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第1章 GIS简介 1

1.1 什么是空间数据 1

1.2 空间问题 3

1.3 GIS空间数据的组织方式 4

1.3.1 离散型地理要素 4

1.3.2 连续型地理要素 4

1.3.3 面域型地理要素 5

1.4 矢量与栅格数据结构 6

1.4.1 矢量数据结构 6

1.4.2 栅格数据结构 6

1.4.3 空间数据基础设施 6

1.5 GIS标准定义与非标准定义 8

1.6 对GIS的误解 9

1.6.1 GIS仅是一个图形处理软件或计算机辅助设计（CAD）程序 10

1.6.2 GIS仅是一个地图制图程序 10

1.6.3 GIS仅是无理论基础的软件包 10

1.6.4 传统纸质地图与GIS一样用途广泛 10

1.6.5 GIS与其他系统相比并无区别 12

1.7 GIS组成 12

1.7.1 GIS硬件 12

1.7.2 GIS软件 13

1.7.3 人件（活件） 14

1.7.4 GIS数据 14

1.8 GIS发展趋势 15

1.9 GIS产业 15

1.9.1 GIS软件开发行业 15

1.9.2 GIS数据采集行业 15

1.9.3 GIS增值服务行业 16

1.10 GIS行业就业情况 16

1.11 GIS行业投资情况 17

1.12 本书的组织结构 17

1.13 小结 18

复习题 18

关键术语 18

参考文献 19

第2章 空间参照系 21

2.1 概述 21

2.2 基准面 21

2.3 椭球 21

2.4 大地水准面 22

2.4.1 水平基准面 23

2.4.2 高程基准面 23

2.5 坐标系 24

2.5.1 笛卡儿坐标系 24

2.5.2 经度和纬度 25

2.6 地球仪 26

2.7 地图投影 27

2.7.1 地图投影中使用的可展曲面 29

2.7.2 圆柱地图投影 29

2.7.3 方位（平面）地图投影 32

2.7.4 圆锥投影 34

2.7.5 其他投影和坐标系 36

2.7.6 自定义地图投影 38

2.8 天梭指标 39

2.9 小结 41

复习题 41

关键术语 42

参考文献 42

第3章 GIS数据 44

3.1 概述 44

3.2 地面数据采集 44

3.2.1 全球定位系统（GPS） 44

3.2.2 地面数据测量 50

3.2.3 地面数据采样或人口调查 55

3.2.4 传统空间信息的数字化 57

3.3 遥感数据采集 62

3.3.1 遥感信息处理 63

3.3.2 分辨率要求 63

3.3.3 遥感术语 68

3.3.4 航空摄影测量 69

3.3.5 多光谱遥感 72

3.3.6 高光谱遥感 75

3.3.7 热红外遥感 76

3.3.8 LiDAR遥感 78

3.3.9 RADAR遥感 81

3.4 遥感数据分析 84

3.4.1 模拟（可视）图像处理 84

3.4.2 数字图像处理 84

3.5 小结 85

复习题 85

关键术语 85

参考文献 86

第4章 数据质量 88

4.1 概述 88

4.2 元数据 88

4.2.1 元数据的要素 88

4.2.2 FGDC的元数据标准 89

4.2.3 元数据和GIS软件 89

4.2.4 其他元数据问题 89

4.3 准确度和精度 90

4.4 地理空间数据的误差类型 90

4.4.1 属性错误 91

4.4.2 定位误差 94

4.4.3 拓扑错误 95

4.4.4 时间准确度 96

4.4.5 误差可视化 97

4.4.6 误差传播 97

4.4.7 区群谬误 98

4.4.8 可塑性面积单元问题 99

4.5 小结 100

复习题 100

关键术语 100

参考文献 101

第5章 空间数据模型和数据库 102

5.1 概述 102

5.2 GIS数据模型 102

5.3 矢量数据 103

5.3.1 点要素 103

5.3.2 线要素 103

5.3.3 面（多边形）要素 103

5.3.4 比例尺要素 103

5.3.5 拓扑属性 105

5.3.6 地理关系矢量模型 106

5.3.7 基于对象的矢量模型 108

5.4 栅格数据 109

5.4.1 栅格单元值 109

5.4.2 单元格大小 109

5.4.3 栅格地理参照系 110

5.4.4 栅格文件格式 111

5.5 矢量与栅格数据模型的转换 111

5.5.1 矢量－栅栅格转换 111

5.5.2 栅格－矢量转换 111

5.6 数据库 113

5.6.1 平面文件 114

5.6.2 关系数据库 114

5.6.3 不同的数据库关系 114

5.6.4 关联与连接 115

5.6.5 栅格数据库 116

5.6.6 属性数据类型 116

5.6.7 添加和删除属性字段 116

5.6.8 数据输入 117

5.6.9 外部数据库集成 117

5.7 数据查询 117

5.7.1 属性查询 117

5.7.2 位置查询 118

5.7.3 数据查询的融合 118

5.7.4 新数据层 118

5.8 小结 119

复习题 119

关键术语 120

参考文献 121

第6章 矢量数据和栅格数据的空间分析 122

6.1 概述 122

6.2 矢量数据分析 122

6.2.1 矢量数据的缓冲区分析 122

6.2.2 缓冲区分析的类型 125

6.2.3 矢量数据的叠加 127

6.3 栅格数据分析 136

6.3.1 栅格距离量测运算 136

6.3.2 局部运算 139

6.3.3 邻域运算 148

6.3.4 区域运算 155

6.4 小结 157

复习题 157

关键术语 158

参考文献 159

第7章 网络分析 160

7.1 概述 160

7.2 地理编码 161

7.2.1 地理编码的组成 162

7.2.2 预处理 163

7.2.3 地址匹配 163

7.2.4 地理编码质量 164

7.3 网络类型 165

7.3.1 （无向）交通网络 165

7.3.2 （有向）几何设施网络 165

7.4 （无向）交通网络分析 165

7.4.1 建立拓扑正确的交通（无向）网络地理数据库 165

7.4.2 网络分析问题：最优路线（最短路径） 167

7.4.3 网络分析问题：推销员的最优路线 172

7.4.4 网络分析问题：最近的设施在哪 173

7.4.5 网络分析问题：如何确定特殊设施的服务区域 174

7.4.6 网络分析问题：设施位置的区位配置模型 178

7.4.7 网络分析问题：最大市场占有率 181

7.4.8 网络分析问题：目标市场占有率 183

7.5 几何设施（有向）网络分析 184

7.5.1 建立拓扑正确的几何设施（有向）数据集 185

7.5.2 网络分析问题：设施网络中的流向 187

7.5.3 网络分析问题：在设施网络中追踪边、接口的上游或下游 187

7.5.4 国家水文数据集犹他州瓦萨奇山脉钻石叉河部分 189

7.5.5 网络分析问题：在设施网络中使用障碍 189

7.5.6 网络分析问题：网络示意图 190

7.6 小结 190

复习题 190

关键术语 191

参考文献 192

第8章 统计和空间数据量算 193

8.1 概述 193

8.2 长度（距离）量算 193

8.2.1 基于勾股定理的直线距离量算 193

8.2.2 曼哈顿距离量算 194

8.2.3 其他因素 195

8.3 多边形周长和面积的量算 196

8.3.1 周长量算 196

8.3.2 多边形面积量算 197

8.4 描述性统计 198

8.5 描述性空间统计 200

8.5.1 均值中心 201

8.5.2 标准距离 201

8.6 空间自相关 201

8.7 点模式分析 204

8.7.1 样方分析 204

8.7.2 最近邻点分析 206

8.8 小结 209

复习题 209

关键术语 210

参考文献 210

第9章 三维数据空间分析 212

9.1 概述 212

9.2 三维数据的矢量表示和处理 213

9.2.1 不规则三角网（TIN）数据结构 213

9.2.2.TIN表面处理 214

9.3 三维数据的栅格表示和处理 216

9.3.1 空间插值 216

9.3.2 栅格三维数据的表面处理 226

9.4 小结 228

复习题 228

关键术语 229

参考文献 229

第10章 GIS制图 231

10.1 概述 231

10.2 地理学家／制图师 231

10.3 制图学的历史 231

10.3.1 最古老的地图 232

10.3.2 中世纪的TO地图 232

10.3.3 公元150年托勒密的《地理》 232

10.3.4 探索、打印和地图集的时代 233

10.3.5 现代地图制作 235

10.4 制图过程 236

10.5 要素类型和测量尺度 237

10.5.1 要素类型 237

10.5.2 地理测量尺度 238

10.6 地图设计基础 239

10.6.1 地图组成（布局） 240

10.6.2 标题 240

10.6.3 排版 240

10.6.4 专题内容和图形背景关系 241

10.6.5 指北针与罗盘 242

10.6.6 比例尺 242

10.6.7 图例 243

10.6.8 格网或参考网格 243

10.6.9 地理空间元数据 244

10.7 点状数据制图 244

10.7.1 使用简单符号的点状制图 244

10.7.2 渐变色点状制图 245

10.7.3 比例或渐变符号点状制图 245

10.7.4 标准化点状符号 246

10.8 线状数据制图 247

10.8.1 使用简单线状符号和颜色的线状制图 248

10.8.2 使用渐变（比例）线状符号的流量图 249

10.8.3 等值线制图 250

10.9 面状数据制图 252

10.9.1 无行政单元边界限制的空间数据的专题制图 252

10.9.2 具有行政单元限制的空间数据专题制图：等值区域制图 254

10.10 摄影地图、正射摄影地图、影像地图、正射影像地图 258

10.10.1 无控制摄影地图（相片镶嵌）和影像地图 258

10.10.2 控制的摄影地图和影像地图 259

10.10.3 正射相片、正射相片地图、正射影像和正射影像地图 260

10.11 小结 262

复习题 262

关键术语 263

参考文献 264

第11章 GIS硬件／软件和编程 266

11.1 概述 266

11.2 GIS硬件 266

11.2.1 计算机类型 266

11.2.2 中央处理器（CPU） 267

11.2.3 存储器（只读和随机存取） 268

11.2.4 操作系统 268

11.2.5 显示器 268

11.2.6 输入设备 268

11.2.7 输出设备 269

11.2.8 GIS实验室 269

11.2.9 GIS数据的存储与组织 269

11.3 GIS软件注意事项 270

11.3.1 GIS软件 270

11.3.2 成本 272

11.3.3 操作系统 272

11.3.4 数据采集和数据格式 272

11.3.5 矢量、栅格和GPS数据融合 273

11.3.6 数据库管理 273

11.3.7 制图输出 273

11.3.8 GIS软件支持 273

11.3.9 手持GIS 275

11.4 编程和GIS 275

11.4.1 何时进行编程 276

11.4.2 计算机编程基础 276

11.4.3 GIS编程集成 278

11.4.4 独立GIS编程的应用 278

11.5 小结 280

复习题 280

关键术语 280

参考文献 280

第12章 展望未来 282

12.1 概述 282

12.2 GIS职业和教育 282

12.2.1 公共与私营部门的GIS职业 282

12.2.2 专业组织协会 284

12.2.3 其他测绘科学（地学技术）知识 286

12.2.4 GIS证书、认证和许可 286

12.2.5 继续教育 288

12.3 GIS技术发展趋势 288

12.3.1 云计算和GIS 288

12.3.2 网络GIS 289

12.3.3 移动GIS 291

12.3.4 自发地理信息 291

12.3.5 数据格式和标准的改进 292

12.3.6 三维可视化 293

12.4 地理空间公共访问和法律问题 293

12.4.1 公共数据访问 293

12.4.2 GIS数据有限责任 296

12.4.3 第四隐私权修正案的思考 297

12.5 遥感和GIS的集成 298

12.5.1 数据采集平台的发展 299

12.5.2 遥感系统的发展 299

12.5.3 数字图像处理进展 299

12.6 小结 300

复习题 300

关键术语 300

参考文献 301

附录A 地理空间信息来源 303

A.1 目录 303

A.1.1 联邦地理空间数据库 303

A.1.2 开源自发地理信息库 303

A.1.4 数字高程数据 303

A.1.5 水文数据 303

A.1.6 土地利用／土地覆盖和生物多样性／栖息地数据 303

A.1.7 网络（道路）和人口统计数据 304

A.1.8 遥感数据 304

A.2 联邦地理空间数据库 304

A.2.1 USGS EarthExplorer 304

A.2.2 USGS的The NationalMap 304

A.2.3 Geo.Data.gov 305

A.2.4 美国人口统计局 306

A.3 开源自发地理信息库 307

A.4 商用地理空间数据库 308

A.5 数字高程数据 308

A.6 水文数据 309

A.7 土地利用／土地覆盖和生物多样性／栖息地数据 309

A.8 网络（道路）和人口统计数据 309

A.9 遥感数据 309

A.10 各州的GIS数据交换中心 309

参考文献 310