第1章 绪论
　　本章概览
　　1.1 地理信息系统(GIS)
　　1.2 GIS的要素
　　1.3 GIS的应用
　　1.4 GIS、Web2.0和移动技术的集成
　　1.5本书的结构
　　1.6概念与实践
　　地理信息系统(GIS)是一种用于获取、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。GIS的众多应用之一是灾害管理。
　　2011年3月11日，9.0级大地震袭击了日本东海岸，为有记录以来袭击日本的*强烈地震。据报道，地震引发强大的海啸波高达40m，并向内陆蔓延至lOkm。地震和海啸之后，地理信息系统在协助响应者和应急管理人员进行救援行动，定位严重受损区域和基础设施，确定医疗救助优先级，以及设置临时避难所等方面发挥了重要作用。GIS还与社交媒体如Twitter、YouTube和Flickr等关联，使人们能够近乎实时地跟踪事件，同时可以看到街景、卫星图像及地形。2011年9月，日本东京大学在空间思维与GIS国际会议上组织了一场关于GIS与日本东部大地震和海啸的专题讨论会，分享GIS在此类灾难管理中所起作用的信息。
　　2011年8月21日，“艾琳”飓风在加勒比海的温暖水域上方形成；在随后一周时间里，它沿着一条穿越美国东海岸向北至加拿大大西洋的踣径移动。与发生迅速的日本东部大地震不同，政府机构和组织有时间在飓风“艾琳”抵达之前开发GIS数据集，并进行应用和分析。在线的飓风跟踪器被微软全国广播公司(MSNBC)和美国有线电视新闻网(CNN)等新闻媒体，以及Esri和雅虎等公司建立起来。预测轨迹、风场、风速和风暴潮等GIS数据资源由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供，灾害响应和恢复工作等GIS数据资源由联邦紧急事务管理署(FEMA)提供。尽管在纽约州北部和佛蒙特州有严重的洪涝灾害报道，但由于有了这些准备工作有效减少了“艾琳”飓风的破坏程度。
　　在日本东部大地震和“艾琳”飓风中，GIS在整合不同来源的数据以提供地理信息方面发挥了至关重要的作用，这些信息被证明是救灾行动的关键。GIS是地理信息技术的核心，它与遥感、全球定位系统、制图、测绘、地统计学、网络制图、编程、数据库管理和图形设计等众多领域有关。多年来，地理空间信息技术在美国被认为是高速增长的职业部门，GIS及其相关领域提供了相当数量的新职位。
　　1.1 地理信息系统(GIS)
　　地理空间数据是用于描述位置和空间要素属性的数据。例如，为描述一条道路，我们会提及它的位置（如在哪里）和它的特征（如长度、名称、限速和方向），如图1.1所示。GIS这种处理和分析地理空间数据的能力使其有别于其他信息系统。
　　1.1.1 GIS的组成
　　GIS的操作与其他信息技术相类似，除了地理空间数据之外，还需要以下组成部分。
　　(1)硬件。GIS的硬件包括用于数据处理、数据存储、输入／输出的计算机；用于报告和地图打印的打印机和绘图仪；用于空间数据数字化的扫描仪和数字化仪；用于野外工作的GPS和移动设备。
　　(2)软件。GIS软件，不管是商业的或开放资源的，都包括程序和由计算机执行的应用软件，进行数据管理、数据分析、数据显示和其他任务。用Python、JavaScript、VB.NET或C++等语言编写的应用程序，用于GIS中的特定数据分析。这些程序和应用软件的常见用户界面包括菜单、图标和命令行。
　　(3)专业人员。GIS专业人员确定使用GIS的目的和目标，解释和展示结果。
　　(4)组织。GIS在一个组织环境中运作；因此，GIS的运作必须融入组织的文化和决策过程，事关GIS的作用和价值、GIS培训、数据采集和数据标准。
　　1.1.2 GIS的简史
　　从GIS目前的形式看，其起源在于快速发展的计算机工具，尤其是20世纪60年代和70年代的城市规划、土地管理和地理编码等各种领域的计算机制图学。**个可操作的GIS是在20世纪60年代初期由Tomlinson开发，用来为加拿大土地勘查局存储、操作和分析数据( Tomlinson，1984)。1964年，Fisher创立了哈佛计算机图形实验室，70年代，许多享有盛名的计算机程序像SYMAP、SYMVU、GRID和ODESSEY都在此开发和传播( Chrisman，1988)。早期的程序是在中央服务器或微型计算机上运行，地图是通过行式打印机和笔式绘图仪绘制。计算机制图和空间分析也被引入到英国爱丁堡大学和实验制图单元( Coppock，1988; Rhind，1988)。另外两件大事件是关于GIS的早期开发：Ian McHarg的《自然设计》（Design with Nature）的出版及其所包含的用于适宜性分析的地图叠置方法(McHarg 1969);芙国人口普查局的DIME（二值*立地图编码）系统中引入带有拓扑关系的城市街道网络( Broome and Meixler，1990)。
　　GIS在20世纪80年代的繁荣，很大程度是由于引入个人计算机所促进的，比如IBMPC机和微软视窗的图形用户界面。不像主机和微型计算机，PC机的用户界面更加友好，因而开阔了GIS的应用范围，在90年代进入主流应用。同样在80年代，市场出现了商业和免费GIS软件包。环境系统研究所(Esri)发布了ARC/INFO，将点、线和多边形空间要素结合到一个数据库管理系统，使要素的属性关联起来。Intergraph与Bentley系统合伙开发了微型工作站（Microstation，CAD软件产品）。80年代开发的GIS软件包还有GRASS、Maolnfo、TransCAD和Smallword等。
　　尽管多年来GIS被看作是难学、昂贵和只有少数人拥有的软件，然而在20世纪90年代，图形用户界面(GUI)、功能强大和价格适宜的软硬件及公共数字化数据的出现，已经拓宽了GIS应用的范围，并使GIS进入主流应用。
　　随着GIS研究的继续深入，近些年呈现出两个发展趋势：一是作为空间技木的核心，GIS逐渐同其他空间数据融合（如卫星图像和GPS数据）；二是GIS己同网络服务、移动技术、社会媒体和云计算连接。
　　图1.2是Google Books Ngram Viewer制作的Ngram，以图示形式显示1970～2008年英文电子版Google图书中“地理信息系统”、“地理空间数据”和“地理空间技术”的词频。“地理信息系统”短语在20世纪80年代至90年代早期迅速兴起，90年代稳定发展，2000年后开始下滑。相反，其他两个名词，特别是“地理空间数据”则是从90年代兴起。图1.2有力地证实GIS与其他地理空间数据，以及GIS与其他地理空间技术之间的整合。

目录
第九版译者序
前言
第1章 绪论 1
1.1 地理信息系统(GIS) 2
1.2 GIS的要素 5
1.3 GIS的应用 10
1.4 GIS、Web2.0和移动技术的集成 12
1.5 本书的结构 15
1.6 概念与实践 15
第2章 坐标系统 23
2.1 地理坐标系统 24
2.2 地图投影 28
2.3 常用地图投影 32
2.4 投影坐标系统 34
2.5 在GIS中运用坐标系统 39
第3章 矢量数据模型 49
3.1 简单要素的表示 50
3.2 拓扑 51
3.3 地理关系数据模型 55
3.4 基于对象数据模型 59
3.5 复合要素的表示 64
第4章 栅格数据模型 76
4.1 栅格数据模型要素 77
4.2 卫星图像 79
4.3 数字高程模型 83
4.4 其他类型栅格数据 84
4.5 栅格数据结构 87
4.6 栅格数据压缩 90
4.7 教据转换与综合 92
第5章 GIS数据获取 100
5.1 现有的GIS数据 100
5.2 元数据 107
5.3 现有数据的转换 108
5.4 创建新数据 109
第6章 几何变换 125
6.1 几何变换 125
6.2 均方根(RMS)误差 130
6.3 数字化地图上的均方根误差 132
6.4 像元值重新采样 133
第7章 空间数据准确度和质量142
7.1 定位错误 143
7.2 空间数据准确度标准 144
7.3 拓扑错误 145
7.4 拓扑编辑 148
7.5 非拓扑编辑 150
7.6 其他编辑操作 152
第8章 属性数据管理 163
8.1 GIS中的属性数据 164
8.2 关系数据库模型 167
8.3 合并、关联和关系类 174
8.4 空间合并 174
8.5 属性数据输入 175
8.6 字段与属性数据的处理 176
第9章 数据显示与地图编制 186
9.1 地图的符号表示 187
9.2 地图的种类 192
9.3 地图的注记 195
9.4 地图设计 201
9.5 动画地图 206
9.6 地图的生产 206
第10章 数据探查 219
10.1 数据探查概述 219
10.2基于地图的数据操作 226
10.3 属性数据查询 229
10.4 空间数据查询 234
10.5 栅格数据查询 237
第11章 矢量数据分析 247
11.1 建立缓冲区 247
11.2 地图叠置 251
11.3 距离量测 258
11.4 模式分析 258
11.5 要素操作 265
第12章 栅格数据分析 279
12.1 数据分析环境 279
12.2 局域运算 280
12.3 邻域运算 284
12.4 分区运算 287
12.5 自然距离量测运算 289
12.6 其他的栅格数据运算 291
12.7 地图代数运算 293
12.8 基于矢量与基于栅格的数据分析的比较 294
第13章 地形制图与分析 303
13.1 用于地形制图与分析的数据 303
13.2 地形制图 305
13.3 坡度和坡向 311
13.4 表面*率 318
13.5 栅格与TIN对比 319
第14章 视域和流域 330
14.1 视域分析 330
14.2 视域分析中的参数 333
14.3 视域分析的应用 336
14.4 流域分析 336
14.5 影响流域分析的因素 343
14.6流域分析的应用 346
第15章 空间插值 355
15.1 空间插值的元素 355
15.2 墼体拟合法 357
15.3 局部拟合法 360
15.4 克里金法（Kriging） 368
15.5 空间插值方法的比较 376
第16章 地理编码和动态分段 387
16.1 地理编码 387
16.2 地理编码的变异形式 393
16.3 地理编码的应用 394
16.4 动态分段 395
16.5 动态分段的应用 401
第17章 *小耗费路径分析和网络分析 412
17.1 *小耗费路径分析 412
17.2 *小耗费路径分析的应用 418
17.3 网络 418
17.4 网络拼接 419
17.5 网络分析 422
第18章GIS模型与建模 440
18.1 GIS建模的基本元素 440
18.2 二值模型 443
18.3 指数模型 446
18.4回归模型 452
18.5 过程模型 455
附录 常用换算关系 467
UTM（通用横轴麦卡托）分带 468