作为一门具有广泛而深入应用背景的新兴交叉学科，地理信息系统在国土资源管理、生态监测、宏观决策、灾害预警与防灾减灾、公共卫生、数字林业、精准农业等多方面发挥着越来越重要的作用。同时，鉴于地理信息系统学科具有较强的应用性，在地理信息系统教学工作中凸显其应用就显得更加珍贵。 地理信息系统的基本功能包括空间校正、数据采集、数据编辑、数据管理、空间分析、空间数据展示等方面。本书将理论与实践进行有机融合，在介绍地理信息系统基础理论和基本知识的前提下，结合项目案例，重点突出案例分析和技术实现，帮助初学者掌握地理信息系统的基本原理，熟悉应用项目的分析、组织与实施。 本书可作为高等院校地理、环境、生态、林业等专业的本科生和研究生教材，也可供从事国土资源管理、城市规划、生态监测等部门的科技工作者阅读参考。目 录
第1章 地理信息系统概论 1
1.1 地理信息系统的基本概念 1
1.2 地理信息系统的组成 4
1.3 地理信息系统的主要功能 5
1.4 地理信息系统的学科体系 7
1.4.1 地理信息系统的学科定义 7
1.4.2 地理信息系统的学科特点 8
1.4.3 地理信息系统的相关学科 与技术 8
1.5 地理信息系统的发展 10
1.5.1 地理信息系统发展简史 10
1.5.2 我国GIS的发展 12
1.5.3 地理信息系统理论研究的前 沿领域 13
1.6 本书案例 16
1.7 ArcGIS软件介绍 17
1.7.1 ArcGIS的结构体系 17
1.7.2 ArcGIS Desktop应用环境 20
第2章 GIS中的数据及其表达 方法 30
2.1 数据含义与数据类型 30
2.1.1 现实世界中的空间要素 30
2.1.2 空间数据特征 32
2.1.3 空间数据的类型 33
2.1.4 空间数据的拓扑关系 34
2.2 空间数据模型 35
2.2.1 空间数据模型的基本概念 35
2.2.2 空间数据模型的类型 36
2.2.3 GIS空间数据模型的学术 前沿 38
2.3 数据的测量尺度 41
2.4 地理信息系统的数据质量 43
2.4.1 数据质量的基本概念 43
2.4.2 空间数据质量评价 44
2.4.3 空间数据质量问题的来源 45
2.4.4 常见空间数据的误差分析 47
2.4.5 空间数据问题的检查方法 49
2.5 空间数据的元数据 50
2.5.1 元数据的概念及类型 51
2.5.2 空间数据元数据的应用 53
2.5.3 在地理信息系统中使用 元数据的原因 54
案例 初识数据 55
第3章 空间参照系统和地图投影 71
3.1 地球的形状和大小 71
3.1.1 地球的形状 71
3.1.2 地球的大小 72
3.2 地球椭球体基本要素 72
3.2.1 地球椭球体 72
3.2.2 地图比例尺 73
3.2.3 高程 73
3.3 坐标系 74
3.3.1 地理坐标系 74
3.3.2 平面坐标系 75
3.3.3 直角坐标系的平移和旋转 75
3.4 地图投影的基本问题 77
3.4.1 地图投影的概念 77
3.4.2 地图投影的变形 77
3.4.3 地图投影的分类 78
3.4.4 地图投影的选择 80
3.4.5 世界地图的投影 81
3.4.6 半球地图的投影 85
3.4.7 分洲、分国地图常用投影 86
3.4.8 各大洲地图投影 88
3.4.9 中国各种地图投影 89
3.5 我国常用的地图投影选择 89
3.5.1 高斯-克吕格投影 89
3.5.2 亚尔勃斯投影 93
3.5.3 正轴等角割圆锥投影 93
3.6 面向数字地球的投影问题 94
案例 空间数据配准 94
第4章 空间数据的获取与处理 108
4.1 数据源种类 108
4.2 地理信息系统的数据采集 111
4.2.1 图形数据的采集 111
4.2.2 属性数据的采集 116
4.2.3 空间数据和非空间数据的 连接 120
4.3 空间数据的编辑与录入后处理 121
4.3.1 误差或错误的检查与编辑 121
4.3.2 投影转换 123
4.3.3 数据格式的转换 124
4.3.4 图幅拼接 124
4.3.5 拓扑生成 125
案例 空间数据采集与获取 128
第5章 空间数据的组织与管理 143
5.1 空间区域框架及图层结构 143
5.2 GIS内部数据结构——矢量结构和 栅格结构 144
5.2.1 地理数据的显式和隐式 表示 144
5.2.2 地理实体的矢量数据结构及 其编码 146
5.2.3 规则格网空间数据模型的栅 格数据结构及其编码 153
5.3 空间数据库 158
5.3.1 地理信息系统与一般管理 信息系统的比较 158
5.3.2 空间数据库 159
5.3.3 GIS中空间数据库的组织 方式 160
5.3.4 常见的商业空间数据库管理 系统 162
5.3.5 常见的开源空间数据库管理 系统 163
案例 空间格式转换 165
第6章 空间分析 167
6.1 空间数据查询及量算 167
6.1.1 空间查询 167
6.1.2 空间量算 169
6.1.3 空间插值 173
6.2 栅格数据分析的基本方法 184
6.2.1 聚类、聚合分析 184
6.2.2 复合分析 185
6.2.3 追踪分析 188
6.2.4 窗口分析 189
6.3 矢量数据分析的基本方法 190
6.3.1 包含分析 190
6.3.2 缓冲区分析 191
6.3.3 叠置分析 195
6.3.4 网络分析 198
6.4 空间统计分类分析 202
6.4.1 主成分分析 203
6.4.2 层次分析 205
6.4.3 系统聚类分析 208
6.4.4 判别分析 212
案例 空间分析 214
第7章 数字地形模型与地形分析 226
7.1 概述 226
7.1.1 DTM和DEM 226
7.1.2 DEM的表示法 226
7.2 DEM的主要表示模型 227
7.2.1 规则格网模型 227
7.2.2 等高线模型 228
7.2.3 不规则三角网模型 230
7.2.4 层次模型 231
7.3 DEM模型之间的相互转换 231
7.3.1 不规则点集成生成TIN 231
7.3.2 格网DEM转成TIN 233
7.3.3 等高线转成格网DEM 234
7.3.4 利用格网DEM提取 等高线 235
7.3.5 TIN转成格网DEM 236
7.4 DEM的建立 236
7.4.1 DEM数据采集方法 236
7.4.2 数字摄影测量获取DEM 237
7.4.3 DEM数据质量控制 238
7.5 基于DEM的三维空间分析 239
7.5.1 表面积计算 239
7.5.2 体积计算 241
7.5.3 坡度计算 242
7.5.4 坡向计算 244
7.5.5 剖面分析 245
7.5.6 可视性分析 247
7.5.7 谷脊特征分析 249
7.5.8 水文分析 250
7.6 DEM应用分析实例 253
7.6.1 格网DEM应用 253
7.6.2 三角网DEM分析应用 258
案例 利用DEM数据进行地形分析 260
第8章 空间数据的表现与产 品输出 261
8.1 专题地图设计 261
8.1.1 专题地图的基本要素 261
8.1.2 制图区域范围的确定 262
8.1.3 图幅基本轮廓的设计 263
8.1.4 专题信息表现 263
8.1.5 地图符号的设计与制作 264
8.2 制图综合 271
8.2.1 制图综合的概念 272
8.2.2 影响制图综合的主要因素 272
8.2.3 制图综合的基本方法 274
8.3 地理信息的可视化 278
8.3.1 基本概念 278
8.3.2 地理信息的二维可视化 280
8.3.3 地理信息的三维可视化 281
8.3.4 虚拟地理环境 282
8.4 地理信息系统产品输出 283
8.4.1 地理信息输出系统 283
8.4.2 地理信息系统输出产品 类型 284
8.4.3 电子地图系统简介 286
案例 地理信息系统的数据输出 290
第9章 地理信息系统标准化 316
9.1 地理信息系统标准化简介 316
9.1.1 地理信息系统标准化的 内容 316
9.1.2 地理信息系统标准化的意义 和作用 319
9.2 ISO/TC211地理信息标准 322
9.2.1 已完成的地理信息标准 322
9.2.2 正在制订的地理信息标准 330
9.3 开放式地理数据互操作规范—— OpenGIS 332
9.3.1 开放式地理数据模型 332
9.3.2 OpenGIS 服务 333
9.3.3 信息团体模型 334
9.4 国内外地理信息系统标准化组织 337
第10章 地理信息系统的行业 应用 339
10.1 城市规划、建设管理 339
10.2 农业气候区划 342
10.3 大气污染监测管理 345
10.4 道路交通管理 348
10.5 地震灾害和损失估计 352
10.6 林业领域应用 354
10.7 社会公共安全与应急服务 357
10.8 医疗公共卫生 360
10.9 军事 363
第11章 GIS最新技术及数字 地球 367
11.1 组件式GIS 367
11.1.1 组件式GIS的概念 367
11.1.2 组件式GIS的特点 368
11.1.3 组件式GIS的设计与 开发 369
11.1.4 组件式GIS的发展 369
11.2 WebGIS 370
11.2.1 分布式地理信息系统 370
11.2.2 WebGIS 375
11.3 3S集成 380
11.3.1 遥感简介 380
11.3.2 GPS简介 381
11.3.3 GIS与遥感的集成及具体 技术 382
11.3.4 RS与GPS的集成 383
11.3.5 GIS与GPS的集成及具体 技术 383
11.3.6 3S集成综述 384
11.4 数字地球简介 385
11.4.1 数字地球的产生背景及其 概念 385
11.4.2 数字地球的基本框架 385
11.4.3 数字地球的技术基础 386
11.4.4 数字地球的应用 388
参考文献 390
