內容簡介本書共11章，內容涉及GIS發展簡史、地圖學基礎、數據結構、數據獲取與錄入、GIS的管理、空間分析、地理表面問題、地圖學問題、GIS的功能、GIS軟件及基于服務器的工具，然后提供四個案例研究來梳理GIS行業的全貌。通過本書的閱讀，讀者可以了解大地測量學、地圖投影、比例尺及坐標系統相關知識，掌握查找GIS數據的關鍵，知道如何把地圖輸入GIS，如何更高效地制作更精美的地圖。本書適合高等院校GIS相關專業的學生閱讀和參考，也適合GIS從業人員閱讀。Original edition, entitled: Getting Started with Geographic Information Systems, 5th Edition, 9780131494985 by Keith C. Clarke, Published byPearson Education, Inc., publishing as Addison-Wesley, Copyright © 2011 Pearson Education, Inc.All rights reserved.No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by anymeans, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.China edition published by PEARSON EDUCATION ASIA LTD., and TSINGHUA UNIVERSITYPRESS LIMITED Copyright © 2013.This edition is manufactured in the People’s Republic of China, and is authorized for sale anddistribution in the People’s Republic of China exclusively (except Taiwan, Hong Kong SAR and Macau SAR).前 言
前幾天，我在超市排隊等著結賬時偶然聽到下面的對話：
“秋季你就要去讀大學了，你打算學什么？”
“我想學GIS專業，做環境方面的研究，你知道那是做什么的嗎？”
“哇哦，我當然清楚那是做什么的了。”
我輕笑，因為在我十四年前寫這本書的第1版時，GIS經歷了從地理學書呆子都難以理解的技術轉變成為日常生活中心。當我1996年穿越美國搬往加利福尼亞時，那時還沒有Google Maps或Google Earth，GPS也只是早些年剛剛用于軍事方面，大多數GIS軟件也是初露頭角，而且又昂貴。真的是變化太大了，GIS已經變得影響如此之大。
每一年秋季，又一批莘莘學子步入課堂。早在1996我寫這本書時就考慮到許多高級GIS書籍忽略了滿足高等教育基地教學服務的初衷。很高興的是，這本書還能受到新一代才華橫溢，并希望用科學來改善惡化的世界環境的學者的追捧。我希望他們能愉快學習，為出人頭地而挑戰自我。我希望能一如既往地讓大家在沒有太多痛苦和困難的情況下涉足GIS。
第5版包含一個全新的地形分析章節。這部分內容對于諸如LiDAR新一代的傳感器和Aster GDEM和SRTM這樣的數據集非常重要，它們是進行全球尺度的地形分析的前提。此外，很少有GIS學生熟悉地形變換分析工具，而且GIS長期停留于二維現實空間的研究。為使學習更方便、輕松，我在原來版本每章末的學習指南上進行了完善。仔細閱讀第4版的評論后，我在每章介紹地理主題藝術品時引入了卡通圖片。稱其為我的2%的藝術，我堅信藝術是制圖學的一部分。至于引用，我想英國人也能適應美國人的生活方式，但又不失英國人的幽默，至少我能將二者結合起來。
第1章介紹GIS領域及一小部分歷史，還介紹了相關組織和其他信息源以及可以查找到的幫助。我稱其為自助學習，利用萬維網可以輕松獲取信息。第2章涵蓋基本的地圖學：大地測量學、地圖投影、比例尺及坐標系統。沒有這些資料，GIS在很大程度上還是一個謎，所以，我堅持把這部分內容置前。第3章介紹數據結構，對數據結構的理解是學生們查找GIS數據的關鍵。第4章涉及數據獲取與錄入，包含大量Internet服務器上的備用數據，以及怎樣將地圖輸入到GIS。第5章討論GIS的管理，介紹數據庫管理的原理，討論所涉及的問題。第6章介紹空間分析，根據空間分析推理和邏輯來遵循一兩個公開發表的數據集，而不是詳細的統計計算。第7章是新增內容，介紹了GIS基本涉及的具體問題、顯示選擇及分析的地理表面問題。第8章又回到地圖學問題上，討論一些制圖顯示的方法，以及高效制作更精美地圖的方式。第9章介紹GIS的功能，并調查了GIS使用的大量軟件及基于服務器的工具。第10章涵蓋4個案例研究，并審視每個案例中所得出的GIS在實際工作中所起作用的經驗教訓。第11章更像一篇論文，探討該領域的現狀和未來發展趨勢，及由此產生的問題。每一章末都有一個GIS人物專訪，這不僅充實了本章主題內容，而且與學生分享經驗，更有助于學生的學習。對于10個受訪者的好意，我一并表達我的謝意，并感謝比爾·諾林頓的音頻轉錄。
還要感謝許多與本書有關的人，他們的名字無法一一列出，我盡量在引用插圖致謝欄中列出，如果我在此遺漏了您的名字，您自己知道您為本書出了力，非常感謝。我在修訂時會參考讀者對本書的諸多評論，其中一個評論是本書更像是與學生的對話，而不是一本標準教材。正是這一理念，使第1版暢銷14年，并且我自豪地看到GIS取得了數不盡的成績。讓我們的對話繼續。
最后，我最要感謝與我相處30年的妻子瑪戈特和我們的小女兒萊拉。感謝她們對我的長期忍耐。最近，2歲的萊拉坐在玩具店里獨自玩著電腦，問她在干什么時，她靜靜地說，她在寫她的書。我知道這種感覺。是她們的愛與支持，才使我一如繼往地向前邁進。
著譯者簡介
Keith C. Clarke
著名地圖學與地理信息科學家，美國加利福尼亞大學圣芭芭拉校區地理系教授。現任美國國家地理信息與分析中心(NCGIA)主任，美國國家研究委員會制圖科學委員會主席。曾獲得美國地質測繪學會最高公民榮譽獎John Wesley Powell獎和大學地理信息科學協會(UCGIS)年度教育家獎。2006年，Clarke入選ACSM院士，NAS制圖科學委員會主席，并被推舉到國家地理研究與探索委員會。2007年，Clarke獲得了英國利華休姆信托基金研究獎和富布賴特-海斯獎學金。
Clarke擁有倫敦米都塞克斯大學地理學學位和經濟學學位，美國密歇根大學地理學碩士學位，1982年在密歇根大學獲得分析制圖博士學位。他教授過的課程有地理影像解譯、地圖制作、計算機制圖與分析、地理信息系統導論、地理信息系統的應用問題、制圖編程基礎、、高級制圖編程、地圖變換和制圖學研修課程。
葉江霞
西南林業大學教師，中國林科院博士生。主要從事遙感、地理信息系統的教學及科研工作，研究方向為3S技術在林學及生態學中的交叉應用。主持縱橫向科研課題６項；參與國家基金、國家科技支撐項目、國家林業局公益行業專項、省科技攻關、省院省校合作等縱向課題10余項，橫向課題多項。獲GIS應用授權專利技術４項、計算機軟件著作權８項，云南省科技進步二等獎及三等獎各1次、參編專著1部、發表中文核心學術論文多篇。
吳明山
西南林業大學教師，碩士。主要從事森林經理方面的教學及科研工作，側重于GIS地統計模型構建與空間估計研究。主持省級課題1項，參與國家級課題4項、橫向課題多項，參編專著3部，發表學術論文10余篇。歷年參與指導全國大學生數學建模競賽，榮獲國家級二等獎1項，云南賽區二等獎2項；獲得校級教學比賽二等獎1項，校級教學成果二等獎1項。
目 錄第1章 什么是地理信息系統 1
1.1 引言 1
1.2 地理信息系統的定義 4
1.2.1 地理信息系統是一個工具箱 5
1.2.2 GIS是信息系統 6
1.2.3 GIS是一種科學方法 10
1.2.4 GIS是一個價值數十億美元的產業 11
1.2.5 GIS在社會生活中扮演的角色 13
1.3 GIS發展簡史 14
1.4 GIS的信息源 21
1.4.1 互聯網和萬維網 21
1.4.2 書籍、期刊及雜志 23
1.4.3 專業組織 23
1.4.4 會議 24
1.4.5 教育機構和大學 25
1.5 學習指南 28
要點一覽 28
學習思考題 29
1.6 參考文獻 30
章節參考 30
最新著作 32
專業組織 35
1.7 重要術語及定義 35
1.8 GIS人物專訪 40
第2章 GIS起源于地圖學 45
2.1 地圖和屬性信息 45
2.2 地圖比例尺和地圖投影 47
2.2.1 地球的形狀 47
2.2.2 地圖比例 53
2.2.3 地圖投影 55
2.3 坐標系統 61
2.3.1 地理坐標 62
2.3.2 通用橫軸墨卡托坐標系統 64
2.3.3 軍用格網坐標系統 67
2.3.4 美國國家格網系統 69
2.3.5 國家平面坐標系統 72
2.3.6 其他系統 74
2.4 地理信息 75
2.5 學習指南 77
要點一覽 77
學習思考題 79
2.6 參考文獻 80
2.7 重要術語及定義 80
2.8 GIS人物專訪 86
第3章 地圖數字化 91
3.1 地圖數字化 91
3.2 柵格數據 94
3.3 屬性結構 99
3.4 地圖的結構化 101
3.4.1 矢量數據結構 102
3.4.2 柵格數據結構 105
3.5 為什么要關注拓撲 109
3.6 地理信息系統的數據格式 111
3.6.1 矢量數據格式 112
3.6.2 柵格數據格式 119
3.7 數據轉換 121
3.8 學習指南 125
要點一覽 125
學習思考題 126
3.9 參考文獻 128
3.10 重要術語及定義 128
3.11 GIS人物專訪 134
第4章 地圖計算機錄入 137
4.1 模擬地圖與數字地圖 138
4.2 查找已有的地圖數據 139
4.2.1 網上數據查找 140
4.2.2 美國地質調查局 141
4.2.3 美國國家海洋和大氣局(NOAA) 143
4.2.4 美國人口普查局 145
4.2.5 其他聯邦數據 147
4.2.6 創建新的數據 148
4.3 數字化和掃描 149
4.3.1 數字化 149
4.3.2 掃描 150
4.4 野外和影像數據 152
4.4.1 野外數據采集 152
4.4.2 屏幕數字化 153
4.4.3 GPS數據采集 155
4.4.4 影像和遙感數據 158
4.5 數據輸入 160
4.6 編輯和檢驗 163
4.7 學習指南 165
要點一覽 165
學習思考題 166
4.8 參考文獻 167
4.8.1 參考書 167
4.8.2 網址 167
4.9 重要術語及定義 168
4.10 GIS人物專訪 171
第5章 什么在哪兒 175
5.1 基礎數據庫管理 175
5.2 屬性搜索 183
5.3 地理搜索 185
5.4 查詢界面 190
5.5 學習指南 193
要點一覽 193
學習思考題 195
5.6 參考文獻 195
5.7 重要術語及定義 196
5.8 GIS人物專訪 199
第6章 為什么在那兒 203
6.1 描述性屬性 203
6.2 統計描述 206
6.2.1 統計圖 207
6.2.2 箱型圖 208
6.2.3 均值、方差和標準差 209
6.2.4 統計測試 213
6.3 空間描述 214
6.3.1 均值中心 215
6.3.2 標準距離 217
6.3.3 最近鄰域統計 218
6.3.4 地理特征和統計 219
6.4 空間分析 220
6.4.1 美國龍卷風導致的人員傷亡：一個分析案例 221
6.4.2 測試一種空間模型 225
6.4.3 殘差制圖 229
6.4.4 預測 231
6.4.5 地圖疊加實例 234
6.4.6 GIS和空間分析工具 239
6.5 學習指南 240
要點一覽 240
學習思考題 241
6.6 參考文獻 242
6.7 重要術語及定義 243
6.8 GIS人物專訪 246
第7章 表面分析 249
7.1 場和要素 249
7.2 地形數據結構 251
7.2.1 點或格網點 251
7.2.2 等高線 254
7.2.3 TIN 255
7.2.4 數字高程模型 257
7.2.5 體積模型和體素 261
7.3 地形表達 263
7.3.1 等高線制圖 263
7.3.2 山體陰影暈渲和暈染地形圖 264
7.3.3 透視圖 266
7.3.4 移動，飛過，飛越 266
7.3.5 三維地形制圖 267
7.4 地形分析 268
7.4.1 梯度和剖面 269
7.4.2 坡度和坡向 269
7.4.3 基本的地形統計 270
7.4.4 地形特征的提取 271
7.4.5 通視性和視域分析 273
7.5 學習指南 274
要點一覽 274
學習思考題 276
7.6 參考文獻 277
7.7 重要術語及定義 277
7.8 GIS人物專訪 281
第8章 GIS制圖 285
8.1 地圖的組成 285
8.2 地圖類型的選擇 287
8.3 地圖設計 299
8.3.1 地圖設計基礎 299
8.3.2 圖案和顏色 301
8.4 總結 304
8.5 學習指南 305
要點一覽 305
學習思考題 306
8.6 參考文獻 307
8.7 重要術語及定義 307
8.8 GIS人物專訪 312
第9章 如何選擇一個GIS 315
9.1 GIS軟件的演變 315
9.1.1 GIS的DNA 316
9.1.2 早期的GIS系統 317
9.2 GIS和操作系統 318
9.3 GIS功能 319
9.3.1 數據采集 320
9.3.2 數據存儲 325
9.3.3 數據管理 328
9.3.4 數據檢索 330
9.3.5 數據分析 334
9.3.6 數據顯示 335
9.4 GIS軟件與數據結構 335
9.5 選擇“最好的”GIS 336
9.5.1 開源GIS軟件 336
9.5.2 商業GIS軟件 338
9.5.3 選擇軟件：討論 340
9.6 學習指南 342
要點一覽 342
學習思考題 343
9.7 參考文獻 344
9.8 重要術語及定義 345
9.9 GIS人物專訪 349
第10章 GIS在行動 353
10.1 GIS案例研究 353
10.2 GIS在龍卷風災后響應及賠償中的應用 354
10.3 農業綜合企業發展與作物專用圖 360
10.4 計算機防火 364
10.5 音樂城市電力公司接入GIS 370
10.6 案例研究總結 374
10.7 學習指南 374
10.8 參考文獻 375
10.9 重要術語及定義 375
10.10 GIS人物專訪 378
第11章 GIS的未來 381
11.1 未來的沖擊 381
11.2 未來的數據 382
11.2.1 數據不再是問題 382
11.2.2 GIS和GPS數據 384
11.2.3 GIS和影像數據 386
11.2.4 GIS和遙感 388
11.2.5 GIS和基于位置的服務 390
11.3 未來的計算 392
11.3.1 地學計算 392
11.3.2 地理可視化 393
11.3.3 面向對象計算 394
11.3.4 以用戶為中心的計算 395
11.3.5 開源計算 396
11.3.6 GIS是一個虛擬組織 397
11.3.7 未來的GIS 398
11.4 將來的問題和困難 399
11.4.1 數據所有權 400
11.4.2 時空動態和GIS 401
11.4.3 GIS角色的改變 402
11.5 結束語 403
11.6 學習指南 404
要點一覽 404
學習思考題 405
11.7 參考文獻 406
11.8 重要術語及定義 407
11.9 GIS人物專訪 412
