地理信息系统原理与应用_马驰主编；杨蕾唐均副主编.pdf

书书书第 1 章地理信息系统概论1.1地理信息系统的基本概念1.1.1信息与数据1.1.2地理信息与地理数据1.1.3信息系统与地理信息系统1.1.4地理信息系统的分类1.2地理信息系统的构成1.2.1硬件系统1.2.2软件系统1.2.3空间数据1.2.4应用人员1.2.5应用模型1.3地理信息系统研究的内容及相关学科1.3.1地理信息系统研究的内容1.3.2地理信息系统的相关学科1.4地理信息系统的功能与应用1.4.1基本功能1.4.2应用功能1.5地理信息系统的产生与发展1.5.1地理信息系统的发展简史1.5.2GIS 的发展动态习题和思考题 15第 2 章空间信息基础2.1概述2.1.1地理空间的概念2.1.2空间数据2.2地球空间参考2.2.1地球的形状2.2.2坐标系2.2.3高程系2.3地图投影2.3.1地图投影的概念和实质2.3.2地图投影变形2.3.3地图投影分类2.3.4高斯-克吕格投影2.4地图的分幅与编号2.4.11 100 万地图的分幅编号2.4.21 50 万、1 20 万、1 10 万地图的分幅编号目录2.4.31 5 万、1 2.5 万、1 1 万地图的分幅编号习题和思考题第 3 章地理信息系统的数据结构3.1矢量数据结构3.1.1矢量数据结构的实体构成3.1.2矢量数据结构编码的方法3.2栅格数据结构3.2.1栅格数据结构3.2.2栅格数据结构的编码3.3矢量与栅格数据的比较与转化3.3.1矢量数据的特点3.1.2栅格数据的特点3.3.3矢、栅结构的比较3.3.4矢、栅结构的相互转换3.4空间数据的拓扑关系3.4.1拓扑的基本概念3.4.2空间数据的拓扑关系3.4.3拓扑关系的关联表达习题和思考题第 4 章空间数据库与数据模型4.1数据库概述4.1.1数据库的定义4.1.2数据库系统包含的内容4.1.3数据库的主要特征4.1.4数据库的系统结构4.1.5数据库管理系统4.1.6数据词典4.1.7数据组织方式4.1.8数据间的逻辑关系4.2数据库系统的数据模型4.2.1层次模型4.2.2网络模型4.2.3关系模型4.3空间数据库4.3.1空间数据库4.3.2空间数据库的设计4.4面向对象的数据库系统4.4.1面向对象技术概述4.4.2面向对象的基本概念4.4.3面向对象的特征4.4.4面向对象的要素4.4.5面向对象的几何抽象模型4.4.6面向对象的属性数据类型思考与练习题第 5 章空间数据的获取与处理5.1地理信息系统数据的来源5.2空间数据的分类与编码5.2.1空间数据的分类5.2.2空间数据的编码5.3空间数据的采集5.3.1属性数据采集5.3.2矢量数据的采集5.3.3栅格数据的采集5.4GIS 空间数据录入后的处理5.4.1误差、错误检查与编辑5.4.2图形数据的几何变换5.4.3图形拼接5.4.4数据格式转换5.4.5投影变换5.4.6拓扑关系的自动生成5.5空间数据的质量与数据标准化5.5.1空间数据质量问题的产生5.5.2研究空间数据质量问题的目的和意义5.5.3数据质量的基本概念5.5.4空间数据质量标准的内容5.5.5空间数据质量评价标准5.5.6研究 GIS 数据质量的常用方法5.5.7常见空间数据的误差分析5.5.8空间数据误差的传播5.5.9空间数据质量的控制5.5.10空间数据的标准习题和思考题第 6 章空间数据查询与分析6.1空间数据查询6.1.1空间数据查询的含义6.1.2空间数据查询的方式6.1.3查询结果的显示方式6.2叠加分析6.2.1视觉信息叠加6.2.2点与多边形叠加6.2.3线与多边形叠加6.2.4多边形叠加6.2.5栅格图层叠加6.3缓冲区分析6.3.1缓冲区的概念6.3.2缓冲区的建立6.3.3缓冲区查询6.3.4缓冲区分析6.4网络分析6.4.1基本概念6.4.2主要网络分析功能6.5空间插值6.5.1需要空间插值的情况6.5.2空间插值的数据源6.5.3空间插值方法6.6空间统计分类分析6.7数字地形模型及地形分析6.7.1DTM 与 DEM 的概念6.7.2DEM 的数据采集和表示6.7.3DEM 的分析与应用习题和思考题第 7 章地理信息系统产品输出7.1地理信息系统产品输出的形式7.1.1地理信息系统产品的输出设备7.1.2地理信息系统产品的输出形式7.2地图语言与地图符号7.2.1地图语言与地图色彩7.2.2地图符号7.3专题信息与专题地图7.3.1专题信息表现7.3.2专题地图总体设计7.4地理信息的可视化技术7.4.1地理信息可视化的概念7.4.2地理信息可视化的主要形式习题和思考题第 8 章地理信息系统的应用8.13S 集成技术及应用8.1.1地理信息系统与遥感技术结合8.1.2地理信息系统与全球定位系统集成技术8.1.3全球定位系统与遥感的结合8.1.43S 集成技术及应用8.2网络地理信息系统及应用8.2.1网络 GIS(WebGIS)概述8.2.2WebGIS 设计思想8.2.3WebGIS 应用前景8.3地理信息系统在国土、测绘等行业中的应用8.3.1城市规划、建设管理8.3.2地震灾害和损失估计8.3.3地籍管理信息系统8.4数字地球8.4.1数字地球的基本概念8.4.2数字地球的基本框架8.4.3数字地球的技术基础8.4.4数字地球的应用 数字城市习题和思考题第 9 章地理信息系统设计与评价9.1地理信息系统的设计9.1.1地理信息系统设计的目的9.1.2地理信息系统设计的流程9.2地理信息系统的标准化9.2.1地理信息系统标准化的意义和作用9.2.2地理信息标准化的内容9.2.3地理信息标准化的制定9.3地理信息系统评价9.3.1系统评价指标9.3.2系统评价报告习题和思考题第 10 章MapGIS 应用基础10.1MapGIS 概述10.1.1MapGIS 系统的总体结构10.1.2MapGIS 系统的主要功能10.1.3MapGIS 系统主要优点10.1.4MapGIS 系统常用文件类型10 2MapGIS 基础功能操作10.2.1基本概念10.2.2MapGIS 界面与参数设置10.2.3新建(打开)工程文件10.3.3新建工程图例10.2.4图形编辑1.2.5属性编辑10.3数据处理与转换10.3.1拓扑处理10.3.2误差校正10.3.3投影转换10.3.4图形裁剪10.4空 间 分 析10.4.1缓冲区分析10.4.2叠加分析10.4.3属性分析10.5地图制作与地图输出10.5.1概述10.5.2输出拼版设计10.5.3输出系统的基本操作习题和思考题第 11 章ArcMap 应用基础11.1ArcGIS 概述11.1.1ArcGIS 9 体系结构11.1.2ArcGIS 9 软件特色11.2ArcMap 基础功能操作11.2.1ArcMap 基础11.2.2新地图文档创建11.2.3数据层的加载11.2.4数据层的基本操作11.3数据输入11.3.1选择地图要素11.3.2编辑地图要素11.3.3编辑要素的属性11.4数据的处理与转换11.4.1投影变换11.4.2数据变换11.4.3数据格式转换11.4.4数据结构的转换11.5空间查询与分析11.5.1ArcMap 空间查询11.5.2ArcMap 空间分析11.5.3缓冲区分析11.6地图制图与地图输出11.6.1地图模板操作11.6.2地图版面的设置11.6.3地图的整饰11.6.4地图打印输出习题和思考题参 考 文 献书书书第 1 章地理信息系统概论1第 1 章地理信息系统概论 学习目标通过学习本章，理解地理信息系统的相关概念;掌握地理信息系统的软、硬件构成及其研究的内容，地理信息系统的功能与应用;了解地理信息系统发展历史及发展动态。地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示以及应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理信息数据的通用技术，它在近几十年内飞速发展，广泛应用于资源管理、区域规划、国土监测以及辅助决策等领域，并逐步发展成为一个完整的技术系统和理论体系。进入 21 世纪以来，人类社会已经全面进入信息化时代，作为一种信息处理的通用技术，地理信息系统日益受到各行各业的广泛关注，它与遥感技术(RS)、全球定位技术(GPS)三者的有机结合，生成整体、实时、动态的对地观测、分析和应用的技术系统，引起世界各国的普遍重视。1.1地理信息系统的基本概念1.1.1信息与数据1.信息1)信息的概念信息是近代科学的一个术语，已经广泛应用于社会的各领域。信息有各种不同的定义，狭义信息论认为，信息是“两次不确定性之差”，是人们获得信息前后对事物认识的差别。广义信息论认为，信息是主体与客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息，是表征事物特征的一种普遍形式。本书采用的定义为:信息是用数字、文字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或者特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、管理、经营、分析及决策的依据。2)信息的特点(1)客观性。任何信息都是客观存在的，是与客观事物紧密相联的，这是信息的正确性与精度的保证。(2)实用性。信息对决策具有重要的作用，信息系统将海量的空间数据进行收集、组织与管理，并经过处理与分析，生成对决策具有重要意义的有用信息。(3)传输性。信息可以在系统内或用户之间以一定的格式传送或交换，既包括系统把2地理信息系统原理与应用有用信息传送至终端设备，或以一定形式、格式提供给用户，又包括信息在系统内部同各子系统之间的传输和交换。信息在传输过程中，其原始意义并不改变。(4)共享性。信息可以在多个用户间传输，被多个用户共享，而信息本身并无损失。上述特点使信息成为当代社会发展的一项重要资源，并逐渐渗透到各个学科领域。2.数据数据是为了定性、定量地描述某一目标而使用的数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。数据是信息的载体，是负载信息的物理符号。数据本身并无意义，它们只是记录下来的某种可以识别的物理符号，只有给它们赋予特定的含义，它们才能代表某些实体或现象，这时数据才能变为信息。信息可以离开信息系统而独立存在，而数据的格式却往往与计算机系统有关，并随负载它的物理设备的差异而不同。信息与数据是不可分离的。数据是信息的表现形式，是以某种形式记录下来的可以识别的符号;而信息则是数据所蕴含的事物的含义，是数据的内容。数据只有通过对信息的处理、解释才有意义。1.1.2地理信息与地理数据1.地理信息地理信息是与空间地理分布有关的信息，是地表物体和环境所固有的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形和图像等的总称。地理信息属于三维空间信息。地理信息除了具备信息的一般特性外，还具备以下独特特性:(1)区域性。地理信息属于空间信息，其位置特征由数据进行标识，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著标志。区域性是指地理信息的定位特征，且这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。例如，利用特定的经纬网或公里网坐标来识别空间位置，并指定特定的区域。(2)多维性。在二维空间的基础上，实现多个属性、多个专题的三维结构，即在一个坐标位置上具有多个专题和属性信息。例如，在一个地面点上，可取得高程、温度、湿度等多种信息。(3)动态性。这是指地理信息的动态变化特征，即时序特征，从而可使地理信息以时间尺度划分成不同时间段信息。地理信息的时序特征非常明显，例如，可以将地理信息按照时间尺度划分成超短期的(如地震、台风等)、短期的(如江河洪水等)、中期的(如土地利用、作物估产等)、长期的(如水土流失、土地荒漠化等)、超长期的(如地壳变化等)。这就要求及时采集、更新地理信息，并根据多时相的数据与信息来总结时间分布规律，从而能够对未来作出预测和预报。2.地理数据地理数据是地理信息的具体表现形式，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，主要包括空间位置、属性特征以及时态特征。其中，空间特征数据也称为几何数据，描述空间实体所处的位置