本书是普通高等教育“十一五”*规划教材,详细介绍了地理信息系统(GIS)的原理与方法。本书共分13章,**介绍了GIS相关概念、空间数据结构、GIS的地理数学基础、GIS数据输入、空间数据、空间数据管理、空间分析、GIS数据可视化与制图、数字高程模型、网络GIS、三维GIS、GIS工程与标准、GIS发展趋势等内容。本书免费提供电子课件,可以登录司马云(www.smaryun.com)或华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)注册后下载。

第1章 绪论1 1.1 GIS基本概念1 1.1.1 信息与数据1 1.1.2 空间数据与地图2 1.1.3 地理信息与地学信息2 1.1.4 信息系统和GIS3 1.2 GIS的发展过程3 1.2.1 GIS在国外的发展3 1.2.2 GIS在我国的发展5 1.3 地球信息科学与GIS软件及类型6 1.3.1 地球信息科学6 1.3.2 GIS软件7 1.3.3 GIS类型8 1.4 GIS与其他相关学科的关系9 1.4.1 GIS与测绘学9 1.4.2 GIS与地理学10 1.4.3 GIS与地图学10 1.4.4 GIS与一般事务数据库11 1.4.5 GIS与计算机地图制图11 1.4.6 GIS与CAD11 1.5 GIS组成12 1.5.1 计算机硬件系统12 1.5.2 计算机软件系统14 1.5.3 地理空间数据16 1.5.4 应用分析模型17 1.5.5 系统开发管理和使用人员17 1.6 GIS功能和应用17 1.6.1 GIS功能17 1.6.2 GIS应用19 习题123 第2章 空间数据结构24 2.1 空间认知模型24 2.1.1 空间认知过程概述24 2.1.2 空间认知三层模型24 2.2 空间数据概念模型26 2.2.1 离散实体模型26 2.2.2 连续场模型27 2.3 矢量数据模型27 2.3.1 矢量数据的基本概念27 2.3.2 实体数据结构27 2.3.3 拓扑数据结构30 2.4 栅格数据模型33 2.4.1 栅格数据的基本概念33 2.4.2 栅格数据层的概念34 2.4.3 栅格数据模型的表示34 2.4.4 栅格数据的组织方法36 2.4.5 栅格数据取值方法36 2.4.6 栅格数据存储的压缩编码37 2.5 矢量数据模型与栅格数据模型42 2.5.1 矢量数据与栅格数据结构的比较42 2.5.2 矢量、栅格一体化43 2.5.3 矢量和栅格数据结构的选择43 2.6 MapGIS空间数据模型概述44 习题249 第3章 GIS的地理数学基础51 3.1 几何空间51 3.1.1 距离空间51 3.1.2 欧氏空间52 3.1.3 基于集合的几何空间55 3.1.4 拓扑空间59 3.2 地球椭球体与大地控制61 3.2.1 地球椭球体61 3.2.2 大地控制62 3.3 地图投影66 3.3.1 地图投影的概念66 3.3.2 地图投影的变形66 3.3.3 地图投影的分类67 3.3.4 GIS中的地图投影70 3.4 空间坐标转换75 3.4.1 坐标系转换75 3.4.2 投影转换80 习题383 第4章 GIS数据输入84 4.1 GIS数据来源84 4.1.1 矢量数据来源84 4.1.2 栅格数据来源84 4.1.3 属性数据来源85 4.2 数据输入85 4.2.1 野外数据采集85 4.2.2 地图数字化86 4.2.3 数字摄影测量89 4.2.4 遥感影像处理90 4.2.5 现有数据转换90 4.3 数据输入质量控制91 4.3.1 数据质量问题91 4.3.2 误差来源93 4.3.3 数据质量控制主要方法94 习题495 第5章 空间数据处理96 5.1 空间数据的显示基础96 5.1.1 二维观察变换96 5.1.2 投影变换97 5.1.3 几何变换99 5.1.4 窗口裁剪技术102 5.2 空间数据的编辑方法103 5.2.1 图形数据编辑103 5.2.2 属性数据编辑106 5.2.3 拓扑关系的构建与编辑107 5.2.4 图幅拼接处理109 5.3 空间数据的误差分析和校正110 5.3.1 空间数据的误差分析110 5.3.2 空间数据的误差校正113 5.4 空间数据的压缩与光滑114 5.4.1 数据压缩114 5.4.2 曲线光滑115 5.5 栅格数据与矢量数据的互相转换115 5.5.1 矢量数据转换成栅格数据115 5.5.2 栅格数据转换成矢量数据118 习题5118 第6章 空间数据管理120 6.1 概述120 6.1.1 空间数据管理方式120 6.1.2 数据库管理系统121 6.1.3 空间数据库系统121 6.2 空间数据模型122 6.2.1 传统数据模型122 6.2.2 面向对象模型124 6.3 空间数据组织128 6.3.1 地图数据的基本组成128 6.3.2 图形数据模型129 6.3.3 专题属性数据模型130 6.3.4 图形数据与专题属性数据的连接130 6.3.5 地理实体信息框架131 6.4 空间索引和空间查询132 6.4.1 空间索引132 6.4.2 空间查询137 6.4.3 空间查询处理140 6.4.4 查询优化142 6.5 空间数据引擎143 6.5.1 空间数据引擎的概念143 6.5.2 空间数据引擎的工作原理144 6.5.3 空间数据引擎实例146 6.6 空间元数据147 6.6.1 空间元数据的定义及其作用147 6.6.2 空间元数据的分类148 6.6.3 空间元数据的内容149 6.7 空间数据库设计151 6.7.1 空间数据库概念结构设计151 6.7.2 空间数据库逻辑结构设计155 6.7.3 空间数据库物理结构设计162 习题6163 第7章 空间分析164 7.1 空间分析的内容与步骤164 7.2 空间度量基础算法166 7.2.1 长度量算166 7.2.2 角度量算170 7.2.3 任意多边形面积量算170 7.2.4 分布**的计算171 7.3 数据检索分析172 7.3.1 属性统计分析172 7.3.2 布尔逻辑查询分析173 7.4 叠置分析173 7.4.1 栅格叠加分析173 7.4.2 矢量叠加分析177 7.5 缓冲区分析181 7.5.1 缓冲区分析的概念181 7.5.2 建立缓冲区的算法182 7.6 网络分析182 7.6.1 网络数据模型——几个基本概念182 7.6.2 常规的网络分析功能183 7.7 空间统计分析188 7.7.1 空间自相关188 7.7.2 空间聚类分析190 7.7.3 空间关联分析192 习题7196 第8章 GIS数据可视化与制图197 8.1 地图符号与符号库197 8.1.1 地图符号的定义与分类197 8.1.2 地图符号的基本结构198 8.1.3 点状符号的构造199 8.1.4 线状符号的构造200 8.1.5 面状符号的构造201 8.1.6 地图符号的设计要求202 8.1.7 地图符号库203 8.2 GIS符号化204 8.2.1 符号化的两种方式204 8.2.2 符号化的基本元素205 8.2.3 符号化信息的内容206 8.2.4 符号化信息编辑207 8.2.5 要素、符号化信息的关联方式208 8.3 GIS地图制图208 8.3.1 GIS制图的关键技术208 8.3.2 GIS制图工艺流程210 8.3.3 GIS制图的特征210 8.3.4 GIS制图的三个层次211 8.4 GIS制图表达212 8.4.1 地图符号间的关系212 8.4.2 地图符号冲突213 8.4.3 符号冲突的处理原则215 8.4.4 常见的符号冲突处理方法216 8.5 GIS地图输出219 习题8220 第9章 数字高程模型221 9.1 基本概念221 9.1.1 DEM的概念221 9.1.2 DEM的类型221 9.1.3 DEM的特点223 9.1.4 DEM的用途223 9.2 DEM数据源224 9.2.1 DEM数据特征224 9.2.2 DEM数据获取224 9.3 DEM的构建225 9.3.1 数学方法225 9.3.2 TIN的生成方法230 9.3.3 Grid的生成234 9.4 DEM的应用240 9.4.1 三维方块图240 9.4.2 视线图241 9.4.3 等高线图241 9.4.4 地形特征的数字表示242 9.4.5 地貌晕渲图244 9.4.6 DEM数据自动形成地形轮廓线245 9.4.7 剖面分析246 9.5 DEM分析的误差与精度246 9.5.1 DEM的误差研究概况246 9.5.2 DEM的误差来源246 9.5.3 DEM的误差分析247 9.5.4 DEM的精度评价模型248 习题9249 第10章 网络GIS250 10.1 概述250 10.1.1 网络GIS的基本概念250 10.1.2 网络GIS的功能特征252 10.1.3 网络GIS的应用253 10.2 网络GIS体系结构256 10.2.1 传统WebGIS体系结构阶段256 10.2.2 面向服务的WebGIS体系结构257 10.2.3 GIS服务器独立的WebGIS体系结构258 10.2.4 集群环境下的WebGIS体系结构259 10.3 网络GIS数据组织与管理260 10.3.1 网络GIS数据组织概述260 10.3.2 基础数据组织261 10.3.3 专题数据组织267 10.3.4 共享服务数据268 10.3.5 元数据管理268 10.3.6 网络GIS数据管理269 10.4 网络GIS关键技术270 10.4.1 海量空间数据网络服务270 10.4.2 任务并行处理与负载均衡272 10.4.3 功能与服务动态自定义扩展273 10.4.4 服务不间断运行277 习题10277 第11章 三维GIS278 11.1 三维GIS概述278 11.1.1 三维GIS的定义、特点及功能279 11.1.2 三维GIS发展面临的机遇与挑战281 11.1.3 三维GIS研发的问题分析282 11.2 三维空间数据模型及其索引方法283 11.2.1 三维空间数据模型283 11.2.2 三维空间数据索引291 11.3 三维城市模型数据获取方法294 11.4 常用三维建模软件与建模方法295 11.4.1 基于二维GIS数据的三维建模295 11.4.2 基于遥感影像的三维建模295 11.4.3 基于激光扫描系统的三维 建模296 11.4.4 基于CAD模型的三维建模296 11.5 三维GIS可视化297 11.5.1 三维空间数据可视化的基本流程298 11.5.2 三维场景管理与可视化策略298 11.5.3 基于体素地理数据的可视化299 11.5.4 虚拟现实展示技术301 11.6 三维GIS空间分析方法302 11.6.1 空间量算302 11.6.2 地形分析303 11.6.3 交互分析304 习题11304 第12章 GIS工程与标准305 12.1 GIS工程的概念305 12.2 GIS工程建设过程306 12.2.1 GIS工程建设模式306 12.2.2 应用型GIS设计步骤和方法307 12.2.3 需求分析308 12.2.4 系统1