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第一篇　基本概念与理论1

第1章　绪论1

1.1 概述1

1.2　地理信息与地理数据2

1.3　GIS的类型3

1.4　GIS的功能概述3

1.4.1　数据的搜集、监测与编辑5

1.4.2　数据处理5

1.4.3　数据存储组织5

1.4.4　空间查询与分析5

1.5　GIS的研究内容6

1.4.5　图形与互动式显示6

1.6　GIS的起源与发展7

1.7　GIS的定义9

1.7.1　信息和地理信息9

1.7.2　信息系统和地理信息系统9

1.8　GIS的基本内容11

1.9　GIS的特性11

1.9.1　GIS与辅助制图系统的区别与联系12

1.9.2　GIS与数据库管理系统的区别与联系12

1.9.3　GIS与CAD的区别与联系13

1.9.4　GIS与遥测图像处理系统的区别与联系13

1.10　GIS的功能13

1.11 GIS的应用16

1.12　实用GIS18

1.13　思考题19

第2章　GIS的体系结构20

2.1　GIS的体系结构的概述20

2.1.1　计算机硬件系统21

2.1.2　计算机软件系统21

2.1.3　系统开发、管理和使用人员22

2.1.4　空间数据22

2.2　GIS的硬件配备23

2.2.1　单机模式23

2.3　计算机及网络设备24

2.2.3　广域网模式24

2.2.2　局域网模式24

2.3.1 中央处理器25

2.3.2 内存25

2.3.3　网络25

2.4　存储设备30

2.5　输入设备31

2.5.1 数字化仪31

2.5.2　扫描仪31

2.5.3　解析和数字摄影测量仪器32

2.5.4　全数字摄影测量工作站32

2.5.5　其他仪器32

2.6.3　图形终端机33

2.6.2　栅格式绘图设备33

2.6　输出设备33

2.6.1 向量绘图机33

2.7　GIS的软件架构34

2.7.1　GIS程序集的软件层次34

2.7.2　GIS基础软件的五大子系统34

2.8　思考题38

第3章　实用GIS的空间数据39

3.1　地理空间数据简介39

3.1.1　空间数据的内容39

3.1.2　空间数据的基本特征40

3.1.3　空间数据测量的尺度与精确度40

3.1.4　数据来源41

3.2.2　全站仪（电子平板）测量42

3.2　野外数据采集42

3.2.1 平板测量42

3.2.3　GPS测量43

3.3　数字化地图44

3.3.1　移动跟踪数字化44

3.3.2　扫描数字化45

3.4　摄影测量46

3.4.1　基本原理46

3.4.2　解析摄影测量48

3.4.3　数字摄影测量48

3.5.1　遥测数据49

3.5　遥测影像处理49

3.5.3　扫描式传感器所获图形的几何特性51

3.5.2　遥感图像的空间分辨率51

3.5.4　侧视雷达图像的几何特性52

3.5.5　常用的卫星数据53

3.5.6　遥测图形处理系统54

3.5.7　遥测与GIS的结合57

3.6　属性数据获取59

3.7　空间数据转换59

3.8　空间数据质量61

3.8.1 数据质量的基本特点62

3.8.3　数据的误差类型64

3.8.2　数据误差或不确定性的来源64

3.8.4　几何误差的检测和表达65

3.8.5　属性误差67

3.8.6　属性数据的不确定性68

3.9　数据的测量尺度68

3.10　数据来源69

3.11　地图射影70

3.11.1　地理坐标71

3.11.2　地球的形状71

3.11.3　投影类型72

3.11.4　地表的垂直和水平基准面73

3.12.1 卫星测距74

3.12.2　GPS接收机与卫星同步产生伪码74

3.12　全球定位系统（GPS）74

3.12.3　GPS的误差与微分纠正75

3.13　航空图片75

3.13.1　航空摄影胶片的特性75

3.13.2　航空摄影76

3.13.3　垂直摄影图片的几何性质77

3.13.4　立体像对上测量高度并创建地面坐标系78

3.13.5　航空图片坐标向通用地图投影坐标系的转换80

3.13.6　正射影像81

3.14.2　网络模型82

3.14　网络结构模型82

3.14.1　网络空间82

3.15　时空模型83

3.15.1　时空数据模型概述83

3.15.2　TGIS的研究思路84

3.15.3　时空数据模型设计84

3.16　三维模型84

3.16.1　三维GIS的功能85

3.16.2　三维数据结构85

3.17　思考题87

4.1.1　GIS数据库88

第4章　GIS数据库设计88

4.1　GIS数据库及其设计88

4.1.2　GIS数据库设计的概念89

4.1.3　以应用目的为导向的GIS数据库设计程序89

4.2　用户需求分析90

4.2.1 现状调查91

4.2.2　需要了解的内容92

4.2.3　调查内容的组织和分析94

4.3　概念化设计97

4.3.1 数据库的全局地理定义98

4.3.2　数据库数据模型的确定101

4.4.1　数据来源的选择108

4.4　细节化设计108

4.4.2　各种数据的评估110

4.4.3　空间数据层的设计113

4.4.4　数据字典114

4.4.5　内存管理结构的设计115

4.5　执行规划118

4.5.1　数据采集过程的自动化设计118

4.5.2　数据库的质量管理120

4.5.3　开发进度的监测122

4.6 试验项目123

4.8　数据管理设计125

4.8.1　全部采用文件管理125

4.7　数据库执行125

4.8.2　文件结合关系型数据库管理126

4.8.3　全部采用关系型数据库管理127

4.8.4　面向对象的数据库管理系统（OO-DBMS）128

4.9　思考题129

第5章　空间数据管理130

5.1　空间数据库130

5.1.1　GIS与一般管理信息系统的比较130

5.1.2　空间数据库的概念、特点及对DBMS的要求131

5.2　数据与文件组织133

5.2.1　数据组织的分级133

5.2.3　常用数据文件134

5.2.2　数据之间的逻辑关系134

5.3　GIS的内部数据结构135

5.3.1 向量模型135

5.3.2　栅格模型135

5.4　栅格数据结构及其编码136

5.4.1　栅格数据结构136

5.4.2　决定栅格单元代码的方式137

5.4.3　编码方法138

5.5　向量数据结构及其编码140

5.5.1　向量数据结构140

5.5.2　编码方法141

5.6.1　栅格结构与向量结构的比较144

5.6　栅格与向量结构的比较144

5.6.2　相互转换算法146

5.7　空间索引机制150

5.7.1　索引概念150

5.7.2　索引类型151

5.8　空间信息查询154

5.8.1　属性特征查询154

5.8.2　空间关系和属性特征的查询（SQL）154

5.8.3　一种空间扩展SQL结构化查询语言——Geo SQL154

5.9　思考题155

6.1　GIS数据表现与地图学156

6.1.1　构成地图学与GIS的数学法则156

第6章　可视化GIS与地图制图156

6.1.2　地图学和GIS的符号157

6.1.3　地图学和GIS的制图整合157

6.2　地图的符号158

6.2.1　地图符号的实质158

6.2.2　地图符号的构成特点159

6.2.3　地图上的注记160

6.3　主题式信息表现162

6.3.1　主题式地图的分类和内容163

6.3.2　面状主题式内容的表示方法163

6.3.3　主题式地图内容的表现方式167

6.4　主题式地图设计169

6.4.1 图幅基本轮廓的设计169

6.4.2　制图区范围的确定170

6.4.3　主题式地图数学基础的设计171

6.4.4　图面设计171

6.5　整合式制图172

6.5.1　整合式制图的概念172

6.5.2　影响整合式制图的主要因素173

6.5.3　整合式绘图的基本方法174

6.6　地理信息的可视化176

6.6.1　基本概念176

6.6.2　地理可视化的类型177

6.6.3　虚拟地理环境179

6.6.4　地理可视化研究架构180

6.7　思考题181

第7章　空间建模与空间决策支持182

7.1　空间分析程序及其模型182

7.1.1　空间分析程序182

7.1.2　空间分析建模183

7.2　空间决策支持模型186

7.2.1 空间决策过程的复杂性187

7.2.2　空间决策分析的理论和方法189

7.2.3　空间决策支持系统190

7.2.4　通用智能型空间决策支持系统结构体系191

7.2.5　空间决策支持系统的模型管理系统192

7.3.1　专家系统的基本组成194

7.3　专家系统194

7.3.2　专家系统的知识处理196

7.3.3　空间分类专家系统实例——土地类型分类198

7.4　GIS空间分析与空间动态建模200

7.4.1　GIS与空间动态模型的结合方式201

7.4.2　细胞自动机简介201

7.4.3　细胞自动机仿真林火蔓延模型202

7.4.4　细胞自动机与GIS整合应用中的局限性204

7.5　空间互动与位置－分配模型205

7.5.1　地理位置205

7.5.2　空间最优化模式的定义206

7.5.3　空间最优化模式的分类207

7.5.4　静态－离散空间最优化模式的数学表达：线性规划209

7.6　思考题210

第二篇　GIS应用实务211

第8章　网络GIS211

8.1　计算机网络技术211

8.1.1　网络的基本概念211

8.1.2　因特网（Internet）212

8.2　分布式GIS215

8.2.1　分布式系统和C/S模型216

8.2.2　网络GIS的组合方式217

8.2.3　Web GIS的概念设计219

8.3.1 因特网和GIS221

8.3　Web GIS221

8.3.2　Web GIS简介222

8.3.3　Web GIS的运行技术222

8.4　结论225

第9章　3S整合式技术226

9.1　遥测简介226

9.1.1　遥测的概念及发展226

9.1.2　遥测技术原理226

9.1.3　数字影像处理的主要功能227

9.1.4　遥测技术的优势228

9.2.1　GPS系统介绍229

9.2　GPS简介229

9.2.2　GPS误差和纠正230

9.3　GIS与RS的整合及具体技术231

9.3.1　将GIS作为图形处理的工具231

9.3.2　遥测数据作为GIS的信息来源232

9.4　GPS的整合及具体技术233

9.4.1 定位233

9.4.2　测量233

9.4.3　监控导航233

9.5　3S整合概论234

第10章　GIS应用实务236

10.1　城市规划与建设管理236

10.1.1　地图更新236

10.1.2　土地区域规划管理237

10.1.3　建筑审批处的内部工作管理238

10.2　农业气候区域规划信息系统238

10.2.1　农业气候区域规划信息系统的系统结构及工作流程238

10.2.2　3S技术在项目中的应用239

10.3　大气污染监控管理240

10.4　道路交通管理240

10.4.1 路廓设计241

10.4.2　道路管理241

10.4.3　流量和路径分析242

10.5　地震灾害和损失估计243

10.6.1　地貌信息的内涵、地貌系统的特点与分析方法245

10.6　地貌245

10.6.2　地貌信息系统247

10.7　医疗卫生248

10.7.1　GIS与流行病研究248

10.7.2　GIS与医疗设备分布249

10.7.3　整合流行病与医疗实施规划及空间决策支持系统249

10.8　军事249

10.8.1 国外军事地理信息系统（MGIS）现状250

10.8.2　国外军用系统范例251

10.8.3　MGIS的发展方向252

10.9　伽利略卫星定位导航系统启动252

10.9.1 伽利略卫星定位导航系统简介252

10.10　防范自杀客机攻击的措施253

10.9.2　无关军事，不会关闭，伽利略比GPS更犀利253

10.11　数据仓库的GISOLAP及其应用254

10.11.1　数据仓库的GISOLAP简介254

10.11.2　数据仓库的OLAP技术254

10.11.3　GIS与GIS的组件化255

10.11.4　面向数据仓库的GISOLAP应用256

10.11.5　GISOLAP在PSGIS中的应用257

10.11.6　结论和意义258

10.12　GIS与工程模型耦合应用模式258

10.12.1　GIS与工程模型耦合应用模式简介258

10.12.2　现有耦合应用模式259

10.12.3　面向开放式GIS的耦合模型260

10.13　全球定位器262

第11章　GIS标准化263

11.1　GIS标准化简介263

11.1.1　制定信息技术的标准化组织263

11.1.2　程序标准263

11.1.3　ISO的标准制定过程264

11.1.4　地理数据的互操作265

11.2　ISO/TC211地理信息标准265

11.3　开放式的地理数据互操作规范269

11.3.1　Open GIS规范模型269

11.3.2　Open GIS规范的分类270

11.3.3　其他GIS标准制定组织和有关标准272

11.4.1　ISO 9000系列标准273

11.4　GIS软件研发的质量管理273

11.4.2　软件程序改进的CMM模型274

第12章　GIS和商品化276

12.1　GIS的商品化简介276

12.1.1　雏型式的GIS到商品化GIS276

12.1.2　GIS商品化的影响277

12.2　GIS商品化的其他问题278

12.2.1　产业278

12.2.2　政策279

12.2.3 法律280

12.2.4　教育和评估认证283

12.3　商品化对GIS发展的影响284

12.4　结论285

第13章　Web GIS与数字化地球286

13.1　网络GIS286

13.1.1 网络GIS（Web GIS）概述286

13.1.2　Web GIS设计方案289

13.1.3　几种Web GIS的比较290

13.1.4　Web GIS应用前景292

13.2　组件式GIS293

13.2.1　组件式GIS（COM GIS）的概念293

13.2.2　COM GIS的特点294

13.2.3　COM GIS的设计与开发296

13.3.1 “数字化地球”的基本概念298

13.3 “数字化地球”简介298

13.3.2 “数字化地球”的基本架构300

13.3.3 “数字化地球”的技术基础302

13.4　数字化地球关键性技术305

13.5　NII和NSDI308

13.5.1 国家信息基础架构308

13.5.2　国家空间数据基础架构309

第14章　GIS相关软件产品简介310

14.1　ESRI产品系列310

14.2　Intergraph产品系列311

14.3　MapInfo产品系列312

15.1　数据仓库314

第15章　数据存储与空间数据采掘314

15.2　数据采掘（Data Mining）315

15.3　空间数据采掘317

15.3.1　统计分析方法317

15.3.2　抽象化的方法317

15.3.3　群集分析318

15.3.4　空间关联规则方法318

15.4　空间数据采掘与知识发现320

15.4.1　空间数据采掘与知识发现的定义与描述320

15.4.2　空间数据采掘的理论架构322

15.4.3　从空间数据库中发现的知识及应用322

15.4.4　空间数据采掘与知识发现方法323

15.4.5　空间知识发现系统的架构及开发方法325

15.4.6　空间数据采掘发展方向探讨326

第16章　空间数据库采掘327

16.1　空间数据立方体和空间OLAP327

16.2　空间关联分析330

16.3　空间群集、空间分类和空间趋势分析331

16.4　光栅数据库采掘331

第17章　GIS的发展趋势与展望332

17.1 GIS理论中的关键性问题332

17.1.1　GIS理论发展的需求332

17.1.2　GIS理论中尚待解决的关键性问题333

17.2　GIS的发展动态334

17.3　GIS的发展趋势与展望336

17.3.1　GIS网络化（Wed GIS）336

17.3.2　数据商品化336

17.3.3　GIS标准化337

17.3.4　系统专业化337

17.3.5　专业人员团队合作338

17.3.6　企业流程再造338

17.3.7　GIS企业化339

17.3.8　全球化340

17.3.9　GIS普及化341

参考文献342