地理信息系統(tǒng)與科學(xué)（原書第2版）

第一部分  概      述
第1章　系統(tǒng)、科學(xué)和研究        2
1.1　地理信息系統(tǒng)的重要性        2
1.2　數(shù)據(jù)、信息、證據(jù)、知識和智慧        6
1.3　實用型科學(xué)        7
1.4　實用型技術(shù)        9
1.4.1　GIS的發(fā)展史        10
1.4.2　關(guān)于GIS的不同觀點        14
1.4.3　GIS的基本組成部分        14
1.5　GIS產(chǎn)業(yè)        17
1.5.1　軟件產(chǎn)業(yè)        17
1.5.2　數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)        18
1.5.3　地理信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)        18
1.5.4　出版產(chǎn)業(yè)        20
1.5.5　GIS教育        21
1.6　地理信息系統(tǒng)、地理信息科學(xué)和
地理信息研究        22
1.7　GIS和地理學(xué)        25
習(xí)題        27
進階閱讀材料        27
第2章　GIS應(yīng)用概覽        28
2.1　引言        28
2.1.1　與GIS相伴的一天        28
2.1.2　利用GIS的理由        31
2.2　科學(xué)、地理和應(yīng)用        31
2.2.1　科學(xué)問題和GIS應(yīng)用        31
2.2.2　地理信息科學(xué)的應(yīng)用        32
2.3　典型應(yīng)用領(lǐng)域及其基礎(chǔ)        32
2.3.1　綜述        32
2.3.2　政府和公共服務(wù)        33
2.3.3　商業(yè)和服務(wù)業(yè)        38
2.3.4　物流和交通        43
2.3.5　環(huán)境        47
2.4　總結(jié)        51
習(xí)題        52
進階閱讀材料        52
第二部分　原　　理
第3章　地理表達        54
3.1　引言        54
3.2　數(shù)字化表達        55
3.3　表達的內(nèi)容        57
3.4　基本問題        59
3.5　離散對象和連續(xù)場        61
3.5.1　離散對象        61
3.5.2　連續(xù)場        62
3.6　柵格和矢量        64
3.6.1　柵格數(shù)據(jù)        64
3.6.2　矢量數(shù)據(jù)        65
3.6.3　連續(xù)場的表達        66
3.7　紙質(zhì)地圖        67
3.8　制圖綜合        69
3.8.1　制圖綜合方法        69
3.8.2　消減頂點        71
3.9　總結(jié)        71
習(xí)題        71
進階閱讀材料        71
第4章　地理數(shù)據(jù)的特性        72
4.1　引言        72
4.2　再次重申基本問題        73
4.3　空間自相關(guān)和尺度        74
4.4　空間采樣        77
4.5　距離衰減        80
4.6　將度量距離效應(yīng)理解為空間自相關(guān)        82
4.7　空間依賴關(guān)系的建立        84
4.8　地理畸變的解決        87
4.9　歸納和演繹及兩者的結(jié)合方式        89
習(xí)題        90
進階閱讀材料        90
第5章　地理參照        91
5.1　引言        91
5.2　地名        94
5.3　郵政地址和郵政編碼        94
5.4　線性參照系統(tǒng)        95
5.5　地籍和美國公共土地測量系統(tǒng)        96
5.6　地球量測—經(jīng)緯度        97
5.7　投影和坐標        99
5.7.1　平面投影和等距圓柱投影        101
5.7.2　通用橫軸墨卡托投影        102
5.7.3　國家平面坐標系和其他局部系統(tǒng)        103
5.8　利用GPS測量經(jīng)度、緯度和高度        104
5.9　地理參照轉(zhuǎn)換        106
5.10　總結(jié)        107
習(xí)題        107
進階閱讀材料        108
第6章　不確定性        109
6.1　引言        109
6.2　U1: 地理現(xiàn)象概念中的不確定性        110
6.2.1　分析單元        110
6.2.2　模糊與二義性        111
6.2.3　模糊方法        113
6.2.4　地理個體的尺度        115
6.3　U2: 地理現(xiàn)象測量與表達中的
不確定性        116
6.3.1　測量與表達        116
6.3.2　不確定性的統(tǒng)計模型        117
6.3.3　位置誤差        122
6.3.4　誤差的空間結(jié)構(gòu)        123
6.4　U3: 地理現(xiàn)象分析中產(chǎn)生的驗證        124
6.4.1　空間分析中的內(nèi)部和外部驗證        124
6.4.2　內(nèi)部驗證：誤差傳播        125
6.4.3　內(nèi)部驗證：誤差的聚合與分解        127
6.4.4　外部驗證：數(shù)據(jù)結(jié)合與共享
關(guān)系        127
6.4.5　內(nèi)部與外部誤差驗證：歸納
與演繹        128
6.5　總結(jié)        129
習(xí)題        130
進階閱讀材料        130
第三部分　技　　術(shù)
第7章　GIS軟件        134
7.1　引言        134
7.2　GIS軟件的發(fā)展        135
7.3　GIS軟件體系結(jié)構(gòu)        136
7.3.1　項目、部門和企業(yè)型GIS        136
7.3.2　三層結(jié)構(gòu)        136
7.3.3　軟件數(shù)據(jù)模型和用戶定制        138
7.3.4　桌面和網(wǎng)絡(luò)GIS        140
7.4　構(gòu)建GIS軟件系統(tǒng)        141
7.5　GIS軟件開發(fā)商        142
7.5.1　ESRI公司        143
7.5.2　Intergraph公司        143
7.5.3　Autodesk公司        143
7.5.4　GE　Energy        144
7.6　GIS軟件系統(tǒng)的類型        144
7.6.1　桌面型GIS軟件        144
7.6.2　服務(wù)器型GIS軟件        147
7.6.3　開發(fā)型GIS軟件        149
7.6.4　手持系統(tǒng)GIS軟件        149
7.6.5　其他類型的GIS軟件        149
7.7　GIS軟件的使用        150
7.8　總結(jié)        151
習(xí)題        151
進階閱讀材料        151
第8章　地理數(shù)據(jù)建模        152
8.1　引言        152
8.1.1　數(shù)據(jù)模型簡介        152
8.1.2　數(shù)據(jù)模型抽象中的不同層次        153
8.2　GIS的數(shù)據(jù)模型        154
8.2.1　GIS中的CAD、圖形和圖像
數(shù)據(jù)模型        154
8.2.2　柵格數(shù)據(jù)模型        155
8.2.3　矢量數(shù)據(jù)模型        157
8.2.4　對象數(shù)據(jù)模型        165
8.3　實例：供水設(shè)施系統(tǒng)中的對象
數(shù)據(jù)模型        168
8.4　實踐中的地理數(shù)據(jù)建模        169
習(xí)題        171
進階閱讀材料        171
第9章　GIS數(shù)據(jù)采集        172
9.1　引言        172
9.2　直接的地理數(shù)據(jù)獲取        174
9.2.1　柵格數(shù)據(jù)的獲取        174
9.2.2　矢量數(shù)據(jù)的獲取        177
9.3　間接的地理數(shù)據(jù)獲取        177
9.3.1　使用掃描儀獲取柵格數(shù)據(jù)        178
9.3.2　矢量數(shù)據(jù)的獲取        178
9.4　從外部數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)        184
9.5　屬性數(shù)據(jù)的采集        188
9.6　數(shù)據(jù)采集項目管理        188
習(xí)題        189
進階閱讀材料        189
第10章　地理數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與維護        190
10.1　引言        190
10.2　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)        191
10.2.1　DBMS類型        192
10.2.2　地理DBMS擴展        193
10.2.3　地理中間件擴展        194
10.3　在DBMS表中存儲數(shù)據(jù)        194
10.4　SQL        197
10.5　地理數(shù)據(jù)庫類型與函數(shù)        199
10.6　地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計        201
10.7　結(jié)構(gòu)化地理信息        202
10.7.1　拓撲創(chuàng)建        203
10.7.2　數(shù)據(jù)庫索引        205
10.8　編輯與數(shù)據(jù)維護        208
10.9　多用戶編輯連續(xù)的數(shù)據(jù)庫        209
10.9.1　事務(wù)處理        209
10.9.2　版本更新        209
10.10　總結(jié)        211
習(xí)題        212
進階閱讀材料        212
第11章　分布式GIS        213
11.1　引言        213
11.2　分布式數(shù)據(jù)        216
11.2.1　對象層次上的元數(shù)據(jù)        216
11.2.2　地理圖書館        218
11.2.3　集合層次上的元數(shù)據(jù)        220
11.3　移動用戶        221
11.3.1　虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實        222
11.3.2　基于位置的服務(wù)        225
11.3.3　移動GIS的一些問題        227
11.4　分布式軟件：地理信息服務(wù)        228
11.5　展望        229
習(xí)題        230
進階閱讀材料        230
第四部分　分　　析
第12章　制圖學(xué)與地圖生產(chǎn)        232
12.1　引言        232
12.2　地圖和制圖        235
12.3　地圖設(shè)計原理        237
12.3.1　地圖組成要素        238
12.3.2　地圖符號化        239
12.4　地圖集        243
12.5　應(yīng)用        246
12.6　總結(jié)        247
習(xí)題        248
進階閱讀材料        248
第13章　地理可視化        249
13.1　用途、用戶、信息和媒體簡介        249
13.2　地理可視化和空間查詢        252
13.2.1　簡介        252
13.2.2　空間查詢和因特網(wǎng)制圖        254
13.3　地理可視化與轉(zhuǎn)換        254
13.3.1　簡介        254
13.3.2　比較統(tǒng)計圖        256
13.3.3　分區(qū)密度圖        257
13.4　沉浸式交互和PPGIS        258
13.4.1　科學(xué)可視化和表達方法        258
13.4.2　地理可視化和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)        260
13.4.3　手持計算和地理可視化        264
13.5　總結(jié)        264
習(xí)題        265
進階閱讀材料        265
第14章　查詢、度量和轉(zhuǎn)換        267
14.1　空間分析的定義        267
14.1.1　實例        268
14.1.2　空間分析和建模的類型        271
14.2　查詢        271
14.3　度量        273
14.3.1　距離和長度        274
14.3.2　形狀        275
14.3.3　坡度和坡向        276
14.4　空間變換        278
14.4.1　緩沖區(qū)分析        278
14.4.2　點在多邊形內(nèi)        279
14.4.3　多邊形疊加        280
14.4.4　空間插值        282
14.5　總結(jié)        289
習(xí)題        289
進階閱讀材料        289
第15章　描述性概括、設(shè)計和推論方法        290
15.1　更多的空間分析方法        290
15.2　描述性概括        291
15.2.1　中心        291
15.2.2　離差（分散程度）        294
15.2.3　模式度量：未標記的點        294
15.2.4　模式度量：標記的要素        296
15.2.5　破碎和分形維度        297
15.3　最優(yōu)化        299
15.3.1　點的定位        300
15.3.2　路徑問題        301
15.3.3　最佳路徑        303
15.4　假設(shè)檢驗        304
15.5　總結(jié)        307
習(xí)題        307
進階閱讀材料        307
第16章　利用GIS進行空間建模        308
16.1　引言        308
16.1.1　建立模型的原因        310
16.1.2　分析還是建模        311
16.2　模型類型        312
16.2.1　靜態(tài)模型及其標準        312
16.2.2　個體和集合模型        313
16.2.3　元胞模型        315
16.2.4　制圖建模與地圖代數(shù)        316
16.3　建模技術(shù)        317
16.3.1　在GIS中實現(xiàn)模型        317
16.3.2　模型耦合        317
16.3.3　分類和共享模型        318
16.4　多標準方法        319
16.5　檢測模型的精確性和有效性        321
16.6　總結(jié)        322
習(xí)題        322
進階閱讀材料        323
第五部分　管理及策略
第17章　管理GIS        326
17.1　引言        326
17.2　開發(fā)一個可持續(xù)發(fā)展的GIS的步驟        329
17.2.1　選擇GIS        330
17.2.2　實施GIS        336
17.2.3　管理持續(xù)運行的操作型GIS        338
17.3　維護GIS        339
17.3.1　GIS員工和團隊        339
17.3.2　項目經(jīng)理        340
17.3.3　應(yīng)對不確定性        340
17.4　總結(jié)        342
習(xí)題        342
進階閱讀材料        342
第18章　GIS與管理、知識經(jīng)濟及信息        343
18.1　“業(yè)務(wù)管理”時代的來臨        343
18.2　管理—成功使用GIS的關(guān)鍵        345
18.2.1　基本要素        345
18.2.2　管理者面對的來自GIS的一些
挑戰(zhàn)        347
18.2.3　各種管理觀點        347
18.2.4　業(yè)務(wù)驅(qū)動        348
18.3　知識經(jīng)濟、知識管理和GIS        351
18.3.1　創(chuàng)新的事物        351
18.3.2　知識和信息的價值        352
18.4　信息—知識經(jīng)濟的貨幣        353
18.4.1　信息和知識—良好決策的依據(jù)        353
18.4.2　信息的特點        354
18.4.3　地理信息的特性        355
18.4.4　因特網(wǎng)、萬維網(wǎng)和地理信息        356
18.5　GIS產(chǎn)業(yè)及其發(fā)展動力        358
18.5.1　供應(yīng)方        358
18.5.2　需求方        359
18.6　總結(jié)        360
習(xí)題        360
進階閱讀材料        360
第19章　GIS的資產(chǎn)與約束條件        361
19.1　GIS與法律        361
19.1.1　保護信息資產(chǎn)        362
19.1.2　關(guān)于信息所有權(quán)的重要問題        363
19.1.3　法律責任和GIS        365
19.1.4　GIS和隱私權(quán)        366
19.2　GIS從業(yè)人員及其技能        366
19.2.1　GIS教育與培訓(xùn)現(xiàn)狀        367
19.2.2　GIS中的專業(yè)認證        369
19.2.3　現(xiàn)有GIS教育與學(xué)習(xí)的改進        370
19.3　核心地理信息的可用性        370
19.3.1　基礎(chǔ)地理信息框架的本質(zhì)        373
19.3.2　基礎(chǔ)地理信息框架的可用性        374
19.4　約束條件        376
19.4.1　GIS戰(zhàn)略的作用        376
19.4.2　GIS項目的風(fēng)險管理        378
19.5　總結(jié)        380
習(xí)題        380
進階閱讀材料        380
第20章　GIS伙伴關(guān)系        381
20.1　引言        381
20.2　區(qū)域合作        382
20.3　國家級合作        383
20.3.1　美國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施        384
20.3.2　尋求解決方法        385
20.3.3　NSDI的實質(zhì)內(nèi)容        386
20.3.4　NSDI的參與者        387
20.3.5　美國NSDI是否成功        387
20.3.6　美國NSDI的發(fā)展        389
20.4　多國合作        389
20.4.1　歐洲方面        389
20.4.2　亞洲及太平洋地區(qū)GIS基礎(chǔ)
設(shè)施常設(shè)委員會        390
20.5　民族主義、全球化、政策與GIS        391
20.5.1　全球數(shù)據(jù)庫        391
20.5.2　建立標準的全球合作        394
20.5.3　全球空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施        395
20.6　改變一切的極端事件        395
20.6.1　GIS幫助襲擊者的方式        396
20.6.2　公眾獲取地理信息是否會
帶來問題        396
20.6.3　GIS在應(yīng)對恐怖主義活動中的
作用        398
20.6.4　GIS是否提供了幫助        400
20.7　總結(jié)        400
習(xí)題        400
進階閱讀材料        400
第21章　結(jié)束語        401
21.1　引言        401
21.2　書中涉及的主題        401
21.2.1　系統(tǒng)、科學(xué)和研究        401
21.2.2　地理信息系統(tǒng)和地理空間        403
21.2.3　地理反映及地理信息系統(tǒng)研究        404
21.2.4　GIS及其技術(shù)        405
21.2.5　GIS及其管理        405
21.2.6　GIS應(yīng)用        406
21.3　GIS面臨的十個巨大挑戰(zhàn)        408
21.3.1　全球數(shù)據(jù)        408
21.3.2　GIS專業(yè)化        409
21.3.3　GIS課程        410
21.3.4　GIS用戶的共同權(quán)利        411
21.3.5　全球人口統(tǒng)計        411
21.3.6　豐富的地理人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
設(shè)施的發(fā)展        412
21.3.7　從以地理為中心到以自我為
中心的轉(zhuǎn)變        412
21.3.8　支持地理全景的數(shù)據(jù)模型        413
21.3.9　與恐怖主義作戰(zhàn)        413
21.3.10　支持更多類型的地理模擬        413
21.4　總結(jié)        414
習(xí)題        415
進階閱讀材料        415
縮寫詞表        416
索引        421