前言 最近几年来,地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展的阶段 GIS被应用于多个领域的建模和决策支持,如城市管理、区划、环境整治等等,地理信息成 为信息时代重要的组成部分之一;“数字地球”概念的提出,更进一步推动了作为其技术支 撑的GIS的发展。与此同时,一些学者致力于相关的理论研究,如空间感知、空间数据误 差、空间关系的形式化等等。这恰好说明了地理信息系统作为应用技术和学科的两个方面 并且这两个方面构成了相互促进的发展过程 从应用的角度看,近几年GS的发展主要体现在以下几个方面: 应用领域的扩大,如一些商业部门开始利用GIS进行客户研究:此外同遥感、GPS 的结合,为GIS开拓了更加广泛的应用空间,如汽车导航,环境监测等。 2:大量成熟的商业GIS平台出现,或已有的软件不断推出新的产品 3:空间数据的建设越来越受到重视,基于空间数据基础设施的建设,开始了空间数据 共享和互操作的研究。 在这样的背景下,全国许多高校的地理系都开始了GS专业人才的培养,以满足GIS 发展的需求。北京大学城市与环境学系于1999年开始招收GIS专业本科生,这样,编写- 本全面的、能够反映GIS最新进展的教材就成为当务之急。所以,作者编写这本书 在编写的过程中,考虑到GS专业学生今后从事的工作可能包括以下几类 1:GS理论的研究工作 2:GIS软件的开发 3:GIS项目组织管理 4:应用GIS的其它领域。 因此,在设计本书的结构时兼顾了这些方面,依次介绍了GIS的基本理论、功能实现、 应用技术。本书共二十一章,分为五部分: l:第一章,介绍了GS的相关概念,信息、数据、信息系统,以及GIS的发展历史和 展望 五章,介绍了GIS的空间数据模型、参照系统和GIS中的数据,这几章组 成了GIS的理论基础 3:第六——十一章,按照从空间数据录入、管理、分析、表现的过程讲述了GIS的基 本功能; 4:第十二—十九章,介绍了GIS应用技术的各个方面 5:附录(两章),分别介绍了GIS的计算机基础和国内外的GIS工具软件,供阅读本 书时参考。 在编写中,每章前面的导读概括了本章的内容,说明了与其它章节的关系;正文中采用 灰底文字讲述了相关的知识,供阅读时参考。 本书作为教材而编写,但同时希望它能够对GIS开发人员、管理人员有所帮助。 本书由邬伦、刘瑜确定整体结构,主要编写人员有刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原 等。各章主笔分工为:第———五章,第七章,第十一章:张晶;第八、九、十章:马修军 第六章和附录一:韦中亚;第十二章——第十九章,附录二:刘瑜。最终本书由刘瑜、邬伦 统稿,邬伦定稿。 本书的完成,是北京大学城市与环境学系GIS教研室的多年工作的结晶,教研室人员 的工作,包括 Citystar软件的开发以及相关的科研工作,都为本书提供了极好的“原料”。 教硏室中,下列人员参加了书稿的讨论以及部分文字整理工作:叶燕林,张金海,刘岳峰
前言 最近几年来，地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展的阶段。 GIS 被应用于多个领域的建模和决策支持，如城市管理、区划、环境整治等等，地理信息成 为信息时代重要的组成部分之一；“数字地球”概念的提出，更进一步推动了作为其技术支 撑的 GIS 的发展。与此同时，一些学者致力于相关的理论研究，如空间感知、空间数据误 差、空间关系的形式化等等。这恰好说明了地理信息系统作为应用技术和学科的两个方面， 并且这两个方面构成了相互促进的发展过程。 从应用的角度看，近几年 GIS 的发展主要体现在以下几个方面： 1：应用领域的扩大，如一些商业部门开始利用 GIS 进行客户研究；此外同遥感、GPS 的结合，为 GIS 开拓了更加广泛的应用空间，如汽车导航，环境监测等。 2：大量成熟的商业 GIS 平台出现，或已有的软件不断推出新的产品。 3：空间数据的建设越来越受到重视，基于空间数据基础设施的建设，开始了空间数据 共享和互操作的研究。 在这样的背景下，全国许多高校的地理系都开始了 GIS 专业人才的培养，以满足 GIS 发展的需求。北京大学城市与环境学系于 1999 年开始招收 GIS 专业本科生，这样，编写一 本全面的、能够反映 GIS 最新进展的教材就成为当务之急。所以，作者编写这本书。 在编写的过程中，考虑到 GIS 专业学生今后从事的工作可能包括以下几类： 1：GIS 理论的研究工作； 2：GIS 软件的开发； 3：GIS 项目组织管理； 4：应用 GIS 的其它领域。 因此，在设计本书的结构时兼顾了这些方面，依次介绍了 GIS 的基本理论、功能实现、 应用技术。本书共二十一章，分为五部分： 1：第一章，介绍了 GIS 的相关概念，信息、数据、信息系统，以及 GIS 的发展历史和 展望； 2：第二——五章，介绍了 GIS 的空间数据模型、参照系统和 GIS 中的数据，这几章组 成了 GIS 的理论基础； 3：第六——十一章，按照从空间数据录入、管理、分析、表现的过程讲述了 GIS 的基 本功能； 4：第十二——十九章，介绍了 GIS 应用技术的各个方面。 5：附录（两章），分别介绍了 GIS 的计算机基础和国内外的 GIS 工具软件，供阅读本 书时参考。 在编写中，每章前面的导读概括了本章的内容，说明了与其它章节的关系；正文中采用 灰底文字讲述了相关的知识，供阅读时参考。 本书作为教材而编写，但同时希望它能够对 GIS 开发人员、管理人员有所帮助。 本书由邬伦、刘瑜确定整体结构，主要编写人员有刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原 等。各章主笔分工为：第一——五章，第七章，第十一章：张晶；第八、九、十章：马修军； 第六章和附录一：韦中亚；第十二章——第十九章，附录二：刘瑜。最终本书由刘瑜、邬伦 统稿，邬伦定稿。 本书的完成，是北京大学城市与环境学系 GIS 教研室的多年工作的结晶，教研室人员 的工作，包括 Citystar 软件的开发以及相关的科研工作，都为本书提供了极好的“原料”。 教研室中，下列人员参加了书稿的讨论以及部分文字整理工作：叶燕林，张金海，刘岳峰
林报嘉,唐大仕,高勇,张毅,王永乾,周贵云,苏元峰,刘玉玲,赵建伟,刘述,赵伟。 本书的完成,得到了许多老师和同行的关怀和支持。德高望重的陈述彭院士于百忙之中 为本书作序;何建邦教授、承继成教授、谢昆青博士、任伏虎博士、张世琨博士为本书提出 了许多有益的建议和修改意见;山西大学马义娟,江西省气象局曹华盖、文海龙也参加了部 分工作,在此表示衷心的感谢。 地理信息系统一门实用性很强的学科,必须更多地动手实践,才能更好地理解其中的一 些概念,因此与本书配套,作者还将继续编写地理信息系统实习教材,并开发相应的实习软 件。 由于作者水平和时间所限,书中错误在所难免,希望读者不吝指正
林报嘉，唐大仕，高勇，张毅，王永乾，周贵云，苏元峰，刘玉玲，赵建伟，刘述，赵伟。 本书的完成，得到了许多老师和同行的关怀和支持。德高望重的陈述彭院士于百忙之中 为本书作序；何建邦教授、承继成教授、谢昆青博士、任伏虎博士、张世琨博士为本书提出 了许多有益的建议和修改意见；山西大学马义娟，江西省气象局曹华盖、文海龙也参加了部 分工作，在此表示衷心的感谢。 地理信息系统一门实用性很强的学科，必须更多地动手实践，才能更好地理解其中的一 些概念，因此与本书配套，作者还将继续编写地理信息系统实习教材，并开发相应的实习软 件。 由于作者水平和时间所限，书中错误在所难免，希望读者不吝指正。 作者 2000/9/1
序 国务院学位委员会决定:新生的地理信息系统与古老的地图学并列为理科专业。在科学 出版社新版的《北京大学地理教学丛书》中,邬伦教授等主编的《地理信息系统——一原理 方法和应用》又列为其中系列教材之一,同时也作为大学本科、研究生及自学考研的参考书。 它的出版,标志着地理信息系统作为大学理科专业已经到了科技界、教育界的认同——一它既 是应用领域广泛的工程技术;又是跨越信息科学、地球科学和空间科学的应用基础科学。这 是科教兴国战略与教育深化改革的又一崭新的亮点。我感到非常欣慰,并表示热烈的祝贺! 随着全球化、网络化和知识经济蓬勃发展的新世纪的到来,我国地理信息系统正迅猛地 由实验室走向产业化和社会化。由设备引进、技术克隆迈上自主开发、数据挖掘与知识创新 的新台阶。随着加入世界贸易组织(wIO),在互联网服务领域(ISP)、信息服务领域(ICP)、 以在用服务领域(ASP),都需要大量地理信息系统(GIS)人才,特别是管理科学结合的管 理地理信息系统(MGIS)人才。 我国地理信息系统起步稍晚。20世纪末,互联网的普及还远远低于世界平均水平。计 算机软、硬件人员在信息产业中所占比例低于15%。虽然已有74%的重点企业建立了网站 主页,但大部分还没有建立防火墙设施,安全审计、监测和自动恢复系统。在国家重点企业 中,采用的服务器惠普、IBM各占35%以上,UPS山特独占69%,路由器 CISCO占70%以 上,交换机3COM占42%,操作系统 WINDOW占51%,办公软件 OFFICE占83.3%(据 国家经贸委经济信息中心调査)。在迎接全球化、网络化新机遇的同时,我国信息化所面临 的挑战也是十分严峻的,任重而道远,关键在于素质教育与科技人才的培养。我国联想生产 的PC机占有国内市场的55%,北京大学的方正系统、 Citystar系统和其他院校开发的软件 已享有盛誉,其中地理信息系统中自主开发的软件已占有国内市场25%左右,是非常良好 的开端,但在发达国家中,信息产业对国民经济增长贡献率和就业动力所占社会劳动力都已 超过50%,我们的成就还只能算是万里长征的第一步。 近年出版了一系列地理信息系统教材,其中有些侧重于科学原理阐明,有些侧重于专业 部门的应用。邬伦博士以其深厚的地学造诣与计算机软件开发的丰富实践,融汇贯通化为一 体,又着眼于公共课程的广大性与大学本科的基础性,旁征博引,求实创新,图文并茂,深 入浅出,推出这部迎接新世纪空间时代和信息社会的好教材,是非常难能可贵的。我是非常 乐意向读者们郑重推荐的 陈述彭 2000年10月12日
序 国务院学位委员会决定：新生的地理信息系统与古老的地图学并列为理科专业。在科学 出版社新版的《北京大学地理教学丛书》中，邬伦教授等主编的《地理信息系统——原理、 方法和应用》又列为其中系列教材之一，同时也作为大学本科、研究生及自学考研的参考书。 它的出版，标志着地理信息系统作为大学理科专业已经到了科技界、教育界的认同——它既 是应用领域广泛的工程技术；又是跨越信息科学、地球科学和空间科学的应用基础科学。这 是科教兴国战略与教育深化改革的又一崭新的亮点。我感到非常欣慰，并表示热烈的祝贺！ 随着全球化、网络化和知识经济蓬勃发展的新世纪的到来，我国地理信息系统正迅猛地 由实验室走向产业化和社会化。由设备引进、技术克隆迈上自主开发、数据挖掘与知识创新 的新台阶。随着加入世界贸易组织（WTO），在互联网服务领域（ISP）、信息服务领域（ICP）、 以在用服务领域（ASP），都需要大量地理信息系统（GIS）人才，特别是管理科学结合的管 理地理信息系统（MGIS）人才。 我国地理信息系统起步稍晚。20 世纪末，互联网的普及还远远低于世界平均水平。计 算机软、硬件人员在信息产业中所占比例低于 15%。虽然已有 74%的重点企业建立了网站 主页，但大部分还没有建立防火墙设施，安全审计、监测和自动恢复系统。在国家重点企业 中，采用的服务器惠普、IBM 各占 35%以上，UPS 山特独占 69%，路由器 CISCO 占 70%以 上，交换机 3COM 占 42%，操作系统 WINDOW 占 51%，办公软件 OFFICE 占 83.3%（据 国家经贸委经济信息中心调查）。在迎接全球化、网络化新机遇的同时，我国信息化所面临 的挑战也是十分严峻的，任重而道远，关键在于素质教育与科技人才的培养。我国联想生产 的 PC 机占有国内市场的 55%，北京大学的方正系统、Citystar 系统和其他院校开发的软件 已享有盛誉，其中地理信息系统中自主开发的软件已占有国内市场 25%左右，是非常良好 的开端，但在发达国家中，信息产业对国民经济增长贡献率和就业动力所占社会劳动力都已 超过 50%，我们的成就还只能算是万里长征的第一步。 近年出版了一系列地理信息系统教材，其中有些侧重于科学原理阐明，有些侧重于专业 部门的应用。邬伦博士以其深厚的地学造诣与计算机软件开发的丰富实践，融汇贯通化为一 体，又着眼于公共课程的广大性与大学本科的基础性，旁征博引，求实创新，图文并茂，深 入浅出，推出这部迎接新世纪空间时代和信息社会的好教材，是非常难能可贵的。我是非常 乐意向读者们郑重推荐的。 陈述彭 2000 年 10 月 12 日
《地理信息系统原理、方法和应用》书稿评审意见 关于地理信息系统的书籍、至少已经出版了数十本之多,但是由北京大学邬伦教授最近 编写的《地理信息系统原理、方法和应用》书稿具有与众不同的特点,读完之后,使人有新 鲜的感觉,该书的主要优点是:不仅正确而又精练地介绍了地理信息系统的基本内容,而且 又把本学科的最新概念,最新成果和动态趋势作了全面、系统的介绍,如从现实世界到比特 世界〔第二章),35集成技术(第十二章),网络地理信息系统(第十三章),地理信息系统 应用项目组织和管理(第十五章),地理信息系统软件工程技术(第十六章),地理信息系统 标准(第十七章),地理信息系统和社会(第十八章),地球信息科学与数字地球(第十七章), 地理信息系统和社会(第十八章),地球信息科学与数字地球(第十九章)和GIS的计算基 础(第二十章)等,不仅是必要的,而且也是合适的。 本书的另一个特点是它的结构合理,逻辑性强,文笔通顺,图文并茂,深入浅出,可读 性好。 该书不仅适合作大专院校的教材以及补充读物,也适合给工程技术人员,科研工作者和 其他专业人员作为参考书用,是一本很好的介绍地理信息系统的著作。 建议及早将它出版,与广大读者见面,估计定能受到欢迎好评 北京大学遥感与GIS研究所教授、博导 国际欧亚科学院院士 承继成 2000年9月24日
《地理信息系统原理、方法和应用》书稿评审意见 关于地理信息系统的书籍、至少已经出版了数十本之多，但是由北京大学邬伦教授最近 编写的《地理信息系统原理、方法和应用》书稿具有与众不同的特点，读完之后，使人有新 鲜的感觉，该书的主要优点是：不仅正确而又精练地介绍了地理信息系统的基本内容，而且 又把本学科的最新概念，最新成果和动态趋势作了全面、系统的介绍，如从现实世界到比特 世界（第二章），35 集成技术（第十二章），网络地理信息系统（第十三章），地理信息系统 应用项目组织和管理（第十五章），地理信息系统软件工程技术（第十六章），地理信息系统 标准（第十七章），地理信息系统和社会（第十八章），地球信息科学与数字地球（第十七章）， 地理信息系统和社会（第十八章），地球信息科学与数字地球（第十九章）和 GIS 的计算基 础（第二十章）等，不仅是必要的，而且也是合适的。 本书的另一个特点是它的结构合理，逻辑性强，文笔通顺，图文并茂，深入浅出，可读 性好。 该书不仅适合作大专院校的教材以及补充读物，也适合给工程技术人员，科研工作者和 其他专业人员作为参考书用，是一本很好的介绍地理信息系统的著作。 建议及早将它出版，与广大读者见面，估计定能受到欢迎好评。 北京大学遥感与 GIS 研究所教授、博导 国际欧亚科学院院士 承继成 2000 年 9 月 24 日
概论 1.GIS的定义,GIS是什么或者不是什么 2.数据、信息、信息系统 3.GIS的发展历史 4.GIS功能概述(A0 verview) 5.GIS和其他学科的关系 概述 AM/FM 6.GIS发展展望 空间信息和空间数据 1.现实世界到比特世界 2.空间数据模型 要素模型 场模型 网络结构 维 3.空间参照系 空间参照系 ●地图投影 4.GIS中的数据 ●数据类型 数据涵义 数据质量 元数据 GIS的功能
概论 1. GIS的定义，GIS是什么或者不是什么 2. 数据、信息、信息系统 3. GIS的发展历史 4. GIS功能概述(A Overview) 5. GIS和其他学科的关系 概述 AM/FM LIS 6. GIS发展展望 空间信息和空间数据 1. 现实世界到比特世界 2. 空间数据模型 要素模型 场模型 网络结构 时间 三维 3. 空间参照系 空间参照系 地图投影 4. GIS中的数据 数据类型 数据涵义 数据质量 元数据 GIS的功能