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目录1

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ArcSDE311

3．Oracle/MapInfo公司的Oracle Spatial311

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GIS317

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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