本書是作者在總結(jié)多年教學(xué)與科研工作經(jīng)驗(yàn)，并分析總結(jié)了上一版教材的應(yīng)用情況及ArcGIS 10軟件新特點(diǎn)的基礎(chǔ)上編寫完成。書中主要介紹ArcGIS的應(yīng)用基礎(chǔ)、ArcGIS空間分析工具，以及地學(xué)分析實(shí)例。內(nèi)容包括ArcGIS簡(jiǎn)介、ArcGIS應(yīng)用基礎(chǔ)、空間數(shù)據(jù)的采集與組織、空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理、空間數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)、GIS空間分析導(dǎo)論、矢量數(shù)據(jù)的空間分析、柵格數(shù)據(jù)的空間分析、三維分析、地統(tǒng)計(jì)分析、水文分析、空間分析建模，以及綜合分析練習(xí)。此外，本書還配備具有典型性意義的實(shí)例分析及大量的隨書練習(xí)資料，并在光盤中輔以相應(yīng)數(shù)據(jù)，以便于參考練習(xí)。
本書強(qiáng)調(diào)科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性與易讀性的結(jié)合，可作為高等院校地理信息系統(tǒng)、地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教材，也可作為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、規(guī)劃管理等部門的科技人員的參考書。
湯國安 1961年生，浙江寧波人，教授，博士生導(dǎo)師。1998年獲奧地利薩爾茨堡大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位。現(xiàn)任南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)。主要從事地理信息系統(tǒng)及數(shù)字地形分析等方面教學(xué)與研究工作。主持包括國家863重點(diǎn)項(xiàng)目，國家自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目在內(nèi)的多項(xiàng)科學(xué)研究項(xiàng)目；出版研究專著3部、教材9部，發(fā)表研究論文150余篇；曾獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)（3項(xiàng)），國家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)及教育部“高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)”。
楊昕 1976年生，陜西西安人，副教授。2007年獲南京師范大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位。現(xiàn)在南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院任教。主要從事數(shù)字地形分析、GIS空間分析等方面的研究。主持包括國家自然科學(xué)基金，教育部博士點(diǎn)基金在內(nèi)的多項(xiàng)科學(xué)研究項(xiàng)目；出版教材4部，發(fā)表研究論文30余篇；獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文，江蘇省精品教材、南京師范大學(xué)教學(xué)十佳等獎(jiǎng)勵(lì)。
前言
第1章 導(dǎo)論
1.1 地理信息系統(tǒng)
1.1.1 基本概念
1.1.2 GIS系統(tǒng)構(gòu)成
1.1.3 GIS功能與應(yīng)用
1.1.4 GIS技術(shù)與發(fā)展
1.2 GIS空間分析
1.2.1 空間分析
1.2.2 基于GIS的空間分析
1.2.3 常用GIS平臺(tái)空間分析功能比較
1.3 ArcGIS 10概述
1.3.1 ArcGIS 10體系結(jié)構(gòu)
1.3.2 ArcGIS 10軟件特色
1.3.3 ArcGIS 10空間分析 前言
第1章 導(dǎo)論
1.1 地理信息系統(tǒng)
1.1.1 基本概念
1.1.2 GIS系統(tǒng)構(gòu)成
1.1.3 GIS功能與應(yīng)用
1.1.4 GIS技術(shù)與發(fā)展
1.2 GIS空間分析
1.2.1 空間分析
1.2.2 基于GIS的空間分析
1.2.3 常用GIS平臺(tái)空間分析功能比較
1.3 ArcGIS 10概述
1.3.1 ArcGIS 10體系結(jié)構(gòu)
1.3.2 ArcGIS 10軟件特色
1.3.3 ArcGIS 10空間分析
第2章 ArcGIS應(yīng)用基礎(chǔ)
2.1 ArcMap基礎(chǔ)
2.1.1 ArcMap的窗口組成
2.1.2 新地圖文檔創(chuàng)建
2.1.3 數(shù)據(jù)層的加載
2.1.4 數(shù)據(jù)層的基本操作
2.1.5 數(shù)據(jù)層的保存
2.1.6 數(shù)據(jù)框的添加
2.1.7 要素的選擇與轉(zhuǎn)出
2.1.8 利用屬性制作統(tǒng)計(jì)圖表
2.2 ArcCatalog應(yīng)用基礎(chǔ)
2.2.1 ArcCatalog基礎(chǔ)操作
2.2.2 目錄內(nèi)容瀏覽
2.2.3 數(shù)據(jù)搜索
2.2.4 地圖與圖層操作
2.2.5 地理數(shù)據(jù)輸出
2.3 Geoprocessing地理處理框架
2.3.1 地理處理框架的基本介紹
2.3.2 ArcToolbox應(yīng)用基礎(chǔ)
2.3.3 ArcToolbox內(nèi)容簡(jiǎn)介
第3章 空間數(shù)據(jù)的采集與組織
3.1 Shapefile文件創(chuàng)建
3.1.1 創(chuàng)建Shapefile和dBASE表
3.1.2 添加和刪除屬性項(xiàng)
3.2 地理數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建
3.2.1 地理數(shù)據(jù)庫概述
3.2.2 地理數(shù)據(jù)庫建立的一般過程
3.2.3 創(chuàng)建一個(gè)新的地理數(shù)據(jù)庫
3.2.4 建立數(shù)據(jù)庫中的基本組成項(xiàng)
3.2.5 向地理數(shù)據(jù)庫加載數(shù)據(jù)
3.2.6 進(jìn)一步定義數(shù)據(jù)庫
3.3 數(shù)據(jù)編輯
3.3.1 圖形編輯
3.3.2 屬性編輯
3.4 實(shí)例與練習(xí)
3.4.1 某地區(qū)地塊的拓?fù)潢P(guān)系建立
3.4.2 某市區(qū)幾何網(wǎng)絡(luò)的建立
第4章 空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理
4.1 投影變換
4.1.1 定義投影
4.1.2 投影變換
4.1.3 數(shù)據(jù)變換
4.2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
4.2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換
4.2.2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
4.3 數(shù)據(jù)處理
4.3.1 數(shù)據(jù)裁切
4.3.2 數(shù)據(jù)拼接
4.3.3 數(shù)據(jù)提取
4.4 練習(xí):數(shù)據(jù)更新變換
4.4.1 背景
4.4.2 目的
4.4.3 要求
4.4.4 數(shù)據(jù)
4.4.5 操作步驟
第5章 空間數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)
5.1 數(shù)據(jù)符號(hào)化
5.1.1 矢量數(shù)據(jù)符號(hào)化
5.1.2 柵格數(shù)據(jù)符號(hào)化
5.2 專題地圖編制
5.2.1 布局設(shè)計(jì)
5.2.2 制圖數(shù)據(jù)操作
5.2.3 地圖標(biāo)注
5.2.4 地圖整飾
5.2.5 地圖輸出
5.3 實(shí)例與練習(xí)——上海市行政區(qū)劃圖制作
第6章 GIS空間分析導(dǎo)論
6.1 空間分析的數(shù)據(jù)模型
6.1.1 柵格數(shù)據(jù)模型
6.1.2 矢量數(shù)據(jù)模型
6.1.3 矢量—柵格數(shù)據(jù)模型的區(qū)別與聯(lián)系
6.1.4 其他數(shù)據(jù)模型
6.2 GIS空間分析的基本原理與方法
6.2.1 柵格數(shù)據(jù)分析的模式
6.2.2 矢量數(shù)據(jù)分析方法
6.2.3 空間統(tǒng)計(jì)分析與內(nèi)插
6.2.4 三維空間分析
6.3 ArcGIS 10空間分析模塊和功能
第7章 矢量數(shù)據(jù)的空間分析
7.1 緩沖區(qū)分析
7.1.1 基本概念
7.1.2 緩沖區(qū)的建立
7.2 疊置分析
7.2.1 圖層擦除(Erase)
7.2.2 標(biāo)識(shí)疊加(Identity)
7.2.3 相交操作(Intersect)
7.2.4 交集取反(Symmetrical Difference)
7.2.5 圖層聯(lián)合(Union)
7.2.6 修正更新(Update)
7.3 網(wǎng)絡(luò)分析
7.3.1 網(wǎng)絡(luò)的組成
7.3.2 網(wǎng)絡(luò)分析工具
7.3.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)分析(Network Analyst)
7.3.4 效應(yīng)網(wǎng)絡(luò)分析(utility network analysis)
7.4 追蹤分析
7.4.1 追蹤分析的相關(guān)概念
7.4.2 追蹤分析的基本功能
7.5 實(shí)例與練習(xí)
7.5.1 市區(qū)擇房分析
7.5.2 最短路徑問題分析與應(yīng)用
第8章 柵格數(shù)據(jù)的空間分析
8.1 設(shè)置分析環(huán)境
8.1.1 加載分析模塊
8.1.2 設(shè)置工作路徑
8.1.3 設(shè)置單元大小
8.1.4 設(shè)置分析區(qū)域
8.1.5 選擇坐標(biāo)系統(tǒng)
8.2 距離制圖
8.2.1 距離制圖基礎(chǔ)
8.2.2 直線距離
8.2.3 區(qū)域分配
8.2.4 成本距離
8.2.5 最短路徑
8.3 密度制圖
8.4 柵格插值
8.4.1 反距離權(quán)重插值(IDW)
8.4.2 樣條函數(shù)插值(Spline)
8.4.3 克里金插值(Kriging)
8.4.4 自然鄰域法插值(Natural Neighborhood)
8.4.5 趨勢(shì)面法插值(Trend)
8.4.6 數(shù)據(jù)重采樣(Resample)
8.5 表面分析
8.5.1 等值線繪制
8.5.2 地形因子提取
8.5.3 山體陰影
8.6 統(tǒng)計(jì)分析
8.6.1 像元統(tǒng)計(jì)
8.6.2 鄰域統(tǒng)計(jì)
8.6.3 分類區(qū)統(tǒng)計(jì)
8.7 重分類
8.7.1 新值替代
8.7.2 重新分類
8.7.3 空值設(shè)置
8.8 柵格計(jì)算
8.8.1 數(shù)學(xué)運(yùn)算
8.8.2 函數(shù)運(yùn)算
8.8.3 柵格計(jì)算器
8.9 多元分析
8.9.1 ISO聚類
8.9.2 最大似然分類
8.9.3 主成分分析
8.9.4 樹狀圖
8.10 實(shí)例與練習(xí)
8.10.1 學(xué)校選址
8.10.2 尋找最佳路徑
8.10.3 熊貓分布密度制圖
8.10.4 GDP區(qū)域分布圖的生成與對(duì)比
8.10.5 山頂點(diǎn)的提取
第9章 三維分析
9.1 創(chuàng)建表面
9.1.1 柵格表面的創(chuàng)建
9.1.2 TIN表面的創(chuàng)建
9.1.3 地形數(shù)據(jù)集(Terrain)創(chuàng)建與管理
9.2 表面分析
9.2.1 計(jì)算表面積與體積
9.2.2 坡度與坡向的計(jì)算
9.2.3 可視性分析
9.2.4 提取斷面
9.2.5 表面陰影
9.3 三維要素分析
9.3.1 3D集合運(yùn)算
9.3.2 可視性分析
9.4 ArcScene三維可視化
9.4.1 要素的立體顯示
9.4.2 設(shè)置場(chǎng)景屬性
9.4.3 飛行動(dòng)畫
9.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
9.5.1 二維要素三維化
9.5.2 表面數(shù)據(jù)的矢量轉(zhuǎn)換
9.6 實(shí)例與練習(xí)
9.6.1 地形指標(biāo)提取
9.6.2 地形特征信息提取
9.6.3 表面創(chuàng)建及景觀圖制作
9.6.4 污染物在蓄水層中的可視化
9.6.5 模擬場(chǎng)景飛行
9.6.6 爆炸影響分析
第10章 地統(tǒng)計(jì)分析
10.1 地統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)
10.1.1 基本原理
10.1.2 克里金插值
10.1.3 ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析
10.2 探索數(shù)據(jù)
10.2.1 數(shù)據(jù)分析工具
10.2.2 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布
10.2.3 尋找數(shù)據(jù)離群值
10.2.4 全局趨勢(shì)分析
10.2.5 空間自相關(guān)及方向變異
10.2.6 多數(shù)據(jù)集協(xié)變分析
10.3 空間確定性插值
10.3.1 反距離加權(quán)插值
10.3.2 全局多項(xiàng)式插值
10.3.3 局部多項(xiàng)式插值
10.3.4 徑向基函數(shù)插值
10.4 地統(tǒng)計(jì)插值
10.4.1 克里金插值基礎(chǔ)
10.4.2 普通克里金插值
10.4.3 簡(jiǎn)單克里金插值
10.4.4 泛克里金插值
10.4.5 指示克里金插值
10.4.6 概率克里金插值
10.4.7 析取克里金插值
10.4.8 協(xié)同克里金插值
10.4.9 合理使用地統(tǒng)計(jì)分析工具
10.5 含障礙插值
10.5.1 含障礙的核插值(Kernel Smoothing)
10.5.2 含障礙的擴(kuò)散插值(Diffusion Kernel)
10.6 練習(xí):克里金方法內(nèi)插生成高程曲面
第11章 水文分析
11.1 無洼地DEM生成
11.1.1 水流方向提取
11.1.2 洼地計(jì)算
11.1.3 洼地填充
11.2 匯流累積量
11.3 水流長(zhǎng)度
11.4 河網(wǎng)的提取
11.4.1 河網(wǎng)的生成
11.4.2 Stream link的生成
11.4.3 河網(wǎng)分級(jí)的生成
11.5 流域的分割
11.5.1 流域盆地的確定
11.5.2 匯水區(qū)出水口的確定
11.5.3 集水流域的生成
11.6 Arc Hydro水文數(shù)據(jù)模型
11.6.1 Arc Hydro數(shù)據(jù)模型
11.6.2 Arc Hydro工具集
11.6.3 Arc Hydro的優(yōu)點(diǎn)
11.7 實(shí)例與練習(xí)
11.7.1 利用水文分析方法提取山脊、山谷線
11.7.2 地形鞍部的提取
11.7.3 溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取及溝壑密度的計(jì)算
第12章 空間分析建模
12.1 空間分析模型與建模
12.1.1 空間分析模型及其分類
12.1.2 空間分析建模
12.2 圖解建模
12.2.1 基本概念及類型
12.2.2 圖解模型的形成過程
12.2.3 實(shí)例分析
12.3 腳本文件
12.3.1 簡(jiǎn)介
12.3.2 Python腳本編寫基礎(chǔ)
12.3.3 利用Python創(chuàng)建腳本文件
12.3.4 Python腳本應(yīng)用實(shí)例
12.4 圖解與腳本混合建模
12.4.1 簡(jiǎn)介
12.4.2 模型的形成過程
12.4.3 圖解與腳本混合建模
12.5 實(shí)例與練習(xí)
12.5.1 明暗等高線制作
12.5.2 提取坡向變率(SOA)
第13章 綜合分析練習(xí)
13.1 數(shù)據(jù)編輯與更新
13.2 尋找最短路徑
13.3 土壤穩(wěn)定性評(píng)估
13.4 找出某種珍貴藥材的生長(zhǎng)區(qū)域
13.5 城市建筑日照分析
主要參考文獻(xiàn)
第1 章 導(dǎo) 論
隨著信息社會(huì)的到來， 人類社會(huì)進(jìn)入了信息大爆炸的時(shí)代。面對(duì)海量信息， 人們對(duì)信息的要求發(fā)生了巨大變化， 對(duì)信息的廣泛性、精確性、快速性及綜合性要求越來越高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)及其快速發(fā)展， 對(duì)空間位置信息和其他屬性類信息進(jìn)行統(tǒng)一管理的地理信息系統(tǒng)也隨之快速發(fā)展起來， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間信息挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)是當(dāng)前亟待解決的問題， 也是GIS 研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。地理信息系統(tǒng)空間分析也越來越凸顯其重要作用。
1.1 地理信息系統(tǒng)
1.1.1 基本概念
地理信息系統(tǒng)（geographical information system ， GIS） 是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，對(duì)整個(gè)或者部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理和管理的對(duì)象是多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系， 包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等， 主要用于分析和處理一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程， 解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問題。
1.1.2 GIS 系統(tǒng)構(gòu)成
一個(gè)完整的地理信息系統(tǒng)主要由四個(gè)部分構(gòu)成， 即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、地理空間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理操作人員。其中計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)是GIS 使用工具， 空間數(shù)據(jù)庫反映了GIS 的地理內(nèi)容， 而管理人員和用戶則決定系統(tǒng)的工作方式和信息表達(dá)方式。
1.硬件系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際物理配置的總稱， 可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置， 是GIS 的物理外殼。系統(tǒng)的規(guī)模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至軟件都與硬件有極大的關(guān)系， 受硬件指標(biāo)的支持或制約。GIS 由于其任務(wù)的復(fù)雜性和特殊性， 必須由計(jì)算機(jī)設(shè)備支持。構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組件包括輸入/輸出設(shè)備、中央處理單元、存儲(chǔ)器等。這些硬件組件協(xié)同工作， 向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供必要的信息， 使其完成任務(wù)， 也可以保存數(shù)據(jù)以備現(xiàn)在或?qū)硎褂茫?或?qū)⑻幚淼玫降慕Y(jié)果或信息提供給用戶。
2.軟件系統(tǒng)
GIS 運(yùn)行所需的軟件系統(tǒng)有三個(gè)。
1） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件
由計(jì)算機(jī)廠家提供的、為用戶使用計(jì)算機(jī)提供方便的程序系統(tǒng)， 通常包括操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序、診斷程序、庫程序， 以及各種維護(hù)使用手冊(cè)、程序說明等，是GIS 日常工作所必需的軟件。
2） 地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件
包括通用的GIS 軟件包， 也可以包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形軟件包、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)、CAD 等， 用于支持對(duì)空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、輸出和與用戶接口等操作。
3） 應(yīng)用分析程序
系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)地理專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定任務(wù)的程序， 是系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與延伸。在GIS 工具支持下， 應(yīng)用程序的開發(fā)應(yīng)是透明的和動(dòng)態(tài)的， 與系統(tǒng)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)無關(guān)， 并能隨著系統(tǒng)應(yīng)用水平的提高不斷優(yōu)化和擴(kuò)充。應(yīng)用程序作用于地理專題或區(qū)域數(shù)據(jù)， 構(gòu)成GIS 的具體內(nèi)容， 這是用戶最為關(guān)心的真正用于地理分析的部分， 也是從空間數(shù)據(jù)中提取地理信息的關(guān)鍵。用戶進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的大部分工作是開發(fā)應(yīng)用程序， 而應(yīng)用程序的水平在很大程度上決定系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)劣和成敗。
3.系統(tǒng)開發(fā)、管理與使用人員
人是構(gòu)成GIS 的重要因素。地理信息系統(tǒng)從其設(shè)計(jì)、建立、運(yùn)行到維護(hù)的整個(gè)生命周期， 處處都離不開人的作用。僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的地理信息系統(tǒng)， 還需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新， 以及系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開發(fā)， 并靈活采用地理分析模型提取多種信息， 為研究和決策服務(wù)。地理信息系統(tǒng)專業(yè)人員是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵， 而強(qiáng)有力的組織是系統(tǒng)運(yùn)行的保障。
4.地理空間數(shù)據(jù)
地理空間數(shù)據(jù)是以地球表面空間位置為參照的自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)， 可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等。它是由系統(tǒng)的建立者通過數(shù)字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機(jī)或其他系統(tǒng)通信設(shè)備輸入GIS ， 是系統(tǒng)程序作用的對(duì)象， 是GIS 所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。不同用途的GIS ， 其地理空間數(shù)據(jù)的種類、精度均不相同， 包括以下三種信息。
1） 已知坐標(biāo)系中的位置
已知坐標(biāo)系中的位置即幾何坐標(biāo)， 標(biāo)識(shí)地理景觀在自然界或包含某個(gè)區(qū)域的地圖中的空間位置， 如經(jīng)緯度、平面直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)等。采用數(shù)字化儀輸入時(shí)通常采用數(shù)字化儀直角坐標(biāo)或屏幕直角坐標(biāo)。
2） 實(shí)體間的空間關(guān)系
實(shí)體間的空間關(guān)系通常包括： 度量關(guān)系， 如兩個(gè)地物之間的距離遠(yuǎn)近； 延伸關(guān)系（或方位關(guān)系） ， 定義了兩個(gè)地物之間的方位； 拓?fù)潢P(guān)系， 定義了地物之間連通、鄰接等關(guān)系， 是GIS 分析中最基本的關(guān)系， 其中包括了網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)線之間的樞紐關(guān)系、邊界線與面實(shí)體間的構(gòu)成關(guān)系、面實(shí)體與島或內(nèi)部點(diǎn)的包含關(guān)系等。
3） 與幾何位置無關(guān)的屬性
與幾何位置無關(guān)的屬性即通常所說的非幾何屬性或簡(jiǎn)稱屬性， 是與地理實(shí)體相聯(lián)系的地理變量或地理意義。屬性分為定性和定量?jī)煞N。定性包括名稱、類型、特性等； 定量包括數(shù)量和等級(jí)。定性描述的屬性如土壤種類、行政區(qū)劃等； 定量描述的屬性如面積、長(zhǎng)度、土地等級(jí)、人口數(shù)量等。非幾何屬性一般是經(jīng)過抽象的概念， 通過分類、命名、量算、統(tǒng)計(jì)得到。任何地理實(shí)體至少有一個(gè)屬性， 而地理信息系統(tǒng)的分析、檢索和表示主要是通過對(duì)屬性的操作運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。因此， 屬性的分類系統(tǒng)、量算指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的功能有較大的影響。
1.1.3 GIS 功能與應(yīng)用
地理信息系統(tǒng)要解決的核心問題包括位置、條件、變化趨勢(shì)、模式和模型， 據(jù)此，可以把GIS 功能分為五個(gè)方面。
1.數(shù)據(jù)采集與輸入
數(shù)據(jù)采集與輸入， 即將系統(tǒng)外部原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾IS 系統(tǒng)內(nèi)部， 并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)便于處理的內(nèi)部格式的過程。多種形式和來源的信息要經(jīng)過綜合和一致化的處理過程。數(shù)據(jù)采集與輸入要保證地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性等。一般而論， 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的投資占整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)投資的70 % 以上， 并且這種比例在近期內(nèi)不會(huì)有明顯的改變。因此，信息共享與自動(dòng)化數(shù)據(jù)輸入成為地理信息系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容， 自動(dòng)化掃描輸入與遙感數(shù)據(jù)集成最為人們所關(guān)注。掃描技術(shù)的改進(jìn)、掃描數(shù)據(jù)的自動(dòng)化編輯與處理仍是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取研究的關(guān)鍵技術(shù)。
2.數(shù)據(jù)編輯與更新
數(shù)據(jù)編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯。圖形編輯主要包括拓?fù)潢P(guān)系建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、投影變換及誤差校正等； 屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成。數(shù)據(jù)更新則要求以新記錄數(shù)據(jù)來替代數(shù)據(jù)庫中相對(duì)應(yīng)的原有數(shù)據(jù)項(xiàng)或記錄。由于空間實(shí)體都處于發(fā)展進(jìn)程中， 獲取的數(shù)據(jù)只反映某一瞬時(shí)或一定時(shí)間范圍內(nèi)的特征。隨著時(shí)間推移， 數(shù)據(jù)會(huì)隨之改變， 數(shù)據(jù)更新可以滿足動(dòng)態(tài)分析之需。
3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理是建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵步驟， 涉及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。柵格模型、矢量模型或柵格/矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇在一定程度上決定了系統(tǒng)所能執(zhí)行的數(shù)據(jù)分析的功能， 在地理數(shù)據(jù)組織與管理中， 最為關(guān)鍵的是如何將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)融為一體。目前大多數(shù)系統(tǒng)都是將二者分開存儲(chǔ)， 通過公共項(xiàng)（一般定義為地物標(biāo)識(shí)碼） 來連接。這種組織方式的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的定義與數(shù)據(jù)操作相分離， 無法有效記錄地物在時(shí)間域上的變化屬性。
4.空間數(shù)據(jù)分析與處理
空間查詢是地理信息系統(tǒng)， 以及許多其他自動(dòng)化地理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)具備的最基本的分析功能。而空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能， 也是地理信息系統(tǒng)與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本區(qū)別。模型分析是在地理信息系統(tǒng)支持下， 分析和解決現(xiàn)實(shí)世界中與空間相關(guān)的問題， 它是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用深化的重要標(biāo)志。
5.數(shù)據(jù)與圖形的交互顯示
地理信息系統(tǒng)為用戶提供了許多表達(dá)地理數(shù)據(jù)的工具， 其形式既可以是計(jì)算機(jī)屏幕顯示， 也可以是諸如報(bào)告、表格、地圖等硬拷貝圖件， 可以通過人機(jī)交互方式來選擇顯示對(duì)象的形式。尤其要強(qiáng)調(diào)的是地理信息系統(tǒng)的地圖輸出功能， GIS 不僅可以輸出全要素地圖， 也可根據(jù)用戶需要， 輸出各種專題圖、統(tǒng)計(jì)圖等。
地理信息系統(tǒng)的大容量、高效率及與其結(jié)合的相關(guān)學(xué)科的推動(dòng)使其運(yùn)籌帷幄， 成為國家宏觀決策和區(qū)域多目標(biāo)開發(fā)的重要技術(shù)支撐， 也成為與空間信息有關(guān)各行各業(yè)的基本分析工具。其強(qiáng)大的空間分析功能及發(fā)展?jié)摿κ沟肎IS 在測(cè)繪與地圖制圖、資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)測(cè)、土地調(diào)查與環(huán)境管理、國防、宏觀決策等方面得到廣泛、深入的應(yīng)用。
地理信息系統(tǒng)以數(shù)字形式表示自然界， 具有完備的空間特性， 它可以存儲(chǔ)和處理不同地理發(fā)展時(shí)期的大量地理數(shù)據(jù)， 具有極強(qiáng)的空間信息綜合分析能力， 是地理分析的有力工具。地理信息系統(tǒng)不僅要完成管理大量復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)的任務(wù)， 更為重要的是要完成地理分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和輔助決策的任務(wù)。因此， 研究廣泛適用于地理信息系統(tǒng)的地理分析模型， 是地理信息系統(tǒng)真正走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。
1.1.4 GIS 技術(shù)與發(fā)展
地理信息系統(tǒng)的發(fā)展已近40 年， 用戶的需要、技術(shù)的進(jìn)步、應(yīng)用方法的提高及有關(guān)組織機(jī)構(gòu)的建立等因素， 深深影響著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程。
20 世紀(jì)60 年代初期， 地理信息系統(tǒng)處于萌芽和開拓期， 注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。該時(shí)期GIS 發(fā)展的動(dòng)力來自于新技術(shù)的應(yīng)用、大量空間數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)需求等方面， 專家興趣與政府推動(dòng)也起到積極的引導(dǎo)作用。進(jìn)入70 年代， 地理信息系統(tǒng)進(jìn)入鞏固發(fā)展期， 注重空間地理信息的管理。資源開發(fā)、利用乃至環(huán)境保護(hù)問題成為首要解決之疑難， 需要有效地分析、處理空間信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， 數(shù)據(jù)處理速度加快， 為地理信息系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件和保障。80 年代是地理信息系統(tǒng)的大發(fā)展時(shí)期， 注重空間決策支持分析。地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大， 涉及許多的學(xué)科和領(lǐng)域， 此時(shí)地理信息系統(tǒng)發(fā)展最顯著的特點(diǎn)是商業(yè)化實(shí)用系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)。90 年代是地理信息系統(tǒng)的用戶化時(shí)期， 地理信息系統(tǒng)已成為許多機(jī)構(gòu)必備的工作系統(tǒng)， 社會(huì)對(duì)地理信息系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)普遍提高， 需求大幅度增加， 從而使得地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大化、深入化， 地理信息系統(tǒng)向現(xiàn)代社會(huì)最基本的服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展。
進(jìn)入21 世紀(jì)， GIS 應(yīng)用向更深的層次發(fā)展， 展現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)。
1.網(wǎng)絡(luò)GIS （Web-GIS）
網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（Web-GIS） 指基于Internet 平臺(tái)、客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、運(yùn)行在Internet 上的地理信息系統(tǒng)。一般由多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫和多個(gè)客戶端以分布式模式連接在Internet 上而組成， 包括以下四個(gè)部分： Web-GIS 瀏覽器（ browser） 、Web-GIS 服務(wù)器、Web-GIS 編輯器（ editor） 、Web-GIS 信息代理（ informationagent） 。Web-GIS 開拓了地理信息資源利用的新領(lǐng)域， 為GIS 信息的高度社會(huì)化共享提供了可能， 是傳統(tǒng)GIS 發(fā)展的新機(jī)遇。
2.組件式GIS （Com-GIS）
組件式GIS 是GIS 技術(shù)與組件技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。其基本思想是： 把GIS 的各種功能模塊進(jìn)行分類， 劃分為不同類型的控件， 每個(gè)控件完成各自相應(yīng)的功能。各個(gè)控件之間， 以及GIS 控件與其他非GIS 控件之間， 通過可視化的軟件開發(fā)工具集成， 形成滿足用戶特定功能需求的GIS 應(yīng)用系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來， 由于GIS 開發(fā)周期長(zhǎng)、難度大， 在一定程度上制約了GIS 的發(fā)展。組件式GIS 的出現(xiàn)為新一代GIS 應(yīng)用提供新的工具，具有集成靈活、成本低、開發(fā)便捷、使用方便、易于推廣、可視化界面等優(yōu)點(diǎn)， 一般有基礎(chǔ)組件、高級(jí)通用組件、行業(yè)性組件三級(jí)結(jié)構(gòu)。
3.虛擬現(xiàn)實(shí)GIS （VR GIS）
虛擬現(xiàn)實(shí)GIS （virtual reality GIS ， VR GIS） 在20 世紀(jì)90 年代開始出現(xiàn)， 是一種專門用于研究地球科學(xué)， 或以地球系統(tǒng)為對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)， 是虛擬現(xiàn)實(shí)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。近年來， VR GIS 甚至融入到Web-GIS 和Com-GIS 之中。理想的VR GIS 應(yīng)具有四種特征。
（1） 對(duì)現(xiàn)實(shí)的地理區(qū)域非常真實(shí)的表達(dá)。
（2） 用戶在所選擇的地理帶（地理范圍） 內(nèi)外自由移動(dòng)。
（3） 三維（立體） 數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)GIS 功能（查詢、選擇、空間分析等） 。
（4） 可視化功能必須是用戶接口的自然整體部分。
VR GIS 的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 區(qū)域表達(dá)的真實(shí)性； 空間、時(shí)間維的漫游、查詢； 用戶和系統(tǒng)之間的交互作用； 海量豐富的信息等。
4.時(shí)態(tài)GIS （TGIS）
時(shí)態(tài)GIS 是相對(duì)于靜態(tài)GIS 而言的。現(xiàn)實(shí)中地理環(huán)境、事物和現(xiàn)象是不斷發(fā)展變化的， 但靜態(tài)GIS 僅對(duì)其進(jìn)行“快照” 式表達(dá)， 只關(guān)心某一瞬間的地理現(xiàn)象， 對(duì)其前后的數(shù)據(jù)不保留， 也沒有比較分析。而時(shí)態(tài)GIS 將時(shí)間概念引入到GIS 中， 跟蹤和分析空間數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化， 不僅描述系統(tǒng)在某時(shí)刻的狀態(tài)， 而且描述系統(tǒng)沿時(shí)間變化之過程， 預(yù)測(cè)未來時(shí)刻將會(huì)呈現(xiàn)的狀態(tài)， 以獲得系統(tǒng)變化的趨勢(shì)。
5.互操作GIS
目前GIS 系統(tǒng)大多基于具體的、相互獨(dú)立的和封閉的平臺(tái)開發(fā)， 采用各自不同的空間數(shù)據(jù)格式， 數(shù)據(jù)組織方式有很大差異， 這使得不同GIS 軟件間交換數(shù)據(jù)很困難。為滿足地理數(shù)據(jù)的共享和繼承、地理操作的分布與共享等需求， 互操作GIS 被提上議事日程， 這是一個(gè)新的GIS 集成平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)了在異構(gòu)環(huán)境下多個(gè)地理信息系統(tǒng)或其應(yīng)用系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作。
6.3S 集成
雖然GIS 在其理論和應(yīng)用技術(shù)上有很大發(fā)展， 但靠傳統(tǒng)GIS 的使用卻不能滿足目前社會(huì)對(duì)信息快速、準(zhǔn)確更新之要求。與GIS 獨(dú)立、平行發(fā)展的全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感（RS） 則為GIS 適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求提供了可能性。目前， 國際上3S 的研究和應(yīng)用開始向集成化方向發(fā)展。這種集成應(yīng)用中， GPS 主要用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置； RS 用于實(shí)時(shí)提供目標(biāo)及其環(huán)境的信息、發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化， 及時(shí)對(duì)GIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行更新； GIS 則是對(duì)多種來源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理和動(dòng)態(tài)存取， 作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)， 并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識(shí)。
1.2 GIS 空間分析
對(duì)地觀測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大加強(qiáng)了人們對(duì)空間信息的分析和處理能力。人們渴望利用這些空間信息來認(rèn)識(shí)和把握地球和社會(huì)的空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 進(jìn)行虛擬、科學(xué)預(yù)測(cè)和調(diào)控， 迫切需要建立空間信息分析的理論和方法體系。地理信息系統(tǒng)自出現(xiàn)后， 吸取了所有能夠利用的空間分析的理論和方法， 并將它們植入到GIS 系統(tǒng)中去。在GIS 系統(tǒng)支持下， 空間分析順利得以實(shí)現(xiàn)并得到進(jìn)一步飛躍； GIS 也因?yàn)橛辛丝臻g分析這一強(qiáng)有力的理論支持而獲得更強(qiáng)大的生命力和更廣闊的發(fā)展空間。空間分析已被認(rèn)為是地理信息系統(tǒng)中最核心、最重要的理論之一， 也是GIS 系統(tǒng)區(qū)別于其他計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。
1.2.1 空間分析
現(xiàn)代空間分析概念的提出， 起源于20 世紀(jì)60 年代地理和區(qū)域科學(xué)的計(jì)量革命。在起步階段， 主要是將統(tǒng)計(jì)分析的定量手段用于分析點(diǎn)、線、面的空間分布模式。在60
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