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第1章 概论1

1.1基本概念1

1.1.1信息和地理信息1

1.1.2信息系统和地理信息系统2

1.1.3地理信息系统及其相关学科4

1.1.4地理信息系统的类型5

1.2地理信息系统的组成和功能6

1.2.1地理信息系统的基本组成6

1.2.2地理信息系统的硬件系统7

1.2.3地理信息系统的软件系统14

1.2.4地理信息系统软件的主要功能14

1.3地理信息系统的发展和展望16

1.3.1地理信息系统的发展史16

1.3.2地理信息系统的发展动态18

思考题21

第2章 地理信息系统的地理基础22

2.1空间数据的坐标系22

2.1.1地理空间坐标22

2.1.2平面坐标系24

2.1.3高程系24

2.2地图投影24

2.2.1地图投影简介24

2.2.2地理信息系统中常用的地图投影26

2.2.3地形图的分幅和编号29

2.3地图简介32

思考题33

第3章 空间数据模型和空间数据结构34

3.1地理空间概述34

3.2空间数据的特点35

3.3空间数据模型基础37

3.3.1数据模型37

3.3.2空间数据模型38

3.3.3时空数据模型41

3.3.4三维空间数据模型42

3.3.5面向对象空间数据模型43

3.3.6空间数据的表达和空间数据结构46

3.4矢量数据结构及其表达47

3.4.1矢量数据的位置和形状表达47

3.4.2矢量数据的空间关系表达49

3.4.3矢量数据的属性表达52

3.5矢量数据结构及其编码53

3.5.1无拓扑关系的矢量数据结构53

3.5.2有拓扑关系的矢量数据结构54

3.6栅格数据结构及其表达58

3.6.1栅格数据的位置和形状表达58

3.6.2栅格数据的空间关系表达59

3.6.3栅格数据的属性表达59

3.7栅格数据结构及其编码60

3.7.1直接栅格数据编码61

3.7.2费尔曼链码61

3.7.3游程编码62

3.7.4四叉树编码63

3.8栅格和矢量数据结构比较70

3.9矢量栅格一体化数据结构71

思考题71

第4章 空间数据的获取和质量控制73

4.1地理信息系统的数据源73

4.2空间数据的获取74

4.2.1地图数据的获取74

4.2.2遥感数据的获取78

4.2.3摄影测量数据80

4.2.4属性数据的获取81

4.3空间数据的质量82

4.3.1空间数据质量的概念82

4.3.2空间数据质量的评价和控制83

4.3.3空间数据的误差分析84

4.4空间数据的元数据86

4.4.1空间元数据标准概述86

4.4.2空间数据元数据的概念86

4.4.3空间数据元数据的应用88

思考题89

第5章 空间数据处理90

5.1空间数据处理概述90

5.2空间数据处理基础90

5.2.1弧段和多边形的外接矩形90

5.2.2结点、弧段、多边形的捕捉和判断91

5.2.3弧段的求交93

5.2.4结点、弧段、多边形的位置94

5.3拓扑关系的建立95

5.3.1点、线拓扑关系的生成95

5.3.2多边形拓扑关系的生成96

5.4空间数据的编辑98

5.4.1图形编辑98

5.4.2矢量数据的编辑99

5.4.3栅格数据的编辑102

5.5空间数据的坐标变换102

5.5.1空间数据坐标变换的理论基础103

5.5.2几何纠正104

5.5.3空间数据的投影变换106

5.6空间数据的结构转换108

5.6.1矢量到栅格数据的转换108

5.6.2栅格到矢量数据的转换112

5.7空间数据的数据共享115

5.7.1数据共享概述115

5.7.2空间数据的共享模式116

5.8图形的剪裁与合并118

5.9空间数据的内插119

5.9.1局部拟合插值120

5.9.2趋势面插值120

5.9.3区域属性数据的插值121

思考题123

第6章 空间数据管理124

6.1数据管理模式124

6.1.1数据管理模式的发展 阶段124

6.1.2数据库管理系统和数据库系统125

6.2数据库模型126

6.2.1数据库模型概述126

6.2.2传统数据库系统的数据模型128

6.2.3面向对象的数据库模型130

6.3空间数据库简介131

6.3.1空间数据库的特点131

6.3.2传统关系数据库模型的局限性132

6.4空间数据管理中的数据库技术132

6.4.1关系数据库技术132

6.4.2结构化查询语言134

6.4.3面向对象的数据库技术135

6.4.4对象-关系数据库技术135

6.4.5客户-服务器数据库技术136

6.5空间数据库管理模式138

6.5.1全文件空间数据管理模式138

6.5.2文件和关系数据库混合管理模式138

6.5.3全关系型空间数据管理 模式139

6.5.4对象-关系型空间数据库管理模式140

6.5.5空间数据库引擎141

6.5.6空间数据的查询——扩展SQL144

6.5.7大数据管理——NoSQL145

6.6空间索引146

6.7空间数据的分层149

思考题149

第7章 空间分析和分析模型151

7.1空间分析概述151

7.2空间数据的量算153

7.2.1长度量算153

7.2.2面积量算154

7.2.3分布中心的计算155

7.3空间数据的查询156

7.3.1空间数据的查询类型156

7.3.2空间查询的方法159

7.4叠置分析160

7.4.1叠置分析概述160

7.4.2视觉叠置162

7.4.3基于矢量数据的叠置分析163

7.4.4基于栅格数据的叠置分析167

7.5邻域分析169

7.5.1缓冲区分析169

7.5.2泰森多边形分析174

7.6空间网络分析179

7.6.1空间网络分析基础180

7.6.2路径分析182

7.6.3定位与配置分析184

7.6.4地理编码186

7.7数字地形分析及数字地面模型187

7.7.1数字地面模型概述187

7.7.2数字高程模型的规则格网模型187

7.7.3不规则三角网模型190

7.7.4等值线模型192

7.7.5数字高程模型数据源的获取194

7.7.6数字地形分析中基本地形因子的计算196

7.7.7数字地形分析中地形特征的计算202

7.7.8数字地形的可视化203

7.7.9数字高程模型及数字地形可视性分析205

7.7.10数字高程模型的应用207

7.8空间统计分析209

7.8.1空间统计分析概述209

7.8.2聚类分析的应用实例212

7.9空间分析的智能化——空间决策支持215

思考题217

第8章 空间信息的可视化和制图218

8.1空间信息可视化218

8.1.1空间信息可视化概述218

8.1.2空间信息可视化的常用形式219

8.1.3空间信息的真三维可视化221

8.1.4虚拟现实222

8.2地图的符号和符号库222

8.2.1地图的符号和色彩222

8.2.2地图符号库和汉字库225

8.2.3地图的注记227

8.2.4空间实体的符号化过程228

8.3专题地图228

8.3.1专题信息和专题地图229

8.3.2专题地图的表示方法229

8.3.3常用的几种专题地图231

8.3.4专题地图的设计制作233

8.4电子地图234

8.4.1电子地图概述235

8.4.2电子地图的应用236

思考题237

第9章 网络地理信息系统238

9.1网络地理信息系统概述238

9.1.1信息系统网络化模式238

9.1.2地理信息系统网络化概述240

9.1.3 WebGIS的基本概念240

9.1.4 WebGIS的特点和用途241

9.2 WebGIS体系结构244

9.2.1 WebGIS的二层架构245

9.2.2 WebGIS的三层架构246

9.2.3二层架构与三层架构的比较246

9.3 WebGIS的关键技术247

9.3.1 WebGIS的早期构造方法247

9.3.2 WebGIS中的瓦片金字塔技术248

9.4 WebGIS的发展趋势253

9.4.1地理标记语言——网络环境下开放的空间数据交换格式253

9.4.2网络虚拟地理环境255

思考题255

第10章 移动地理信息系统256

10.1移动地理信息系统概述256

10.1.1移动地理信息系统的概念256

10.1.2移动地理信息系统的发展历程257

10.1.3移动地理信息系统的功能和特点257

10.1.4移动地理信息系统与WebGIS的关系259

10.2移动地理信息系统的组成与系统架构260

10.3移动地理信息系统的原理与关键技术261

10.3.1移动地理信息系统设备与操作系统261

10.3.2移动地理信息系统中的空间定位技术264

10.3.3移动地理信息系统中的网络通信技术266

10.3.4移动地理信息系统平台与开发技术267

10.4移动地理信息系统应用与发展趋势270

10.4.1移动地理信息系统应用270

10.4.2移动地理信息系统的发展趋势271

思考题272

第11章 云地理信息系统273

11.1云计算273

11.1.1云计算的概念273

11.1.2云计算的特点273

11.1.3云计算的发展现状与趋势274

11.1.4云地理信息系统概述275

11.2云地理信息系统的基本架构276

11.2.1物理/硬件层277

11.2.2云平台层277

11.2.3服务层277

11.2.4应用层279

11.3云地理信息系统的关键技术279

11.3.1虚拟化技术279

11.3.2并行计算280

11.3.3分布式技术280

11.3.4网格计算281

11.3.5异构资源技术282

11.4云地理信息系统的功能及优缺点282

11.4.1云地理信息系统的优势283

11.4.2云地理信息系统的局限283

11.5云地理信息系统的应用284

11.5.1云地理信息系统的部署模式284

11.5.2云地理信息系统的应用模式287

11.5.3“云+端”288

思考题289

第12章 三维地理信息系统290

12.1三维地理信息系统概述290

12.1.1传统二维地理信息系统的局限性290

12.1.2三维地理信息系统的优越性290

12.1.3三维地理信息系统的发展291

12.1.4三维地理信息系统的应用292

12.2三维空间数据模型294

12.2.1数据模型要求294

12.2.2基于面元的三维数据模型295

12.2.3基于体元的三维数据模型297

12.2.4基于混合结构的三维数据模型301

12.3三维地理信息系统可视化302

12.3.1三维空间数据可视化的基本流程302

12.3.2三维空间数据可视化的主要方法303

12.3.3三维可视化加速策略304

12.3.4虚拟现实与地理信息系统的结合——虚拟地理环境305

12.4三维地理信息系统空间分析306

12.4.1数字地形分析306

12.4.2三维缓冲区分析306

12.4.3三维叠置分析308

12.4.4三维交互分析308

12.4.5其他分析308

12.4.6空间分析应用309

12.5三维地理信息系统的发展和挑战310

思考题311

第13章 时态地理信息系统312

13.1时态地理信息系统概述312

13.1.1时态地理信息系统的发展历程312

13.1.2时态地理信息系统的基本功能313

13.1.3时态地理信息系统的应用方向315

13.2时空关系和时空数据模型316

13.2.1时间特性的表示316

13.2.2时空基本变化类型318

13.2.3时空概念数据模型319

13.2.4时空逻辑数据模型322

13.3时空数据库的实现和操作324

13.3.1时空数据库实现的主要方式324

13.3.2几种主要的时间标记方法324

13.4时空数据库的操作327

13.4.1时空数据查询和回溯327

13.4.2时空数据动态操作算子329

13.5时空数据的可视化331

13.5.1时态数据的静态可视化331

13.5.2时态数据的动态可视化332

13.6时态地理信息系统的发展和挑战333

思考题333

第14章 GIS应用系统的分析与设计334

14.1 GIS应用系统概述334

14.1.1 GIS应用系统的开发模式334

14.1.2 GIS应用系统的开发模型335

14.1.3 GIS应用系统的开发方法337

14.1.4 GIS应用系统开发的主要阶段337

14.1.5统一建模语言338

14.2 GIS应用系统开发341

14.2.1 GIS应用系统分析341

14.2.2 GIS应用系统设计342

14.2.3 GIS应用系统的实施和评价343

14.3地理信息系统标准化344

14.3.1地理信息系统标准化的内容344

14.3.2开放式地理数据互操作规范346

14.3.3 ISO/TC 211标准347

思考题348

第15章 地理信息系统在现代社会中的应用349

15.1地理信息系统应用简介349

15.1.1地理信息系统应用的特点349

15.1.2地理信息系统的主要应用市场350

15.2地理信息系统集成与3S352

15.2.1地理信息系统集成352

15.2.2地理信息系统组件和组件化354

15.2.3 3S集成系统356

15.3地理信息系统集成与3S的应用实例——在森林防火中的应用360

15.4地理信息系统专业化应用实例——在地学中的应用364

15.5地理信息系统的社会化应用发展367

15.5.1地理信息系统在空间决策支持中的应用367

15.5.2物联网地理信息系统370

思考题370

参考文献372