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第一章 地理信息系统概述 1
1.1 数据、信息和信息系统 1
1.1.1 系统 1
1.1.2 数据和信息 2
1．数据 2
2．信息 2
3．数据和信息的关系 2
1.1.3 信息系统 2
1．信息系统的本质特征 2
2．基于计算机的信息系统 3
3．信息系统的构成要素 3
4．信息和信息系统的层次性 4
5．数据挖掘和知识发现 5
1.2 地理信息系统基本概念和本质特征 5
1.2.1 地理信息系统定义 6
1.2.2 地理空间数据和信息 6
1．地理空间数据和信息 6
2．地理空间数据和信息的三个基本特征 7
3．地理空间数据区别于一般计算机数据的本质特征 8
4．有关地理空间数据和信息的用词问题 9
1.2.3 地理信息系统区别于一般信息系统的主要特点 9
1．地理空间数据和信息的特殊复杂性 10
2．必须具备科学可视化功能 10
3．区域性和多层次 11
1．地理信息系统与计算机科学技术总体的关系 13
1.2.4 地理信息系统与计算机科学技术的关系 13
5．注重空间分析 13
4．数据量较大 13
2．地理信息系统与各计算机具体分支技术的关系 14
3．地理信息系统与一般计算机制图系统的关系和区别 15
1.3 地理信息系统应用和发展 16
1.3.1 地理信息系统的社会需求、产生与发展 17
1．导致地理信息系统产生的社会条件 17
2．地理信息系统产生和发展 18
3．地理信息系统在我国的发展 19
1.3.2 地理信息系统的应用领域 20
1．85％～90％的政府部门 20
2．企业和商用领域 22
3．民用 22
2．地理信息科学的涵盖 23
1．地理信息科学的形成 23
1.3.3 地理信息系统与地理信息科学 23
3．有关新名词讨论 24
4．本书的定位 25
1.4 地理信息系统的功能及组成 25
1.4.1 地理信息系统的主要任务 25
1．某个地方有什么 25
2．符合某些条件的实体在哪里 26
3．变化趋势 26
4．空间结构特征 26
5．模拟 27
1.4.2 地理信息系统的主要功能 27
1．地理信息系统的基本功能 27
2．空间分析与模型分析功能 29
2．硬件系统 30
1．地理空间数据和信息 30
1.4.3 地理信息系统的主要组成成分 30
3．软件系统 31
4．系统开发、管理和使用人员 31
1.4.4 地理信息系统的软硬件组成 32
1．GIS硬件系统的特点 32
2．输入、输出设备 33
3．GIS软件系统 33
4．地理信息系统中的“上层建筑” 34
第二章 空间数据组织与计算机表达 37
2.1 从地理空间现象到计算机世界 37
2.1.1 从现实世界到计算机世界 37
1．模型与概念模型 37
3．数据结构 38
2．数据模型 38
4．文件格式 39
2.1.2 GIS中地理空间数据组织的主要对象 39
1．数值计算领域的地理空间数据组织 39
2．再谈地理信息科学之涵盖 40
3．GIS所抽象、表达的地理事物和现象 41
2.1.3 空间对象和空间关系 42
1．空间对象 42
2．空间关系 43
3．拓扑空间关系 44
2.1.4 有关地理空间数据结构和模型学习的几点总体说明 45
1．关于空间数据结构和空间数据模型两个概念之间的关系 45
2．关于属性数据的组织 45
3．GIS可视化要求和传统美术的两种基本技法 47
2.2.1 矢量空间数据模型 48
4．两种基本空间数据模型或结构，及其与计算机图形图像的关系 48
2.2 矢量空间数据模型及结构 48
1．二维空间坐标系 49
2．几何数据 49
3．属性数据 50
4．唯一标识符 50
2.2.2 有代表性的矢量空间数据结构 51
1．Spaghetti结构 51
2．拓扑空间数据结构 52
3．拓扑关系及其表达 53
4．讨论 54
2.2.3 不同格式的拓扑结构数据实例 55
1．不同格式的拓扑结构数据 55
2．DLG数据格式及其实例 55
3．Arc/Info的拓扑数据表达 57
4．再谈数据结构和文件（或数据）格式 58
2.2.4 矢量结构的数据的输入、编辑和输出 58
1．矢量结构的数据的获取和输入 58
2．矢量结构数据的前处理和编辑 60
3．一般矢量数据的前处理和编辑 60
4．拓扑结构数据的前处理和编辑 61
5．矢量结构的数据的输出 62
2.3 栅格空间数据模型及结构 63
2.3.1 栅格空间数据模型 63
1．规整格网 63
2．二维空间坐标系 64
3．属性数据和分辨率 65
2.3.2 完全栅格空间数据结构 66
4．矩阵数组 66
2．不同地学应用类型的栅格数据 67
1．数据量及其与精度的关系 67
3．多重属性下的栅格数据结构 69
4．多层栅格数据结构的文件格式 70
2.3.3 压缩的栅格空间数据结构 70
1．游程长度编码或块码 70
2．链码 71
3．四叉树编码 71
4．地学栅格图像压缩不同于一般图像压缩的特点 73
2.3.4 栅格数据的采集、输入和输出 74
1．栅格数据结构在GIS输入和输出上的优势 74
2．栅格数据的采集、输入 75
3．栅格数据的输出 76
1．矢量和栅格数据结构总体比较 77
2．矢量和栅格数据结构具体优缺点比较 77
2.4 基于两种数据结构的进一步讨论 77
2.4.1 矢量和栅格数据结构的比较分析 77
3．矢量和栅格数据结构的发展 78
4．矢量和栅格数据结构的选择 79
2.4.2 栅格、矢量数据结构的相互转换 80
1．矢量数据向栅格数据转换的主要步骤 80
2．点状、线状和面状空间对象矢量数据的栅格化 80
3．栅格格式的遥感分类图像向矢量数据的转换 81
4．扫描地图的栅格图像向矢量数据的转换 82
2.4.3 其他空间数据结构 83
1．镶嵌数据结构 83
2．不规则三角网数据结构 85
3．栅格矢量混合结构 86
4．三维空间数据结构 87
5．简短的小结 88
第三章 地理空间数据管理 89
3.1 数据管理基础知识 89
3.1.1 数据库及其管理系统的基本概念 90
1．数据组织和管理的层次 90
2．数据库 90
3．数据库管理系统 91
3.1．2 数据管理技术的发展：文件系统与数据库系统 92
1．数据管理技术的发展 92
2．数据库系统的进一步发展 93
3．文件管理系统 94
1．传统数据库系统技术的发展 95
3.1.3 关系数据库系统技术 95
2．关系数据库技术 96
3．关系模型的局限和不足 98
3.1.4 面向对象数据库系统 98
1．新一代数据库技术 98
2．面向对象数据模型 99
3．面向对象数据库系统 101
4．面向对象数据库系统的实现方式 101
3.2 地理空间数据管理 102
3.2.1 地理空间数据管理不同于常规数据管理的特点 102
1．栅格地理空间数据的管理 102
2．矢量地理空间数据的管理 103
3．空间数据管理具有明显的海量、区域性和多层次特点 104
4．空间数据管理涉及到较复杂的实体类型和空间操作 104
1．地理空间数据库系统 105
3.2.2 传统的地理空间数据库系统 105
2．传统的地理空间数据库系统技术及其发展 106
3．传统GIS数据库系统技术：关系数据库与文件系统的混合管理 107
3.2.3 地理空间数据分区域、分层次的组织管理 108
1．地理空间数据分幅（分区）、分层的组织管理 108
2．工作层和工作区 109
3．主要GIS软件的工作层和工作区 110
4．图库管理和空间索引 111
5．属性文件的组织 112
3.2.4 近年来GIS数据库技术的发展及展望 113
1．空间数据库引擎 113
2．目前空间数据库引擎的两种主要方式 114
1．元数据的由来 115
3.3.1 元数据一般概念 115
3.3 地理空间数据的元数据 115
4．其他发展趋势 115
3．面向对象空间数据库管理系统 115
2．元数据概念 116
3．元数据的分类 117
4．元数据的管理 117
3.3.2 地理空间数据元数据的概念和标准 118
1．地理空间数据元数据及意义 118
2．地理空间数据元数据的常用具体概念 119
3．空间数据元数据的标准 121
3.3.3 几种地理空间数据元数据标准及实例 121
1．美国FGDC元数据标准 121
2．ISO/TC 211的元数据标准草案 123
3．中国基础地理信息元数据实例 124
3.3.4 空间数据元数据的获取和应用 125
2．空间数据元数据的获取方法 126
3．空间数据元数据的应用及其意义 126
1．空间数据元数据的获取过程 126
第四章 地理空间数据处理 128
4.1 有关地理空间数据处理的总体说明 128
4.1.1 地理空间数据处理总体说明的必要性及内容 128
1．地理空间数据处理总体说明的必要性 128
2．本节的内容和做法 129
3．广义的地理空间数据处理的概含框架 130
4.1.2 非GIS特色的地理空间数据处理 132
1．普通数据处理 132
2．GIS中的一般的图形处理 132
3．GIS中的一般的图像处理 134
1．GIS特色的数据编辑 135
4.1.3 GIS特色的数据处理和广义的空间数据处理 135
2．空间数据质量与精度控制 136
3．其他GIS特色的数据处理 138
4．广义的空间数据处理 138
4.2 地理坐标变换及有关问题 139
4.2.1 地球表面形状和地理坐标 139
1．地球表面形状的几级近似表达 139
2．两种地球椭球体 141
3．三种地理坐标 142
4.2.2 地图投影和坐标转换 143
1．地图投影 143
2．高斯-克吕格坐标 144
3．平面地图直角坐标间的转换：坐标校正 148
1．关于坐标校正的讨论 150
4.2.3 其他有关问题 150
2．引进国外GIS软硬件带来的有关问题 151
3．计算机内的比例尺与坐标单位 152
4.3 地理空间数据插值 154
4.3.1 基本概念 154
1．空间数据插值的概念和必要性 154
2．空间变量分布与不同空间分布的数据源 155
3．空间数据插值基本思想和理论假设 156
4．整体插值法和局部插值法 157
4.3.2 整体插值法 157
1．变换函数插值 157
2．趋势面分析和其他数学模拟 158
3．边界插值方法 159
4.3.3 采用活动窗口的局部插值法 160
1．基本方法和技术路线 160
2．局部函数法 161
3．移动平均法 162
4．搜寻策略 163
4.3.4 其他局部插值法 163
1．克里金插值 163
2．加密插值和配准插值 165
3．样条函数 166
4.4 地理空间数据的三维处理 167
4.4.1 空间数据三维处理的基本概念 167
1．空间数据三维处理的两种基本思路 167
2．三维地形表达的传统方式 168
3．GIS三维处理的主要内容，DEM和DTM概念 169
4．现代三维地形表达的5个层次 171
4.4.2 数字高程模型及其生成 173
1．数字高程模型生成的一般思路 173
2．高程矩阵的特点及其生成 174
3．TIN模型及其生成 174
4．关于TIN生成方法的进一步讨论 176
4.4.3 三维可视化表达的某些技术步骤 177
1．数字高程模型的可视化 177
2．一定观察角度鸟瞰的透视立体图 178
3．一定观察角度、一定光源条件下的灰度或彩色立体图 179
4．进一步的三维表达技术 181
1．坡度和坡向 183
2．等值线 183
4.4.4 地形派生数据或地形分析 183
3．视线图 184
4．地形轮廓线及其他 184
第五章 空间分析 186
5.1 空间分析一般概念与空间查询 186
5.1.1 空间分析概念 186
1．关于“空间分析”概念的总体说明 186
2．本书的做法及空间分析概念框架 187
3．关于上述框架的说明 187
5.1.2 基本空间查询 189
1．关于“基本空间查询”的概念 189
2．从地物空间位置（或图形）特征查询属性 190
3．从属性查询空间位置（或图形）特征 190
4．用户给定的几何窗口查询 191
1．空间关系查询 192
5.1.3 较复杂的空间查询 192
2．与统计分析交互的空间查询 194
3．虚拟现实环境下的空间查询 194
5.2 程式化空间分析 195
5.2.1 空间操作及分析 196
1．空间操作的概念 196
2．空间剪裁与空间筛选 197
3．多边形合并 198
4．在面向对象的数据模型基础上对空间对象的空间操作 199
5.2.2 叠置操作及分析 199
1．点与多边形叠置 199
2．线与多边形叠置 200
3．多边形叠置 200
4．栅格GIS的叠置分析 202
5.2.3 缓冲区分析 203
1．缓冲区分析的概念 203
2．缓冲区的生成 204
3．缓冲区分析实例 205
5.2.4 网络分析 205
1．网络与网络分析的概念 205
2．最佳路径 206
3．资源分配 208
4．服务中心选址 209
5.3 其他空间分析 210
5.3.1 空间统计分析及其与栅格数据处理方法的联系 210
1．空间统计分析的内容和意义 210
2．空间统计分析与栅格数据处理方法的联系 212
3．空间变量筛选 212
4．地物分类 214
5．综合分析评价 215
5.3.2 分析地图学与空间分析 217
1．基于矢量地图的空间统计分析 217
2．基于地理空间和距离拓展概念所进行的空间分析 218
3．分析地图学简介 219
5.3.3 进一层的空间分析 220
1．多种基本空间操作或分析功能的组合 220
2．应用领域的专业模型与GIS相结合 220
3．空间区位-配置模型 221
4．专家系统 223
5．空间决策支持模型 224
1．地理信息系统输出产品 227
6.1.1 GIS输出与地图绘制 227
6.1 地图绘制与空间对象的符号化 227
第六章 地图制图及输出 227
2．地图绘制、GIS输出与GIS可视化 228
3．地图绘制：空间对象的符号化过程 229
4．GIS中的空间实体符号化过程的一般原理和步骤 230
6.1.2 地图符号及其分类 231
1．点位符号 231
2．线状符号 232
3．面状符号 233
6.1.3 专题地图制图特点 234
1．普通地图和专题地图 234
2．专题地图分类 235
3．专题地图内容表示方法 236
4．专题地图的GIS实现 238
6.2.1 地图符号制作方法 239
1．编程法 239
6.2 地图符号制作或绘制 239
2．直接信息法 240
3．间接信息法 241
6.2.2 矢量地图点、线、面符号的具体绘制 241
1．矢量点符号绘制 241
2．矢量线符号绘制 242
3．矢量面符号绘制 243
6.2.3 地图符号库及其应用 244
1．地图符号库一般概念 244
2．地图符号库的检索机制 245
3．地图符号的二次开发 246
4．现有软件的地图符号系统的应用特点 246
1．注记的数据结构 248
6.3 地图注记、排版和输出 248
6.3.1 地图注记 248
2．注记方式与注记编辑 249
3．地名自动注记 250
6.3.2 地图排版 251
1．颜色配置 251
2．图幅整饰 253
3．地图排版布局 254
6.3.3 地图输出 255
1．地图输出系统 255
2．绘图仪或打印机输出 255
3．自动制版输出 255
4．电子地图制作 256
7.1 万维网地理信息系统 259
第七章 GIS新技术发展 259
7.1.1 Web GIS概念 260
1．Web GIS基本概念 260
2．Web GIS组成 260
3．Web GIS的应用及意义 261
7.1.2 Web GIS主要特点 261
1．基于Internet/Intranet标准 261
2．分布式服务体系结构 261
3．高效利用空间数据资源 262
4．其他优点 262
7.1.3 Web GIS基本原理和构建方法 263
1．Web GIS基本原理 263
2．利用CGI技术方法构建Web GIS系统 264
3．利用服务器端应用程序接口建立Web GIS系统 265
4．利用plug-in插件技术方法建立Web GIS系统 266
5．利用ActiveX控件和DCOM组件对象模型技术建立Web GIS系统 267
6．利用Java编程语言建立Web GIS系统 267
7.1.4 主要Web GIS系统平台基本功能 269
1．ESRI公司的Internet Map Server（ArcIMS）平台 269
2．MapInfo公司的MapXtreme平台 271
3．Autodesk公司的Autodesk MapGuide平台 274
4．Intergraph公司的GeoMedia Web Map平台 275
5．武汉吉奥公司的GeoSurf平台 277
6．国家遥感应用工程技术研究中心的地网GeoBeans平台 278
7.2 虚拟现实地理信息系统 279
7.2.1 虚拟现实技术 279
1．虚拟现实技术基本概念 279
2．虚拟现实技术的主要特征 280
3．虚拟环境概念的四层含义 280
1．VR技术与GIS技术的结合 281
7.2.2 VR GIS基本概念及其特点 281
2．VR GIS基本概念及特点 283
3．VR GIS与三维地形可视化 284
7.2.3 三维显示工具OpenGL技术 286
1．OpenGL基本概念 286
2．OpenGL工作结构 287
3．OpenGL函数 290
4．OpenGL与三维地形虚拟现实 290
7.2.4 VR-GIS地学应用实例 291
7.3 时态地理信息系统 293
7.3.1 时态GIS基本概念 293
1．地理空间数据和信息的时态特征 293
2．时态地理信息系统 293
3．时态GIS与时态数据库 294
4．几种有代表性的时空数据模型 295
7.3.2 基态修正扩展模型 296
1．现时库、过程库和历史库 296
2．区段快速索引 297
3．变粒度存贮因子 298
7.3.3 基态修正扩展模型的应用实例 299
1．土地时空过程分析 299
2．土地时空数据结构 300
3．区段快速索引及变粒度索引因子的实现 302
4．数据模型的拓扑关系及时空数据存贮 302
5．土地产权产籍管理信息系统应用实例 303
7.4 客户／服务器体系结构及空间数据库引擎 305
7.4.1 客户／服务器体系结构 305
1．客户／服务器基本概念 306
2．典型两级客户／服务器开发模式及其局限性 307
3．三级客户／服务器服务模式 308
7.4.2 空间数据库引擎 309
1．空间数据库引擎的概念和作用 309
2．ESRI公司的ArcSDE 311
3．Oracle/MapInfo公司的Oracle Spatial 311
7.4.3 自主开发空间数据库引擎 313
1．SDG数据模型组织及操作 313
2．数据模型的空间图形要素表达 314
3．数据模型主要技术条件 315
4．数据模型体系结构 316
5．SDG应用实例 317
7.5 组件式GIS 317
7.5.1 COM基本概念及实现技术 318
1．COM基本概念 318
2．OLE技术概念 319
3．DCOM基本概念 320
4．ActiveX技术 321
7.5.2 组件式GIS基本概念及特点 322
1．组件式GIS的基本概念 322
2．传统GIS存在的问题 322
3．组件式GIS的特点 324
4．组件式GIS体系结构 325
7.5.3 几种主要组件式GIS平台及其比较分析 327
1．MapObjects平台 327
2．MapX平台 328
3．GeoMedia平台 329
4．几种主要组件式GIS平台功能比较 332
参考文献 335
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