地理信息系統(tǒng)概論

前言

地理信息系統(tǒng)（geographical information.system，GIS）是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興邊緣學(xué)科。它從20世紀(jì)60年代問(wèn)世，至今已跨越了40多個(gè)春秋，卻始終發(fā)展迅猛。步入21世紀(jì)，GIS正向集成化、產(chǎn)業(yè)化和社會(huì)化方向邁進(jìn)。它不但與全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感（RS）相結(jié)合，構(gòu)成3S集成系統(tǒng)，而且與CAD、多媒體、通信、因特網(wǎng)、辦公自動(dòng)化、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成了綜合的信息技術(shù)。GIS發(fā)展至今，其內(nèi)涵也在不斷深化，最早是作為技術(shù)系統(tǒng)的GISystem；20世紀(jì)80年代末以來(lái)，GIS的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究受到廣泛重視，進(jìn)一步提升其作為學(xué)科內(nèi)涵的G：IScience；進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著移動(dòng)技術(shù)和信息化戰(zhàn)略的推進(jìn)，GIS內(nèi)涵又向著社會(huì)服務(wù)化方向延伸，將其內(nèi)涵拓展為cIService。GIS內(nèi)涵的發(fā)展，反映了GIS的實(shí)用化、科學(xué)化和人性化的質(zhì)量演變過(guò)程。目前，通過(guò)它們之間的交融和發(fā)展，共同促進(jìn)了GIS日新月異的進(jìn)步，已形成一門(mén)成熟的技術(shù)、具有生命力的學(xué)科和欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)，為社會(huì)服務(wù)和人類造福。本次教材的修訂是在面向21世紀(jì)課程教材和普通高等教育“九五”國(guó)家教委重點(diǎn)教材建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)廣泛聽(tīng)取專家和讀者的意見(jiàn)，進(jìn)一步理清學(xué)科結(jié)構(gòu)框架和內(nèi)容體系，對(duì)教材章節(jié)結(jié)構(gòu)作了較大調(diào)整，內(nèi)容也有較大更新，使教材在科學(xué)性、實(shí)用性和可讀性等方面獲得了比較明顯的增進(jìn)和提高。全書(shū)共分8章。第1章簡(jiǎn)要概述了GIS的基本組成、功能和發(fā)展歷程；第2章重點(diǎn)介紹了GIS中常用的幾種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；第3章詳細(xì)闡述了若干種GIS空間數(shù)據(jù)的處理技術(shù)；第4章著重論述了GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的理論和相關(guān)技術(shù)；第5章對(duì)GIS的主要空間分析功能進(jìn)行了細(xì)致的說(shuō)明，包括數(shù)字地形模型分析、空間疊合分析、空間鄰近度分析和空間網(wǎng)絡(luò)分析等；第6章描述了GIS的幾種應(yīng)用模型；第7章論及應(yīng)用型GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法；第8章涉及GIS的圖形輸出功能。為便于讀者學(xué)習(xí)和思考，各章都列有復(fù)習(xí)思考題。

內(nèi)容概要

　　《地理信息系統(tǒng)概論（第3版）》主要介紹了地理信息系統(tǒng)的基本理論、技術(shù)體系及其應(yīng)用方法。全書(shū)共分8章，主要內(nèi)容包括：地理信息系統(tǒng)的基本概念、基本理論、空間數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)處理、空間分析、應(yīng)用模型、應(yīng)用設(shè)計(jì)，產(chǎn)品輸出等。

書(shū)籍目錄

第1章 導(dǎo)論第1節(jié) 地理信息系統(tǒng)基本概念一、數(shù)據(jù)與信息二、地理信息與地理信息系統(tǒng)第2節(jié) 地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成一、系統(tǒng)硬件二、系統(tǒng)軟件三、空間數(shù)據(jù)四、應(yīng)用人員五、應(yīng)用模型第3節(jié) 地理信息系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介一、基本功能二、應(yīng)用功能第4節(jié) 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展概況一、發(fā)展概況二、基礎(chǔ)理論復(fù)習(xí)思考題第2章 地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第1節(jié) 地理空間及其表達(dá)一、地理空間的概念二、空間實(shí)體的表達(dá)第2節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)及其特征一、GIS空間數(shù)據(jù)的分類二、空間數(shù)據(jù)的基本特征三、空間數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系四、空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)表示第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三、曲面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第4節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立一、系統(tǒng)功能與數(shù)據(jù)源間的關(guān)系二、空間數(shù)據(jù)的分類與編碼三、矢量數(shù)據(jù)的輸入與編輯四、柵格數(shù)據(jù)的輸入五、曲面數(shù)據(jù)的輸入復(fù)習(xí)思考題第3章 空間數(shù)據(jù)處理第1節(jié) 空間數(shù)據(jù)的變換一、幾何糾正二、地圖投影及其轉(zhuǎn)換第2節(jié) 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換一、由矢量向柵格的轉(zhuǎn)換二、由柵格向矢量的轉(zhuǎn)換第3節(jié) 多元空間數(shù)據(jù)的融合一、遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合二、不同格式數(shù)據(jù)的融合第4節(jié) 空間數(shù)據(jù)的壓縮與重分類一、空間數(shù)據(jù)的壓縮二、空間數(shù)據(jù)的重分類第5節(jié) 空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插方法一、點(diǎn)的內(nèi)插二、區(qū)域的內(nèi)插第6節(jié) 空間拓?fù)潢P(guān)系的編輯一、多邊形連接編輯二、節(jié)點(diǎn)連接編輯復(fù)習(xí)思考題第4章 地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)第1節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概述一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)第2節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)一、語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型二、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型第3節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型設(shè)計(jì)一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型二、邏輯模型設(shè)計(jì)第4節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)概念二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)步驟第5節(jié) 空間數(shù)據(jù)查詢一、空間關(guān)系查詢類型二、屬性數(shù)據(jù)查詢?nèi)?、空間屬性聯(lián)合查詢四、空間查詢語(yǔ)言第6節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引一、范圍索引二、格網(wǎng)空間索引三、四叉樹(shù)空間索引第7節(jié) 空間元數(shù)據(jù)一、元數(shù)據(jù)及其作用二、元數(shù)據(jù)實(shí)例第8節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎概述二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的工作原理第9節(jié) 空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)一、空間時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)概述二、時(shí)空一體化數(shù)據(jù)模型復(fù)習(xí)思考題第5章 空間分析的原理與方法第1節(jié) 數(shù)字地形模型分析一、地形因子的計(jì)算二、地形剖面線計(jì)算三、DEM的通視分析第2節(jié) 空間疊合分析一、空間疊合分析的概念二、基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析三、基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析第3節(jié) 空間鄰近度分析一、空間緩沖區(qū)分析二、Voronoi多邊形分析第4節(jié) 空間網(wǎng)絡(luò)分析一、網(wǎng)絡(luò)圖論的基本概念二、計(jì)算最短路徑的Dijkstra算法復(fù)習(xí)思考題第6章 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型第1節(jié) GIS應(yīng)用模型概述一、GIS應(yīng)用模型的分類二、GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建第2節(jié) 土地定級(jí)估價(jià)模型一、技術(shù)路線二、土地定級(jí)估價(jià)模型三、應(yīng)用實(shí)例第3節(jié) 適宜性分析模型一、一般形式二、應(yīng)用實(shí)例第4節(jié) 發(fā)展預(yù)測(cè)模型一、一般介紹二、應(yīng)用實(shí)例第5節(jié) 區(qū)位選擇模型一、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段二、綜合影響評(píng)價(jià)階段三、區(qū)位選擇分析階段第6節(jié) 交通規(guī)劃模型一、交通發(fā)生量預(yù)測(cè)模型二、出行分布預(yù)測(cè)模型三、交通量最優(yōu)分配規(guī)劃第7節(jié) 地球科學(xué)模擬模型一、確定土壤侵蝕的數(shù)值分析模型二、設(shè)計(jì)土壤侵蝕數(shù)據(jù)處理流程三、土壤侵蝕圖的輸出復(fù)習(xí)思考題第7章 地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)第1節(jié) 應(yīng)用型GIS設(shè)計(jì)概述一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模式三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程第2節(jié) 地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)分析二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)實(shí)施四、系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)第3節(jié) 地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化一、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容二、地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的制定第4節(jié) 地理信息系統(tǒng)的評(píng)價(jià)復(fù)習(xí)思考題第8章 地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)計(jì)第1節(jié) 地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出形式一、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品及其類型二、網(wǎng)絡(luò)地圖和數(shù)字地球第2節(jié) 地理信息系統(tǒng)圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、圖形坐標(biāo)系與顏色模型二、輸出的幾何變換三、地形圖與專題地圖的輸出組織形式第3節(jié) 地理信息系統(tǒng)的可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)一、三維空間制圖模型二、數(shù)字高程模型的構(gòu)造三、虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)思考題附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：當(dāng)時(shí)的地理信息系統(tǒng)局限于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平，表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)能力小，磁帶存取速度慢。雖然計(jì)算機(jī)輔助制圖能力較強(qiáng)，但地球科學(xué)分析功能比較簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)了手扶跟蹤的數(shù)字化方法，可以完成地圖數(shù)據(jù)的拓?fù)渚幹?，分幅?shù)據(jù)的自動(dòng)拼接。開(kāi)創(chuàng)了柵格單元的操作方法，發(fā)展了許多面向柵格的系統(tǒng)，例如，哈佛大學(xué)的SYMAP就是很著名的例子。所有這些技術(shù)奠定了地理信息系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。這一時(shí)期，地理信息系統(tǒng)發(fā)展的另一顯著標(biāo)志,是許多有關(guān)的組織和機(jī)構(gòu)紛紛建立，例如1966年美國(guó)成立城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA），1969年又建立州信息系統(tǒng)全國(guó)協(xié)會(huì)（NASIS），國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)（IGU）于1968年設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會(huì)（CGDSP）。這些組織和機(jī)構(gòu)的建立，’對(duì)于傳播地理信息系統(tǒng)的知識(shí)和發(fā)展地理信息系統(tǒng)的技術(shù)，，起了重要的指導(dǎo)作用。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第三代，內(nèi)存容量增加，運(yùn)算速度提高，輸入一輸出設(shè)備也比較齊全，推出了大容量直接存取設(shè)備——磁盤(pán)，為地理數(shù)據(jù)的輸入、儲(chǔ)存、檢索和輸出提供了強(qiáng)有力的手段。特別是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕直接監(jiān)視數(shù)字化的操作，制圖分析的結(jié)果也能很快看到，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的編輯。因此，促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)在自然資源和環(huán)境數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用的迅速發(fā)展。例如從1970年至1976年，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局就建成50多個(gè)地理信息系統(tǒng)，分別作為處理地理、地質(zhì)、水資源等領(lǐng)域空間信息的工具。其他如加拿大、聯(lián)邦德國(guó)、瑞典、日本等國(guó)也先后發(fā)展了自己的地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，使一些商業(yè)公司開(kāi)始活躍起來(lái)，地理信息系統(tǒng)軟件開(kāi)始形成市場(chǎng)，例如Jack Dangermond創(chuàng)立的ESRI公司開(kāi)發(fā)出：了著名的ArcInfo軟件。同時(shí)管理問(wèn)題也開(kāi)始受到重視。例如，IGU先后于1975年和1976年兩次調(diào)查了與空間數(shù)據(jù)處理有關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件，并于1980年由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）出版了《空間數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)軟件》三卷一套的報(bào)告，總結(jié)了1979年以前世界各國(guó)地理信息系統(tǒng)發(fā)展的概貌。與此同時(shí)，Duane F.Marble等擬訂了處理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)格式，對(duì)全部軟件進(jìn)行了系統(tǒng)的分類，提出地理信息系統(tǒng)今后的發(fā)展應(yīng)著重研究空間數(shù)據(jù)處理的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)三個(gè)方面。

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