地理信息系統(tǒng)教程

前言

　　新的世紀(jì)人類社會(huì)面臨人口增長(zhǎng)、環(huán)境變異、資源匱乏等全球性問(wèn)題，人們把解決這些問(wèn)題的希望寄托于現(xiàn)代管理和科技。地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科和現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前已發(fā)展成為集遙感、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身的綜合集成化技術(shù)系統(tǒng)，其概念層出不窮，技術(shù)日新月異，它的理論、方法和技術(shù)作為地學(xué)學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課程不僅吸引了廣大地學(xué)、信息技術(shù)工作者及學(xué)生的研究和關(guān)注，而且受到更廣泛的經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)工作者及學(xué)生的青睞。因此，簡(jiǎn)明闡述地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，為對(duì)它的深入學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)是本教程的基本出發(fā)點(diǎn)?！　』谏鲜?，1996年國(guó)家測(cè)繪教材指導(dǎo)委員會(huì)便將該教科書(shū)確定為國(guó)家“九五”重點(diǎn)教材，并決定由南京大學(xué)、原武漢測(cè)繪科技大學(xué)和原解放軍測(cè)繪學(xué)院三校合作編寫(xiě)。在各位作者的共同努力下，歷時(shí)多年，終于完成了本教材的編寫(xiě)工作?！　”窘滩氖亲髡咴趨㈤啅S國(guó)內(nèi)外有關(guān)地理信息系統(tǒng)的教材、專著和論文基礎(chǔ)之上，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)教學(xué)和研究的實(shí)踐編寫(xiě)的。全書(shū)由八章和附錄組成。由黃杏元（大綱和第一章）、華一新（第二、三、四、五章）、胡鵬（第六、七、八章和附錄）分工編寫(xiě)，李國(guó)建博士補(bǔ)充了7．8節(jié)和習(xí)題，吳艷蘭博士生補(bǔ)充廠1.4節(jié)，最后由胡鵬統(tǒng)一、審校和定稿。感謝武漢大學(xué)徐慶榮教授對(duì)本書(shū)的審閱及修改意見(jiàn)！　　本書(shū)可作為普通高等學(xué)校測(cè)繪、地理、地質(zhì)、城規(guī)、市政管理、土地、資源與環(huán)境等專業(yè)本科生和研究生教材，也可供從事地理信息系統(tǒng)、資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、上地和各種專業(yè)信息系統(tǒng)等相應(yīng)工作的科技人員和管理人員參考?！　〉乩硇畔⑾到y(tǒng)正處在迅猛發(fā)展之中，由于作者水平所限，不成熟不完善之處在所難免，希望讀者提出寶貴意見(jiàn)。　　編著者　　2001年l0月

內(nèi)容概要

地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科和現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前已發(fā)展成為集遙感、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身的綜合集成化技術(shù)系統(tǒng)。本書(shū)簡(jiǎn)明闡述地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，為對(duì)它的深入學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。    本書(shū)可作為普通高等學(xué)校測(cè)繪、地理、地質(zhì)、城規(guī)、市政管理、土地、資源與環(huán)境等專業(yè)本科生和研究生教材，也可供從事地理信息系統(tǒng)、資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、土地和各種專業(yè)信息系統(tǒng)等相應(yīng)工作的科技人員和管理人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  地理信息系統(tǒng)的概念  1.2  地理信息系統(tǒng)的組成    1.2.1  系統(tǒng)硬件    1.2.2  系統(tǒng)軟件    1.2.3  空間數(shù)據(jù)    1.2.4  應(yīng)用人員    1.2.5  應(yīng)用模型  1.3  地理信息系統(tǒng)的功能    1.3.1  基本功能    1.3.1  應(yīng)用功能  1.4  地理信息系統(tǒng)的發(fā)展    1.4.1  GIS發(fā)展簡(jiǎn)史    1.4.2  當(dāng)代GIS發(fā)展動(dòng)態(tài)  參考題第2章  地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)  2.1  空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.1  概述    2.1.2  矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.3  柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.4  矢量柵格本體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.5  三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  2.2  GIS的數(shù)據(jù)模型    2.2.1  概述    2.2.2  層次數(shù)據(jù)模型    2.2.3  網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型    2.2.4  關(guān)系數(shù)據(jù)模型    2.2.5  對(duì)象數(shù)據(jù)模型    2.2.6  時(shí)空數(shù)據(jù)模型  2.3  空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)    2.3.1  數(shù)據(jù)的管理模式    2.3.2  空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、建立與維護(hù)  參考題第3章  空間數(shù)據(jù)的采集和質(zhì)量控制  3.1  概述    3.1.1  GIS的數(shù)據(jù)源    3.1.2  空間數(shù)據(jù)采集的任務(wù)    3.1.3  研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的和意義   3.2  空間數(shù)據(jù)的地理參照系和控制基礎(chǔ)    3.2.1  空間數(shù)據(jù)的地理參照系    3.2.2  地圖投影  3.3  地理實(shí)體分類與數(shù)據(jù)編碼    3.3.1  地理實(shí)體的分類    3.3.2  地理實(shí)體的編碼  3.4  空間數(shù)據(jù)的采集    3.4.1  幾何數(shù)據(jù)的采集    3.4.2  屬性數(shù)據(jù)的采集    3.4.3  空間數(shù)據(jù)的檢核  3.5  GIS的數(shù)據(jù)質(zhì)量    3.5.1  GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容和類型    3.5.2  研究GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法    3.5.3  數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)    3.5.4  數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)  3.6  空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)    3.6.1  空間數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)    3.6.2  空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)    3.6.3  我國(guó)空間數(shù)據(jù)交換格式    3.6.4  GIS空間元數(shù)據(jù)    3.6.5  空間數(shù)據(jù)的互操作和Open GIS規(guī)范  參考題第4章  空間數(shù)據(jù)的處理  4.1  矢量數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的自動(dòng)建立     4.1.1  鏈的組織    4.1.2  結(jié)點(diǎn)匹配    4.1.3  檢查多形是否閉合    4.1.4  建立多邊形    ……第5章  空間查詢與空間分析第6章  空間信息的可視化第7章  地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用第8章  地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)附錄主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

書(shū)摘復(fù)合對(duì)象的某些屬性不需單獨(dú)存儲(chǔ)，可以從成員對(duì)象中提取或派生。成員對(duì)象的相關(guān)屬性只能存儲(chǔ)一次。這樣，就可以保證數(shù)據(jù)的一致性，減少數(shù)據(jù)冗余。從成員對(duì)象中派生復(fù)合對(duì)象或集合對(duì)象的某些屬性值，其公共操作有“求和”、“集合和”、“最大”、“最小”、“平均值”和”加權(quán)半均值”等。例如，一個(gè)國(guó)家最大城市的人口數(shù)是這個(gè)國(guó)家所有城市人口數(shù)的最大值．一個(gè)省的面積是這個(gè)省所自‘縣的面積之和，等等。繼承和傳播在概念和使用上都是有差別的。這主要表現(xiàn)在：(1)繼承是用概括(“即是”關(guān)系)體系來(lái)定義的，服務(wù)于概括，而傳播是用聚集(“成分”關(guān)系)或聯(lián)合(“成員”關(guān)系)體系來(lái)定義的，作用于聯(lián)合和聚集；(2)繼承是從上層到下層．應(yīng)用于類，而傳播是自下而上，直接作用于對(duì)象；    (3)繼承包括屬性和操作，而傳播一般僅涉及屬性；(4)繼承是一種信息隱含機(jī)制，只要說(shuō)明子類與父類的關(guān)系，則父類的特征一般能自動(dòng)傳給它的子類，而傳播是一種強(qiáng)制性工具需要要在復(fù)合塒象中顯式定義它的每個(gè)成員塒象，并說(shuō)明它需要傳播哪些屬性值。三、面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型(一)基本含義任何一種模型都無(wú)法反映現(xiàn)實(shí)世界的所有方面，對(duì)于復(fù)雜的事物和現(xiàn)象更是如此。因而不可能設(shè)計(jì)出一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型來(lái)適應(yīng)所有的情況，往往是在描述一類問(wèn)題時(shí)體現(xiàn)了優(yōu)越性，而在描述另一類問(wèn)題時(shí)卻是低效的。為了有效地描述復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，需要在更高層次上綜合利用和管理多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，并用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行統(tǒng)一的抽象，這就是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的含義。其具體實(shí)現(xiàn)就是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(二)復(fù)雜對(duì)象及其特點(diǎn)面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型的核心是對(duì)復(fù)雜對(duì)象的模擬和操縱。所謂復(fù)雜對(duì)象是指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和操作的對(duì)象。復(fù)雜對(duì)象可以由多種關(guān)系聚合抽象而成，或由不同類型的對(duì)象構(gòu)成，或具有復(fù)雜的嵌套關(guān)系等。例如，在GIS中的一個(gè)復(fù)雜地理實(shí)體(如學(xué)校)可能含有矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，甚至多媒體數(shù)據(jù)，而且可以認(rèn)為是由其他較簡(jiǎn)單的實(shí)體(如道路、教學(xué)樓、操場(chǎng)等)組成，因此，可以作為一個(gè)復(fù)雜對(duì)象。GIS的地理實(shí)體所具有的矢量數(shù)據(jù)也可以認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，因?yàn)樗瑥S幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，而幾何數(shù)據(jù)又是由點(diǎn)、線、面等簡(jiǎn)單對(duì)象組成的。因此，復(fù)雜對(duì)象的特點(diǎn)司歸結(jié)為：(1)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象由多個(gè)成員對(duì)象構(gòu)成，每個(gè)成員對(duì)象又可參與其他對(duì)象的構(gòu)成；(2)具有多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如矢量、柵格、關(guān)系表等；(3)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的不同部分可由不同的數(shù)據(jù)模型所支持，也就是說(shuō)，可以分布于不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中。(三)面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型的特點(diǎn)(1)可充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)，面向塒象的數(shù)據(jù)模型是一種抽象的模型，允許設(shè)計(jì)者在基本功能上選擇最為適用的技術(shù)。如可以把矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一為一種高層次的實(shí)體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以具有矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，但實(shí)際的操作仍然是矢量數(shù)據(jù)用矢量運(yùn)算，柵格數(shù)據(jù)用柵格算法。     (2)具有可擴(kuò)充性。由于對(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的，因此可以很自然和容易地增加新的對(duì)象，并且對(duì)不同類型的對(duì)象具有統(tǒng)一的管理機(jī)制。(3)可以模擬和操縱復(fù)雜對(duì)象。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是面向簡(jiǎn)單對(duì)象的，無(wú)法直接模擬和操縱復(fù)雜實(shí)體。而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型具備對(duì)復(fù)雜塒象進(jìn)行模擬和操縱的能力。(四)GlS中面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型塒于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是與之分離的。而塒于面向塒象的數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一致的．?dāng)?shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在Gls的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，通常可以把空間數(shù)據(jù)抽象為點(diǎn)、線、面三種簡(jiǎn)單的地物類型，作為三種簡(jiǎn)單對(duì)象：      ●點(diǎn)狀地物——如水井、燈塔、車(chē)站等。具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、定位點(diǎn)坐標(biāo)等數(shù)據(jù)項(xiàng)，并且有顯示、增加、刪除、修改等操作。當(dāng)點(diǎn)狀地物是有向地物時(shí)，需要兩對(duì)定位點(diǎn)坐標(biāo)?！窬€狀地物——如道路、河流等。線狀地物由一條或多條弧段組成，弧段還涉及兩端的結(jié)點(diǎn)。具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、組成線狀地物的弧段等數(shù)據(jù)項(xiàng)。具有顯示、增加、刪除、修改、計(jì)算長(zhǎng)度等操作?！衩鏍畹匚铩绾?、街區(qū)等。由一條或多條弧段構(gòu)成。除了具有標(biāo)識(shí)號(hào)、編碼、弧段串等數(shù)據(jù)項(xiàng)外，還常常含有面的內(nèi)點(diǎn)坐標(biāo)、面的面積，甚至面狀地物的外接矩形的坐標(biāo)等。除了具有增加、刪除、修改、顯示等操作外，還應(yīng)具有計(jì)算面積的操作。點(diǎn)、線、面這三種簡(jiǎn)單地物類型涉及到了孤立點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、弧段等數(shù)據(jù)類型，并且還應(yīng)該與注記有緊密的聯(lián)系。   一個(gè)地理實(shí)體可以由這三種簡(jiǎn)單對(duì)象之一構(gòu)成，復(fù)雜的地理實(shí)體可以由多種簡(jiǎn)單對(duì)象構(gòu)成，甚至可以由其他復(fù)雜對(duì)象構(gòu)成。每個(gè)地理實(shí)體都可以通過(guò)其標(biāo)識(shí)號(hào)和其屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。若干個(gè)地理實(shí)體可以作為一個(gè)圖層，若干個(gè)圖層可以組成一個(gè)工作區(qū)。在GIs中可以開(kāi)設(shè)多個(gè)工作區(qū)。     在GIS中建立面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型時(shí)，對(duì)象的確定還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是，對(duì)象的確定應(yīng)符合人們對(duì)客觀世界的理解，并且要完整地表達(dá)各種地理對(duì)象及它們之間的相互關(guān)系。四、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(一)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念關(guān)于“什么是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(OODBS：Object Oriented Data Base System)?”Francois Bancilhon把OODBS定義為：“一個(gè)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)該滿足兩條準(zhǔn)則：它應(yīng)該是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，而且還是一個(gè)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)。第一條準(zhǔn)則是它應(yīng)該具備六個(gè)特征：永久性、外存管理、數(shù)據(jù)共享(并發(fā))、數(shù)據(jù)可靠性(事務(wù)管理和恢復(fù))、即席查詢工具和模式修改。第二條準(zhǔn)則是它應(yīng)具備八個(gè)特征：類／類型、封裝性／數(shù)據(jù)抽象、繼承性、多態(tài)性／滯后聯(lián)編、計(jì)算完備性、對(duì)象標(biāo)識(shí)、復(fù)雜對(duì)象和可擴(kuò)充性?！盧ainerUJnland在Francois Bancilhon的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步的補(bǔ)充，他指出：“OODBS除了須滿足以上所定義的準(zhǔn)則外，還必須滿足非傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域所提出的一些需求／特征，例如版本管理和可擴(kuò)充的事務(wù)模型等等?！薄?/pre>



媒體關(guān)注與評(píng)論
前言新的世紀(jì)人類社會(huì)面臨人口增長(zhǎng)、環(huán)境變異、資源匱乏等全球性問(wèn)題，人們把解決這些問(wèn)題的希望寄托于現(xiàn)代管理和科技。地理信息系統(tǒng)作為傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科和現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前已發(fā)展成為集遙感、全球定位系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身的綜合集成化技術(shù)系統(tǒng)，其概念層出不窮，技術(shù)日新月異，它的理論、方法和技術(shù)作為地學(xué)學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課程不僅吸引了廣大地學(xué)、信息技術(shù)工作者及學(xué)生的研究和關(guān)注，而且受到更廣泛的經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)工作者及學(xué)生的青睞。因此，簡(jiǎn)明闡述地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和方法，為對(duì)它的深入學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)是本教程的基本出發(fā)點(diǎn)?；谏鲜?，1996年國(guó)家測(cè)繪教材指導(dǎo)委員會(huì)便將該教科書(shū)確定為國(guó)家“九五”重點(diǎn)教材，并決定由南京大學(xué)、原武漢測(cè)繪科技大學(xué)和原解放軍測(cè)繪學(xué)院三校合作編寫(xiě)。在各位作者的共同努力下，歷時(shí)多年，終于完成了本教材的編寫(xiě)工作。本教材是作者在參閱廠國(guó)內(nèi)外有關(guān)地理信息系統(tǒng)的教材、專著和論文基礎(chǔ)之上，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)教學(xué)和研究的實(shí)踐編寫(xiě)的。全書(shū)由八章和附錄組成。由黃杏元(大綱和第一章)、華一新(第二、三、四、五章)、胡鵬(第六、七、八章和附錄)分工編寫(xiě)，李國(guó)建博士補(bǔ)充了7．8節(jié)和習(xí)題，吳艷蘭博士生補(bǔ)充廠1．4節(jié)，最后由胡鵬統(tǒng)一、審校和定稿。感謝武漢大學(xué)徐慶榮教授對(duì)本書(shū)的審閱及修改意見(jiàn)!本書(shū)可作為普通高等學(xué)校測(cè)繪、地理、地質(zhì)、城規(guī)、市政管理、土地、資源與環(huán)境等專業(yè)本科生和研究生教材，也可供從事地理信息系統(tǒng)、資源和環(huán)境信息系統(tǒng)、上地和各種專業(yè)信息系統(tǒng)等相應(yīng)工作的科技人員和管理人員參考。地理信息系統(tǒng)正處在迅猛發(fā)展之中，由于作者水平所限，不成熟不完善之處在所難免，希望讀者提出寶貴意見(jiàn)。編著者2001年l 0月






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