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交通地理信息系統 版權信息
- ISBN：9787114068201
- 條形碼：9787114068201 ; 978-7-114-06820-1
- 裝幀：暫無
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
交通地理信息系統 節選
nbsp; 序
當今世界，科學技術突飛猛進，全球經濟一體化趨勢進一步加強，科技對于經濟增長的作
用日益顯著，教育在國家經濟與社會發展中所處的地位日益重要。進入新世紀，面對國際國內
經濟與社會發展所出現的新特點，我國的高等教育迎來了良好的發展機遇，同時也面臨著巨大
的挑戰，高等教育的發展處在一個前所未有的重要時期。其一，加入WID，中國經濟已融入到
世界經濟發展的進程之中，國家間的競爭更趨激烈，競爭的焦點已更多地體現在高素質人才的
競爭上，因此，高等教育所面J陸的是全球化條件下的綜合競爭。其二，我國正處在由計劃經濟
向社會主義市場經濟過渡的重要歷史時期，這一時期，我國經濟結構調整將進一步深化，對外
開放將進一步擴大，改革與實踐必將提出許多過去不曾遇到的新問題，高等教育面臨加速改革
以適應國民經濟進一步發展的需要。面對這樣的形勢與要求，黨中央國務院提出擴大高等教
育規模，著力提高高等教育的水平與質量。這是為中華民族自立于世界民族之林而采取的極
其重大的戰略步驟，同時，也是為國家未來的發展提供基礎性的保證。
為適應高等教育改革與發展的需要，早在1998年7月，教育部就對高等學校本科專業目
錄進行了第四次全面修訂。在新的專業目錄中，土木工程專業擴大了涵蓋面，原先的公路與城
市道路工程，橋梁工程，隧道與地下工程等專業均納入土木工程專業。本科專業目錄的調整是
為滿足培養“寬口徑”復合型人才的要求，對原有相關專業本科教學產生了積極的影響。這一
調整是著眼于培養21世紀社會主義現代化建設人才的需要而進行的，面對新的變化，要求我
們對人才的培養規格、培養模式、課程體系和內容都應作出適時調整，以適應要求。
根據形勢的變化與高等教育所提出的新的要求，同時，也考慮到近些年來公路交通大發展
所引發的需求，人民交通出版社通過對“八五”、“九五”期間的路橋及交通工程專業高校教材體
系的分析，提出了組織編寫一套21世紀的具有鮮明交通特色的高等學校教材的設想。這一設
想，得到了原路橋教學指導委員會幾乎所有成員學校的廣泛響應與支持。2000年6月，由人
民交通出版社發起組織全國面向交通辦學的12所高校的專家學者組成21世紀交通版高等學
校教材(公路類)編審委員會，并召開**次會議，會議決定著手組織編寫土木工程專業具有交
通特色的道路專業方向、橋梁專業方向以及交通工程專業教材。會議經過充分研討，確定了包
括基本知識技能培養層次、知識技能拓寬與提高層次以及教學輔助層次在內的約l30種教材，
范圍涵蓋本科與研究生用教材。會后，人民交通出版社開始了細致的教材編寫組織工作，經過
自由申報及專家推薦的方式，近20所高校的百余名教授承擔約130種教材的主編工作。2001
年6月，教材編委會召開第二次會議，全面審定了各門教材主編院校提交的教學大綱，之后，編
寫工作全面展開。
2】世紀交通版高等學校教材編寫工作是在本科專業目錄調整及交通大發展的背景下展
開的。教材編寫的基本思路是：(1)順應高等教育改革的形勢，專業基礎課教學內容實現與土
木工程專業打通，同時保留原專業的主干課程，既順應向土木工程專業過渡的需要，又保持服
務公路交通的特色，適應寬口徑復合型人才培養的需要。(2)注重學生基本素質、基本能力的
培養，為學生知識、能力、素質的綜合協調發展創造條件。基于這樣的考慮，將教材區分為二個
主層次與一個輔助層次，即基本知識技能培養層次與知識技能拓寬與提高層次，輔助層次為教
學參考用書。工作的著力點放在基本知識技能培養層次教材的編寫上。(3)目前，中國的經濟
發展存在地區間的不平衡，各高校之間的發展也不平衡，因此，教材的編寫要充分考慮各校人
才培養規格及教學需求多樣性的要求，盡可能為各校教學的開展提供一個多層次、系統而全面
的教材供給平臺。(4)教材的編寫在總結“八五”、“九五”工作經驗的基礎上，注意體現原創性
內容，把握好技術發展與教學需要的關系，努力體現教育面向現代化、面向世界、面向未來的要
求，著力提高學生的創新思維能力，使所編教材達到先進性與實用性兼備。(5)配合現代化教
學手段的發展，積極配套相應的教學輔件，便利教學。
教材建設是教學改革的重要環節之一，全面做好教材建設工作，是提高教學質量的重要保
證。本套教材是由人民交通出版社組織，由原全國高等學校路橋與交通工程教學指導委員會
成員學校相互協作編寫的一套具有交通出版社品牌的教材，教材力求反映交通科技發展的先
進水平，力求符合高等教育的基本規律。各門教材的主編均通過自由申報與專家推薦相結合
的方式確定，他們都是各校相關學科的骨干，在長期的教學與科研實踐中積累了豐富的經驗。
由他們擔綱主編，能夠充分體現教材的先進性與實用性。本套教材預計在二年內完全出齊，隨
后，將根據情況的變化而適時更新。相信這批教材的出版，對于土木工程框架下道路工程、橋
梁工程專業方向與交通工程專業教材的建設將起到有力的促進作用，同時，也使各校在教材選
用方面具有更大的空間。需要指出的是，該批教材中研究生教材占有較大比例，研究生教材多
具有較高的理論水平，因此，該套教材不僅對在校學生，同時對于在職學習人員及工程技術人
員也具有很好的參考價值。
2l世紀初葉，是我國社會經濟發展的重要時期，同時也是我國公路交通從緊張和制約狀
況實現全面改善的關鍵時期，公路基礎設施的建設仍是今后一項重要而艱巨的任務，希望通過
各相關院校及所有參編人員的共同努力，盡快使全套2l世紀交通版高等學校教材(公路類)盡
早面世，為我國交通事業的發展做出貢獻。
2l世紀交通版
高等學校教材(公路類)編審委員會
人民交通出版社
2001年12月
前 言
地理信息系統(GIS)起源于20世紀60年代，它作為一種采集、存儲、管理、查詢、檢索、分
析、描述、顯示與應用地理信息的空間信息系統，在短短40多年內取得了驚人的發展，并廣泛
地應用于資源調查、環境評估、區域發展規劃、公共設施管理、交通管理、經濟建設等軍用、民用
眾多領域。目前，地理信息系統已逐步發展成為一門集計算機科學、信息科學、現代地理學、現
代測繪學、環境科學、工程科學、空間科學和管理科學為一體的跨多學科、多領域的新興學科。
作為地理信息技術在交通領域的延伸，交通地理信息系統(GIS-T)是地理信息系統與多
種交通信息分析和處理技術的集成，是專門為研究和解決交通領域問題而形成的地理信息系
統，其應用涵蓋了交通領域十分寬廣的范圍，如交通基礎設施規劃與設計、交通規劃和實施、交
通分析和控制i交通安全分析、交通項目環境影響評估、交通建設項目管理、交通基礎設施管
理、交通運營管理，以及配置和管理復雜的物流管理系統、智能交通系統等。正由于交通地理
信息系統是在地理信息系統的基礎上發展起來的，因此交通地理信息系統不僅涵蓋了地理信
息系統所有的功能，具有與地理信息系統相同的基礎理論、技術體系、模型和方法，而且由于交
通行業本身的專業特點和應用上的需求所決定的研究對象和方法上的差異，以及交通信息與
地理信息的不同，交通地理信息系統還具有其鮮明的行業特色。
考慮到交通地理信息系統的上述特點，以及土木工程、交通工程等專業本科生及研究生大
多沒有接觸過地理信息系統課程和技術上的系統學習和培訓等因素，因此本書從地理信息系
統基本理論、原理、方法人手，在總結地理信息系統在交通領域的研究、開發與實際工程應用的
基礎上，結合國內外有關研究成果和交通地理信息系統的發展趨勢，系統地對交通地理信息系
統的基本原理、基本方法及其在交通領域的各種應用進行論述。為便于非“地理信息系統”專
業的師生的學習，本書在內容的安排上，對交通地理信息系統的理論模型和公式推導進行了系
統全面的論述，但是沒有作為重點花太多篇幅來描述，而是側重從交通行業應用的角度，系統
介紹交通地理信息系統的基本原理，基本方法，系統的分析、設計與實現，以及GIS-T在交通領
域各方面的實際應用。本書在編寫中力求全面、系統，并盡可能地注重理論與實際相結合，以
增強其實用性、可讀性和可操作性。希望通過對本教材的學習，使學生能對交通地理信息系統
有一個系統、全面的了解和認識，并能夠利用GIS-T技術解決交通領域的具體問題。
全書共分十章：**章，緒論，重點介紹地理信息系統及交通地理信息系統的基本概念、組
成及功能，發展歷史及研究與應用現狀；第二章介紹了有關地理空間及空間數據的基本知識，
空間數據來源，空間數據質量及評價，以及空間數據標準化等問題；第三章，介紹了GIS數據
庫，各種空間數據模型與結構，以及空間數據的組織與管理；第四章，空間數據處理與維護，闡
述了坐標體系的轉換與坐標校核，數據的壓縮與編碼，數據庫的更新與維護，以及3s(GPS、Rs
與GIS)數據一體化等內容；第五章，介紹了空間信息分析的基本方法，數字地面模型，以及空
間信息的可視化與空間查詢等內容；第六章，介紹基于網絡的地理信息系統的基本概念和網絡
地理信息系統的設計；第七章，詳細論述了交通信息特點、線性參照系統、大地坐標與公路里程
的相互轉換、動態分段技術，及交通地理信息系統數據模型等交通地理信息系統實現的關鍵技
術；第八章，討論了交通地理信息系統的開發模式、開發策略、開發步驟等系統開發方面的問
題，并結合交通地理信息系統開發實例，介紹了交通地理信息系統的開發方法和具體實現全過
程；第九章，介紹了交通地理信息系統在交通行業的各種應用情況；第十章，對國內外有代表性
的成熟GIs系統軟件進行了介紹，并對地理信息系統的發展趨勢進行了展望。
本書**章、第九章由符鋅砂編寫，第二章、第十章由郭云開編寫，第三章、第五章由黃桂
蘭編寫，第四章、第六章由賀志勇編寫，第七章、第八章由桂嵐編寫。研究生姚岢、楊華劍等同
學在資料收集、整理和書稿校對等方面做了很多工作。全書由符鋅砂進行統一整理和統稿。
本教材編寫過程中，參考了許多國內外相關文獻和著作，吸收了許多專家學者的研究成果，在
此對他們表示感謝。
本書可作為高等學校土木工程專業(道路方向)、道路橋梁與渡河工程專業及交通工程等
專業本科生和研究生的教材或教學參考書，也可供交通行業有關的技術人員、工程設計人員和
研究開發人員學習和參考。希望該書的出版，對交通地理信息系統在交通領域的研究和應用
起到很好的促進作用。
交通地理信息系統技術發展迅速，內容豐富，涉及多個學科和領域的交叉與融合，涉及的
研究范圍很廣。由于編者水平所限，本書如有不妥之處，熱忱希望讀者給予指正。
符鋅砂
2006年8月
第五章 空間信息的查詢與分析
空間分析是對分析空間數據有關技術的統稱。根據作用的數據性質不同，可以分為：
(1)基于空間圖形數據的分析運算；
(2)基于非空間屬性的數據運算；
(3)空間和非空間數據的聯合運算。
空間分析賴以進行的基礎是地理空間數據庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數
理統計分析，代數運算等數學手段，*終的目的是解決人們所涉及地理空間的實際問題，提取
和傳輸地理空間信息，以輔助決策。
**節 空間關系的基本概念
在地理信息系統中集中存儲了以下的內容：
-空間分布位置信息
·屬性信息
·拓撲空間關系信息。
由此可見，空間位置、關系與度量的描述在GIS中起著舉足輕重的作用。
地理要素之間的空間區位關系可抽象為點、線(或弧)、多邊形(區域)之間的空間幾何關
系，
(2)分離。
(3)一點為其他諸點的幾何中心。
(4)一點為其他諸點的地理重心。
2．點一線關系
(1)點在線上：可以計算點的性質，如拐點等。
(2)線的端點：起點和終點。
(3)線的交點。
(4)點與線分離：可計算點到線的距離。
3．點一面關系
(1)點在區域內，可以記數和統計。
(2)點為區域的幾何中心。
(3)點為區域的地理重心。
(4)點在區域的邊界上。
(5)點在區域外部。
4．線一線關系
(1)重合。
(2)相接：首尾環接或順序相接。
(3)相交。
(4)相切。
(5)并行。
5．線一面關系
(l)區域包含線：可計算區域內線的密度。
(2)線穿過區域。
(3)線環繞區域：對于區域邊界，可以搜索其左右區域名稱。
(4)線與區域分離。
6．面一面關系
(1)包含：如島的情形。
(2)重合。
(3)相交：可以劃分子區，并計算邏輯與、或、非和異或。
(4)相鄰：計算相鄰邊界的性質和長度。
(5)分離：計算距離、引力等。
近年來，空間關系的理論與應用研究在國內外都非常多。它為地理信息系統數據庫的有
效建立、空間查詢、空間分析、輔助決策等提供了*基本的關系。
空間關系包含三種基本類型，即拓撲關系、方向關系、度量關系。
拓撲一詞來自于希臘文，意思是“形狀的研究”。拓撲學是幾何學的一個分支，它研究在
拓撲變換下能夠保持不變的幾何屬性——拓撲屬性。為了得到一些拓撲的感性認識，假設歐
氏平面是一張高質量無邊界的橡皮，該橡皮能夠伸長和縮短到任何理想的程度。想象一下基
于這張橡皮所繪制的圖形，允許這張紙伸長但是不能撕破或者重疊，這樣原來圖形的一些屬性
將保留，而有些屬性將會失去。例如，在橡皮表面有一個多邊形，多邊形內部有一個點。無論
對橡皮進行壓縮或拉伸，點依然存在于多邊形內部，點和多邊形之間的空間位置關系不改變，
而多邊形的面積則會發生變化。前者則是空間的拓撲屬性，后者則不是拓撲屬性。表5-1列
出了包含在歐氏平面中的對象的拓撲和非拓撲屬性。
歐氏平面上實體對象所具有的拓撲和非拓撲屬性
┏━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ ┃ 一個點在一個弧段的端點 ┃
┃ ┃ 一個弧段是一個簡單弧段(弧段自身不相交) ┃
┃ ┃ 一個點在一個區域的邊界上 ┃
┃ ┃ 一個點在一個區域的內部 ┃
┃ 拓撲屬性 ┃ ┃
┃ ┃ 一個點在一個區域的外部 ┃
┃ ┃ 一個點在一個環的內部 ┃
┃ ┃ 一個面是一個簡單面(面上沒有“島”) ┃
┃ ┃ 一個面的連續性(給定面上任意兩點，從一點可以完全在面的內部沿任意路徑走向另一點) ┃
┣━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ ┃ 兩點之間的距離 ┃
┃ ┃ 一個點指向另一個點的方向 ┃
┃ 非拓撲屬性 ┃ 弧段的長度 ； ┃
┃ ┃ 一個區域的周長 ┃
┃ ┃ 一個區域的面積 ┃
┗━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
從表中可以看出，拓撲屬性描述了兩個對象之間的關系，因此又稱為拓撲關系(Topologi-
cai Relation)。
方向關系又稱為方位關系、延伸關系，它定義了地物對象之間的方位，如“江西省在廣東
省北部”就描述了方向關系。
基本空間對象度量關系包含點／點、點／線、點／面、線／線、線／面、面／面之間的距離。在基
本目標之間關系的基礎上，可構造出點群、線群、面群之間的度量關系。例如，在已知點／線拓
撲關系與點／點度量關系的基礎上，可求出點／點間的*短路徑、*優路徑、服務范圍等；已知
點、線、面度量關系，進行距離量算、鄰近分析、聚類分析、緩沖區分析等。
第二節 空間信息分析的基本方法
一、空間信息量化
地理事物或現象是現實世界的客觀存在，而計算機所處理的對象*好是數字。也就是說，
地理信息系統所描述和處理的數據集是現實世界信息的模型。由于現實世界中地理要素或現
象的空間分布是連續的任意形態，只有在空間離散化的基礎上，化無限為有限才能對其進行描
述；而其地理屬性，既可能是定量的也可能是定性的，需對其進行編碼描述。因此，地理信息系
統表達現實世界的信息傳輸過程實質是一個數量化的過程。
空間離散化有兩類形式：柵格化和矢量化。如某地理區域內有森林、河流、房屋等地理要
素，可分別用柵格化和矢量化的形式來離散地理空間和描述空間實體，相應得到兩種不同結構
類型的空間數據，即柵格數據與矢量數據。
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