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上篇 GIS原理1

第一章 地理认知理论与模型1

1.1 GIS与广义地理系统1

1.1.1 学科融合与GIS内涵发展2

1.1.2 广义地理系统与广义地理目标4

1.2 地理抽象过程5

1.3 地理认知模型7

参考文献9

第二章 2D GIS空间数据模型10

2.1 三种传统数据模型10

2.2 面向对象数据模型13

2.3 空间数据组织与管理16

2.3.1 空间数据的特征16

2.3.2 空间数据库管理系统17

2.3.3 空间数据的组织20

2.4 空间索引机制22

参考文献27

第三章 2D GIS空间数据结构28

3.1 矢量数据结构28

3.1.1 无拓扑的矢量数据结构28

3.1.2 有拓扑的矢量数据结构30

3.2 栅格数据结构32

3.2.1 栅格像元的取舍法则33

3.2.2 栅格尺寸的选择34

3.2.3 栅格数据的组织36

3.3 矢栅结合的数据结构38

3.4 镶嵌数据结构40

3.4.1 规则镶嵌数据结构40

3.4.2 不规则镶嵌数据结构41

3.5 超图数据结构41

3.5.1 超图数据结构的概念42

3.5.2 超图数据组织42

参考文献43

第四章 3D GIS空间数据模型45

4.1 空间维数与空间构模45

4.1.1 3D GIS与3D GMS之比较45

4.1.2 空间维数讨论46

4.1.3 空间构模技术分类47

4.2 3D空间构模原理48

4.2.1 基于面模型的准3D空间构模48

4.2.2 基于体模型的真3D空间构模51

4.2.3 基于面-体混合的3D空间构模56

4.3 基于GTP的3D地学构模57

4.3.1 GTP构模原理58

4.3.2 GTP构模特点59

4.3.3 GTP构模过程59

4.3.4 GTP数据结构60

4.4 基于GTP的3D模型更新62

4.4.1 加入新钻孔的模型更新62

4.4.2 加入新空间点的模型更新64

4.5 基于GTP的真3D地学模拟65

4.5.1 系统开发与关键技术65

4.5.2 真3D地学模拟实例67

参考文献69

第五章 空间关系72

5.1 空间关系表达与描述72

5.1.1 空间关系概念与研究进展72

5.1.2 空间关系描述方法73

5.1.3 空间关系表达方法73

5.2 空间方向关系75

5.2.1 空间方向与空间方向关系75

5.2.2 空间方向关系描述模型78

5.3 空间距离关系84

5.4 2D空间拓扑关系85

5.4.1 点集拓扑学原理85

5.4.2 2D空间拓扑关系描述86

5.4.3 2D空间拓扑关系维护88

5.4.4 9I模型89

5.4.5 2D空间拓扑关系研究进展91

5.5 3D空间拓扑关系93

5.5.1 3D空间拓扑描述方法93

5.5.2 基于GTP的真3D拓扑98

5.6 其他空间关系102

5.6.1 3D空间拓扑关系全集102

5.6.2 空间相似与空间相关关系105

参考文献106

第六章 时态GIS及时态关系109

6.1 时空过程与时空数据库109

6.1.1 时空过程109

6.1.2 时空数据库110

6.2 时空数据模型111

6.2.1 时间附加型111

6.2.2 时间新维型112

6.2.3 面向对象型115

6.2.4 基于状态和变化的统一模型116

6.2.5 其他时空数据模型117

6.3 时态拓扑关系118

6.3.1 时态拓扑关系的定义119

6.3.2 时态拓扑关系的描述120

参考文献121

第七章 地学信息分类与空间编码123

7.1 分类编码原则与标准123

7.1.1 分类编码原则123

7.1.2 分类编码标准124

7.2 分类编码模型125

7.3 无边界GIS空间编码126

7.3.1 传统的ID编码法分析126

7.3.2 QuaPA法编码原理127

7.3.3 QuaPA法的全球推广131

参考文献134

第八章 地理元数据136

8.1 信息共享与元数据136

8.2 地理元数据的构成与描述138

8.2.1 地理元数据的构成138

8.2.2 地理元数据的描述140

8.3 地理元数据管理与操作141

8.3.1 地理元数据管理141

8.3.2 地理元数据操作142

8.4 地理元数据标准144

8.4.1 国外与国际元数据标准144

8.4.2 中国元数据标准147

参考文献149

第九章 地图投影与图形变换151

9.1 地球与地理参数151

9.1.1 地球的形状与大小151

9.1.2 地理参数与坐标152

9.2 地图投影的基本原理153

9.2.1 地图投影的基本分类153

9.2.2 地图投影变形问题155

9.3 GIS中地图投影选择156

9.3.1 地图投影选择的一般原则156

9.3.2 中国GIS的地图投影选择158

9.3.3 面向数字地球的投影问题160

9.4 图形变换161

9.4.1 窗口区和视图区的坐标变换161

9.4.2 规格化坐标到设备坐标的变换163

9.4.3 二维图形的几何变换163

9.4.4 三维图形的几何变换167

参考文献169

下篇 GIS算法170

第十章 空间数据压缩算法170

10.1 基于矢量的压缩算法170

10.1.1 曲线的数据压缩算法170

10.1.2 面域的数据压缩算法172

10.2 基于栅格的压缩算法174

10.2.1 游程长度压缩算法174

10.2.2 差分映射算法175

10.2.3 常规四叉树压缩算法176

10.2.4 线性四叉树压缩算法176

10.2.5 二维行程压缩算法181

参考文献183

第十一章 空间数据内插算法184

11.1 点的内插算法184

11.1.1 基于整体拟合的算法185

11.1.2 基于局部拟合的算法186

11.2 区域内插算法192

11.2.1 点的区域内插算法192

11.2.2 面的区域内插算法193

11.3 采样点曲线拟合196

11.3.1 张力样条函数法196

11.3.2 分段三次多项式法197

11.3.3 分段圆弧法199

11.3.4 切线方向法200

参考文献200

第十二章 空间数据转换算法202

12.1 矢量数据向栅格数据转换202

12.1.1 内部点扩散算法202

12.1.2 射线算法203

12.1.3 扫描算法203

12.1.4 复数积分算法208

12.1.5 边界代数算法209

12.2 栅格数据向矢量数据转换212

12.2.1 基于图像处理的矢量化算法213

12.2.2 基于窗口匹配的矢量化算法214

12.3 TIN向规则格网DEM转换216

参考文献221

第十三章 空间数据误差分析算法222

13.1 空间数据误差分类与来源222

13.2 属性误差的分析算法223

13.2.1 误差矩阵223

13.2.2 属性数据精度的缺陷率度量算法225

13.3 位置误差分析算法229

13.3.1 几种误差指标的算法229

13.3.2 置信区域方法231

13.3.3 误差概率分布239

参考文献244

第十四章 多边形自动生成与裁剪算法246

14.1 多边形性质及有关处理246

14.1.1 多边形图的基本性质246

14.1.2 异常处理247

14.1.3 岛的判断247

14.1.4 内点计算248

14.2 弧-弧拓扑生成算法250

14.2.1 基于方位角的算法250

14.2.2 基于Qi的算法251

14.2.3 基于矢量外积的算法252

14.3 多边形自动生成算法254

14.3.1 基于方位角的左转算法254

14.3.2 结点依次搜索算法255

14.4 多边形图裁剪算法258

14.4.1 无拓扑多边形图裁剪算法258

14.4.2 有拓扑多边形图裁剪算法260

参考文献262

第十五章 TIN的构建算法264

15.1 Delaunay三角网264

15.1.1 Delaunay TIN基础264

15.1.2 Delaunay TIN的构建算法266

15.2 基于离散点的构TIN算法269

15.2.1 无约束构TIN算法269

15.2.2 有约束构TIN算法273

15.3 基于等高线的构TIN算法276

15.3.1 基于等高线构TIN的一般算法276

15.3.2 基于矿层底板等高线图的构TIN算法277

参考文献282

第十六章 Voronoi图构建算法283

16.1 平面点集Voronoi图构建算法283

16.1.1 基于矢量的Voronoi图自动构建285

16.1.2 基于栅格的Voronoi图自动构建286

16.1.3 基于Voronoi图的D-TIN构建289

16.2 线/面集Voronoi图构建算法290

16.2.1 基于C1偏置的Voronoi图构建算法291

16.2.2 基于动态距离变换的Voronoi图构建算法294

16.3 球面Voronoi图构建算法295

16.3.1 球面点集Voronoi图构建算法296

16.3.2 球面格网Voronoi图构建算法297

参考文献301

第十七章 空间变换算法304

17.1 地图坐标变换算法304

17.1.1 相似变换算法304

17.1.2 仿射变换算法305

17.2 地图投影变换算法306

17.2.1 算法分析306

17.2.2 算法实现过程308

17.3 透视投影变换算法309

17.3.1 简单的一点透视变换算法310

17.3.2 复杂的一点透视变换算法311

参考文献314

第十八章 空间度量算法315

18.1 空间距离与方向度量算法315

18.1.1 基于矢量的距离与方向度量算法315

18.1.2 基于栅格的距离与方向度量算法318

18.2 面积度量算法319

18.2.1 基于矢量的面积度量算法319

18.2.2 基于栅格的面积度量算法320

18.3 体积度量算法322

18.3.1 山体体积算法322

18.3.2 挖填方体积算法323

18.4 坡度坡向度量算法323

18.4.1 基于矢量的坡度坡向度量算法324

18.4.2 基于栅格的坡度坡向度量算法325

参考文献325

第十九章 数字地形分析算法326

19.1 基本地形因子分析算法326

19.1.1 斜坡因子分析算法326

19.1.2 面元因子分析算法330

19.2 地形特征提取算法331

19.2.1 基于规则格网DEM的算法331

19.2.2 基于等高线和TIN的算法333

19.3 数字地形典型应用算法335

19.3.1 流水分析算法335

19.3.2 通视分析算法338

参考文献340

第二十章 空间统计分析算法342

20.1 多变量统计分析算法342

20.1.1 主成分与主因子分析算法342

20.1.2 关键变量分析算法343

20.1.3 变量聚类分析算法343

20.2 空间分类统计算法347

20.2.1 空间聚类分析算法347

20.2.2 空间聚合分析算法347

20.2.3 判别因子分析算法349

20.3 层次分析算法350

参考文献353

第二十一章 空间分析算法354

21.1 路径分析算法354

21.1.1 地理网络的基本概念354

21.1.2 最短路径算法356

21.1.3 最佳路径算法358

21.1.4 最小连通树算法359

21.2 资源分配算法360

21.2.1 网络流优化算法362

21.2.2 定位与分配算法363

21.3 缓冲区分析算法364

21.3.1 缓冲区的基本类型364

21.3.2 缓冲线算法366

21.3.3 特殊情况处理370

21.4 叠置分析算法373

21.4.1 基于栅格的叠置分析算法373

21.4.2 基于矢量的叠置分析算法376

参考文献379

第二十二章 GIS可视化操纵算法380

22.1 地形简化算法380

22.1.1 地形简化算法综述381

22.1.2 LOD模型分类382

22.1.3 LOD模型生成算法383

22.2 多分辨率纹理生成算法388

22.2.1 一般算法388

22.2.2 “分治”算法389

22.3 纹理映射算法390

22.3.1 纹理映射原理与算法390

22.3.2 纹理分辨率选择算法391

22.4 光相关算法392

22.4.1 消隐算法392

22.4.2 可见性算法393

22.4.3 光照算法393

22.4.4 透明算法395

参考文献397

第二十三章 空间数据挖掘与知识发现算法399

23.1 空间数据仓库与数据挖掘400

23.1.1 空间数据仓库技术400

23.1.2 可发现的知识类型401

23.1.3 SDMKD在GIS与遥感中的应用403

23.2 算法分类剖析404

23.2.1 概率统计类算法405

23.2.2 模糊数学类算法407

23.2.3 人工智能类算法409

23.2.4 图形图像类算法413

23.2.5 空间分析类算法414

23.3 矿山空间数据挖掘系统设计415

23.3.1 矿山数据的基本特征415

23.3.2 矿山数据仓库体系结构416

23.3.3 矿山数据挖掘过程417

参考文献419

附录：GIS术语中英文及其缩写对照表422

后记440