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第1章 空间信息系统概述1

1.1 空间数据与空间信息3

1.1.1 空间数据3

1.1.2 空间信息技术3

1.1.3 空间数据库4

1.1.4 空间信息系统4

1.1.5 空间信息技术的发展4

1.2 空间数据包含的内容5

1.2.1 空间数据的特点5

1.2.2 空间数据的基本类型6

1.2.3 空间数据的基本特征6

1.3 空间数据结构7

1.3.1 矢量结构7

1.3.2 栅格结构8

1.4 空间数据库8

1.4.1 空间数据模型9

1.4.2 空间数据库的特点9

1.4.3 空间数据库的作用10

1.5 空间信息系统10

1.5.1 空间信息系统的组成12

1.5.2 空间信息系统软件12

1.5.3 空间信息系统的功能13

1.6 空间信息系统及其发展14

1.6.1 国际发展状况15

1.6.2 国内发展状况16

1.6.3 空间信息系统技术演变16

1.6.4 空间信息系统的发展趋势18

1.7 空间数据库和不同应用领域的结合20

1.7.1 分布式空间数据库21

1.7.2 专家数据库22

1.7.3 演绎数据库22

1.7.4 多媒体数据库23

1.7.5 主动数据库24

1.7.6 对象—关系数据库24

1.7.7 工程数据库25

1.7.8 统计数据库25

1.7.9 时态数据库25

1.7.10 实时数据库26

1.8 GIS工具介绍26

1.8.1 ESRI产品系列26

1.8.2 MapInfo产品系列27

1.8.3 SuperMap产品系列28

1.8.4 Intergraph产品系列29

1.8.5 MapGIS产品系列29

1.8.6 GeoStar产品系列30

1.8.7 CityStar产品系列30

习题30

第2章 空间数据基础32

2.1 空间坐标系统32

2.1.1 地理空间坐标系的建立33

2.1.2 地图投影33

2.1.3 投影的分类34

2.1.4 投影变形35

2.1.5 常用地图投影36

2.1.6 地图投影的选择依据37

2.2 空间实体38

2.2.1 点实体39

2.2.2 线实体39

2.2.3 面实体39

2.2.4 体实体40

2.2.5 空间实体的编码40

2.3 空间数据的基本特征42

2.3.1 空间数据的类型和表示方法43

2.3.2 空间数据的拓扑关系及其表示43

2.3.3 空间关系44

2.4 空间数据结构47

2.5 矢量数据结构49

2.5.1 矢量数据结构编码的基本内容49

2.5.2 矢量数据的拓扑数据结构51

2.5.3 矢量数据结构编码的方法54

2.6 栅格数据结构58

2.6.1 简单栅格数据结构58

2.6.2 栅格数据的存储60

2.7 栅格和矢量数据结构的比较64

2.8 矢量数据结构与栅格数据结构的相互转换66

2.8.1 矢量数据结构向栅格数据结构的转换66

2.8.2 栅格数据结构向矢量数据结构的转换67

2.9 空间数据的分层68

2.9.1 空间信息系统中的层68

2.9.2 与制图学有关的层68

2.10 空间数据元数据68

2.10.1 元数据概念与分类69

2.10.2 空间数据元数据的概念和标准70

2.10.3 空间数据元数据的获取与管理72

2.10.4 空间数据元数据的应用73

习题74

第3章 空间数据库76

3.1 数据模型的发展77

3.2 在空间数据库中使用传统数据库的数据模型77

3.2.1 层次模型77

3.2.2 网状模型78

3.2.3 关系模型79

3.2.4 在关系数据库中存储空间数据的局限性81

3.3 空间数据库的数据组织方式81

3.3.1 混合结构模型82

3.3.2 扩展结构模型82

3.3.3 统一数据模型82

3.3.4 基于关系的空间数据模型83

3.3.5 面向对象数据模型88

3.4 空间数据管理方案97

3.4.1 全关系数据库管理方案98

3.4.2 文件—关系数据库混合管理方案99

3.4.3 扩展关系数据库管理方案99

3.4.4 对象关系数据库管理系统100

3.4.5 面向对象数据库管理系统100

3.5 空间数据引擎101

3.5.1 空间数据引擎原理101

3.5.2 空间数据引擎作用102

3.6 空间索引103

3.6.1 R树103

3.6.2 格网索引104

3.6.3 GiST树105

3.6.4 Quad树106

3.6.5 K-D树107

3.7 空间查询处理107

3.7.1 空间对象近似化107

3.7.2 空间查询处理步骤108

3.8 空间查询语言109

3.8.1 标准数据库查询语言109

3.8.2 查询语言的表现形式110

3.8.3 空间数据库查询语言的特征111

3.8.4 空间数据库查询语言待研究问题112

3.8.5 OGIS标准的SQL扩展113

3.8.6 空间数据查询实例114

3.9 Oracle空间数据库的数据组织116

习题120

第4章 3S数据采集与处理122

4.1 概述122

4.1.1 数据源分类122

4.1.2 数据源特征123

4.1.3 空间数据采集与处理的基本流程124

4.2 GPS数据采集125

4.2.1 GPS概述126

4.2.2 GPS的组成126

4.2.3 GPS接收机的组成130

4.2.4 GPS接收机的分类131

4.2.5 GPS的定位原理132

4.2.6 差分GPS定位原理134

4.2.7 GPS的应用135

4.3 RS遥感数据采集136

4.3.1 遥感的基本概念137

4.3.2 遥感的构成要素138

4.3.3 遥感技术原理139

4.3.4 遥感技术系统141

4.3.5 遥感数据处理142

4.3.6 遥感的应用144

4.4 GIS数据采集145

4.4.1 空间位置数据采集145

4.4.2 属性数据采集146

4.5 空间数据的编辑与处理148

4.5.1 图形相关数据的编辑149

4.5.2 图像纠正150

4.5.3 数据格式的转换150

4.5.4 地图投影转换150

4.5.5 图像解译151

4.5.6 图形拼接151

4.5.7 拓扑生成152

4.6 数据质量153

4.6.1 与数据质量相关的几个概念153

4.6.2 空间数据质量标准153

4.6.3 空间数据的误差154

4.6.4 空间数据的误差源及误差传播155

4.6.5 空间数据质量的控制155

4.7 数据入库156

4.8 3S集成技术157

习题160

第5章 空间数据分析与挖掘161

5.1 空间分析161

5.1.1 叠置分析161

5.1.2 缓冲区分析163

5.1.3 网络分析164

5.2 空间数据挖掘165

5.2.1 数据挖掘的基本概念165

5.2.2 空间数据挖掘的动机166

5.2.3 空间数据挖掘的概念167

5.2.4 空间数据挖掘的方法与过程168

5.2.5 空间数据挖掘的难点172

5.2.6 空间数据挖掘的特殊性174

5.2.7 方法举例174

5.3 空间数据规范化与空间数据共享178

5.3.1 空间规范化标准178

5.3.2 图形变换180

5.3.3 空间共享181

5.4 空间数据可视化183

5.4.1 空间数据可视化概念183

5.4.2 空间数据可视化的方法184

5.4.3 基于可视化的知识发现186

习题186

第6章 空间数据库设计188

6.1 空间数据库设计概述188

6.2 空间数据库设计原则188

6.3 数据库设计步骤189

6.3.1 空间数据库需求分析190

6.3.2 空间数据库概念设计192

6.3.3 空间数据库逻辑设计193

6.3.4 空间数据库物理设计194

6.3.5 空间数据库的实施和维护195

6.4 主流空间数据库系统技术196

6.4.1 Oracle Spatial技术196

6.4.2 ArcGIS技术198

6.4.3 MapInfo200

6.5 基于Oracle的空间交通数据库的设计实例201

6.6 基于MapInfo的数据模型设计实例203

6.6.1 建立数据库及矢量数据文件204

6.6.2 数据模型的设计和关联操作204

6.7 基于ArcView的空间数据应用206

6.7.1 ArcView的基本操作界面206

6.7.2 地理信息的录入208

6.7.3 地理信息空间特征的录入210

6.7.4 地理信息属性特征的录入210

6.8 数字化城市系统的开发210

6.8.1 前言210

6.8.2 项目概述211

6.8.3 需求说明211

6.8.4 概要设计214

6.8.5 详细设计216

习题223

第7章 空间数据库新技术225

7.1 时态空间数据库225

7.1.1 地理信息的时空分析225

7.1.2 时态数据库227

7.1.3 时空数据模型227

7.1.4 时空数据库229

7.2 移动对象数据库230

7.2.1 移动对象数据232

7.2.2 移动对象的存储方法233

7.2.3 移动对象的位置表示233

7.2.4 移动对象类型的数据结构234

7.2.5 移动对象数据库实例234

7.3 无线传感器网络数据库237

7.3.1 无线传感器网络数据238

7.3.2 无线传感器网络数据库结构239

7.3.3 无线传感器网络数据库相关技术239

7.4 无线物联网数据库241

7.4.1 无线物联网数据服务241

7.4.2 无线物联网数据库设计与实现242

7.5 空间数据库新技术243

7.5.1 支持场实体的数据库243

7.5.2 空间数据仓库技术244

7.5.3 基于内容的检索245

7.5.4 分布式空间数据库246

7.5.5 并行空间数据库技术247

7.6 空间信息系统技术的新发展248

7.6.1 超媒体网络GIS——WebGIS248

7.6.2 构件式GIS——ComGIS249

7.6.3 开放式GIS——OpenGIS251

习题252

第8章 地理空间信息系统应用253

8.1 环境监测与管理253

8.1.1 GIS在环境监测与管理中的应用253

8.1.2 GIS在环境监测与管理中的应用实例254

8.2 城市规划256

8.2.1 GIS在城市规划和管理中的应用256

8.2.2 GIS在城市规划中的应用实例——公园规划系统256

8.3 交通管理257

8.3.1 GIS在交通管理中的应用257

8.3.2 GIS在交通管理中的应用实例——交通地理信息系统258

8.4 土地管理260

8.4.1 GIS在土地管理中的应用260

8.4.2 GIS在土地管理中的应用实例——土地利用地理信息系统261

8.5 农业气候区划262

8.5.1 GIS在农业气候区划中的应用262

8.5.2 GIS在农业气候区划中的应用实例——农业气候区划信息系统262

8.6 资源管理264

8.7 医疗保健266

附录 实验指导书268

实验一 空间数据库基础训练268

实验二 空间数据库的数据模型的设计和关联操作-1270

实验三 空间数据库的数据模型的设计和关联操作-2273

实验四 空间数据库的应用系统——数字城市设计277

实验五 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-1278

实验六 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-2283

实验七 GIS软件的使用，空间信息的定义、输入、处理和应用-3285

电子科技大学实验报告289

参考文献291