地理信息系统 原理、方法和应用PDF电子书下载

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--GeoSQL 159

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DEM 195

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TIN 201

3.2 格网DEM转成TIN 202

3.3 等高线转成格网DEM 204

3.4 利用格网DEM提取等高线 205

3.5 TIN转成格网DEM 205

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DEM 206

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GIS 314

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--OpenGIS 403

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GIS 408

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 MapGIS 459

4.2 GeoStar 460

4.3 Citystar 460

参考文献 462

1. 书 462

2. 标准和规范 464

3. 杂志 464

4. Website 464

5. 论文 465