本书是一本关于地理信息系统(GIS)的入门图书。全书分两篇，共17章。首先阐明GIS的基本内容和应用实务，地理空间数据的特点与类型；再详细地叙述GIS数据库设计与开发的程序和步骤及空间数据管理；进一步介绍随着虚拟实境(Virtual Reality, VR)与因特网的发展，地理信息应用的最新形式，即可视化GIS(Visualization GIS)与网络GIS (Web GIS)；在本书最后，还预测了GIS未来的发展趋势，并介绍了相关软件产品。 本书内容新颖、实用，叙述深入浅出。本书的核心目的是让读者能更多地掌握和了解GIS的基本概念、应用实务及发展趋势，使读者不仅要知其然，还要知其所以然，从而具有更扎实的基础。 本书可作为高等院校地理相关专业(地球科学、信息领域、环境工程、城乡规划、地政、建筑等)的教材，并可供GIS研发人员、管理人员及GIS相关软件的用户参考使用。

目 录

第一篇 基本概念与理论

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
1.4.5 图形与互动式显示 6
1.5 GIS的研究内容 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GIS 18
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
2.2.2 局域网模式 24
2.2.3 广域网模式 24
2.3 计算机及网络设备 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 输出设备 33
2.6.1 向量绘图机 33
2.6.2 栅格式绘图设备 33
2.6.3 图形终端机 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 野外数据采集 42
3.2.1 平板测量 42
3.2.2 全站仪(电子平板)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 遥测影像处理 49
3.5.1 遥测数据 49
3.5.2 遥感图像的空间分辨率 51
3.5.3 扫描式传感器所获图形 的几何特性 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
3.8.2 数据误差或不确定性 的来源 64
3.8.3 数据的误差类型 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 全球定位系统(GPS) 74
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
3.12.3 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 网络结构模型 82
3.14.1 网络空间 82
3.14.2 网络模型 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
第4章 GIS数据库设计 88
4.1 GIS数据库及其设计 88
4.1.1 GIS数据库 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 细节化设计 108
4.4.1 数据来源的选择 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
4.7 数据库执行 125
4.8 数据管理设计 125
4.8.1 全部采用文件管理 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
5.2.2 数据之间的逻辑关系 134
5.2.3 常用数据文件 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 栅格与向量结构的比较 144
5.6.1 栅格结构与向量结构 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 SQL 154
5.9 思考题 155
第6章 可视化GIS与地图制图 156
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
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 专家系统 194
7.3.1 专家系统的基本组成 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

第8章 网络GIS 211
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GIS 215
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 Web GIS 221
8.3.1 因特网和GIS 221
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 GPS简介 229
9.2.1 GPS系统介绍 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 地貌 245
10.6.1 地貌信息的内涵、地貌 系统的特点与分析方法 245
10.6.2 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
10.9.2 无关军事，不会关闭， 伽利略比GPS更犀利 253
10.10 防范自杀客机攻击的措施 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 GIS软件研发的质量管理 273
11.4.1 ISO 9000系列标准 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GIS 276
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GIS 286
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GIS 293
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 “数字化地球”简介 298
13.3.1 “数字化地球” 的基本概念 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NSDI 308
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
第15章 数据存储与空间数据采掘 314
15.1 数据仓库 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OLAP 327
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