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第1章 空间信息系统概述 1

1.1 空间数据与空间信息 3

1.1.1 空间数据 3

1.1.2 空间信息技术 3

1.1.3 空间数据库 4

1.1.4 空间信息系统 4

1.1.5 空间信息技术的发展 4

1.2 空间数据包含的内容 5

1.2.1 空间数据的特点 5

1.2.2 空间数据的基本类型 6

1.2.3 空间数据的基本特征 6

1.3 空间数据结构 7

1.3.1 矢量结构 7

1.3.2 栅格结构 8

1.4 空间数据库 8

1.4.1 空间数据模型 9

1.4.2 空间数据库的特点 9

1.4.3 空间数据库的作用 10

1.5 空间信息系统 10

1.5.1 空间信息系统的组成 12

1.5.2 空间信息系统软件 12

1.5.3 空间信息系统的功能 13

1.6 空间信息系统及其发展 14

1.6.1 国际发展状况 15

1.6.2 国内发展状况 16

1.6.3 空间信息系统技术演变 16

1.6.4 空间信息系统的发展趋势 18

1.7 空间数据库和不同应用领域的结合 20

1.7.1 分布式空间数据库 21

1.7.2 专家数据库 22

1.7.3 演绎数据库 22

1.7.4 多媒体数据库 23

1.7.5 主动数据库 24

1.7.6 对象—关系数据库 24

1.7.7 工程数据库 25

1.7.8 统计数据库 25

1.7.9 时态数据库 25

1.7.10 实时数据库 26

1.8 GIS工具介绍 26

1.8.1 ESRI产品系列 26

1.8.2 MapInfo产品系列 27

1.8.3 SuperMap产品系列 28

1.8.4 Intergraph产品系列 29

1.8.5 MapGIS产品系列 29

1.8.6 GeoStar产品系列 30

1.8.7 CityStar产品系列 30

习题 30

第2章 空间数据基础 32

2.1 空间坐标系统 32

2.1.1 地理空间坐标系的建立 33

2.1.2 地图投影 33

2.1.3 投影的分类 34

2.1.4 投影变形 35

2.1.5 常用地图投影 36

2.1.6 地图投影的选择依据 37

2.2 空间实体 38

2.2.1 点实体 39

2.2.2 线实体 39

2.2.3 面实体 39

2.2.4 体实体 40

2.2.5 空间实体的编码 40

2.3 空间数据的基本特征 42

2.3.1 空间数据的类型和表示方法 43

2.3.2 空间数据的拓扑关系及其表示 43

2.3.3 空间关系 44

2.4 空间数据结构 47

2.5 矢量数据结构 49

2.5.1 矢量数据结构编码的基本内容 49

2.5.2 矢量数据的拓扑数据结构 51

2.5.3 矢量数据结构编码的方法 54

2.6 栅格数据结构 58

2.6.1 简单栅格数据结构 58

2.6.2 栅格数据的存储 60

2.7 栅格和矢量数据结构的比较 64

2.8 矢量数据结构与栅格数据结构的相互转换 66

2.8.1 矢量数据结构向栅格数据结构的转换 66

2.8.2 栅格数据结构向矢量数据结构的转换 67

2.9 空间数据的分层 68

2.9.1 空间信息系统中的层 68

2.9.2 与制图学有关的层 68

2.10 空间数据元数据 68

2.10.1 元数据概念与分类 69

2.10.2 空间数据元数据的概念和标准 70

2.10.3 空间数据元数据的获取与管理 72

2.10.4 空间数据元数据的应用 73

习题 74

第3章 空间数据库 76

3.1 数据模型的发展 77

3.2 在空间数据库中使用传统数据库的数据模型 77

3.2.1 层次模型 77

3.2.2 网状模型 78

3.2.3 关系模型 79

3.2.4 在关系数据库中存储空间数据的局限性 81

3.3 空间数据库的数据组织方式 81

3.3.1 混合结构模型 82

3.3.2 扩展结构模型 82

3.3.3 统一数据模型 82

3.3.4 基于关系的空间数据模型 83

3.3.5 面向对象数据模型 88

3.4 空间数据管理方案 97

3.4.1 全关系数据库管理方案 98

3.4.2 文件—关系数据库混合管理方案 99

3.4.3 扩展关系数据库管理方案 99

3.4.4 对象关系数据库管理系统 100

3.4.5 面向对象数据库管理系统 100

3.5 空间数据引擎 101

3.5.1 空间数据引擎原理 101

3.5.2 空间数据引擎作用 102

3.6 空间索引 103

3.6.1 R树 103

3.6.2 格网索引 104

3.6.3 GiST树 105

3.6.4 Quad树 106

3.6.5 K-D树 107

3.7 空间查询处理 107

3.7.1 空间对象近似化 107

3.7.2 空间查询处理步骤 108

3.8 空间查询语言 109

3.8.1 标准数据库查询语言 109

3.8.2 查询语言的表现形式 110

3.8.3 空间数据库查询语言的特征 111

3.8.4 空间数据库查询语言待研究问题 112

3.8.5 OGIS标准的SQL扩展 113

3.8.6 空间数据查询实例 114

3.9 Oracle空间数据库的数据组织 116

习题 120

第4章 3S数据采集与处理 122

4.1 概述 122

4.1.1 数据源分类 122

4.1.2 数据源特征 123

4.1.3 空间数据采集与处理的基本流程 124

4.2 GPS数据采集 125

4.2.1 GPS概述 126

4.2.2 GPS的组成 126

4.2.3 GPS接收机的组成 130

4.2.4 GPS接收机的分类 131

4.2.5 GPS的定位原理 132

4.2.6 差分GPS定位原理 134

4.2.7 GPS的应用 135

4.3 RS遥感数据采集 136

4.3.1 遥感的基本概念 137

4.3.2 遥感的构成要素 138

4.3.3 遥感技术原理 139

4.3.4 遥感技术系统 141

4.3.5 遥感数据处理 142

4.3.6 遥感的应用 144

4.4 GIS数据采集 145

4.4.1 空间位置数据采集 145

4.4.2 属性数据采集 146

4.5 空间数据的编辑与处理 148

4.5.1 图形相关数据的编辑 149

4.5.2 图像纠正 150

4.5.3 数据格式的转换 150

4.5.4 地图投影转换 150

4.5.5 图像解译 151

4.5.6 图形拼接 151

4.5.7 拓扑生成 152

4.6 数据质量 153

4.6.1 与数据质量相关的几个概念 153

4.6.2 空间数据质量标准 153

4.6.3 空间数据的误差 154

4.6.4 空间数据的误差源及误差传播 155

4.6.5 空间数据质量的控制 155

4.7 数据入库 156

4.8 3S集成技术 157

习题 160

第5章 空间数据分析与挖掘 161

5.1 空间分析 161

5.1.1 叠置分析 161

5.1.2 缓冲区分析 163

5.1.3 网络分析 164

5.2 空间数据挖掘 165

5.2.1 数据挖掘的基本概念 165

5.2.2 空间数据挖掘的动机 166

5.2.3 空间数据挖掘的概念 167

5.2.4 空间数据挖掘的方法与过程 168

5.2.5 空间数据挖掘的难点 172

5.2.6 空间数据挖掘的特殊性 174

5.2.7 方法举例 174

5.3 空间数据规范化与空间数据共享 178

5.3.1 空间规范化标准 178

5.3.2 图形变换 180

5.3.3 空间共享 181

5.4 空间数据可视化 183

5.4.1 空间数据可视化概念 183

5.4.2 空间数据可视化的方法 184

5.4.3 基于可视化的知识发现 186

习题 186

第6章 空间数据库设计 188

6.1 空间数据库设计概述 188

6.2 空间数据库设计原则 188

6.3 数据库设计步骤 189

6.3.1 空间数据库需求分析 190

6.3.2 空间数据库概念设计 192

6.3.3 空间数据库逻辑设计 193

6.3.4 空间数据库物理设计 194

6.3.5 空间数据库的实施和维护 195

6.4 主流空间数据库系统技术 196

6.4.1 Oracle Spatial技术 196

6.4.2 ArcGIS技术 198

6.4.3 MapInfo 200

6.5 基于Oracle的空间交通数据库的设计实例 201

6.6 基于MapInfo的数据模型设计实例 203

6.6.1 建立数据库及矢量数据文件 204

6.6.2 数据模型的设计和关联操作 204

6.7 基于ArcView的空间数据应用 206

6.7.1 ArcView的基本操作界面 206

6.7.2 地理信息的录入 208

6.7.3 地理信息空间特征的录入 210

6.7.4 地理信息属性特征的录入 210

6.8 数字化城市系统的开发 210

6.8.1 前言 210

6.8.2 项目概述 211

6.8.3 需求说明 211

6.8.4 概要设计 214

6.8.5 详细设计 216

习题 223

第7章 空间数据库新技术 225

7.1 时态空间数据库 225

7.1.1 地理信息的时空分析 225

7.1.2 时态数据库 227

7.1.3 时空数据模型 227

7.1.4 时空数据库 229

7.2 移动对象数据库 230

7.2.1 移动对象数据 232

7.2.2 移动对象的存储方法 233

7.2.3 移动对象的位置表示 233

7.2.4 移动对象类型的数据结构 234

7.2.5 移动对象数据库实例 234

7.3 无线传感器网络数据库 237

7.3.1 无线传感器网络数据 238

7.3.2 无线传感器网络数据库结构 239

7.3.3 无线传感器网络数据库相关技术 239

7.4 无线物联网数据库 241

7.4.1 无线物联网数据服务 241

7.4.2 无线物联网数据库设计与实现 242

7.5 空间数据库新技术 243

7.5.1 支持场实体的数据库 243

7.5.2 空间数据仓库技术 244

7.5.3 基于内容的检索 245

7.5.4 分布式空间数据库 246

7.5.5 并行空间数据库技术 247

7.6 空间信息系统技术的新发展 248

7.6.1 超媒体网络GIS——WebGIS 248

7.6.2 构件式GIS——ComGIS 249

7.6.3 开放式GIS——OpenGIS 251

习题 252

第8章 地理空间信息系统应用 253

8.1 环境监测与管理 253

8.1.1 GIS在环境监测与管理中的应用 253

8.1.2 GIS在环境监测与管理中的应用实例 254

8.2 城市规划 256

8.2.1 GIS在城市规划和管理中的应用 256

8.2.2 GIS在城市规划中的应用实例——公园规划系统 256

8.3 交通管理 257

8.3.1 GIS在交通管理中的应用 257

8.3.2 GIS在交通管理中的应用实例——交通地理信息系统 258

8.4 土地管理 260

8.4.1 GIS在土地管理中的应用 260

8.4.2 GIS在土地管理中的应用实例——土地利用地理信息系统 261

8.5 农业气候区划 262

8.5.1 GIS在农业气候区划中的应用 262

8.5.2 GIS在农业气候区划中的应用实例——农业气候区划信息系统 262

8.6 资源管理 264

8.7 医疗保健 266

附录 实验指导书 268

实验一 空间数据库基础训练 268

实验二 空间数据库的数据模型的设计和关联操作-1 270

实验三 空间数据库的数据模型的设计和关联操作-2 273

实验四 空间数据库的应用系统——数字城市设计 277

实验五 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-1 278

实验六 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-2 283

实验七 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-3 285

电子科技大学实验报告 289

参考文献 291