地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論

前言

GlS的重要性地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于獲取、儲存、查詢、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。地理空間數(shù)據(jù)描述空間要素的位置和特征，比如道路、宗地和森林。GIS所具有的處理位置和屬性的功能，使其區(qū)別與其他信息系統(tǒng)，從而建立了在廣闊領(lǐng)域有應(yīng)用需求的GIS技術(shù)。自20世紀(jì)70年代以來，GIS的重要性體現(xiàn)在自然資源管理領(lǐng)域，包括土地規(guī)劃、自然災(zāi)害評估、野生生物生長環(huán)境分析和林木管理等。近些年來，GIS已被用于犯罪制圖與分析、救急規(guī)劃、地籍管理、市場分析和交通規(guī)劃。GIS與其他地理空間技術(shù)的結(jié)合，已顯示出在基于位置的服務(wù)、在線互動地圖繪制、車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)和精細(xì)農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用。2004年8月，地理空間技術(shù)被美國勞工部列為三大主要上升領(lǐng)域之一，另外兩個領(lǐng)域分別是納米技術(shù)和生物技術(shù)。GIS不是只為專家所用。功能強(qiáng)大且價格適宜的計(jì)算機(jī)硬件和軟件、圖形用戶界面和公共數(shù)字化數(shù)據(jù)，已將GIS帶入主流應(yīng)用。在學(xué)習(xí)GIS導(dǎo)論課程的班上，發(fā)現(xiàn)有來自20多個專業(yè)的學(xué)生已屬尋?，F(xiàn)象。GIS設(shè)計(jì)涉及地理學(xué)、地圖制圖學(xué)、空間分析、測量、數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)庫管理等領(lǐng)域的基礎(chǔ)概念。例如，獲取GIS數(shù)據(jù)時需要考慮的空間參照系統(tǒng)，即是地圖制圖和測量長期建立的概念?？臻g參照系統(tǒng)決定了空間要素的位置如何量測，不論空間參照系統(tǒng)是圖形的還是投影的。GIS設(shè)計(jì)總是與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步推進(jìn)。GIS生產(chǎn)商從20世紀(jì)90年代以來就已把面向?qū)ο蠹夹g(shù)吸收到用戶界面設(shè)計(jì)中。同樣的技術(shù)現(xiàn)已被采納用于GIS數(shù)據(jù)模型。為了精通GIS，我們必須既熟悉其基本概念，又熟悉新的技術(shù)。第3版強(qiáng)化重點(diǎn)第3版共19章，第1～5章主要解釋GIS的概念和數(shù)據(jù)模型。第6～9章涵蓋了數(shù)據(jù)輸入、編輯和管理。第10章和第11章包括數(shù)據(jù)顯示和探查。第12章和第13章提供核心數(shù)據(jù)分析的概述。第14～16章重點(diǎn)闡述地形制圖和分析。第17章和第18章涉及運(yùn)動和線狀要素的分析。第19章介紹GIS模型和建模。根據(jù)課程設(shè)計(jì)和學(xué)生需求，本書第3版可作為第一或第二門GIS課程的教材。本書總的目的是給學(xué)生提供GIS概念和實(shí)踐的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

　　《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論(第3版)》旨在給讀者提供GIS的概念和實(shí)踐，不僅是GIS課程的理想教材，同時也可作為GIS相關(guān)專業(yè)人員的參考用書?！　〉乩硇畔⑾到y(tǒng)(GIS)是用于獲取、儲存、查詢、分析和展示地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！兜乩硇畔⑾到y(tǒng)導(dǎo)論(第3版)》由美國愛達(dá)荷大學(xué)地理系張康聰(Kang-tsung Chang)教授根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫而成。全書共分19章。第1章至第5章主要解釋GIS的概念和數(shù)據(jù)模型；第6章至第9章介紹數(shù)據(jù)輸入、編輯和管理；第10章和第11章介紹數(shù)據(jù)顯示和探查；第12章和第13章介紹核心數(shù)據(jù)分析的概覽，第14章至第16章重點(diǎn)闡述地形制圖和分析；第17章和第18章涉及運(yùn)動和線狀要素的分析，第19章介紹GIS模型和建模。

作者簡介

作者：(美國)Kang-tsungChang 譯者：陳健飛

書籍目錄

第1章 緒論.1 1.1 什么是GIS？11.1.1 GIS應(yīng)用11.1.2 GIS組成31.2 GIS簡史31.3 地理參照數(shù)據(jù)51.3.1 空間數(shù)據(jù)51.3.2 屬性數(shù)據(jù)71.3.3 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合71.4 GIS操作81.4.1 空間數(shù)據(jù)輸入81.4.2 屬性數(shù)據(jù)管理91.4.3 數(shù)據(jù)顯示91.4.4 數(shù)據(jù)探查91.4.5 數(shù)據(jù)分析101.4.6 GIS模型和建模111.5 本書的結(jié)構(gòu)111.6 概念與實(shí)踐12重要概念和術(shù)語13復(fù)習(xí)題14應(yīng)用：緒論15挑戰(zhàn)性作業(yè)19第2章 坐標(biāo)系統(tǒng)202.1 地理坐標(biāo)系統(tǒng)212.1.1 地球的近似表示212.1.2 大地基準(zhǔn)222.2 地圖投影242.2.1 地圖投影類型252.2.2 地圖投影參數(shù)252.3 常用地圖投影272.3.1 橫軸墨卡托投影272.3.2 蘭勃特正形圓錐投影272.3.3 阿伯斯等積圓錐投影282.3.4 等距圓錐投影282.4 投影坐標(biāo)系統(tǒng)292.4.1 通用橫軸墨卡托格網(wǎng)系統(tǒng)292.4.2 通用極射坐標(biāo)系格網(wǎng)系統(tǒng)(UPS)312.4.3 國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)(SPC)312.4.4 公用土地調(diào)查系統(tǒng)(PLSS)322.5 在GIS中運(yùn)用坐標(biāo)系統(tǒng)332.5.1 投影文件332.5.2 預(yù)定義坐標(biāo)系統(tǒng)332.5.3 即時(on-the-fly)投影34重要概念和術(shù)語35復(fù)習(xí)題36應(yīng)用：坐標(biāo)系統(tǒng)37挑戰(zhàn)性作業(yè)40第3章 地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型423.1 地理關(guān)系數(shù)據(jù)模型433.2 簡單要素的表示433.3 拓?fù)?43.3.1 拓?fù)浣y(tǒng)一地理編碼格式(TIGER)453.3.2 ESRI的Coverage模型463.3.3 Coverage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)463.3.4 拓?fù)涞闹匾?83.4 非拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)493.5 復(fù)合要素的數(shù)據(jù)模型513.5.1 不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)513.5.2 分區(qū)513.5.3 路徑54重要概念和術(shù)語55復(fù)習(xí)題56應(yīng)用：地理關(guān)系矢量數(shù)據(jù)模型56挑戰(zhàn)性作業(yè)59第4章 基于對象的矢量數(shù)據(jù)模型604.1 基于對象數(shù)據(jù)模型604.1.1 類614.1.2 類間關(guān)系624.2 Geodatabase數(shù)據(jù)模型634.2.1 空間要素的幾何表示634.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)644.3 界面654.4 拓?fù)湟?guī)則674.5 Geodatabase數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)68重要概念和術(shù)語69復(fù)習(xí)題69應(yīng)用：基于對象的矢量數(shù)據(jù)模型70挑戰(zhàn)性作業(yè)72第5章 柵格數(shù)據(jù)模型735.1 柵格數(shù)據(jù)模型要素745.1.1 像元值745.1.2 像元大小755.1.3 柵格波段755.1.4 空間參照755.2 柵格數(shù)據(jù)類型765.2.1 衛(wèi)星影像765.2.2 USGS的數(shù)字高程模型(DEM)775.2.3 非USGS的數(shù)字高程模型785.2.4 全球數(shù)字高程模型795.2.5 數(shù)字正射影像795.2.6 二值掃描文件805.2.7 數(shù)字柵格圖(DRG)805.2.8 圖形文件815.2.9 特定GIS軟件的柵格數(shù)據(jù)815.3 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)815.3.1 逐個像元編碼815.3.2 游程編碼(RLE)825.3.3 四叉樹825.3.4 頭文件835.4 數(shù)據(jù)壓縮845.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換865.6 柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的結(jié)合87重要概念和術(shù)語88復(fù)習(xí)題89應(yīng)用：柵格數(shù)據(jù)模型90挑戰(zhàn)性作業(yè)92第6章 數(shù)據(jù)輸入936.1 現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)936.1.1 美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會946.1.2 美國地理空間一站式服務(wù)(GeospatialOne-Stop)946.1.3 美國地質(zhì)調(diào)查局946.1.4 美國人口普查局956.1.5 美國自然資源保護(hù)局956.1.6 美國州域公共數(shù)據(jù)舉例956.1.7 美國區(qū)域公共數(shù)據(jù)舉例966.1.8 美國大都市公共數(shù)據(jù)舉例966.1.9 美國縣級公共數(shù)據(jù)舉例966.1.10 美國私人公司的GIS數(shù)據(jù)966.2 元數(shù)據(jù)966.3 現(xiàn)有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換976.3.1 直接轉(zhuǎn)換976.3.2 中性格式986.4 創(chuàng)建新數(shù)據(jù)1006.4.1 遙感數(shù)據(jù)1006.4.2 野外數(shù)據(jù)1006.4.3 有x.y坐標(biāo)的文本文件1036.4.4 用數(shù)字化儀數(shù)字化1036.4.5 掃描數(shù)字化1046.4.6 屏幕數(shù)字化1076.4.7 源地圖的重要性107重要概念和術(shù)語108復(fù)習(xí)題109應(yīng)用：數(shù)據(jù)輸入110挑戰(zhàn)性作業(yè)113第7章 幾何變換1157.1 幾何變換1157.1.1 地圖到地圖和圖像到地圖的變換1157.1.2 變換方法1167.1.3 仿射變換1177.1.4 仿?lián)Q變換參數(shù)的幾何解釋1187.1.5 控制點(diǎn)1187.2 均方根(RMS)誤差1207.3 數(shù)字化地圖上的均方根誤差1217.4 像元值重采樣1237.4.1 重采樣方法1237.4.2 重采樣的其他用途123重要概念和術(shù)語125復(fù)習(xí)題125應(yīng)用：幾何變換126挑戰(zhàn)性作業(yè)129第8章 空間數(shù)據(jù)編輯1318.1 定位錯誤1318.1.1 使用二手?jǐn)?shù)據(jù)源的定位錯誤1328.1.2 產(chǎn)生數(shù)字化錯誤的原因1328.1.3 使用第一手?jǐn)?shù)據(jù)源的定位錯誤1338.2 空間數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)1338.3 拓?fù)溴e誤1348.3.1 幾何要素的拓?fù)溴e誤1348.3.2 圖層之間的拓?fù)溴e誤1368.4 拓?fù)渚庉?378.4.1 Coverages的拓?fù)渚庉?388.4.2 用地圖拓?fù)渚庉?408.4.3 用拓?fù)湟?guī)則編輯1408.5 非拓?fù)渚庉?418.5.1 編輯現(xiàn)有要素1418.5.2 由現(xiàn)有要素創(chuàng)建新要素1428.6 其他編輯操作1428.6.1 圖幅拼接1438.6.2 線的簡化和平滑144重要概念和術(shù)語145復(fù)習(xí)題146應(yīng)用：空間數(shù)據(jù)編輯146挑戰(zhàn)性作業(yè)153第9章 屬性數(shù)據(jù)的輸入與管理1549.1 GIS中的屬性數(shù)據(jù)1569.1.1 屬性表的類型1569.1.2 數(shù)據(jù)庫管理1579.1.3 屬性數(shù)據(jù)的類型1579.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型1589.2.1 MUIR：關(guān)系數(shù)據(jù)庫一例1599.2.2 正規(guī)化1609.2.3 關(guān)系類型1629.2.4 合并和關(guān)聯(lián)表格1649.3 屬性數(shù)據(jù)輸入1659.3.1 字段定義1659.3.2 數(shù)據(jù)輸入方法1659.3.3 屬性數(shù)據(jù)校核1659.4 字段與屬性數(shù)據(jù)的處理1669.4.1 添加和刪除字段1669.4.2 屬性數(shù)據(jù)的分類1669.4.3 屬性數(shù)據(jù)的計(jì)算167重要概念和術(shù)語167復(fù)習(xí)題168應(yīng)用：屬性數(shù)據(jù)的輸入與管理169挑戰(zhàn)性作業(yè)172第10章 數(shù)據(jù)顯示與地圖編制17310.1 地圖的符號表示17410.1.1 空間要素與地圖符號..1 7410.1.2 色彩的運(yùn)用17510.1.3 數(shù)據(jù)的分類17610.2 地圖的種類17710.3 地圖的注記17910.3.1 字體的變化17910.3.2 字體變化的選擇18010.3.3 文字在地圖主體的放置18110.4 地圖設(shè)計(jì)18410.4.1 排版18410.4.2 視覺層次18610.5 地圖的生產(chǎn)189重要概念和術(shù)語191復(fù)習(xí)題193應(yīng)用：數(shù)據(jù)顯示和地圖編制193挑戰(zhàn)性作業(yè)199第11章 數(shù)據(jù)探查20011.1 數(shù)據(jù)探查20011.1.1 描述性統(tǒng)計(jì)量20111.1.2 圖形20111.1.3 動態(tài)圖形20511.1.4 數(shù)據(jù)探查與GIS20611.2 屬性數(shù)據(jù)查詢20611.2.1 SQL(結(jié)構(gòu)查詢語言)20711.2.2 查詢表達(dá)式20811.2.3 運(yùn)算類型20911.2.4 查詢操作舉例21011.2.5 關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢21011.3 空間數(shù)據(jù)查詢21111.3.1 由指針選擇要素21111.3.2 由圖形選擇要素21111.3.3 由空間關(guān)系選擇要素21211.3.4 屬性數(shù)據(jù)查詢與空間數(shù)據(jù)查詢的結(jié)合21311.4 柵格數(shù)據(jù)查詢21311.4.1 由像元數(shù)值查詢21311.4.2 用選擇要素查詢21411.5 地理可視化21411.5.1 數(shù)據(jù)分類21411.5.2 空間集聚21511.5.3 地圖比較216重要概念和術(shù)語217復(fù)習(xí)題218應(yīng)用：數(shù)據(jù)探查219挑戰(zhàn)性作業(yè)223第12章 矢量數(shù)據(jù)分析22512.1 建立緩沖區(qū)22512.1.1 建立緩沖區(qū)中的差別22612.1.2 建立緩沖區(qū)的應(yīng)用22712.2 地圖疊置22812.2.1 要素類型和地圖疊置22812.2.2 地圖疊置方法22912.2.3 Shapefile的疊置23112.2.4 碎屑多邊形23112.2.5 地圖疊置中的誤差傳遞23212.2.6 地圖疊置的應(yīng)用23312.3 距離量測23412.4 模式分析23512.4.1 最近鄰分析23512.4.2 量測空間自相關(guān)的莫蘭指數(shù)23512.4.3 量測高/低聚集度的G統(tǒng)計(jì)量23712.4.4 模式分析的應(yīng)用23812.5 地圖操作239重要概念和術(shù)語241復(fù)習(xí)題242應(yīng)用：矢量數(shù)據(jù)分析243挑戰(zhàn)性作業(yè)247第13章 柵格數(shù)據(jù)分析24813.1 數(shù)據(jù)分析環(huán)境24813.2 局部運(yùn)算24913.2.1 單一柵格的局部運(yùn)算24913.2.2 重新分類25013.2.3 多個柵格的局部運(yùn)算25013.2.4 局部運(yùn)算的應(yīng)用25213.3 鄰域運(yùn)算25313.3.1 鄰域統(tǒng)計(jì)值25313.3.2 鄰域運(yùn)算的應(yīng)用25413.4 分區(qū)運(yùn)算25513.4.1 分區(qū)統(tǒng)計(jì)量25613.4.2 分區(qū)運(yùn)算的應(yīng)用25713.5 自然距離量測運(yùn)算25713.5.1 配置與方向25813.5.2 距離量測運(yùn)算的應(yīng)用25913.6 其他的柵格數(shù)據(jù)運(yùn)算25913.6.1 柵格數(shù)據(jù)管理25913.6.2 柵格數(shù)據(jù)提取26013.6.3 柵格數(shù)據(jù)的綜合歸納26013.7 基于矢量與基于柵格的數(shù)據(jù)分析的比較26113.7.1 地圖疊置26113.7.2 建立緩沖區(qū)262重要概念和術(shù)語262復(fù)習(xí)題263應(yīng)用：柵格數(shù)據(jù)分析263挑戰(zhàn)性作業(yè)266第14章 地形制圖與分析26714.1 用于地形制圖與分析的數(shù)據(jù)26714.1.1 數(shù)字高程模型(DEM)26714.1.2 不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)26814.2 地形制圖27014.2.1 等高線法27014.2.2 垂直剖面法27114.2.3 地貌暈渲圖27114.2.4 分層設(shè)色法27314.2.5 透視圖27314.3 坡度和坡向27414.3.1 用柵格計(jì)算坡度和坡向的算法27614.3.2 用TIN計(jì)算坡度和坡向的算法27814.3.3 影響坡度和坡向量算的因子27914.4 表面曲率28014.5 柵格與TIN282重要概念和術(shù)語283復(fù)習(xí)題284應(yīng)用：地形制圖和分析285挑戰(zhàn)性作業(yè)289第15章 視域分析和流域分析29015.1 視域分析29015.2 視域分析中的參數(shù)29315.3 視域分析的應(yīng)用29515.4 流域分析29615.4.1 已填洼DEM29615.4.2 流向29715.4.3 流量累積29715.4.4 河網(wǎng)29815.4.5 河流鏈路29915.4.6 全流域(AreawideWatersheds)29915.4.7 基于點(diǎn)的流域29915.5 影響流域分析的因素30115.6 流域分析的應(yīng)用303重要概念和術(shù)語303復(fù)習(xí)題304應(yīng)用：視域分析和流域分析304挑戰(zhàn)性作業(yè)308第16章 空間插值31016.1 空間插值的要素31016.1.1 控制點(diǎn)31016.1.2 空間插值的類型31116.2 整體擬合法31216.2.1 趨勢面模型31216.2.2 回歸模型31416.3 局部擬合法31516.3.1 森泰多邊形31516.3.2 密度估算31616.3.3 反距離權(quán)重插值31816.3.4 薄板樣條函數(shù)31916.4 克里金法32216.4.1 半變異圖32216.4.2 模型32416.4.3 普通克里金法32516.4.4 泛克里金法32816.4.5 其他克里金法33016.5 空間插值方法的比較330重要概念和術(shù)語332復(fù)習(xí)題333應(yīng)用：空間插值334挑戰(zhàn)性作業(yè)338第17章 地理編碼和動態(tài)分段34017.1 地理編碼34017.1.1 地理編碼參照數(shù)據(jù)庫34117.1.2 地理編碼過程34117.1.3 地址匹配選項(xiàng)34217.1.4 其他類型的地理編碼34417.2 地理編碼的應(yīng)用34417.3 動態(tài)分段34517.3.1 路徑34517.3.2 創(chuàng)建路徑34617.3.3 事件34817.3.4 創(chuàng)建事件表34817.4 動態(tài)分段的應(yīng)用35017.4.1 數(shù)據(jù)管理35017.4.2 數(shù)據(jù)顯示35017.4.3 數(shù)據(jù)查詢35017.4.4 數(shù)據(jù)分析351重要概念和術(shù)語351復(fù)習(xí)題352應(yīng)用：地理編碼和動態(tài)分段352挑戰(zhàn)性作業(yè)357第18章 路徑分析和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用35818.1 路徑分析35818.1.1 源柵格35818.1.2 耗費(fèi)柵格35918.1.3 耗費(fèi)距離量測35918.1.4 生成最小累積耗費(fèi)路徑36018.1.5 耗費(fèi)距離量測的改進(jìn)36318.2 路徑分析的應(yīng)用36418.3 網(wǎng)絡(luò)36418.3.1 鏈路和鏈路阻抗36518.3.2 節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎阻抗36518.3.3 單行道或禁行道36518.3.4 天橋和地下通道36518.4 網(wǎng)絡(luò)拼接36618.4.1 聚集線要素36618.4.2 創(chuàng)建拓?fù)?6618.4.3 對網(wǎng)絡(luò)要素賦予屬性36718.5 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用36918.5.1 最短路徑分析36918.5.2 最近設(shè)施37018.5.3 配置37118.5.4 定位-配置37218.5.5 城市交通規(guī)劃模型374重要概念和術(shù)語375復(fù)習(xí)題376應(yīng)用：路徑分析和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用376挑戰(zhàn)性作業(yè)380第19章 GIS模型與建模38119.1 GIS建模的基本元素38119.1.1 GIS模型的分類38119.1.2 建模過程38219.1.3 GIS在建模中的作用38319.1.4 GIS與其他建模程序的結(jié)合38319.2 二值模型38419.3 指數(shù)模型38619.3.1 加權(quán)線性綜合法38619.3.2 其他方法38719.3.3 指數(shù)模型的應(yīng)用38919.4 回歸模型39119.4.1 線性回歸模型39119.4.2 對數(shù)回歸模型39219.5 過程模型39219.5.1 土壤侵蝕模型39319.5.2 其他過程模型39519.5.3 GIS與過程模型395重要概念和術(shù)語396復(fù)習(xí)題397應(yīng)用：GIS模型與建模397挑戰(zhàn)性作業(yè)402參考文獻(xiàn)404

章節(jié)摘錄

插圖：圖1.8將數(shù)據(jù)分析歸為7類，前兩類（矢量數(shù)據(jù)分析和柵格數(shù)據(jù)分析）包括了基本分析工具。針對矢量數(shù)據(jù)，這些工具包括緩沖區(qū)建立、地圖疊置、距離量算、空間統(tǒng)計(jì)和地圖操作。建立緩沖區(qū)是由選擇的要素量測直線距離來創(chuàng)建緩沖區(qū)。疊置被認(rèn)為是最重要的GIS工具，它將不同圖層的幾何形態(tài)和屬性組合而創(chuàng)建輸出圖層（圖1.9）。距離量測是計(jì)算空間要素之間的距離?？臻g統(tǒng)計(jì)是檢測要素之間的空間依賴性和聚集模式。地圖處理工具管理和改變數(shù)據(jù)庫中的圖層。長期以來地形均是地圖制圖和分析的對象。諸如繪制等高線、繪制剖面、地貌暈渲、分層設(shè)色和三維視圖等地圖制圖技術(shù)對陸地表面的可視化表達(dá)很有用。地形測量包括坡度、坡向和表面曲率的量算等，對于林木管理、土壤侵蝕、水文建模、野生生物棲息適宜性及很多其他領(lǐng)域都很重要。視域分析和流域分析是地形分析的拓展。視域分析是確定從一個或多個觀察點(diǎn)所能看到的地表范圍。流域分析能導(dǎo)出諸如流向、河網(wǎng)和流域邊界等水文應(yīng)用的地形要素。

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