)與地圖 2
1.1.3 地理信息與地學(xué)信息 2
1.1.4 信息系統(tǒng)和GIS 3
1.2 GIS的發(fā)展過程 3
1.2.1 GIS在國外的發(fā)展 3
1.2.2 GIS在我國的發(fā)展 5
1.3 地球信息科學(xué)與GIS軟件及類型 6
1.3.1 地球信息科學(xué) 6
1.3.2 GIS軟件 7
1.3.3 GIS類型 8
1.4 GIS與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系 9
1.4.1 GIS與測繪學(xué) 9
1.4.2 GIS與地理學(xué) 10
1.4.3 GIS與地圖學(xué) 10
1.4.4 GIS與一般事務(wù)數(shù)據(jù)庫 11
1.4.5 GIS與計算機(jī)地圖制圖 11
1.4.6 GIS與CAD 11
1.5 GIS組成 12
1.5.1 計算機(jī)硬件系統(tǒng) 12
1.5.2 計算機(jī)軟件系統(tǒng) 14
1.5.3 地理空間數(shù)據(jù) 16
1.5.4 應(yīng)用分析模型 17
1.5.5 系統(tǒng)開發(fā)管理和使用人員 17
1.6 GIS功能和應(yīng)用 17
1.6.1 GIS功能 17
1.6.2 GIS應(yīng)用 19
習(xí)題1 23
第2章 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 24
2.1 空間認(rèn)知模型 24
2.1.1 空間認(rèn)知過程概述 24
2.1.2 空間認(rèn)知三層模型 24
2.2 空間數(shù)據(jù)概念模型 26
2.2.1 離散實(shí)體模型 26
2.2.2 連續(xù)場模型 27
2.3 矢量數(shù)據(jù)模型 27
2.3.1 矢量數(shù)據(jù)的基本概念 27
2.3.2 實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 27
2.3.3 拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 30
2.4 柵格數(shù)據(jù)模型 33
2.4.1 柵格數(shù)據(jù)的基本概念 33
2.4.2 柵格數(shù)據(jù)層的概念 34
2.4.3 柵格數(shù)據(jù)模型的表示 34
2.4.4 柵格數(shù)據(jù)的組織方法 36
2.4.5 柵格數(shù)據(jù)取值方法 36
2.4.6 柵格數(shù)據(jù)存儲的壓縮編碼 37
2.5 矢量數(shù)據(jù)模型與柵格數(shù)據(jù)模型 42
2.5.1 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的比較 42
2.5.2 矢量、柵格一體化 43
2.5.3 矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇 43
2.6 MapGIS空間數(shù)據(jù)模型概述 44
習(xí)題2 49
第3章 GIS的地理數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 51
3.1 幾何空間 51
3.1.1 距離空間 51
3.1.2 歐氏空間 52
3.1.3 基于集合的幾何空間 55
3.1.4 拓?fù)淇臻g 59
3.2 地球橢球體與大地控制 61
3.2.1 地球橢球體 61
3.2.2 大地控制 62
3.3 地圖投影 66
3.3.1 地圖投影的概念 66
3.3.2 地圖投影的變形 66
3.3.3 地圖投影的分類 67
3.3.4 GIS中的地圖投影 70
3.4 空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 75
3.4.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 75
3.4.2 投影轉(zhuǎn)換 80
習(xí)題3 83
第4章 GIS數(shù)據(jù)輸入 84
4.1 GIS數(shù)據(jù)來源 84
4.1.1 矢量數(shù)據(jù)來源 84
4.1.2 柵格數(shù)據(jù)來源 84
4.1.3 屬性數(shù)據(jù)來源 85
4.2 數(shù)據(jù)輸入 85
4.2.1 野外數(shù)據(jù)采集 85
4.2.2 地圖數(shù)字化 86
4.2.3 數(shù)字?jǐn)z影測量 89
4.2.4 遙感影像處理 90
4.2.5 現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 90
4.3 數(shù)據(jù)輸入質(zhì)量控制 91
4.3.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量問題 91
4.3.2 誤差來源 93
4.3.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制主要方法 94
習(xí)題4 95
第5章 空間數(shù)據(jù)處理 96
5.1 空間數(shù)據(jù)的顯示基礎(chǔ) 96
5.1.1 二維觀察變換 96
5.1.2 投影變換 97
5.1.3 幾何變換 99
5.1.4 窗口裁剪技術(shù) 102
5.2 空間數(shù)據(jù)的編輯方法 103
5.2.1 圖形數(shù)據(jù)編輯 103
5.2.2 屬性數(shù)據(jù)編輯 106
5.2.3 拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)建與編輯 107
5.2.4 圖幅拼接處理 109
5.3 空間數(shù)據(jù)的誤差分析和校正 110
5.3.1 空間數(shù)據(jù)的誤差分析 110
5.3.2 空間數(shù)據(jù)的誤差校正 113
5.4 空間數(shù)據(jù)的壓縮與光滑 114
5.4.1 數(shù)據(jù)壓縮 114
5.4.2 曲線光滑 115
5.5 柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換 115
5.5.1 矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù) 115
5.5.2 柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù) 118
習(xí)題5 118
第6章 空間數(shù)據(jù)管理 120
6.1 概述 120
6.1.1 空間數(shù)據(jù)管理方式 120
6.1.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 121
6.1.3 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 121
6.2 空間數(shù)據(jù)模型 122
6.2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型 122
6.2.2 面向?qū)ο竽Ｐ?124
6.3 空間數(shù)據(jù)組織 128
6.3.1 地圖數(shù)據(jù)的基本組成 128
6.3.2 圖形數(shù)據(jù)模型 129
6.3.3 專題屬性數(shù)據(jù)模型 130
6.3.4 圖形數(shù)據(jù)與專題屬性數(shù)據(jù)的連接 130
6.3.5 地理實(shí)體信息框架 131
6.4 空間索引和空間查詢 132
6.4.1 空間索引 132
6.4.2 空間查詢 137
6.4.3 空間查詢處理 140
6.4.4 查詢優(yōu)化 142
6.5 空間數(shù)據(jù)引擎 143
6.5.1 空間數(shù)據(jù)引擎的概念 143
6.5.2 空間數(shù)據(jù)引擎的工作原理 144
6.5.3 空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)例 146
6.6 空間元數(shù)據(jù) 147
6.6.1 空間元數(shù)據(jù)的定義及其作用 147
6.6.2 空間元數(shù)據(jù)的分類 148
6.6.3 空間元數(shù)據(jù)的內(nèi)容 149
6.7 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計 151
6.7.1 空間數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 151
6.7.2 空間數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 155
6.7.3 空間數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 162
習(xí)題6 163
第7章 空間分析 164
7.1 空間分析的內(nèi)容與步驟 164
7.2 空間度量基礎(chǔ)算法 166
7.2.1 長度量算 166
7.2.2 角度量算 170
7.2.3 任意多邊形面積量算 170
7.2.4 分布中心的計算 171
7.3 數(shù)據(jù)檢索分析 172
7.3.1 屬性統(tǒng)計分析 172
7.3.2 布爾邏輯查詢分析 173
7.4 疊置分析 173
7.4.1 柵格疊加分析 173
7.4.2 矢量疊加分析 177
7.5 緩沖區(qū)分析 181
7.5.1 緩沖區(qū)分析的概念 181
7.5.2 建立緩沖區(qū)的算法 182
7.6 網(wǎng)絡(luò)分析 182
7.6.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型——幾個基本概念 182
7.6.2 常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)分析功能 183
7.7 空間統(tǒng)計分析 188
7.7.1 空間自相關(guān) 188
7.7.2 空間聚類分析 190
7.7.3 空間關(guān)聯(lián)分析 192
習(xí)題7 196
第8章 GIS數(shù)據(jù)可視化與制圖 197
8.1 地圖符號與符號庫 197
8.1.1 地圖符號的定義與分類 197
8.1.2 地圖符號的基本結(jié)構(gòu) 198
8.1.3 點(diǎn)狀符號的構(gòu)造 199
8.1.4 線狀符號的構(gòu)造 200
8.1.5 面狀符號的構(gòu)造 201
8.1.6 地圖符號的設(shè)計要求 202
8.1.7 地圖符號庫 203
8.2 GIS符號化 204
8.2.1 符號化的兩種方式 204
8.2.2 符號化的基本元素 205
8.2.3 符號化信息的內(nèi)容 206
8.2.4 符號化信息編輯 207
8.2.5 要素、符號化信息的關(guān)聯(lián)方式 208
8.3 GIS地圖制圖 208
8.3.1 GIS制圖的關(guān)鍵技術(shù) 208
8.3.2 GIS制圖工藝流程 210
8.3.3 GIS制圖的特征 210
8.3.4 GIS制圖的三個層次 211
8.4 GIS制圖表達(dá) 212
8.4.1 地圖符號間的關(guān)系 212
8.4.2 地圖符號沖突 213
8.4.3 符號沖突的處理原則 215
8.4.4 常見的符號沖突處理方法 216
8.5 GIS地圖輸出 219
習(xí)題8 220
第9章 數(shù)字高程模型 221
9.1 基本概念 221
9.1.1 DEM的概念 221
9.1.2 DEM的類型 221
9.1.3 DEM的特點(diǎn) 223
9.1.4 DEM的用途 223
9.2 DEM數(shù)據(jù)源 224
9.2.1 DEM數(shù)據(jù)特征 224
9.2.2 DEM數(shù)據(jù)獲取 224
9.3 DEM的構(gòu)建 225
9.3.1 數(shù)學(xué)方法 225
9.3.2 TIN的生成方法 230
9.3.3 Grid的生成 234
9.4 DEM的應(yīng)用 240
9.4.1 三維方塊圖 240
9.4.2 視線圖 241
9.4.3 等高線圖 241
9.4.4 地形特征的數(shù)字表示 242
9.4.5 地貌暈渲圖 244
9.4.6 DEM數(shù)據(jù)自動形成地形輪廓線 245
9.4.7 剖面分析 246
9.5 DEM分析的誤差與精度 246
9.5.1 DEM的誤差研究概況 246
9.5.2 DEM的誤差來源 246
9.5.3 DEM的誤差分析 247
9.5.4 DEM的精度評價模型 248
習(xí)題9 249
第10章 網(wǎng)絡(luò)GIS 250
10.1 概述 250
10.1.1 網(wǎng)絡(luò)GIS的基本概念 250
10.1.2 網(wǎng)絡(luò)GIS的功能特征 252
10.1.3 網(wǎng)絡(luò)GIS的應(yīng)用 253
10.2 網(wǎng)絡(luò)GIS體系結(jié)構(gòu) 256
10.2.1 傳統(tǒng)WebGIS體系結(jié)構(gòu)階段 256
10.2.2 面向服務(wù)的WebGIS體系結(jié)構(gòu) 257
10.2.3 GIS服務(wù)器獨(dú)立的WebGIS體系結(jié)構(gòu) 258
10.2.4 集群環(huán)境下的WebGIS體系結(jié)構(gòu) 259
10.3　網(wǎng)絡(luò)GIS數(shù)據(jù)組織與管理 260
10.3.1 網(wǎng)絡(luò)GIS數(shù)據(jù)組織概述 260
10.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組織 261
10.3.3 專題數(shù)據(jù)組織 267
10.3.4 共享服務(wù)數(shù)據(jù) 268
10.3.5 元數(shù)據(jù)管理 268
10.3.6　網(wǎng)絡(luò)GIS數(shù)據(jù)管理 269
10.4 網(wǎng)絡(luò)GIS關(guān)鍵技術(shù) 270
10.4.1 海量空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 270
10.4.2 任務(wù)并行處理與負(fù)載均衡 272
10.4.3 功能與服務(wù)動態(tài)自定義擴(kuò)展 273
10.4.4 服務(wù)不間斷運(yùn)行 277
習(xí)題10 277
第11章 三維GIS 278
11.1 三維GIS概述 278
11.1.1　三維GIS的定義、特點(diǎn)及功能 279
11.1.2　三維GIS發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 281
11.1.3　三維GIS研發(fā)的問題分析 282
11.2 三維空間數(shù)據(jù)模型及其索引方法 283
11.2.1 三維空間數(shù)據(jù)模型 283
11.2.2 三維空間數(shù)據(jù)索引 291
11.3　三維城市模型數(shù)據(jù)獲取方法 294
11.4 常用三維建模軟件與建模方法 295
11.4.1 基于二維GIS數(shù)據(jù)的三維建模 295
11.4.2 基于遙感影像的三維建模 295
11.4.3 基于激光掃描系統(tǒng)的三維
建模 296
11.4.4 基于CAD模型的三維建模 296
11.5 三維GIS可視化 297
11.5.1 三維空間數(shù)據(jù)可視化的基本流程 298
11.5.2 三維場景管理與可視化策略 298
11.5.3 基于體素地理數(shù)據(jù)的可視化 299
11.5.4 虛擬現(xiàn)實(shí)展示技術(shù) 301
11.6 三維GIS空間分析方法 302
11.6.1 空間量算 302
11.6.2 地形分析 303
11.6.3 交互分析 304
習(xí)題11 304
第12章 GIS工程與標(biāo)準(zhǔn) 305
12.1　GIS工程的概念 305
12.2　GIS工程建設(shè)過程 306
12.2.1　GIS工程建設(shè)模式 306
12.2.2　應(yīng)用型GIS設(shè)計步驟和方法 307
12.2.3　需求分析 308
12.2.4　系統(tǒng)設(shè)計 310
12.2.5　系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施 313
12.2.6　系統(tǒng)的評價和維護(hù) 315
12.3　GIS工程開發(fā)模式 316
12.3.1 搭建式開發(fā)模式 316
12.3.2 縱生式開發(fā)模式 318
12.4　GIS工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 321
12.4.1　GIS工程標(biāo)準(zhǔn)概述 322
12.4.2　GIS工程標(biāo)準(zhǔn)作用 324
12.4.3　國際GIS標(biāo)準(zhǔn)化組織 324
12.4.4　常用國際GIS標(biāo)準(zhǔn) 326
12.4.5　國內(nèi)GIS標(biāo)準(zhǔn)及其組織 327
習(xí)題12 329
第13章 GIS發(fā)展趨勢 330
13.1 互操作GIS 330
13.1.1 傳統(tǒng)GIS在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化上的缺陷和面臨的新課題 330
13.1.2 GIS互操作的概念 331
13.1.3 OGIS及其特點(diǎn) 332
13.1.4 OGIS的組成部分 333
13.1.5 OGIS的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 335
13.2 集成化GIS 336
13.2.1 GPS、RS與GIS的集成 336
13.2.2 GIS多源空間數(shù)據(jù)集成 339
13.2.3 GIS與多媒體技術(shù)集成 341
13.2.4　GIS與VR技術(shù)集成 342
13.3 移動GIS 345
13.3.1 移動GIS概述 345
13.3.2 移動GIS的關(guān)鍵技術(shù) 346
13.3.3 移動GIS的應(yīng)用 346
13.4 網(wǎng)格GIS 347
13.4.1 網(wǎng)格GIS概念 347
13.4.2 網(wǎng)格GIS體系結(jié)構(gòu) 348
13.4.3 網(wǎng)格GIS實(shí)現(xiàn)技術(shù) 349
13.5 云GIS 351
13.5.1 云GIS概述 351
13.5.2 云GIS的應(yīng)用模式 352
13.6　智能GIS 353
13.6.1　智能GIS的概念 353
13.6.2　智能GIS的結(jié)合方式 354
13.6.3　智能GIS的應(yīng)用場景 354
13.7　三維GIS 355
13.8 物聯(lián)網(wǎng)GIS 356
13.9　地理空間信息服務(wù)生態(tài)環(huán)境建設(shè) 357
13.9.1　地理空間信息服務(wù)生態(tài)環(huán)境發(fā)展背景 357
13.9.2　地理空間信息服務(wù)生態(tài)環(huán)境模型 358
13.9.3　地理空間信息服務(wù)生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn) 359
習(xí)題13 360