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第1章 GIS简介1

1.1 什么是空间数据1

1.2 空间问题3

1.3 GIS空间数据的组织方式4

1.3.1 离散型地理要素4

1.3.2 连续型地理要素4

1.3.3 面域型地理要素5

1.4 矢量与栅格数据结构6

1.4.1 矢量数据结构6

1.4.2 栅格数据结构6

1.4.3 空间数据基础设施6

1.5 GIS标准定义与非标准定义8

1.6 对GIS的误解9

1.6.1 GIS仅是一个图形处理软件或计算机辅助设计（CAD）程序10

1.6.2 GIS仅是一个地图制图程序10

1.6.3 GIS仅是无理论基础的软件包10

1.6.4 传统纸质地图与GIS一样用途广泛10

1.6.5 GIS与其他系统相比并无区别12

1.7 GIS组成12

1.7.1 GIS硬件12

1.7.2 GIS软件13

1.7.3 人件（活件）14

1.7.4 GIS数据14

1.8 GIS发展趋势15

1.9 GIS产业15

1.9.1 GIS软件开发行业15

1.9.2 GIS数据采集行业15

1.9.3 GIS增值服务行业16

1.10 GIS行业就业情况16

1.11 GIS行业投资情况17

1.12 本书的组织结构17

1.13 小结18

复习题18

关键术语18

参考文献19

第2章 空间参照系21

2.1 概述21

2.2 基准面21

2.3 椭球21

2.4 大地水准面22

2.4.1 水平基准面23

2.4.2 高程基准面23

2.5 坐标系24

2.5.1 笛卡儿坐标系24

2.5.2 经度和纬度25

2.6 地球仪26

2.7 地图投影27

2.7.1 地图投影中使用的可展曲面29

2.7.2 圆柱地图投影29

2.7.3 方位（平面）地图投影32

2.7.4 圆锥投影34

2.7.5 其他投影和坐标系36

2.7.6 自定义地图投影38

2.8 天梭指标39

2.9 小结41

复习题41

关键术语42

参考文献42

第3章 GIS数据44

3.1 概述44

3.2 地面数据采集44

3.2.1 全球定位系统（GPS）44

3.2.2 地面数据测量50

3.2.3 地面数据采样或人口调查55

3.2.4 传统空间信息的数字化57

3.3 遥感数据采集62

3.3.1 遥感信息处理63

3.3.2 分辨率要求63

3.3.3 遥感术语68

3.3.4 航空摄影测量69

3.3.5 多光谱遥感72

3.3.6 高光谱遥感75

3.3.7 热红外遥感76

3.3.8 LiDAR遥感78

3.3.9 RADAR遥感81

3.4 遥感数据分析84

3.4.1 模拟（可视）图像处理84

3.4.2 数字图像处理84

3.5 小结85

复习题85

关键术语85

参考文献86

第4章 数据质量88

4.1 概述88

4.2 元数据88

4.2.1 元数据的要素88

4.2.2 FGDC的元数据标准89

4.2.3 元数据和GIS软件89

4.2.4 其他元数据问题89

4.3 准确度和精度90

4.4 地理空间数据的误差类型90

4.4.1 属性错误91

4.4.2 定位误差94

4.4.3 拓扑错误95

4.4.4 时间准确度96

4.4.5 误差可视化97

4.4.6 误差传播97

4.4.7 区群谬误98

4.4.8 可塑性面积单元问题99

4.5 小结100

复习题100

关键术语100

参考文献101

第5章 空间数据模型和数据库102

5.1 概述102

5.2 GIS数据模型102

5.3 矢量数据103

5.3.1 点要素103

5.3.2 线要素103

5.3.3 面（多边形）要素103

5.3.4 比例尺要素103

5.3.5 拓扑属性105

5.3.6 地理关系矢量模型106

5.3.7 基于对象的矢量模型108

5.4 栅格数据109

5.4.1 栅格单元值109

5.4.2 单元格大小109

5.4.3 栅格地理参照系110

5.4.4 栅格文件格式111

5.5 矢量与栅格数据模型的转换111

5.5.1 矢量－栅栅格转换111

5.5.2 栅格－矢量转换111

5.6 数据库113

5.6.1 平面文件114

5.6.2 关系数据库114

5.6.3 不同的数据库关系114

5.6.4 关联与连接115

5.6.5 栅格数据库116

5.6.6 属性数据类型116

5.6.7 添加和删除属性字段116

5.6.8 数据输入117

5.6.9 外部数据库集成117

5.7 数据查询117

5.7.1 属性查询117

5.7.2 位置查询118

5.7.3 数据查询的融合118

5.7.4 新数据层118

5.8 小结119

复习题119

关键术语120

参考文献121

第6章 矢量数据和栅格数据的空间分析122

6.1 概述122

6.2 矢量数据分析122

6.2.1 矢量数据的缓冲区分析122

6.2.2 缓冲区分析的类型125

6.2.3 矢量数据的叠加127

6.3 栅格数据分析136

6.3.1 栅格距离量测运算136

6.3.2 局部运算139

6.3.3 邻域运算148

6.3.4 区域运算155

6.4 小结157

复习题157

关键术语158

参考文献159

第7章 网络分析160

7.1 概述160

7.2 地理编码161

7.2.1 地理编码的组成162

7.2.2 预处理163

7.2.3 地址匹配163

7.2.4 地理编码质量164

7.3 网络类型165

7.3.1 （无向）交通网络165

7.3.2 （有向）几何设施网络165

7.4 （无向）交通网络分析165

7.4.1 建立拓扑正确的交通（无向）网络地理数据库165

7.4.2 网络分析问题：最优路线（最短路径）167

7.4.3 网络分析问题：推销员的最优路线172

7.4.4 网络分析问题：最近的设施在哪173

7.4.5 网络分析问题：如何确定特殊设施的服务区域174

7.4.6 网络分析问题：设施位置的区位配置模型178

7.4.7 网络分析问题：最大市场占有率181

7.4.8 网络分析问题：目标市场占有率183

7.5 几何设施（有向）网络分析184

7.5.1 建立拓扑正确的几何设施（有向）数据集185

7.5.2 网络分析问题：设施网络中的流向187

7.5.3 网络分析问题：在设施网络中追踪边、接口的上游或下游187

7.5.4 国家水文数据集犹他州瓦萨奇山脉钻石叉河部分189

7.5.5 网络分析问题：在设施网络中使用障碍189

7.5.6 网络分析问题：网络示意图190

7.6 小结190

复习题190

关键术语191

参考文献192

第8章 统计和空间数据量算193

8.1 概述193

8.2 长度（距离）量算193

8.2.1 基于勾股定理的直线距离量算193

8.2.2 曼哈顿距离量算194

8.2.3 其他因素195

8.3 多边形周长和面积的量算196

8.3.1 周长量算196

8.3.2 多边形面积量算197

8.4 描述性统计198

8.5 描述性空间统计200

8.5.1 均值中心201

8.5.2 标准距离201

8.6 空间自相关201

8.7 点模式分析204

8.7.1 样方分析204

8.7.2 最近邻点分析206

8.8 小结209

复习题209

关键术语210

参考文献210

第9章 三维数据空间分析212

9.1 概述212

9.2 三维数据的矢量表示和处理213

9.2.1 不规则三角网（TIN）数据结构213

9.2.2.TIN表面处理214

9.3 三维数据的栅格表示和处理216

9.3.1 空间插值216

9.3.2 栅格三维数据的表面处理226

9.4 小结228

复习题228

关键术语229

参考文献229

第10章 GIS制图231

10.1 概述231

10.2 地理学家／制图师231

10.3 制图学的历史231

10.3.1 最古老的地图232

10.3.2 中世纪的TO地图232

10.3.3 公元150年托勒密的《地理》232

10.3.4 探索、打印和地图集的时代233

10.3.5 现代地图制作235

10.4 制图过程236

10.5 要素类型和测量尺度237

10.5.1 要素类型237

10.5.2 地理测量尺度238

10.6 地图设计基础239

10.6.1 地图组成（布局）240

10.6.2 标题240

10.6.3 排版240

10.6.4 专题内容和图形背景关系241

10.6.5 指北针与罗盘242

10.6.6 比例尺242

10.6.7 图例243

10.6.8 格网或参考网格243

10.6.9 地理空间元数据244

10.7 点状数据制图244

10.7.1 使用简单符号的点状制图244

10.7.2 渐变色点状制图245

10.7.3 比例或渐变符号点状制图245

10.7.4 标准化点状符号246

10.8 线状数据制图247

10.8.1 使用简单线状符号和颜色的线状制图248

10.8.2 使用渐变（比例）线状符号的流量图249

10.8.3 等值线制图250

10.9 面状数据制图252

10.9.1 无行政单元边界限制的空间数据的专题制图252

10.9.2 具有行政单元限制的空间数据专题制图：等值区域制图254

10.10 摄影地图、正射摄影地图、影像地图、正射影像地图258

10.10.1 无控制摄影地图（相片镶嵌）和影像地图258

10.10.2 控制的摄影地图和影像地图259

10.10.3 正射相片、正射相片地图、正射影像和正射影像地图260

10.11 小结262

复习题262

关键术语263

参考文献264

第11章 GIS硬件／软件和编程266

11.1 概述266

11.2 GIS硬件266

11.2.1 计算机类型266

11.2.2 中央处理器（CPU）267

11.2.3 存储器（只读和随机存取）268

11.2.4 操作系统268

11.2.5 显示器268

11.2.6 输入设备268

11.2.7 输出设备269

11.2.8 GIS实验室269

11.2.9 GIS数据的存储与组织269

11.3 GIS软件注意事项270

11.3.1 GIS软件270

11.3.2 成本272

11.3.3 操作系统272

11.3.4 数据采集和数据格式272

11.3.5 矢量、栅格和GPS数据融合273

11.3.6 数据库管理273

11.3.7 制图输出273

11.3.8 GIS软件支持273

11.3.9 手持GIS275

11.4 编程和GIS275

11.4.1 何时进行编程276

11.4.2 计算机编程基础276

11.4.3 GIS编程集成278

11.4.4 独立GIS编程的应用278

11.5 小结280

复习题280

关键术语280

参考文献280

第12章 展望未来282

12.1 概述282

12.2 GIS职业和教育282

12.2.1 公共与私营部门的GIS职业282

12.2.2 专业组织协会284

12.2.3 其他测绘科学（地学技术）知识286

12.2.4 GIS证书、认证和许可286

12.2.5 继续教育288

12.3 GIS技术发展趋势288

12.3.1 云计算和GIS288

12.3.2 网络GIS289

12.3.3 移动GIS291

12.3.4 自发地理信息291

12.3.5 数据格式和标准的改进292

12.3.6 三维可视化293

12.4 地理空间公共访问和法律问题293

12.4.1 公共数据访问293

12.4.2 GIS数据有限责任296

12.4.3 第四隐私权修正案的思考297

12.5 遥感和GIS的集成298

12.5.1 数据采集平台的发展299

12.5.2 遥感系统的发展299

12.5.3 数字图像处理进展299

12.6 小结300

复习题300

关键术语300

参考文献301

附录A 地理空间信息来源303

A.1 目录303

A.1.1 联邦地理空间数据库303

A.1.2 开源自发地理信息库303

A.1.4 数字高程数据303

A.1.5 水文数据303

A.1.6 土地利用／土地覆盖和生物多样性／栖息地数据303

A.1.7 网络（道路）和人口统计数据304

A.1.8 遥感数据304

A.2 联邦地理空间数据库304

A.2.1 USGS EarthExplorer304

A.2.2 USGS的The NationalMap304

A.2.3 Geo.Data.gov305

A.2.4 美国人口统计局306

A.3 开源自发地理信息库307

A.4 商用地理空间数据库308

A.5 数字高程数据308

A.6 水文数据309

A.7 土地利用／土地覆盖和生物多样性／栖息地数据309

A.8 网络（道路）和人口统计数据309

A.9 遥感数据309

A.10 各州的GIS数据交换中心309

参考文献310