如果我们的目的是去解决我们所面对的城市、荒野以及大气和海洋中的大量问题??那么我们将会需要熟练的GIS用户的帮助。如果读者可以掌握这本书中的知识，那么他们在这个领域内将会有一个很好的起点。
－－引自本书序，Jack Dangermond (美国ESRI总裁)
对以前版本的赞誉：
本书仅仅使用了很少的描述文字就如实地介绍了GIS技术的本质。非常具有可读性，篇幅也适中。真正的GIS初学者将会发现这本书非常有吸引力。
－－Computer and Geosciences (计算机和地理科学)
本书组织架构合理，插图清晰，写作规范，在阐述技术或理论上的概念以及GIS更加实用的内容方面进行了非常好的融合。
－－专业的地理学者
无
从本书的前一版到现在只有不到3年的时间，然而，GIS领域却经历了技术上的飞速发展，而且，总是还有继续提高的空间。在这个版本里，我尽量维持原有的风格，使本书处于介绍性的层次，但同时能够涵盖所有与GIS相关的方面。在章节结构或题材的选择方面没有太大的变化。对技术参考方面的内容做了更新并稍微做了一些扩展。我已经试图去精简某些比较晦涩难懂的内容，同时在某些方面进行了更加深入的探讨，比如参照系统和针对地理数据的几何运算。由国际标准化组织（International Standardization Organization，ISO）、开放式地理信息系统协会（Open GIS Consortium，OGC）、联邦地理数据委员会（Federal Geographic Data Committee，FGDC）和其他组织所实施的标准化工作，在近期成为GIS世界中的一个中心议题，我试图将这部分材料有机地融合到本书中。而且，就像早先的版本一样，我尽量使用简单而又具有指导性的插图来对文字内容进行补充。
要完成这样一本书是离不开其他人的热心帮助的。在这里，我要特别感谢来自挪威国家制图局的工作者：Bjoern Geirr Harsson在第6章“地理参照系统”方面提供的帮助；Morten Borreb緆在第3章“从真实世界到GIS”和第19章“标准和地理空间基础设施”方面提供的帮助；还有Hans Roenning在第9章“遥感”方面提供的帮助。
我还要感谢Mahala Mathiassen，感谢她在这个版本中将所有新加入的内容非常准确地翻译为英文。还要感谢我的出版商John Wiley & Sons的James Harper，感谢他令人愉快而又职业的合作态度。最后，我还要感谢我的妻子和家人，感谢他们在我花费大量时间去完成这本书时给予我的支持和巨大的耐心。
Tor Bernhardsen
挪威Arendal公司
无
在处理全球问题时，用于研究地球以及组成全球环境的人口、自然和文化资源的科学技术在最近50多年来的主要发展使世界上的人们受益匪浅。尤其是在以下方面获得了快速发展：用于地球环境勘测的遥感技术，计算机科学技术，全球电子通信，对地球空间信息的获取以及用于存储这些信息的电子仓库，总之，随着我们步入21世纪，我们将能够同时具备技术和实践的手段，将全世界的人们联合起来去解决世界性的问题，我们必须抓住这个机会。
在这些新近发展的技术当中，处理全球性问题方面最重要的一个组成力量就是地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）技术。虽然只发展了大约30多年，但是GIS技术已经在全世界范围内形成了数额达十亿美元的工业产值，并且正在以每年25%的比例逐步增长，每天为超过100个国家大约一百万人提供服务。
GIS已经在不同规模的问题上得到了广泛的应用，其应用领域从几公顷或一个单一的城市街区发展到全球数据库存储的地理区域，这些区域数据的应用正在变得越来越广泛。GIS已经应用到许多学科领域，去解决相对较大范围的问题。政府、非政府组织、商业和教育机构，目前都在使用GIS技术。而且在未来几年内，一般公共组织的成员将陆续发展成为GIS的用户。事实上，GIS技术已经通过以下几方面证明了它的价值：GIS在应用上的快速发展，GIS技术方面的支出快速增长，以及全世界范围内大量的资源用于生产可以在GIS中使用的、各种不同类型的数字化数据。
另一个方面也表明了GIS技术的价值：与技术的使用相比，GIS教学软件在数量上的增长要更加迅速。为了能使这项重要的教育产业获得成功，针对GIS技术和科学的内容翔实可靠的教科书就显得尤为必要。这本书就是这样一本教材。几年以前，面向GIS技术的基础性教材还很少。那时，学习GIS技术主要或只能通过实践经验。幸运的是，这种情况目前已经改变。我认为这本书编排精细，设计合理，内容翔实；那些在进行空间领域开发和探索过程中将它作为学习和参考资料的人们将会受益匪浅。
在过去的大约30年里，我自己在GIS领域内的工作使我确信为用户提供GIS技术所具有的重要意义。许多人，尤其是那些刚刚接触这个领域的人们可能会感到自己被淹没在GIS的海量信息之中。学生和其他一些刚接触GIS领域的人们需要得到教科书作者们的指导，他们具有这个领域内广博的经验、洞察力和清晰的判断力—他们能够抓住本质、去伪存真，并且提出切实可行的建议。这种宝贵的经验就反映在本书中。
我们也很有必要知道GIS绝不仅仅只是一项技术，与计算机硬件和软件相比，GIS所处理的绝大多数问题都与人们以及他们所使用的程序紧密相连，包括：系统设计，应用程序，GIS在解决实际问题中的高效应用，拓展新的系统，GIS规划和实施等。现实情况是：尽管目前我们可以购买到可靠的GIS硬件/软件系统，并且可以通过购买或交换的方式获取大量的GIS数据，但是我们在创建组织结构、培养经验丰富的职员来支持高效的GIS应用方面却找不到相应的可靠方法。
许多年以前，在思考如何才能使GIS在全世界范围内得到最好的应用的时候，我列出了一份人员素质清单，其内容是我认为一名GIS技术顾问应该具备的能力，使他们可以成功地将GIS应用到这个世界中的新的学科、新的组织和新的领域。清单中所罗列的智力和个人方面的素质要求是非常严格的，主要是因为我相信GIS技术可以在许多不同类型的问题和情况下都得到应用。这个清单反过来也促使我思考：如何才能发现和雇用这种类型的人才并且培训和教育他们。我们如何才能够饱含无限的热情和耐心去培养他们，使他们具备足够的技术、科学、管理和实践能力；他们应该不只是技术专家，还应该是人道主义者—对人类的疾病富于同情心，并且不会害怕介入其中，而是试图在他们以前经常失败的领域内做出改进和提高。
最后，我认为：这样的人才将必然吸引到GIS技术中来，而且GIS也会提供许多他们已经从其他方面获得的技能。当他们切实认识到GIS技术在解决许多不同种类的问题时所具备的能力时，他们将会为它而着迷。类似于这本书的教材将会推动这个过程，并为提高我们所处的生活环境而做出贡献。
我希望本书的读者们会受益良多。如果我们的目的是去解决我们所面对的城市、荒野以及大气和海洋中的大量问题—地球中的问题可以作为一个整体来对待，那么我们将需要熟练的GIS用户的帮助。如果读者可以掌握这本书中的知识，那么他们在这个领域内将会有一个很好的起点。
Jack Dangermond
（美国ESRI总裁、享誉世界的ArcGIS的创始人）
（挪威）Tor Bernhardsen：（挪威）Tor Bernhardsen: Tor Bernhardsen是挪威工程咨询公司Asplan Viak S框的高级顾问，这家公司作为挪威NORPLAN集团三个业主之一面向全球开展业务。
王浒 李浩川：暂无简介
地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是能够用于采集、管理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统，它广泛应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、科研、教育和国防等领域，为城市、区域乃至全球的不同粒度、不同规模的复杂问题提供了综合分析和决策支持平台。
随着信息技术的迅猛发展，以GIS为代表的空间信息技术不断提高，应用领域也不断扩大。地理信息产品和地理信息服务的普及与推广，进一步促进了GIS产业化、市场化的进程。GIS逐渐渗透到国民经济建设和社会生活的方方面面，并发挥着越来越重要的作用。
目前，我国许多大学、科研机构和应用部门，正在从事GIS方面的教学、研究和应用开发工作，为了使广大学习GIS、应用GIS的朋友能全面而又深刻地掌握GIS，我们需要一本既能提纲挈领，帮助我们理顺思绪，给我们指引方向，同时又能照顾小节，阐述细微，使我们更好更快地理解GIS的教材。这本书就是如此。
Tor Bernhardsen博士是挪威工程咨询公司Asplan Viak S縭的高级顾问，是GIS领域内的资深专家。在本书里，他以直观流畅的叙述方式，清晰准确地对所涉及的概念术语以及基本技术范畴进行定义，并以此为基础，详细阐述了GIS所涉及的理论、技术、应用、组织以及标准等方方面面，尽可能地为读者勾勒出GIS的完整画面，使读者能够全面地理解GIS的深厚内涵而不至于偏离到某一项特定的软件或学科中去。本书在阐述理论和技术概念以及GIS的应用方面做到了非常好的融合，这些都源于作者在长期的GIS理论教学和实践应用方面所积累的丰富的经验。无怪乎美国ESRI总裁Jack Dangermond先生这样评价道：如果读者可以掌握这本书中的知识，那么他们在这个领域内将会有一个很好的起点。
本书的组织架构合理，插图清晰。同本书的前两个版本相比，第3版中增加了最新的关于标准化工作方面的资料，增加了最新的关于流行硬件、软件、数据库设计和分析技术方面的内容、全面的成本和收益政策等方面的内容，以帮助用户对GIS进行选择和评估。
在机械工业出版社的推荐和支持下，我们完成了本书的翻译和审校工作。由于译者水平有限，书中难免有疏漏和错误之处，敬请读者指正。
译 者
2005年11月
无
第1章 地理信息系统和地理信息 1
1.1 基本概念 1
1.2 社会经济学的挑战 9
1.3 计算机处理信息的好处 16
1.4 GIS用户 19
第2章 历史发展：地理数据与GIS 20
2.1 发展早期 20
2.2 地理信息的首次自动处理 22
2.3 微处理器（单片机） 23
2.4 近期发展 25
第3章 从真实世界到GIS 26
3.1 真实世界 26
3.2 真实世界模型 27
3.3 数据模型 28
3.3.1 对象类型（特征类型） 29
3.3.2 对象属性 29
3.3.3 对象的几何表达 30
3.3.4 对象关系 31
3.3.5 对象质量 32
3.4 测量水平 33
3.5 从数据库到GIS到地图 33
3.6 传统GIS数据模型的扩展 34
3.6.1 多边形重叠 34
3.6.2 连续的现象—领域 35
3.6.3 不确定性 36
3.7 概念归纳 36
3.8 地图在数据建模中的作用 37
3.9 实体概念的扩展 37
第4章 基础数据模型 39
4.1 简介 39
4.2 矢量数据模型 40
4.2.1 生成地图的数据编码 41
4.2.2 Spaghetti模型 46
4.2.3 拓扑模型 47
4.2.4 数据压缩 50
4.2.5 矢量数据的存储 51
4.2.6 对Spaghetti模型和拓扑模型的评论 52
4.3 栅格数据模型 53
4.3.1 栅格模型的实现 54
4.3.2 栅格数据的编码 55
4.3.3 栅格数据的存储 56
4.3.4 栅格数据的压缩 57
4.3.5 四叉树模型 59
4.4 矢量模型与栅格模型之间的自动转换 61
4.5 矢量模型与栅格模型的比较 62
4.6 属性数据与计算机记录 63
4.6.1 属性数据的编码和输入 64
4.6.2 存储属性数据 65
4.7 数字化地图与属性数据的联系 65
4.7.1 通过标识符进行关联 65
4.7.2 通过几何形状进行关联 65
第5章 高级数据模型 68
5.1 地形表面的表达 68
5.1.1 综述 68
5.1.2 网格模型 68
5.1.3 不规则三角网（TIN）模型 70
5.1.4 其他模型 72
5.1.5 输入 73
5.1.6 准确性 73
5.1.7 实际观测 73
5.2 三维对象 74
5.3 时间的表达 75
5.4 可移动对象模型 78
5.4.1 网络模型 78
5.4.2 表面移动模型 79
5.5 模型的结合 80
第6章 地理参照系统 81
6.1 基准面 82
6.2 坐标系统 83
6.3 地图投影 84
6.4 UTM 85
6.5 坐标转换 86
6.6 高程参照 88
6.7 相对地理参照 89
6.8 离散地理参照系统 90
第7章 GIS应用中的硬件与通信技术 93
7.1 计算机 93
7.2 网络 95
7.3 显示器 98
7.4 数字转换器 98
7.4.1 数字化仪 99
7.4.2 扫描仪 100
7.4.3 屏幕数字化 101
7.4.4 视频 101
7.5 绘图机与其他输出设备 101
7.5.1 喷墨打印机 101
7.5.2 电子绘图仪 102
7.5.3 热绘图仪 102
7.5.4 影片拷贝机 103
7.5.5 评论 103
第8章 GIS的基础软件与数据库 104
8.1 GIS软件基础 104
8.2 操作系统 105
8.3 用户与计算机之间的通信 105
8.4 数据库管理系统 107
8.4.1 文件 108
8.4.2 数据库和数据库管理系统 109
8.4.3 数据库结构 110
8.4.4 基于记录的结构 111
8.4.5 面向对象的数据库系统 114
8.5 计算机辅助设计 116
8.6 多媒体 116
8.7 万维网 117
8.8 用户要求 119
8.9 工作环境 119
第9章 数据采集I 121
9.1 简介 121
9.2 数字化地图 122
9.3 扫描 125
9.4 手工数字化或扫描 131
9.5 航空摄影与影像解译 132
9.6 遥感 134
9.6.1 校正 137
9.6.2 分析方法 139
9.6.3 在GIS中集成卫星数据 141
第10章 数据采集II 142
10.1 测量 142
10.2 卫星定位系统 143
10.3 摄影测量制图 147
10.4 属性数据采集 149
10.5 文本数据 152
第11章 数据质量 154
11.1 选择准则 154
11.2 测量准确度和精度 156
11.3 分辨率和采样率 158
11.4 数据存储精度 159
11.5 位置准确度 159
11.6 属性数据准确度 160
11.7 时间准确度 161
11.8 逻辑一致性 162
11.9 完整性 163
11.10 数据质量综述元素 164
11.11 可访问性 164
11.12 可能的误差源 165
11.13 质量控制 166
第12章 数据库建库和空间索引 167
12.1 数据库 167
12.2 分布式数据库 169
12.3 地图数据库及其索引 170
12.4 分区与索引 171
12.5 数据库设计 172
12.5.1 数据库概念设计 173
12.5.2 数据库逻辑设计 176
12.5.3 数据库物理设计 176
第13章 内部事务处理工具 178
13.1 简介 178
13.2 数据输入功能 179
13.3 导入已有数字数据 180
13.4 数据存储组织 180
13.5 几何数据的修改功能 181
13.5.1 通用功能 181
13.5.2 错误与遗漏数据的编辑和校正 182
13.5.3 建立拓扑 183
13.5.4 参考基准面、地图投影和坐标系统转换 184
13.5.5 地图边缘和相邻区域的调整 184
13.5.6 坐标稀疏化和线的平滑化 185
13.6 属性数据的编辑和校正 186
第14章 基本空间分析 187
14.1 空间信息分析 187
14.2 逻辑运算 188
14.3 通用算术运算 188
14.4 通用统计操作 188
14.5 几何运算 189
14.5.1 质点和交点的计算 189
14.5.2 距离计算 190
14.5.3 面积计算 191
14.5.4 体积计算 191
14.6 属性数据的检索和报表生成 192
14.7 几何数据的检索和提取 192
14.8 属性数据的复杂操作 192
14.9 分类和重新分类 194
14.10 几何数据和属性数据的综合处理 194
14.11 叠加 195
14.11.1 多边形叠加 195
14.11.2 点与多边形的叠加 197
14.11.3 线与多边形的叠加 197
14.12 缓冲区 197
14.13 栅格数据叠加 198
14.14 综合数据分析的过程 199
第15章 高级分析 201
15.1 网格和栅格的连通性操作 201
15.1.1 网络操作 201
15.1.2 针对栅格数据的连通性操作 203
15.2 空间插值和近似运算 204
15.3 模糊分析 206
15.4 GIS分析模型 207
15.4.1 地图代数 207
15.4.2 专家系统 208
15.4.3 线性组合 209
15.5 GIS分析功能的实际应用 209
15.5.1 对问题的阐述 209
15.5.2 程序 209
15.6 数字地面模型 211
15.7 水文建模 216
15.8 GIS在工程学的作用 217
第16章 可视化 218
16.1 理论基础 218
16.1.1 从数据到显示 219
16.1.2 地图工具 219
16.2 制图综合 224
16.3 选择地图符号 225
16.4 GIS在地图传输上的局限性和潜力 226
16.5 总结 228
第17章 GIS的抉择—组织篇 229
17.1 技术与组织 229
17.1.1 历史背景 229
17.1.2 跨越门槛 230
17.1.3 GIS的冲击 231
17.2 组织事务中的阶段 231
17.3 发展经营理念、确定目标 232
17.4 对当前的任务、用户、数据和数据流进行评估 232
17.5 总结其他人的GIS经验 233
17.6 确定用户需求 234
17.7 财务评估—成本—收益分析 235
17.7.1 理论基础 235
17.7.2 负面效应：成本 236
17.7.3 正面效应：收益 237
17.7.4 量化和分析 237
17.7.5 获得收益的前提条件 239
17.7.6 敏感性分析 239
17.7.7 对成本-收益关系的分析 239
17.7.8 对不可量化效应的评估 240
17.8 制定战略计划 240
17.8.1 引进的方法 241
17.8.2 哪些将变成自动的 242
17.8.3 起始日期 242
17.8.4 投资水平 243
17.8.5 地理和主题的范围 243
17.8.6 未来的数据流 244
17.8.7 组织方面的事务 244
17.8.8 人员和培训 246
17.8.9 预算和财政 247
17.9 建立逻辑数据模型 248
17.10 建立国家地理数据库，开发新的经营模式 248
第18章 GIS的抉择—技术篇 251
18.1 示范项目 251
18.2 GIS的软硬件选择 252
18.2.1 采购准则 252
18.2.2 选择及实施阶段的组织 253
18.2.3 设计需求及系统规格指标 253
18.2.4 征求提案 255
18.2.5 系统评估 255
18.3 合同 258
18.4 数据库设计技术 259
18.5 创建数据库 260
18.6 系统操作和维护 260
18.7 安全防卫措施 261
18.8 新应用的评估 261
第19章 标准和地理空间基础设施 263
19.1 标准简介 263
19.2 标准化元素 264
19.3 标准转换格式 266
19.4 特殊标准化元素 270
19.5 应用层次上的标准化 271
19.6 元数据 273
19.7 地理参照数据基础设施 276
19.7.1 原则 276
19.7.2 组织框架 278
19.8 数据访问和数字图书馆 279
第20章 建设GIS中的困难 280
20.1 所有权和版权 280
20.2 成本回收与定价 281
20.3 公共或者私有组织的地理数据 282
20.4 一个有关国家地图服务策略的实例 282
20.5 数据安全 283
第21章 对未来的展望 284
参考文献 287
索引 292
