第1章 绪论 1
1.1 地理信息系统的基本概念 1
1.1.1 数据与信息 1
1.1.2 地理信息与地图 2
1.1.3 信息系统与地理信息系统 3
1.2 地理信息系统的特征和类型 3
1.2.1 地理信息系统的特征 3
1.2.2 地理信息系统的类型 4
1.3 地理信息系统的组成 5
1.3.1 计算机硬件系统 5
1.3.2 计算机软件系统 5
1.3.3 空间数据 6
1.3.4 应用人员 6
1.4 地理信息系统的基本功能 7
1.4.1 数据采集与输入 7
1.4.2 数据编辑与更新 8
1.4.3 数据存储与管理 8
1.4.4 空间查询与分析 8
1.4.5 数据显示与输出 8
1.5 地理信息系统的应用 9
1.5.1 统计与量算 9
1.5.2 规划与管理 9
1.5.3 预测与监测 9
1.5.4 辅助决策 10
1.6 地理信息系统的研究内容 10
1.6.1 研究内容 10
1.6.2 相关学科 11
1.7 地理信息系统发展概况 12
1.7.1 国际发展状况 12
1.7.2 国内发展状况 14
第2章 空间数据模型与数据结构 17
2.1 地理空间与空间抽象 17
2.1.1 地理空间与空间实体 17
2.1.2 空间认知与抽象过程 18
2.2 空间数据概念模型 19
2.2.1 对象模型 19
2.2.2 场模型 19
2.2.3 网络模型 20
2.2.4 概念模型的选择 21
2.3 空间数据与空间关系 22
2.3.1 空间数据类型及其表示 22
2.3.2 空间关系 22
2.4 矢量数据模型 25
2.4.1 实体数据结构 26
2.4.2 拓扑数据结构 26
2.5 栅格数据模型 28
2.5.1 栅格单元确定 29
2.5.2 栅格数据编码 30
2.5.3 直接栅格编码 31
2.5.4 压缩栅格编码 31
2.6 矢量-栅格一体化数据模型 35
2.6.1 栅格结构与矢量数据结构的比较 35
2.6.2 矢量-栅格一体化数据模型 36
2.7 镶嵌数据模型 36
2.7.1 规则镶嵌数据模型 37
2.7.2 不规则镶嵌数据模型 37
2.8 三维数据模型 38
2.9 网络数据模型 39
2.10 面向对象数据模型 39
第3章 空间数据获取 42
3.1 空间数据数学基础 42
3.1.1 地理空间参照系统 42
3.1.2 地理坐标系统 43
3.1.3 大地坐标系 43
3.1.4 投影坐标系统 44
3.1.5 MapGIS软件中基于大地坐标系标准图框的生成 45
3.2 空间数据获取方式 47
3.2.1 已有数据的获取与转换 47
3.2.2 遥感数据获取 48
3.2.3 外业测量数据获取 49
3.2.4 全球定位系统数据获取 49
3.2.5 数字摄影测量数据获取 49
3.2.6 数字化仪矢量化 50
3.2.7 扫描数字化 51
3.3 屏幕矢量化 52
3.4 属性数据获取 54
3.4.1 属性数据的录入与编辑 54
3.4.2 属性数据编码的原则 55
3.4.3 属性数据编码的内容 55
3.4.4 属性数据编码的方法 55
第4章 空间数据处理 57
4.1 空间数据处理的概念和意义 57
4.2 常见的空间数据处理 57
4.2.1 图形坐标变换 57
4.2.2 地图投影变换 59
4.2.3 图幅拼接 60
4.2.4 图形数据编辑 61
4.2.5 拓扑关系维护 62
4.2.5 空间数据压缩 63
4.3 仿射变换 64
4.3.1 仿射变换原理 64
4.3.2 仿射变换图像配准 64
4.4 空间数据插值 66
4.4.1 整体内插法 67
4.4.2 局部内插法 67
4.5 空间数据质量控制 69
4.5.1 空间数据质量的相关概念 69
4.5.2 空间数据质量评价 71
4.5.3 空间数据的误差源及误差传播 72
4.5.4 误差类型分析 72
4.5.5 空间数据质量控制 73
4.6 元数据 74
4.6.1 元数据及其作用 74
4.6.2 元数据实例 75
第5章 空间数据组织与管理 77
5.1 数据的层次与文件组织 77
5.1.1 数据的层次单位 77
5.1.2 数据间的逻辑关系 77
5.1.3 常用数据文件 78
5.2 空间数据库 79
5.2.1 数据库的概念 79
5.2.2 空间数据库 80
5.2.3 数据库系统结构 80
5.2.4 数据库管理系统 82
5.3 空间数据管理设计 82
5.3.1 空间数据的基本特征 82
5.3.2 矢量数据管理 83
5.3.3 栅格数据管理 86
5.3.4 空间数据库引擎 87
5.4 空间数据组织 88
5.4.1 图幅数据组织 88
5.4.2 空间数据图库管理 89
5.4.3 属性数据组织 90
5.5 空间索引 90
5.5.1 对象范围索引 91
5.5.2 格网索引 91
5.5.3 四叉树空间索引 92
5.5.4 R树和R＋树空间索引 93
5.6 空间数据库查询语言 94
5.6.1 标准查询语言 94
5.6.2 扩展SQL处理空间数据 95
第6章 空间分析基本方法 97
6.1 空间数据查询与量算 97
6.1.1 空间数据查询 97
6.1.2 空间量算 100
6.1.3 几何量算 101
6.1.4 质心 103
6.1.5 最大内切圆、最小外接圆和最小凸包 103
6.2 缓冲区分析 104
6.2.1 缓冲区概念和作用 104
6.2.2 缓冲区建立 104
6.2.3 缓冲区分析应用实例 105
6.3 叠置分析 106
6.3.1 视觉信息叠加 106
6.3.2 矢量数据叠置分析 106
6.3.3 栅格数据叠置分析 109
6.4 网络分析 109
6.4.1 网络概念和构成 109
6.4.2 网络分析应用 111
6.5 泰森多边形分析 113
6.5.1 泰森多边形的概念和生成 113
6.5.2 泰森多边形的特点 113
6.5.3 泰森多边形分析的应用 114
6.6 空间插值 114
6.7 空间统计分类分析 114
6.7.1 主成分分析 115
6.7.2 层次分析法 115
6.7.3 系统聚类分析 116
6.7.4 判别分析 116
第7章 栅格数据分析 117
7.1 栅格数据分析方法 117
7.1.1 数据分析环境 117
7.1.2 局部运算 117
7.1.3 邻域运算 121
7.1.4 分带运算 122
7.2 距离量测运算 123
7.2.1 自然距离量测运算 124
7.2.2 成本距离量测运算 124
7.3 空间聚类与聚合 125
7.3.1 空间聚类 125
7.3.2 空间聚合 125
7.4 网络分析 126
第8章 数字地形模型及其应用 128
8.1 数字高程模型概念 128
8.1.1 DTM和DEM的概念 128
8.1.2 DEM的表示法 128
8.2 DEM的主要表示模型 129
8.2.1 规则格网模型 129
8.2.2 不规则三角网（TIN）模型 130
8.2.3 等高线模型 130
8.3 DEM的建立 130
8.3.1 DEM数据采集方法 130
8.3.2 数字摄影测量获取DEM 131
8.3.3 DEM的空间插值方法 132
8.4 DEM分析与应用 133
8.4.1 基本地形因子计算 134
8.4.2 谷脊特征分析 136
8.4.3 地形剖面分析 137
8.4.4 淹没损失估算 137
8.4.5 地貌类型的自动划分 137
8.4.6 从DEM数据自动形成地形轮廓线 137
8.4.7 通视分析 138
8.4.8 地形可视化 139
第9章 空间建模与空间决策支持 140
9.1 空间分析模型 140
9.1.1 地学模型概述 140
9.1.2 空间分析模型的特点 140
9.1.3 空间分析建模 141
9.1.4 空间分析的步骤 141
9.2 空间建模实例 142
9.2.1 二值模型 143
9.2.2 指数模型 145
9.2.3 回归模型 148
9.2.4 过程模型 148
9.3 空间决策支持 149
9.3.1 决策的概念 150
9.3.2 决策支持系统的概念和特点 150
9.3.3 决策支持系统的构成 151
9.3.4 空间决策支持的一般过程 152
9.4 专家系统 153
9.4.1 专家系统的基本组成 153
9.4.2 专家系统的知识表示与推理 153
9.4.3 人工智能与专家系统 155
第10章 地理信息系统产品输出及可视化 156
10.1 地理信息输出方式 156
10.1.1 地理信息的输出设备 156
10.1.2 屏幕显示 156
10.1.3 打印输出 157
10.2 地理信息系统产品的类型 157
10.2.1 地图 158
10.2.2 影像地图 158
10.2.3 统计图表 158
10.3 空间数据可视化 159
10.3.1 空间数据专题渲染 160
10.3.2 等值线、分层设色与地形晕渲显示 161
10.3.3 剖面图显示 161
10.3.4 立体透视图显示 161
10.3.5 空间信息的三维表达（三维景观与虚拟现实） 161
第11章 地理信息系统工程 164
11.1 地理信息系统工程的概念 164
11.2 应用型地理信息系统生产步骤与方法 164
11.3 需求分析 165
11.4 系统设计 166
11.5 数据工程设计 168
11.5.1 数据管理设计 168
11.5.2 数据结构设计 169
11.6 系统开发与实施 169
11.6.1 编码 170
11.6.2 测试 170
11.7 系统维护 171
第12章 空间信息基础设施与标准化 173
12.1 地理信息系统的标准化 173
12.1.1 GIS标准化概述 173
12.1.2 GIS标准化的内容 173
12.1.3 元数据标准 174
12.1.4 ISO/TC211地理信息标准简介 174
12.1.5 开放式GIS协会（OGC）简介 177
12.2 国家信息基础设施与国家空间数据基础设施 178
12.2.1 国家信息基础设施 178
12.2.2 空间数据基础设施 178
12.3 数字地球框架 179
12.3.1 数字地球的基本概念 179
12.3.2 数字地球的核心技术 180
12.3.3 数字地球的应用 182
12.4 空间信息网格 184
12.4.1 网格的发展历史与现状 185
12.4.2 网格的概念及特点 186
12.4.3 空间信息网格功能及体系结构 187
12.4.4 研究重点与关键技术 188
12.4.5 应用前景 189
附录1 GIS相关网站 190
1.1 国家政府科研部门相关空间信息网站 190
1.2 GIS民间组织与资源网站 190
1.3 GIS专业公司网站 190
1.4 中国电子地图网站 191
1.5 GIS论坛 191
1.6 GIS博客空间 191
参考文献 192