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第1章 绪论1

1.1 地理信息系统的概念1

1.1.1 地理信息系统的定义1

1.1.2 地理信息系统概念内涵的演进3

1.1.3 为什么需要地理信息系统5

1.1.4 地理信息系统的组成6

1.1.5 地理信息系统的空间分析能力20

1.1.6 地理信息系统与相关学科的关系20

1.1.7 地理信息系统发展简史21

1.2 地理信息系统的科学基础23

1.2.1 地球系统科学23

1.2.2 地球信息科学24

1.2.3 地理信息科学25

1.2.4 地球空间信息科学26

1.3 地理信息系统的技术基础27

1.3.1 地理空间数据采集技术28

1.3.2 计算机网络工程技术35

1.3.3 现代通信技术38

1.3.4 软件工程技术40

1.3.5 信息安全技术44

1.3.6 网络空间信息传输技术50

1.3.7 虚拟现实与仿真技术53

练习与思考题56

第2章 地理信息系统基础理论57

2.1 地理信息科学的提出与发展57

2.1.1 地理信息科学的提出57

2.1.2 地理信息科学的发展59

2.2 地理信息科学中的重要概念62

2.2.1 信息和数据62

2.2.2 地理信息和地理数据62

2.2.3 物质信息63

2.2.4 能量信息64

2.2.5 信息流64

2.2.6 地理系统64

2.2.7 耦合65

2.3 地理信息科学基本框架66

2.3.1 地理信息科学的特征66

2.3.2 地理信息科学基本框架67

2.4 地理信息科学的重要理论69

2.4.1 与地理系统有关的理论69

2.4.2 地理信息理论70

2.4.3 地理（地球）空间认知理论72

2.5 地理信息系统的时空观73

2.6 社会科学的空间表达观74

2.7 地理信息科学方法概论75

2.7.1 地理信息本体论76

2.7.2 地理信息科学方法76

2.7.3 地理信息技术方法77

练习与思考题77

第3章 地理空间数据表达基础79

3.1 地理空间数据的空间参考系统79

3.1.1 地理坐标系统79

3.1.2 地理坐标系的定义82

3.1.3 GIS中的空间参考系86

3.2 地理空间数据的表达方法89

3.2.1 地图表达地理实体要素的方法89

3.2.2 GIS表达地理实体要素的方法91

3.3 空间数据的空间关系表达102

3.3.1 矢量数据的空间关系102

3.3.2 栅格数据的空间关系106

练习与思考题108

第4章 地理空间数据模型建模109

4.1 概述109

4.1.1 从地理世界到数字世界109

4.1.2 空间数据模型的类型111

4.1.3 空间数据模型和数据结构112

4.1.4 数据库模型和数据库结构112

4.2 地理空间数据模型113

4.2.1 空间特征和空间对象113

4.2.2 地理空间对象的基本特征和描述内容119

4.2.3 地理数据模型的进展120

4.2.4 矢量数据模型124

4.2.5 栅格数据模型129

4.2.6 连续表面数据模型133

4.2.7 网络数据模型139

4.2.8 动态分段数据模型143

4.3 地理时空数据模型145

4.3.1 时空数据的概念145

4.3.2 时空数据模型147

练习与思考题166

第5章 地理空间数据库167

5.1 概述167

5.1.1 建立空间数据库的重要性167

5.1.2 GIS与SDBMS的关系168

5.1.3 数据库技术的演进171

5.1.4 SDBMS的特殊结构171

5.2 空间数据库的概念173

5.2.1 空间数据库的定义173

5.2.2 空间数据库的适用人群174

5.2.3 空间数据库的概念结构174

5.2.4 空间数据库的基本组成176

5.3 空间数据库类型176

5.3.1 分布式数据库176

5.3.2 基于Web的空间数据库系统177

5.3.3 并行数据库系统178

5.3.4 时空数据库系统180

5.4 空间数据访问方法181

5.4.1 空间数据的操作特点182

5.4.2 空间数据访问的基本思想183

5.4.3 空间数据访问的基本需求184

5.4.4 空间数据访问方法的分类185

5.4.5 多比例尺空间数据库访问188

5.5 空间数据索引188

5.5.1 空间数据存取188

5.5.2 空间数据索引的概念190

5.5.3 哈希索引方法192

5.5.4 四叉树索引方法196

5.5.5 空间对象的排序索引199

5.5.6 基于二叉树的索引方法208

5.5.7 基于B树的方法213

5.5.8 索引方法的评价218

5.5.9 时空数据索引219

5.6 空间查询及定义221

5.6.1 关于查询的一些定义221

5.6.2 空间选择查询221

5.6.3 空间连接226

5.7 空间数据查询语言与处理227

5.7.1 空间数据查询语言227

5.7.2 查询处理230

5.7.3 查询优化233

5.7.4 时空查询功能和查询语言233

5.8 空间数据库设计234

5.8.1 空间数据库设计的步骤和内容234

5.8.2 空间数据的分类与分层236

5.8.3 空间数据存储方案238

5.8.4 空间数据库的组织方案248

5.8.5 空间数据库更新方案251

5.8.6 空间数据库备份254

5.8.7 空间数据的管理255

练习与思考题258

第6章 地理空间数据获取与处理259

6.1 地理空间数据源259

6.1.1 地理空间数据源的类型259

6.1.2 地理空间数据处理内容260

6.2 空间数据的数字化260

6.2.1 纸质地图的数字化260

6.2.2 影像或图片数据的数字化261

6.2.3 文本数据的数字化262

6.3 空间数据坐标转换方法262

6.3.1 空间坐标转换概念262

6.3.2 常用的坐标转换方法262

6.3.3 坐标转换方法的应用264

6.4 空间数据编辑265

6.4.1 数据表达错误的编辑265

6.4.2 空间数据的拓扑编辑266

6.4.3 空间数据的值域约束编辑266

6.5 空间数据的互操作267

6.5.1 数据格式转换的过程和内容267

6.5.2 数据格式转换的方式268

6.5.3 矢量数据和栅格数据的转换269

6.6 空间数据的质量269

6.6.1 GIS数据质量的概念270

6.6.2 GIS数据质量的一般指标271

6.6.3 空间数据的误差类型271

6.6.4 GIS数据质量问题的检查方法272

6.6.5 GIS数据质量研究的常用方法272

6.6.6 空间数据的不确定性273

练习与思考题275

第7章 地理空间分析276

7.1 概述276

7.1.1 空间分析的功能276

7.1.2 空间分析建模278

7.1.3 空间分析的过程279

7.2 栅格数据分析281

7.2.1 基于栅格单元的分析281

7.2.2 密度分析287

7.2.3 欧氏距离分析288

7.2.4 成本距离分析291

7.2.5 栅格数据的提取方法293

7.2.6 栅格数据的概括分析294

7.2.7 水文分析294

7.2.8 地形表面分析301

7.3 地理空间统计分析306

7.3.1 地理空间统计分析原理307

7.3.2 探索性空间统计分析方法312

7.4 矢量数据分析317

7.4.1 叠置分析317

7.4.2 邻近分析321

7.4.3 属性表分析323

7.4.4 统计分析324

7.5 网络分析325

7.5.1 网络的类型325

7.5.2 网络分析的类型326

7.5.3 网络分析的方法327

7.5.4 主要的网络分析应用333

7.6 地理空间数据的查询分析344

7.6.1 简单查询功能344

7.6.2 属性查询分析345

7.6.3 基于位置的查询346

7.6.4 基于图形的查询347

练习与思考题348

第8章 地理空间数据制图与可视化349

8.1 概述349

8.1.1 地图制图的概念349

8.1.2 地理空间数据可视化的概念350

8.2 地图制图基础352

8.2.1 地图的组成要素352

8.2.2 地图设计353

8.2.3 地图设计的因素354

8.3 从地理数据到制图数据354

8.3.1 地理数据与制图数据的区别354

8.3.2 表达冲突与编辑355

8.3.3 地图的效果处理357

练习与思考题358

第9章 地理信息系统工程设计与开发359

9.1 GIS工程设计与评价模式359

9.1.1 GIS工程设计模式359

9.1.2 GIS工程的评价模式359

9.2 GIS工程设计过程和内容361

9.2.1 GIS工程设计过程361

9.2.2 GIS工程设计的内容362

9.2.3 GIS工程设计要点364

9.3 GIS工程设计的任务367

9.3.1 GIS工程设计的系统分析367

9.3.2 GIS系统设计368

9.3.3 工程实施设计369

9.3.4 运行维护设计370

9.4 GIS工程的开发方法370

9.4.1 GIS软件的开发方式370

9.4.2 GIS软件的开发方法371

练习与思考题374

第10章 地理信息系统高级应用375

10.1 地理空间框架与地理信息公共平台375

10.1.1 地理空间框架375

10.1.2 地理信息公共平台378

10.2 数字地球、数字城市与智慧城市411

10.2.1 数字地球、数字城市与智慧城市的概念412

10.2.2 数字城市与智慧城市的关系413

10.2.3 数字城市和智慧城市的框架413

10.3 GIS与地理国情监测418

10.3.1 地理国情监测的概念418

10.3.2 GIS与地理国情监测的关系419

10.4 GIS在行业和领域中的应用420

10.4.1 GIS在规划行业中的应用420

10.4.2 GIS在轨道交通中的应用422

10.4.3 GIS在国土行业中的应用424

10.4.4 GIS在交通行业中的应用429

10.4.5 GIS在林业中的应用429

10.4.6 GIS在民政方面的应用430

10.4.7 GIS在农业方面的应用432

10.4.8 GIS在气象领域的应用433

10.4.9 GIS在水利行业的应用434

10.4.10 GIS在公共卫生领域的应用435

10.4.11 GIS在电力方面的应用440

10.4.12 GIS在地下管线管理中的应用441

练习与思考题444

参考文献446