内 容 简 介

本书系统地介绍了地理信息系统的相关基础知识，阐述了空间数据库技术，论述了数据获取及处理的方法，重点介绍了地理信息系统的空间查询和空间分析功能以及地理信息系统常用的设计方法及评价等；最后以“天地图·辽宁”为例，阐述了其设计方法及部分功能模块，使读者能够形象、生动地理解地理信息系统实际体现形式及用途。

本书可作为工科院校测绘类、规划类、环境类、农林水利类、遥感类、地学类等本、专科及高等职业教育的教学用书。在实际教学实践中，任课老师可以根据具体情况，对本书内容进行选择教学。

前    言

　　随着科学技术的发展，地理信息系统越来越为人们所熟悉，也越来越多地出现在人们的视野当中。地理信息系统是利用计算机技术，对空间数据进行采集、处理、存储、查询与分析等操作，从而获得人们日常生活和专题性需要的一门综合学科。地理信息系统目前得到了社会各界的认可，并且由于其本身的学科特点，使其能够与多学科融合，例如计算机、测绘、地理学、林学、遥感学、农学、地学等。对于测绘等专业本科生，也是一门重要的专业课。

　　本书特点是在介绍了地理信息系统的理论知识的基础上，以实际开发的案例为参考，全面阐述地理信息系统的原理与应用。本书全面地介绍了地理信息系统的基本理论，阐述了空间数据库技术和空间数据获取及处理方法，论述了地理信息系统的设计和评价，并介绍了“天地图·辽宁”的设计方法和部分应用。具体章节设置为：第1章绪论、第2章空间数据组织、第3章空间数据获取与处理、第4章空间数据库、第5章空间查询与空间分析、第6章GIS专题应用、第7章GIS产品输出与地图制图、第8章GIS的设计与评价、第9章GIS案例。

　　本书刘茂华任主编，成遣、白海丽、王岩任副主编，具体分工如下：沈阳建筑大学刘茂华编写第1、6章；沈阳农业大学成遣编写第2、3章；河北工业大学白海丽编写第4、5章，辽宁省有色地质局勘查总院孙秀波参与编写第4章；沈阳建筑大学王岩、孙立双编写第7章；大连金源勘测技术有限公司于树良、张爱华编写第8章；辽宁省基础地理信息中心王峰、易智瑞(中国)信息技术有限公司沈阳分公司艾中天、梅小迪编写第9章；最后由刘茂华、王岩统稿。感谢易智瑞(中国)信息技术有限公司沈阳分公司王彬、石姣及季晓光对本书编写给予的大力支持。

　　由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请各位专家和读者不吝赐教。

　　

　　                              编  者  

 

目    录

第1章  绪论 1

1.1  地理信息系统的基本概念 1

1.1.1  地理信息系统的相关概念 1

1.1.2  GIS含义 3

1.2  GIS的发展 4

1.2.1  国外GIS的发展概况 4

1.2.2  我国GIS的发展概况 6

1.2.3  当代GIS的发展概述 7

1.3  GIS的组成 10

1.3.1  系统硬件 11

1.3.2  GIS软件 14

1.3.3  GIS的数据 15

1.3.4  应用人员 17

1.3.5  应用模型 17

1.4  GIS的功能 18

1.4.1  GIS的基本功能 18

1.4.2  GIS的应用功能与范围 20

习题 22

第2章  空间数据组织 23

2.1  地理空间及其表达 23

2.1.1  地理空间信息 23

2.1.2  地理空间信息的描述 23

2.1.3  地图对空间实体的描述 29

2.1.4  影像对空间实体的描述 31

2.1.5  GIS对空间实体的表达 31

2.2  地理空间数据及其特征 32

2.2.1  空间数据基本特征 32

2.2.2  空间数据分类 33

2.3  地理信息的空间关系 35

2.3.1  地理空间数据的拓扑关系 35

2.3.2  地理空间数据的方向关系 36

2.3.3  地理空间数据的度量关系 37

2.4  地理信息的空间数据结构 38

2.4.1  矢量数据结构及编码 38

2.4.2  栅格数据结构及编码 47

2.4.3  矢、栅结构的比较与相互转换 56

习题 68

第3章  空间数据获取与处理 69

3.1  数据源的种类 69

3.2  空间数据的采集 71

3.2.1  空间数据的分类与编码 72

3.2.2  属性数据的采集 73

3.2.3  空间数据的采集 76

3.3  空间数据编辑与处理 83

3.3.1  误差或错误的检查与编辑 83

3.3.2  数学基础变换 85

3.3.3  数据格式转换 88

3.3.4  坐标变化 89

3.3.5  图像解译 91

3.3.6  图幅拼接 92

3.4  空间数据编辑算法 94

3.4.1  点的捕捉算法 94

3.4.2  线的捕捉算法 94

3.4.3  面的捕捉算法 96

3.5  数据质量评价与控制 97

3.5.1  空间数据质量的相关概念 97

3.5.2  空间数据质量评价 98

3.5.3  空间数据的误差源及误差传播 99

3.5.4  误差类型分析 100

3.5.5  空间数据质量的控制 100

习题 102

第4章  空间数据库 103

4.1  数据库概述 103

4.1.1  传统数据库 103

4.1.2  空间数据库 104

4.2  数据模型 105

4.2.1  传统数据模型 105

4.2.2  面向对象数据模型 108

4.2.3  空间数据模型 113

4.2.4  三维空间数据模型 119

4.3  空间数据索引 119

4.3.1  简单网格空间索引 120

4.3.2  二叉树索引 120

4.3.3  R树索引和R+树索引 121

4.3.4  CELL索引 122

4.3.5  四叉树索引 123

4.4  空间数据库设计 124

4.4.1  需求分析 124

4.4.2  概念设计 125

4.4.3  逻辑设计 126

4.4.4  物理设计 127

4.4.5  数据库的实现 127

4.4.6  数据库的运行与维护 128

习题 128

第5章  空间查询与空间分析 129

5.1  空间分析建模 129

5.1.1  空间分析模型 129

5.1.2  空间分析建模 130

5.2  空间查询与量算 131

5.2.1  空间数据的查询 131

5.2.2  空间数据的量算 133

5.3  缓冲区分析 138

5.3.1  缓冲区分析基本概念 138

5.3.2  矢量数据缓冲区的生成 139

5.3.3  栅格数据的缓冲区 142

5.4  叠置分析 142

5.4.1  矢量数据的叠置分析 143

5.4.2  栅格数据的叠置分析 145

5.5  网络分析 149

5.5.1  图论基本概念 149

5.5.2  网络数据结构 151

5.5.3  网络分析功能 153

5.6  数字地形模型与地形分析 156

5.6.1  DTM 与DEM 157

5.6.2  DEM的主数据模型 157

5.6.3  DEM模型的相互转化 158

5.6.4  数字地形分析 159

5.7  空间数据的其他分析 166

5.7.1  空间信息分类 166

5.7.2  空间统计分析 170

5.7.3  空间插值 174

习题 182

第6章  GIS的专题应用 183

6.1  GIS应用概述 183

6.1.1  概况 183

6.1.2  农业 183

6.1.3  林业 184

6.1.4  土地管理 185

6.1.5  环境资源管理 185

6.1.6  宏观预测、辅助决策 186

6.2  GIS在资源管理、区域规划及

辅助决策方面的应用 186

6.2.1  资源管理 186

6.2.2  区域规划 187

6.2.3  辅助决策 188

6.3  3S集成 189

6.3.1  3S集成概述 189

6.3.2  GIS与RS集成 190

6.3.3  GIS与GNSS的集成 191

6.3.4　RS与GNSS集成 193

6.3.5  3S集成的意义 194

6.4  组件式GIS 194

6.4.1  ComGIS概述 194

6.4.2  COM技术 195

6.5  WebGIS 197

6.5.1  Web原理 198

6.5.2  WebGIS特点 198

6.5.3  分布式WebGIS 199

6.6  虚拟现实技术 201

6.6.1  虚拟现实技术概述 201

6.6.2  VR分类 202

6.6.3  VR组成及关键技术 203

6.7  移动GIS 204

6.7.1  移动GIS概述 204

6.7.2  移动GIS特点 205

6.7.3  移动GIS组成 205

6.8  数字地球 209

6.8.1  数字地球的概念 209

6.8.2  DE涵盖的技术学科 210

6.8.3  DE的意义 211

6.8.4  智慧地球 211

习题 212

第7章  GIS产品输出与地图制图 213

7.1  地图定义及分类 213

7.1.1  纸质地图 214

7.1.2  数字地图 217

7.1.3  动态地图 219

7.2  地图的色彩 219

7.2.1  色彩的基本属性 220

7.2.2  三原色 220

7.2.3  色彩的混合和色彩的感觉 221

7.2.4  地图色彩的设计 223

7.3  地图符号 225

7.3.1  地图符号的实质 225

7.3.2  地图符号的分类 226

7.3.3  地图符号的视觉变量 227

7.4  地图的注记 230

7.4.1  地图注记的功能 230

7.4.2  地图注记的种类 231

7.4.3  地图注记的构成 232

7.4.4  地名 234

7.5  制图综合 237

7.5.1  制图综合的概念 237

7.5.2  制图综合的基本方法 238

7.5.3  影响制图综合的基本要素 240

7.6  地图图面设计 241

习题   243

第8章  GIS的设计与评价 244

8.1  GIS的设计方法 244

8.1.1  GIS设计概述 244

8.1.2  结构化设计模式 245

8.2  GIS设计与开发的步骤 248

8.2.1  可行性研究 249

8.2.2  系统设计 250

8.2.3  建立系统的实施计划 250

8.2.4  系统实验 251

8.2.5  系统运行 251

8.2.6  系统设计案例 252

8.3  GIS评价 253

习题 254

第9章  GIS案例 255

9.1  “天地图·辽宁”的意义 255

9.2  “天地图·辽宁”的建设原则及

依据 256

9.2.1  建设原则 256

9.2.2  编制依据 256

9.2.3  建设技术标准与规范 256

9.3  “天地图”省、市级节点建设

技术要求 257

9.3.1  技术规范与管理办法 257

9.3.2  在线服务数据集 257

9.3.3  在线服务软件系统 258

9.3.4  运行支持环境 260

9.3.5  日常运行管理 261

9.4  “天地图·辽宁”功能简介 261

9.4.1  系统使用环境 261

9.4.2  功能模块 262

习题 270

 

参考文献 271