書籍
《地理信息系統原理》課是地理信息系統專業方向及專業特色課，本教學大綱適用於地理信息系統專業本科生教學。通過本課程的學習，使學生了解地理信息系統的產生背景、功能、套用領域及發展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的數據結構、GIS數據輸入存儲編輯方法、GIS空間分析方法、GIS產品等知識點；懂得如何利用GIS去解決實際問題的思路。在學完本課程後，學生應對GIS有一個較全面的了解，提高利用GIS解決實際問題的能力。
內容簡介
本書為讀者提供了地理信息系統的基本概念、基本理論和基該方法。共分七個部分，分別介紹了GIS的基本知識、空間數據的處理方法、空間分析的原理與方法、GIS的輸出和地學可視化、GIS套用工程設計、GIS的高級套用技術。圖文並茂，內容豐富、新穎，貼近科學前沿，是一本優秀的教材。
目錄
第一部分 地理信息系統的科學和技術基礎
第一章 地理信息系統的科學基礎
第一節 地球系統科學
第二節 地球信息科學
第三節 地理信息科學
第四節 地球空間信息科學
第五節 地理信息系統
練習與思考題
第二章 地理信息系統的基礎理論
第一節 地理系統理論
第二節 地理信息理論
第三節 地理（地球）空間認知理論
練習與思考題
第三章 地理信息系統概述
第一節 地理信息系統的基本概念
第二節 地理信息系統的構成
第三節 地理信息系統的功能
第四節 地理信息系統與相關學科的關係
第五節 地理信息系統發展簡史
練習與思考題
第四章 地理信息系統的技術基礎
第一節 數據採集技術
第二節 計算機網路工程技術
第三節 現代通信技術
第四節 軟體工程技術
第五節 信息安全技術
第六節 網路空間信息傳輸技術
第七節 虛擬現實與仿真技術
練習與思考題
第一部分綜合實習
第二部分 地理空間數據組織與管理
第五章 地理空間信息基礎
第一節 地理空間信息的描述方法
第二節 矢量數據的屬性描述
第三節 矢量數據的類型和空間關係
第四節 元數據
練習與思考題
第六章 地理空間數據模型
第一節 地理空間數據模型的概念
第二節 地理空間數據的基本特徵和描述內容
第三節 空間數據的分類編碼和數據分層
第四節 空間數據的空間索引
第五節 空間數據模型
練習與思考題
第七章 地理空間數據結構
第一節 無拓撲矢量數據結構
第二節 拓撲數據結構
第三節 柵格數據結構
第四節 數字高程模型數據結構
第五節 四叉樹和八叉樹數據結構
第六節 其它數據結構
練習與思考題
第八章 地理空間資料庫
第一節 資料庫的概念
第二節 資料庫的系統結構
第三節 資料庫管理系統的功能與組成
第四節 空間資料庫管理系統的管理模式
第五節 地理資料庫中的時間維
練習與思考題
第二部分綜合實習
第三部分 地理空間數據的獲取與處理
第九章 地理空間數據獲取
第一節 數據源的種類
第二節 數據採集的方法
練習與思考題
第十章 空間數據的編輯
第一節 圖形數據的編輯
第二節 圖形數據的幾何糾正
第三節 圖幅的拼接
第四節 網路特徵元素的編輯
第五節 文本數據的編輯
練習與思考題
第十一章 空間數據的處理方法
第一節 圖形螢幕編輯的基本操作算法
第二節 空間數據的拓撲關係自動生成
第三節 空間數據的壓縮編碼方法
第四節 空間數據的格式轉換
第五節 矢量數據和柵格數據的轉換
練習與思考題
第十二章 地理空間數據的質量
第一節 GIS數據質量的概念
第二節 GIS數據質量的研究方法
第三節 空間數據的不確定性
練習與思考題
第三部分綜合實習
第四部分 空間分析基本原理和方法
第十三章 空間數據分析的計算模型
第一節 關於分析計算模型的一般知識
第二節 GIS的空間計算模型
練習與思考題
第十四章 空間查詢與統計方法
第一節 GIS常用的空間統計分析模型
第二節 空間數據的查詢
第三節 屬性數據的查詢統計
練習與思考題
第十五章 空間分析方法
第一節 柵格數據分析的基本模式
第二節 矢量數據分析的基該方法
第三節 網路分析套用
第四節 基於地形的空間分析
練習與思考題
第四部分綜合實習
第五部分 地理信息系統產品輸出及可視化
第十六章 地理信息系統產品輸出
第一節 地理信息系統產品的輸出系統
第二節 地理信息系統產品的類型
練習與思考題
第十七章 空間信息可視化技術方法
第一節 可視化的概念
第二節 可視化的技術方法
第三節 三維虛擬GIS（VR-GIS）的套用
練習與思考題
第五部分綜合實習
第六部分 地理信息系統工程設計與標準化
第十八章 地理信息系統工程設計
第一節 地理信息系統工程的設計模式與程式評價模式
第二節 地理信息系統工程設計的內容與過程
第三節 地理信息系統工程的系統分析
第四節 地理信息工程的系統設計
第五節 地理信息系統工程的實施設計
第六節 地理信息系統工程的運行維護設計
練習與思考題
第十九章 地理信息系統的標準化
第一節 地理信息系統標準化的作用
第二節 地理信息系統標準化的內容
練習與思考題
第七部分 地理信息系統的高級技術
第二十章 分散式地理信息系統
第一節 GIS計算環境發展回顧
第二節 分散式地理信息系統的概念
第三節 分散式地理信息系統的體系結構
第四節 分散式地理信息系統的計算模式
第五節 分散式地理信息系統的計算技術
練習與思考題
第二十一章 空間信息基礎設施與數字工程
第一節 空間數據基礎設施
第二節 “數字地球”的概念與框架
第三節 “數字城市”的概念、框架和建設技術
第四節 “數字流域”的概念和框架
練習與思考題
第二十二章 空間信息格線
第一節 空間信息格線的概念
第二節 空間信息格線的計算
第三節 空間信息格線技術與GIS
第四節 格線GIS的體系結構
練習與思考題
第二十三章 空間數據的互操作
第一節 空間數據互操作的概念
第二節 互操作的實現技術
練習與思考題
第二十四章 地理信息系統的集成
第一節 地理信息系統集成的概念
第二節 “3S”技術集成
第三節 多源數據的集成
第四節 GIS與專家系統的集成
第五節 GIS與套用分析模型的集成
練習與思考題
學科
原理性描述
地理信息系統的基本概念，系統的構成，功能及其運行環境，系統所具有的空間特徵，數據的採集、組織與管理，數據結構和數學模型，系統的設計方法、原則、模式以及步驟。開發的系統具有採集、管理、分析和以多種方式輸出地理空間信息的能力，為管理和決策服務，使系統具有快速、準確並能綜合的對複雜的地理系統進行空間分析和過程的動態分析。
表達
一、如何用計算機來描述和表達地理現象？
憑藉計算機來研究地理，首先需要解決的問題是：如何用計算機來描述和表達地理現象？在這之前，古人用各種形式的紙張地圖和各種文字數據等資料來描述地理現象，這些資料大都通過測量和調查等方式獲取的。現在有了計算機，那用計算機該如何展現地圖和各種文字數據等資料呢？古人藉助坐標，通過測量把地理上的現象描繪到紙張上，那自然我們也會想到用同樣的思路，用坐標來描述，用圖形來展現地圖。經過抽象，分別用點（X,Y),線（X0,Y0,X1,Y1……Xn,Yn)，面（X0,Y0,X1,Y1……Xn-1,Yn-1,X0,Y0）這三種坐標形式來表達各種地理現象.各種相關的文字數據等資料，將以屬性欄位的形式來描述.這種就是我們通常所說的矢量數據.而另一種描述方式——柵格數據，就是我們通常看到的圖象，是由柵格所組成，每個柵格所在的位置和地理的相應區域是對應的，象素值就是對應的屬性值。
二、如何用計算機來存儲地理數據?
在計算機中，數據的存儲表達形式無非就兩種形式：1，二進制；2，字元（其實字元最終也是二進制）.在GIS中，用二進制或者字元來存儲坐標（屬性值同理），坐標浮點型，可以用二進制4或者8個位元組來存儲，或者也可以用字元串的形式（不過麻煩的是，解析字元串不是很高效），把這一系列的坐標二進制數據以一定的結構保存起來，我們常見的shp格式，就是二進制的.在資料庫中，可以用二進制BLOB欄位類型來存儲坐標序列，也可以用字元串欄位類型.柵格數據通常是存儲每個象素的值，也是基本數據類型，比如int,double,char等. 整個圖象以矩陣或者矩陣的壓縮形式來存儲的.
三、如何用計算機對這些數據進行處理分析?
空間數據的處理，就是根據套用分析的需求，採用一種算法，對空間數據進行運算.對矢量而言，就是對地理坐標點進行運算，比如空間關係的判斷，就是根據地物的坐標位置，用一種算法來判斷地物之間的拓撲關係；數據編輯，也是對地物的坐標進行操作；.對柵格數據，就是對柵格象素進行運算，比如二值化，兩個柵格圖象的疊置運算.
四、如何用計算機來展現地理信息?
地理信息的展示，通常以圖形圖象或者表格的方式來展現，也是用戶操作的UI接口.這裡涉及到如何把地理坐標用圖形的方式展現出來，如何把圖象柵格展現出來?這裡涉及到一個共同的問題就是把地理坐標轉換成螢幕顯示坐標，因為我們最終是要通過螢幕來顯示的，如何在螢幕上定位一個地物的坐標，必然涉及到兩者的轉換.同時地理信息的展現也涉及到如何渲染的問題，主要表現在地圖符號化上，採用不同的形狀，不同的顏色，不同大小粗細來表達不同數量，不同質量的信息.
系統內涵
當然，地理信息系統內涵是很豐富的，涉及到的學科也是非常多的，並不僅僅局限於這裡所介紹的幾個方面，一些前沿的研究課題已經引起了很多學者的關注和研究，比如時態GIS，三維虛擬現實，模式識別，空間數據挖掘，知識發現…
模型
地理信息系統的操作對象是空間地理實體，建立一個地理信息系統的首要任務是建立空間資料庫，即將反映地理實體特性的地理數據存儲在計算機中，這需要解決地理數據具體以什麼形式在計算機中存儲和處理即空間數據結構問題和如何描述實體及其相互關係即空間資料庫模型問題。
柵格數據模型（Raster Data Model)
矢量數據模型（Vector Data Model)
對象數據模型（Object Data Model)
矢量數據結構
數據結構：將數據模型的概念性描述進行具體的存儲與表現
矢量數據結構概念：矢量數據結構通過記錄空間對象的坐標及空間關係來表達空間對象的位置。
數據結構即指數據組織的形式，是適合於計算機存儲、管理和處理的數據邏輯結構。對空間數據則是地理實體的空間排列方式和相互關係的抽象描述。
矢量數據表達
序言
我國的高職高專教育經歷了十餘年的蓬勃發展，獲得了長足的進步，如今已成為我國高等教育的重要組成部分，在國家的經濟、社會和科技發展中發揮著積極的服務作用，測繪類專業的高職高專教育也是如此。為了加深高職高專教育自身的改革，並使其高質量地向前發展，教育部決定組建高職高專教育的各學科專業指導委員會。國家測繪局受教育部委託，負責組建和管理高職高專教育測繪類專業指導委員會，並將其設定為全國高等學校測繪學科教學指導委員會下的一個分委員會。第一屆分委員會成立後的第一件事就是根據教育部的要求，研討和制定了我國高職高專教育的測繪類專業設定，新設定的專業目錄已上報教育部和國家測繪局。隨後組織委員和有關專家按照新的專業設定制定了“十五”期間相應的教材規劃。在廣泛徵集有關高職高專院校意見的基礎上，確定了規劃中各本教材的主編和參編院校及其編寫者，並規定了完成日期。為了保證教材的學術水平和編寫質量，教學指導分委員會還針對高職高專教材的特點制定了嚴格的教材編寫、審查及出版的流程和規定，並將其納入高等學校測繪學科教學指導委員會統一管理。
經過各相關院校編寫教師們的努力，現在第一批規劃教材正式出版發行，其他教材也將會陸續出版。這些規劃教材鮮明地突出了高職高專教育中專業設定的職業性和教學內容的套用性，適應高職高專人才的職業需求，必定有別於高等教育的本科教材，希望在高職高專教育的測繪類專業教學中發揮很好的作用。
這裡要特別指出，黃河水利出版社在獲悉我們將出版一批規劃教材後，為了支持和促進測繪類專業高職高專教育的發展，經與教學指導委員會協商，今後高職高專測繪類專業的全部規劃教材都將由該社統一出版發行。這裡謹向黃河水利出版社表示感謝。
由教學指導委員會按照新的專業目錄，組織、規劃和編寫高職高專測繪類專業教材還是初次嘗試，希望有測繪類專業的各高職高專院校能在教學中使用這些規劃教材，並從中發現問題，提出建議，以便修改和完善。
