本書簡要介紹與GIS相關(guān)的基本原理，主要內(nèi)容包括GIS簡介、參照系、GIS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、空間數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫、矢量和柵格數(shù)據(jù)的空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、統(tǒng)計和空間數(shù)據(jù)測量、三維數(shù)據(jù)的空間分析、使用GIS制圖、GIS硬件/軟件和編程、未來展望等。

地理信息系統(tǒng)是指輸入、顯示和分析空間數(shù)據(jù)，進而求解空間問題的系統(tǒng)，廣泛用于網(wǎng)絡(luò)分析、環(huán)境調(diào)查、土地利用、交通規(guī)劃、地形可視化、海平面上升預(yù)測、商務(wù)定位等領(lǐng)域。本書是GIS科學(xué)專業(yè)學(xué)生的教材，內(nèi)容涉及GIS簡介、地理坐標參考、GIS數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)質(zhì)量、空間數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫、矢量和柵格數(shù)據(jù)的空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、統(tǒng)計與空間數(shù)據(jù)測度、三維數(shù)據(jù)的空間分析、GIS制圖、GIS硬/軟件和程序設(shè)計、未來展望等。

John R. Jensen

加州大學(xué)富勒頓分校地理學(xué)學(xué)士，楊百翰大學(xué)碩士，加州大學(xué)洛杉機分校博士；南卡羅來納大學(xué)地理學(xué)教學(xué)名師，GIS與遙感實驗室副主任，《GIS科學(xué)與遙感》雜志主編；攝影測量專家，曾任美國攝影和遙感學(xué)會地理空間信息分會主席；獲SAIC John E. Estes Memorial教學(xué)獎、美國地質(zhì)調(diào)查局/美國航空航天局William T. Pecora獎、美國地理學(xué)家協(xié)會終生成就獎。主持完成NASA、DOE和NOAA的項目50余項，著有《數(shù)字圖像處理導(dǎo)論：遙感視角（第3版）》、《環(huán)境遙感：地球資源視角（第2版）》等教材，發(fā)表文章130多篇。

Ryan R. Jensen

楊百翰大學(xué)制圖與GIS學(xué)士、地理學(xué)碩士，佛羅里達大學(xué)地理學(xué)和GIS博士。楊百翰大學(xué)地理學(xué)副教授，地理信息系統(tǒng)認證專家，《應(yīng)用地理學(xué)》主編。

王淑晴，博士，中國地質(zhì)大學(xué)教授，長期從事地理信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用工作，發(fā)表論文多篇，專著多部，在地理信息系統(tǒng)于地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用中，取得了很多高質(zhì)量的成果。

目錄
第1章  GIS簡介 1
1．1  什么是空間數(shù)據(jù) 1
1．2  空間問題 3
1．3  GIS空間數(shù)據(jù)的組織方式 4
1．3．1  離散型地理要素 4
1．3．2  連續(xù)型地理要素 4
1．3．3  面域型地理要素 5
1．4  矢量與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 6
1．4．1  矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 6
1．4．2  柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 6
1．4．3  空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施 6
1．5  GIS標準定義與非標準定義 8
1．6  對GIS的誤解 9
1．6．1  GIS僅是一個圖形處理軟件或
計算機輔助設(shè)計（CAD）程序 10
1．6．2  GIS僅是一個地圖制圖程序 10
1．6．3  GIS僅是無理論基礎(chǔ)的軟件包 10
1．6．4  傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖與GIS一樣用途
廣泛 10
1．6．5  GIS與其他系統(tǒng)相比并無區(qū)別 12
1．7  GIS組成 12
1．7．1  GIS硬件 12
1．7．2  GIS軟件 13
1．7．3  人件（活件） 14
1．7．4  GIS數(shù)據(jù) 14
1．8  GIS發(fā)展趨勢 15
1．9  GIS產(chǎn)業(yè) 15
1．9．1  GIS軟件開發(fā)行業(yè) 15
1．9．2  GIS數(shù)據(jù)采集行業(yè) 15
1．9．3  GIS增值服務(wù)行業(yè) 16
1．10  GIS行業(yè)就業(yè)情況 16
1．11  GIS行業(yè)投資情況 17
1．12  本書的組織結(jié)構(gòu) 17
1．13  小結(jié) 18
復(fù)習(xí)題 18
關(guān)鍵術(shù)語 18
參考文獻 19
第2章  空間參照系 21
2．1  概述 21
2．2  基準面 21
2．3  橢球 21
2．4  大地水準面 22
2．4．1  水平基準面 23
2．4．2  高程基準面 23
2．5  坐標系 24
2．5．1  笛卡兒坐標系 24
2．5．2  經(jīng)度和緯度 25
2．6  地球儀 26
2．7  地圖投影 27
2．7．1  地圖投影中使用的可展曲面 29
2．7．2  圓柱地圖投影 29
2．7．3  方位（平面）地圖投影 32
2．7．4  圓錐投影 34
2．7．5  其他投影和坐標系 36
2．7．6  自定義地圖投影 38
2．8  天梭指標 39
2．9  小結(jié) 41
復(fù)習(xí)題 41
關(guān)鍵術(shù)語 42
參考文獻 42
第3章  GIS數(shù)據(jù) 44
3．1  概述 44
3．2  地面數(shù)據(jù)采集 44
3．2．1  全球定位系統(tǒng)（GPS） 44
3．2．2  地面數(shù)據(jù)測量 50
3．2．3  地面數(shù)據(jù)采樣或人口調(diào)查 55
3．2．4  傳統(tǒng)空間信息的數(shù)字化 57
3．3  遙感數(shù)據(jù)采集 62
3．3．1  遙感信息處理 63
3．3．2  分辨率要求 63
3．3．3  遙感術(shù)語 68
3．3．4  航空攝影測量 69
3．3．5  多光譜遙感 72
3．3．6  高光譜遙感 75
3．3．7  熱紅外遙感 76
3．3．8  LiDAR遙感 78
3．3．9  RADAR遙感 81
3．4  遙感數(shù)據(jù)分析 84
3．4．1  模擬（可視）圖像處理 84
3．4．2  數(shù)字圖像處理 84
3．5  小結(jié) 85
復(fù)習(xí)題 85
關(guān)鍵術(shù)語 85
參考文獻 86
第4章  數(shù)據(jù)質(zhì)量 88
4．1  概述 88
4．2  元數(shù)據(jù) 88
4．2．1  元數(shù)據(jù)的要素 88
4．2．2  FGDC的元數(shù)據(jù)標準 89
4．2．3  元數(shù)據(jù)和GIS軟件 89
4．2．4  其他元數(shù)據(jù)問題 89
4．3  準確度和精度 90
4．4  地理空間數(shù)據(jù)的誤差類型 90
4．4．1  屬性錯誤 91
4．4．2  定位誤差 94
4．4．3  拓撲錯誤 95
4．4．4  時間準確度 96
4．4．5  誤差可視化 97
4．4．6  誤差傳播 97
4．4．7  區(qū)群謬誤 98
4．4．8  可塑性面積單元問題 99
4．5  小結(jié) 100
復(fù)習(xí)題 100
關(guān)鍵術(shù)語 100
參考文獻 101
第5章  空間數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫 102
5．1  概述 102
5．2  GIS數(shù)據(jù)模型 102
5．3  矢量數(shù)據(jù) 103
5．3．1  點要素 103
5．3．2  線要素 103
5．3．3  面（多邊形）要素 103
5．3．4  比例尺要素 103
5．3．5  拓撲屬性 105
5．3．6  地理關(guān)系矢量模型 106
5．3．7  基于對象的矢量模型 108
5．4  柵格數(shù)據(jù) 109
5．4．1  柵格單元值 109
5．4．2  單元格大小 109
5．4．3  柵格地理參照系 110
5．4．4  柵格文件格式 111
5．5  矢量與柵格數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 111
5．5．1  矢量-柵格轉(zhuǎn)換 111
5．5．2  柵格-矢量轉(zhuǎn)換 111
5．6  數(shù)據(jù)庫 113
5．6．1  平面文件 114
5．6．2  關(guān)系數(shù)據(jù)庫 114
5．6．3  不同的數(shù)據(jù)庫關(guān)系 114
5．6．4  關(guān)聯(lián)與連接 115
5．6．5  柵格數(shù)據(jù)庫 116
5．6．6  屬性數(shù)據(jù)類型 116
5．6．7  添加和刪除屬性字段 116
5．6．8  數(shù)據(jù)輸入 117
5．6．9  外部數(shù)據(jù)庫集成 117
5．7  數(shù)據(jù)查詢 117
5．7．1  屬性查詢 117
5．7．2  位置查詢 118
5．7．3  數(shù)據(jù)查詢的融合 118
5．7．4  新數(shù)據(jù)層 118
5．8  小結(jié) 119
復(fù)習(xí)題 119
關(guān)鍵術(shù)語 120
參考文獻 121
第6章  矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的空間分析 122
6．1  概述 122
6．2  矢量數(shù)據(jù)分析 122
6．2．1  矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析 122
6．2．2  緩沖區(qū)分析的類型 125
6．2．3  矢量數(shù)據(jù)的疊加 127
6．3  柵格數(shù)據(jù)分析 136
6．3．1  柵格距離量測運算 136
6．3．2  局部運算 139
6．3．3  鄰域運算 148
6．3．4  區(qū)域運算 155
6．4  小結(jié) 157
復(fù)習(xí)題 157
關(guān)鍵術(shù)語 158
參考文獻 159
第7章  網(wǎng)絡(luò)分析 160
7．1  概述 160
7．2  地理編碼 161
7．2．1  地理編碼的組成 162
7．2．2  預(yù)處理 163
7．2．3  地址匹配 163
7．2．4  地理編碼質(zhì)量 164
7．3  網(wǎng)絡(luò)類型 165
7．3．1 （無向）交通網(wǎng)絡(luò) 165
7．3．2 （有向）幾何設(shè)施網(wǎng)絡(luò) 165
7．4  （無向）交通網(wǎng)絡(luò)分析 165
7．4．1  建立拓撲正確的交通（無向）
網(wǎng)絡(luò)地理數(shù)據(jù)庫 165
7．4．2  網(wǎng)絡(luò)分析問題：最優(yōu)路線（最短
路徑） 167
7．4．3  網(wǎng)絡(luò)分析問題：推銷員的最優(yōu)
路線 172
7．4．4  網(wǎng)絡(luò)分析問題：最近的設(shè)施
在哪 173
7．4．5  網(wǎng)絡(luò)分析問題：如何確定特殊
設(shè)施的服務(wù)區(qū)域 174
7．4．6  網(wǎng)絡(luò)分析問題：設(shè)施位置的區(qū)位
配置模型 178
7．4．7  網(wǎng)絡(luò)分析問題：最大市場
占有率 181
7．4．8  網(wǎng)絡(luò)分析問題：目標市場
占有率 183
7．5  幾何設(shè)施（有向）網(wǎng)絡(luò)分析 184
7．5．1  建立拓撲正確的幾何設(shè)施（有向）數(shù)據(jù)集 185
7．5．2  網(wǎng)絡(luò)分析問題：設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中的
流向 187
7．5．3  網(wǎng)絡(luò)分析問題：在設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中
追蹤邊、接口的上游或下游 187
7．5．4  國家水文數(shù)據(jù)集猶他州瓦薩奇
山脈鉆石叉河部分 189
7．5．5  網(wǎng)絡(luò)分析問題：在設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中
使用障礙 189
7．5．6  網(wǎng)絡(luò)分析問題：網(wǎng)絡(luò)示意圖 190
7．6  小結(jié) 190
復(fù)習(xí)題 190
關(guān)鍵術(shù)語 191
參考文獻 192
第8章  統(tǒng)計和空間數(shù)據(jù)量算 193
8．1  概述 193
8．2  長度（距離）量算 193
8．2．1  基于勾股定理的直線
距離量算 193
8．2．2  曼哈頓距離量算 194
8．2．3  其他因素 195
8．3  多邊形周長和面積的量算 196
8．3．1  周長量算 196
8．3．2  多邊形面積量算 197
8．4  描述性統(tǒng)計 198
8．5  描述性空間統(tǒng)計 200
8．5．1  均值中心 201
8．5．2  標準距離 201
8．6  空間自相關(guān) 201
8．7  點模式分析 204
8．7．1  樣方分析 204
8．7．2  最近鄰點分析 206
8．8  小結(jié) 209
復(fù)習(xí)題 209
關(guān)鍵術(shù)語 210
參考文獻 210
第9章  三維數(shù)據(jù)空間分析 212
9．1  概述 212
9．2  三維數(shù)據(jù)的矢量表示和處理 213
9．2．1  不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）數(shù)據(jù)
結(jié)構(gòu) 213
9．2．2．TIN表面處理 214
9．3  三維數(shù)據(jù)的柵格表示和處理 216
9．3．1  空間插值 216
9．3．2  柵格三維數(shù)據(jù)的表面處理 226
9．4  小結(jié) 228
復(fù)習(xí)題 228
關(guān)鍵術(shù)語 229
參考文獻 229
第10章  GIS制圖 231
10．1  概述 231
10．2  地理學(xué)家/制圖師 231
10．3  制圖學(xué)的歷史 231
10．3．1  最古老的地圖 232
10．3．2  中世紀的TO地圖 232
10．3．3  公元150年托勒密的
《地理》 232
10．3．4  探索、打印和地圖集的
時代 233
10．3．5  現(xiàn)代地圖制作 235
10．4  制圖過程 236
10．5  要素類型和測量尺度 237
10．5．1  要素類型 237
10．5．2  地理測量尺度 238
10．6  地圖設(shè)計基礎(chǔ) 239
10．6．1  地圖組成（布局） 240
10．6．2  標題 240
10．6．3  排版 240
10．6．4  專題內(nèi)容和圖形背景關(guān)系 241
10．6．5  指北針與羅盤 242
10．6．6  比例尺 242
10．6．7  圖例 243
10．6．8  格網(wǎng)或參考網(wǎng)格 243
10．6．9  地理空間元數(shù)據(jù) 244
10．7  點狀數(shù)據(jù)制圖 244
10．7．1  使用簡單符號的點狀制圖 244
10．7．2  漸變色點狀制圖 245
10．7．3  比例或漸變符號點狀制圖 245
10．7．4  標準化點狀符號 246
10．8  線狀數(shù)據(jù)制圖 247
10．8．1  使用簡單線狀符號和顏色的
線狀制圖 248
10．8．2  使用漸變（比例）線狀符號的
流量圖 249
10．8．3  等值線制圖 250
10．9  面狀數(shù)據(jù)制圖 252
10．9．1  無行政單元邊界限制的空間
數(shù)據(jù)的專題制圖 252
10．9．2  具有行政單元限制的空間數(shù)據(jù)
專題制圖：等值區(qū)域制圖 254
10．10  攝影地圖、正射攝影地圖、影像
地圖、正射影像地圖 258
10．10．1  無控制攝影地圖（相片鑲嵌）和影像地圖 258
10．10．2  控制的攝影地圖和影像
地圖 259
10．10．3  正射相片、正射相片地圖、
正射影像和正射影像地圖 260
10．11  小結(jié) 262
復(fù)習(xí)題 262
關(guān)鍵術(shù)語 263
參考文獻 264
第11章  GIS硬件/軟件和編程 266
11．1  概述 266
11．2  GIS硬件 266
11．2．1  計算機類型 266
11．2．2  中央處理器（CPU） 267
11．2．3  存儲器（只讀和隨機存?。?268
11．2．4  操作系統(tǒng) 268
11．2．5  顯示器 268
11．2．6  輸入設(shè)備 268
11．2．7  輸出設(shè)備 269
11．2．8  GIS實驗室 269
11．2．9  GIS數(shù)據(jù)的存儲與組織 269
11．3  GIS軟件注意事項 270
11．3．1  GIS軟件 270
11．3．2  成本 272
11．3．3  操作系統(tǒng) 272
11．3．4  數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)格式 272
11．3．5  矢量、柵格和GPS數(shù)據(jù)
融合 273
11．3．6  數(shù)據(jù)庫管理 273
11．3．7  制圖輸出 273
11．3．8  GIS軟件支持 273
11．3．9  手持GIS 275
11．4  編程和GIS 275
11．4．1  何時進行編程 276
11．4．2  計算機編程基礎(chǔ) 276
11．4．3  GIS編程集成 278
11．4．4  獨立GIS編程的應(yīng)用 278
11．5  小結(jié) 280
復(fù)習(xí)題 280
關(guān)鍵術(shù)語 280
參考文獻 280
第12章  展望未來 282
12．1  概述 282
12．2  GIS職業(yè)和教育 282
12．2．1  公共與私營部門的GIS
職業(yè) 282
12．2．2  專業(yè)組織協(xié)會 284
12．2．3  其他測繪科學(xué)（地學(xué)技術(shù)）
知識 286
12．2．4  GIS證書、認證和許可 286
12．2．5  繼續(xù)教育 288
12．3  GIS技術(shù)發(fā)展趨勢 288
12．3．1  云計算和GIS 288
12．3．2  網(wǎng)絡(luò)GIS 289
12．3．3  移動GIS 291
12．3．4  自發(fā)地理信息 291
12．3．5  數(shù)據(jù)格式和標準的改進 292
12．3．6  三維可視化 293
12．4  地理空間公共訪問和法律問題 293
12．4．1  公共數(shù)據(jù)訪問 293
12．4．2  GIS數(shù)據(jù)有限責(zé)任 296
12．4．3  第四隱私權(quán)修正案的思考 297
12．5  遙感和GIS的集成 298
12．5．1  數(shù)據(jù)采集平臺的發(fā)展 299
12．5．2  遙感系統(tǒng)的發(fā)展 299
12．5．3  數(shù)字圖像處理進展 299
12．6  小結(jié) 300
復(fù)習(xí)題 300
關(guān)鍵術(shù)語 300
參考文獻 301

附錄A  地理空間信息來源 303
A．1  目錄 303
A．1．1  聯(lián)邦地理空間數(shù)據(jù)庫 303
A．1．2  開源自發(fā)地理信息庫 303
A．1．4  數(shù)字高程數(shù)據(jù) 303
A．1．5  水文數(shù)據(jù) 303
A．1．6  土地利用/土地覆蓋和生物多
樣性/棲息地數(shù)據(jù) 303
A．1．7  網(wǎng)絡(luò)（道路）和人口統(tǒng)計
數(shù)據(jù) 304
A．1．8  遙感數(shù)據(jù) 304
A．2  聯(lián)邦地理空間數(shù)據(jù)庫 304
A．2．1  USGS EarthExplorer 304
A．2．2  USGS的The National Map 304
A．2．3  Geo．Data．gov 305
A．2．4  美國人口統(tǒng)計局 306
A．3  開源自發(fā)地理信息庫 307
A．3．1  OpenStreetMap 307
A．4  商用地理空間數(shù)據(jù)庫 308
A．4．1  Esri ArcGIS Online 308
A．5  數(shù)字高程數(shù)據(jù) 308
A．6  水文數(shù)據(jù) 309
A．7  土地利用/土地覆蓋和生物多樣性/
棲息地數(shù)據(jù) 309
A．8  網(wǎng)絡(luò)（道路）和人口統(tǒng)計數(shù)據(jù) 309
A．9  遙感數(shù)據(jù) 309
A．10  各州的GIS數(shù)據(jù)交換中心 309
參考文獻 310