地理信息系统原理与算法/地理信息系统理论与应用丛书 (2008 年度畅销榜NO.2273 )

本书系统总结、详细整理了国内外GIS理论与核心算法的成果，并进行归纳分类、比较分析和提炼演绎。全书以GIS原理和GIS算法为纲，形成“GIS原理”和“GIS算法”上、下两篇。上篇基于学科融合与交叉提出了广义地理系统和广义地理目标的概念，进而系统讲解了2D GIS空间数据模型、数据结构、空间关系、地学信息分类与空间编码、地图投影与图形变换等基本原理，并介绍了近年GIS理论的最新进展，如3D GIS空间数据模型、时态GIS及时态关系和地理元数据。下篇基于空间数据处理、空间图形处理、空间度量与分析、可视化与数据挖掘共4大方面，系统阐述和演绎了空间数据压缩、空间数据内插、空间数据转换、空间数据误差分析算法，多边形自动生成与裁剪、TIN的构建、Voronoi图的构建和空间变换算法，空间度量、数字地形分析、空间统计和空间分析算法，以及GIS可视化操作和空间数据挖掘与知识发现等核心算法。\r\n 本书可作为GIS相关专业的硕士生、博士生教材，也可作为GIS高级研究人员、GIS系统研发人员和GIS高级程序员的参考用书和技术指南。

序言\r\n前言\r\n上篇 GIS原理\r\n　第一章 地理认知理论与棋型\r\n　　1.1 GIS与广义地理系统\r\n　　1.2 地理抽象过程\r\n　　1.3 地理认知模型\r\n　　参考文献\r\n　第二章 2D GIS空间数据模型\r\n　　2.1 三种传统数据模型\r\n　　2.2 面向对象数据模型\r\n　　2.3 空间数据组织与管理\r\n　　2.4 空间索引机制\r\n　　参考文献\r\n　第三章 2D GIS空间数据结构\r\n　　3.1 矢量数据结构\r\n　　3.2 栅格数据结构\r\n　　3.3 矢栅结合的数据结构\r\n　　3.4 镶嵌数据结构\r\n　　3.5 超图数据结构\r\n　　参考文献\r\n　第四章 3D GIS空间数据模型\r\n　　4.1 空间维数与空间构模\r\n　　4.2 3D空间构模原理\r\n　　4.3 基于GTP的3D地学构模\r\n　　4.4 基于GTP的3D模型更新\r\n　　4.5 基于GTP的真3D地学模拟\r\n　　参考文献\r\n　第五章 空间关系\r\n　　5.1 空间关系表达与描述\r\n　　5.2 空间方向关系\r\n　　5.3 空间距离关系\r\n　　5.4 2D空间拓扑关系\r\n　　5.5 3D空间拓扑关系\r\n　　5.6 其他空间关系\r\n　　参考文献\r\n　第六章 时态GIS及时态关系\r\n　　6.1 时空过程与时空数据库\r\n　　6.2 时空数据模型\r\n　　6.3 时态拓扑关系\r\n　　参考文献\r\n　第七章 地学信息分类与空间编码\r\n　　7.1 分类编码原则与标准\r\n　　7.2 分类编码模型\r\n　　7.3 无边界GIS空间编码\r\n　　参考文献\r\n　第八章 地理元数据\r\n　　8.1 信息共享与元数据\r\n　　8.2 地理元数据的构成与描述\r\n　　8.3 地理元数据管理与操作\r\n　　8.4 地理元数据标准\r\n　　参考文献\r\n　第九章 地图投影与图形变换\r\n　　9.1 地球与地理参数\r\n　　9.2 地图投影的基本原理\r\n　　9.3 GIS中地图投影选择\r\n　　9.4 图形变换\r\n　　参考文献\r\n下篇 GIS算法\r\n　第十章 空间数据压缩算法\r\n　　10.1 基于矢量的压缩算法\r\n　　10.2 基于栅格的压缩算法\r\n　　参考文献\r\n　第十一章 空间数据内插算法\r\n　　11.1 点的内插算法\r\n　　11.2 区域内插算法\r\n　　11.3 采样点曲线拟合\r\n　　参考文献\r\n　第十二章 空间数据转换算法\r\n　　12.1 矢量数据向栅格数据转换\r\n　　12.2 栅格数据向矢量数据转换\r\n　　12.3 TIN向规则格网DEM转换\r\n　　参考文献\r\n　第十三章 空间数据误差分析算法\r\n　　13.1 空间数据误差分类与来源\r\n　　13.2 属性误差的分析算法\r\n　　13.3 位置误差分析算法\r\n　　参考文献\r\n　第十四章 多边形自动生成与裁剪算法\r\n　　14.1 多边形性质及有关处理\r\n　　14.2 弧-弧拓扑生成算法\r\n　　14.3 多边形自动生成算法\r\n　　14.4 多边形图裁剪算法\r\n　　参考文献\r\n　第十五章 TIN的构建算法\r\n　　1.1 Delaunay三角网\r\n　　1.2 基于离散点的构TIN算法\r\n　　1.3 基于等高线的构TIN算法\r\n　　参考文献\r\n　第十六章 Voronoi图构建算法\r\n　　16.1 平面点集Voronoi图构建算法\r\n　　16.2 线/面集voronoi图构建算法\r\n　　16.3 球面Voronoi图构建算法\r\n　　参考文献\r\n　第十七章 空间变换算法\r\n　　17.1 地图坐标变换算法\r\n　　17.2 地图投影变换算法\r\n　　17.3 透视投影变换算法\r\n　　参考文献\r\n　第十八章 空间度量算法\r\n　　18.1 空间距离与方向度量算法\r\n　　18.2 面积度量算法\r\n　　18.3 体积度量算法\r\n　　18.4 坡度坡向度量算法\r\n　　参考文献\r\n　第十九章 数字地形分析算法\r\n　　19.1 基本地形因子分析算法\r\n　　19.2 地形特征提取算法\r\n　　19.3 数字地形典型应用算法\r\n　　参考文献\r\n　第二十章 空间统计分析算法\r\n　　20.1 多变量统计分析算法\r\n　　20.2 空间分类统计算法\r\n　　20.3 层次分析算法\r\n　　参考文献\r\n　第二十一章 空间分析算法\r\n　　21.1 路径分析算法\r\n　　21.2 资源分配算法\r\n　　21.3 缓冲区分析算法\r\n　　21.4 叠置分析算法\r\n　　参考文献\r\n　第二十二章 GIS可视化操纵算法\r\n　　22.1 地形简化算法\r\n　　22.2 多分辨率纹理生成算法\r\n　　22.3 纹理映射算法\r\n　　22.4 光相关算法\r\n　　参考文献\r\n　第二十三章 空间数据挖掘与知识发现算法\r\n　　23.1 空间数据仓库与数据挖掘\r\n　　23.2 算法分类剖析\r\n　　23.3 矿山空间数据挖掘系统设计\r\n　　参考文献\r\n附录：GIS术语中英文及其缩写对照表\r\n后记

吴立新博士（1966－），江西宜春人，中国矿业大学测绘与土地科学系教授、博士生导师。3S与沉陷工程研究所所长。
　　主要从事GIS理论与算法、环境与灾害遥感、数字城市、矿山开采沉陷、3D地学建模、遥感-岩石力学、数字矿山、矿区可持续发展等研究。主持完成国家级、省部级等各类课题20余项，获省部级科技奖励6项；出版《建（构）筑物下压煤条带开采理论与实践》、《煤柱设计与监测基础》、《GIS原理与算法》等学术专（译）著5部，发表“ Remote senseing rock mechanics（RSRM） and associated experimental studies”、“Topological relations embodied in a generalized tri-prism （GTP） model for a 3D geosciences modeling system”、“再论数字矿山：特征、框架与关键技术”等学术论文200余篇（其中三大检索50余篇次）。

英国Edinburgh大学地理学教授Terry Coppock自20世纪50年代后期开始，就使用早期的计算机进行与土地利用变化及国土资源相关信息的收集、管理和操作工作，并于20世纪80年代中叶创刊了International Journalo/Geographical Information Systems(简称UGIS，现改名为International Journalo/Geographical Information Science)这一最具国际影响的GIS刊物，并担任首任编辑。前加拿大地理师协会主席、皇家地理学会Murchison奖获得者、测量学家Roger Tomlinson，则在20世纪60年代认识到数字计算机可以用于加拿大土地调查署的海量地图信息的分析工作，并通过应用实践证明计算机是地理信息处理与分析的最佳选择，率先提出了Geographical lnformati6n System(GIS)的术语，进而成为GIS之父。美国加州大学地理系Michael F. Goodchild教授自70年代以来为推动国际GIS理论与技术发展作出了积极贡献；我国的陈述彭院士、李德仁院士等老一代科学家均为推动和发展中国的GIS理论、技术与产业做出了卓越贡献。地理信息技术经过40年的发展，已经形成国际GIS理论研究、技术开发、社会应用与产业化四项并举的欣欣向荣局面。 我国自20世纪80年代开始大力赶超以来，目前已基本达到与国际先进水平齐平，在某些方面甚至还有所超越。在理论研究方面，国内许多高校的大地测量学与测量工程(081601)、摄影测量与遥感(081602)、地图制图学与地理信息工程专业(081603)、矿山空间信息学与沉陷工程(081620)、自然地理学(070501)、人文地理学(070502)、地图学与地理信息系统(070503)、地球探测与信息技术(081802)、城市规划与设计(081303)、土地资源管理(120405)等二级学科均已经有了相应的博士点或硕士点，并进行与GIS相关的研究生培养和理论探索；中国科学院系统的地理科学与资源研究所、遥感应用研究所以及中国测绘科学研究院、国家基础地理信息中心等单位也在GIS理论研究方面取得显著成绩。技术开发方面，除中国高校和科学院系统之外，许多公司(包括外资公司、合资公司和独资公司等)，均在GIS的基础开发与应用开发方面取得突出成绩。社会应用方面，GIS的应用领域已经深入社会经济的各个层面、各个领域，如城市、乡村、气象、农业、林业、矿山、地质、水文、人口、保险、公安、交通、海关等；从地理专业应用，到行业应用、综合应用和公众应用，几乎“无所不包，无所不在，无所不能”。产业化方面，从90年代初期开始，我国GIS的产业化初见端倪；1994年中国GIS协会(CAGIS)的成立和1997年中国科学技术协会第25次青年科学论坛(以“地理信息科学与产业化”为主题)的召开，有效地规范、引导和促进了我国GIS产业化发展。目前中国内地GIS的产业收入(包括软件销售、数据服务、技术开发、技术服务)已超过30亿元。 国际上自GIS经典之作Principles of GIS for Land Resources Assessment(P.A. Burrouch，1986)出版以来，GIS方面的教材、著作、论文集等层出不穷。代表作有：Three Dimensional Applications in GISs (J. Raper，1989)，GIS and Cartographic Modelling (C.D. Tomlin，1990)，GIS：Principles and Applications(D.J. Maguire，M.F. Goodehild and D.W. Rhind，1991)，Time in GIS (G. Langran，1992)，GISs：Spatial Modelling and Policy Evaluation(M.M. Fischer and P.Nijkamp，1992)，GIS：A Computing Perspective(M.F. Worboys，1995)，Fundamentals of GISs(M.N. DeMers，1996)，Integrated Modelling for 3D GIS(M Pilouk，1996)，Geographic with Indeterminate Boundaries(P.A. Burrough and A.U. Frank，1996)，Algorithmic Foundations of GIS(M.V. Kreveldetal.，1997)，Getting Started With GISs (K.C. Clarke，1997)，Principles of GISs (P.A. Burroughand R.A. McDonnell，1998)，A Introduction to The Theory of Spatial object Modelling (M. Molenaar，1998)，Geographical Information Systems(P.A. Longley，M.F. Goodchild，D.J. Maguireand D.W. Rhind，1999)，Fundamentals of GISs(M.N. DeMers，2000)，Spatial Data Quality(W.Z. Shi，P.F. Fisherand M.F. Goodchild，2002)，Temporal GIS：Advanced Functions for Field-Based Applications(G. Christakos et al.，2002)等。国内在第一本GIS教材《地理信息系统导论》(黄杏元等，1989)出版使用以来，迄今已有数十本GIS教材或著作出版，其中不乏优秀之作，已经而且继续在教学、研究、开发与应用方面发挥积极作用。 多年来，作者在从事GIS方向研究生培养与GIS核心教学过程中，在MGIS、Geo-M03D和Cyber HongKong等技术系统的研究开发过程中，以及在与有关公司、企业的GIS研发人员的合作交流过程中，深深感受到一个问题，即研究生不同于本科生，GIS高级研发人员不同于一般程序员，他们在GIS、数学、计算机技术、软件开发等方面已经具备了一定的知识和经验。他们在研究生学习或产品研发(尤其是GIS底层开发)阶段所缺的主要是GIS的基本原理和核心算法方面的知识。而事实上，国内一直缺乏一本适合GIS研究生和GIS研发人员这一特定群体的教材或著作，国际上也没有特别针对这一高层次需求的专门书籍。往往为了解某一个算法、编制某一个程序，而不得不查找大量的有关资料，结果还可能一无所获。 因此，作者深感撰写出版一部关于GIS基本原理和核心算法的书籍的必要性和紧迫性。但由于时间关系，以及知识积累与资料准备等原因，多年来一直未能如愿。终于，最近我们在教育部“高校青年教师奖”专项基金和香港特别行政区政府有关课题的支持下，能专心在香港理工大学和中国矿业大学(北京校区)之间开展合作，将国内外有关GIS基本原理和算法两方面的成果进行了系统的整理、梳理、分类和总结，进而进行剖析、比较、提炼、扩展、举例和评述，并结合作者的两个研究小组近年在三维GIS、矿山GIS、空间数据质量与不确定性、空间数据挖掘、数字矿山关键理论与技术等方面的研究成果进行总结分析和重点介绍，完成了这部书。书中，不乏作者多年从事“GIS原理”、“GIS原理与算法”、“三维地学模拟理论与方法”、“三维地学模拟技术”、“土地与地理信息系统设计与开发”、“高级地理信息系统”等研究生课程教学的心得和素材积累。 GIS的用户层结构与所需GIS知识结构的关系可以用下图描述：用户层越高，其涉及面越宽，所需GIS知识越浅；反之，用户层越低，其频及面越窄，所需GIS知识越深。本书的目标，就是要满足第1-2层次的人员对GIS原理与算法的需要，同时扩充第3层次人员的GIS知识结构。 完稿之日，顿觉一身轻松，总算了却一桩夙愿。希望本书能实现它的目标，同时对我国GIS教育、理论与技术发展有所促进。