本书由GIS领域的四位资源学者编写,广受学生和GIS从业人员的喜爱,是GIS方面重要的教材和参考书。它的独到之处在于，以一种浅显易懂的方法将GIS的多样性和丰富性联系在一起，将GIS相关基础理论问题讲得十分透彻。第2版再加强调将GIS作为通往科学和问题解决之路的观点，提出了指导GIS应用的科学原理，并描述了对GIS的发展，设计和成功产生影响的人类活动。第2版涵盖了GIS新的重要研究领域。
　　●基于位置的服务。
　　●分布式计算。
　　●虚拟和增强现实。
　　●国土安全。
　　●GIS业务和地理人口统计。
　　●地理入口的出现。
　　●地理信息面临的巨大挑战。
　　本书为教师和学生提供在线资源http://www.wiley.com/go/longley。
　　本书可以作为地理、环境、商务（或公关）管理、计算机科学、城市研究、规划、信息科学、土木工程、考古等众多专业本科生或研究生的教材或参考书。GIS专业技术人员也可以从本书大量的实用的资源中获益。

无

地理信息系统（GIS）是在地理尺度范围内，对模式和过程进行描述、解释和预测。GIS是一门科学技术，也是一门解决问题的学科与方法。目前世界上大约有50种关于GIS的书。我们认为本书已经成为销售最快、最有用的GIS书之一，因为我们将GIS作为一种通向科学和解决问题的方法（从这个意义上讲，GIS称为地理信息系统和“科学”），并且将用于处理地理信息的软件与指导应用的科学原理相结合（从这个意义上讲，GIS称为地理信息：“系统”和“科学”）。一直以来，GIS都非常重要，原因是：其数据往往是中心坐标，采用处理空间数据的专业技术和空间分析方法，由地理信息（GI）处理引发很多特殊的管理问题。本书分别论述了由于地理信息的特点所导致的独特而复杂的问题，将各部分结合在一起，就形成了对GIS的整体理解。
　　GIS技术及本书写作方法
　　目前，GIS已经形成一门专业技术，并且GIS的基本操作已经成为对真实世界进行测量、制图和分析的基础。地理信息科学为我们提供了基于GIS进行分析的一种能力。尽管相关技术（尤其是因特网及其衍生技术）的发展相当迅速，但GIS的基本操作为分析提供了准确可靠的基础。好的技术、好的系统和好的科学可以实现更好的管理，同时也使得探索地理信息成为可能。
　　从根本上说，GIS是一种应用技术，而科学是其成功应用的基础。如果只是将GIS简单地看作是一种具有魔力的黑盒子，那么就不可能有效地利用GIS。在那些受到控制的、类似实验室的环境中，几乎不会应用GIS。我们凌乱、复杂且充满偶然的现实世界是GIS的实验室，而且应用于现实世界的科学是非常困难的，因为这些科学比较难于控制和假设。在GIS中，正确地理解我们对现实世界表达的不严密性和不确定性，以及各种操作结果中存在的不严密性和不确定性，是至关重要的。同样，地理信息科学也是建立在对人和自然环境相互作用的理解和预测的基础之上。一门学科需要具备合理性并且表达明确，因此我们分析和描绘地理的方式也是非常重要的。
　　数字化地理信息是GIS实用性的核心。如果我们需要的地理信息不存在，那么就需要付出很大的代价去采集、编辑和更新这些信息，而如果我们手头已经具有需要的地理信息，则可以节省大量的时间和金钱。地理信息支撑着地理信息产业的迅速增长。地理信息不仅为地方性商业贸易提供了可能，也为进入新市场和发展与其他组织之间的关系提供了可能。但是，如果将地理信息仅仅看作是一种像烤豌豆或剃须刀一样的日用品，则是非常愚蠢的。地理信息的价值体现在它所表现的区域范围、多样化的表现能力、定义的真实性以及可用性。
　　我们生活在社会中，因此通过GIS建立和发展的地理信息与每个人都息息相关，包括市民、企业家和员工。关于GIS只是信息、通信和技术（Information，Communications, and Technology，ICT）产业的一部分的争论越来越激烈。其实这是一种片面的理解，尤其是ICT产业越来越把自己视为促进世界发展的惟一源泉。事实上，更理智的方法是，从供需平衡的角度出发，GIS和地理信息能够并且确实支撑着许多组织机构的运转，但在不同的文化之间存在着不同的、具体的GIS工作方式，并且常常部分依赖于这个组织是私人部门还是公共部门。从这个角度出发，GIS管理是这些组织取得成功的关键。使用我们的工具、信息、知识、技能以及接受我们委托的组织的有效管理，是确保GIS在地区和全球取得成功的根本保证。因此，在本书中，我们专门用几章来重点介绍有关管理的内容，这些内容远远超出如何选择、安装和运行GIS。这些内容只是企业的一部分。我们试图表现如何利用GIS和地理信息使你的企业取得商业成功，并且让你认识到就应该那样做。为了取得成功，你需要知道企业的驱动力是什么，以及这些驱动力是如何在商业环境中运行的。你还需要了解资产、风险和行为约束，以及如何避免风险和行为约束及积累资产，同时，你还必须面对组织内部的独立和决策中的权衡，而GIS可以在决策中起到重要的作用。
　　学习本书的方法
　　最初，我们将本书定位为“学生的伙伴”。我们曾经出版过关于GIS的“大书”的第2版（Longley et al，1999），这与那本书很不同。这本关于GIS的参考书讲述了上个世纪的许多GIS概念，其中许多相关章节仍然可以作为GIS的高级读物参考（Longley et al，2005）。这些书延续了第一本GIS“大书”（Maguire et al，1991）的风格，是为那些已经对GIS非常熟悉，并且热衷于GIS原理、技术和管理实践的读者而编写的。因此本书并不是一本入门书籍。
　　本书可供热衷于深入了解GIS是如何在现实世界中应用的人参考。现在，GIS既是一项不断成熟的技术，又是一个具有战略意义的交叉学科。GIS可以成为世界各国大学开设的课程，这一课程面向那些已经具有不同技能、寻找世界上不同规律的观点、解决实际问题中不同的优先权，以及对科学充满好奇心的学生。尽管本书并没有采用常规的按顺序的写作方式，但仍然可以作为一本教科书使用。我们不想建立任何核心原理、技术、分析方法和管理实践（这些我们认为是很重要的）之外的固定的GIS课程。我们以一种累积的方法来组织书中每章的材料，并认为一般的学生不会从第1章开始系统地学习到第21章（大部分的学习都不会是这种模式），而大多数的教师也可以根据书中的章节来设计课程，这有助于针对具体课程目标。本书的三位作者为自己的本科和研究生开设课程提供了相关内容，并已经放在专门为本书建立的网页上了（www.wiley.com/go/longley）,并且我们希望其他教师也能够与我们分享好的实践经验（请浏览为教师准备的网页，上面有怎样上传教师名单和提供反馈的方法）。我们为本书专门撰写的指导手册（参见www.wiley.com/go/longley）提供了如何在不同的学科和教育背景中使用本书的建议。本书和其参考材料的链接（特别是Longley et al（2005）和Maguire et al（1991）在www.wiley. com/go/longley上）是特意为GIS专业的研究生和专业人员提供的。这些专业的读者可能会热衷于通过纵览最新的GIS知识，定位自己特定的研究方向，或者（特别是如果他们早先的经验是位于主流的地理科学之外）希望能够快速掌握管理现实世界应用的一系列原理、技术和实际问题。
　　本书所采用的形式是希望能给学习GIS的人带来乐趣。GIS 是一项重要的可转化的技能，因为人们已经成功地将其运用于解决现实世界中的各种问题。因而，我们通过在本书的框图中列举实际的应用，来表达这种成功。然而，这也不能表达出GIS这门学科令人兴奋的方面，因为GIS令人兴奋之处是它的应用。因此，我们设计了一系列的网络实验课程，来配合本书的使用。在任何具有ESRI网络许可的机构中工作的个人，都可以免费获得这种网络课程（参见www.esri.com）。本书各章的内容是交叉的，这样既可以使读者反复地强化书中提到的概念和技术，又可以通过使用ESRI公司出品的ArcGIS接触更多的实例。但ESRI公司出品的ArcGIS并不是学习GIS的惟一软件，我们选择这个软件作为我们网络课程的专用软件是由于以下原因：首先，这款软件具有广泛的应用，其次，作者中的一位成员来自于ESRI公司（Redlands, CA., USA），另外，与ESRI的合作使我们能够使实验课程更适合于我们的教材。当然，我们还可以从其他教育机构获得这种远程教育，例如UNIGIS协会、世界大学网以及宾夕法尼亚州州立大学的世界校园网（www. worldcampus.psu.edu/pub/index.shtml）。
　　GIS不仅与具体设备有关，还与人密不可分。我们很难追赶上GIS的最新发展成果。GIS的发展一直是由有抱负、有责任心的人努力工作的成果，如果没有他们，就不会有许多新的观点和应用产生。在本书的第1版中，我们用框图介绍了一些GIS研究者的贡献，这也表明GIS是一门生机勃勃的学科。在第2版中，我们在删除了一些介绍传统研究者的框图的同时，又加入了一些介绍新研究人员的框图，这并不是轻视老一辈研究人员的工作，而是为新生力量腾出空间。
　　正如我们在书中所提到的，商业可以使人们的知识增值，同时学生也需要把积累的大量知识进行融会贯通。我们试图用短的陈述对本书的一些重要观点进行总结（正文中的楷体文字），如下所示，我们想用这种方法帮助学生记忆那些核心的观点。
　　简短而精练的陈述可帮助记忆。
　　我们希望教师能够乐于把本书作为一种核心教学资源。我们试图提供一些方法，使教师可以通过一系列的评估来鼓励学生，学到更多的关于GIS的知识。在每章的最后，我们都提供了如下四个内容：
　　·自学内容。
　　·本章内容的回顾。
　　·复习及研究工作，包括将本章中讨论的问题和参考资料中讨论的问题进行整合。
　　·对比研究工作，与前面复习的研究工作相似，但是加入了与书中其他章节的联系。
　　在线的实验课程可以使学生按照自己的速度进行学习，在每章的最后也有相关自测练习。
　　正如本书名所示，本书是一本关于地理信息系统（一般意义而言是科学的实践），尤其是地理信息科学（GIScience）原理的书。我们知道只有更加深入地理解，才能使本书不仅涉及思想和概念，也涉及行为。正如科学家需要清楚人与环境交互作用的复杂性，管理者必须具有广泛的知识一样，GIS的基本知识可以影响你的行为。在管理中，如果你不去实践，不去获取大量的知识，你就不可能成为一名合格的管理者。GIS的成功既需要正确地使用设备，又需要合适的人。
　　新的学习范例
　　这不是一本传统的教科书，这是因为：
　　·没有完全采用传统的教学法来讲授地理信息系统和地理信息科学。因为只有通过多种手段的结合，才能真正学习到那些诸如原理、技术、问题、实践、管理、规范和说明等知识。所以我们为本书建立了一个专门的网站作为配套，提供一些在线资料（包括一些配套的模块）作为补充（www.wiley.com/go/longley）。
　　·本书将地理信息科学的原理和技术带给那些首次学习GIS的人，这表明GIS已经发展到了一个新的重要阶段。
　　·GIS的本质是具有大量应用并渗透到各种领域，因此必须根据个人或组织的需要进行针对性的学习。我们在用户手册中特意强调了这点　　（www.wiley.com/go/longley）。
　　·我们已经认识到，现实世界的需要带动了GIS的发展。所以，本书各处均结合了应用与案例研究。
　　·我们已经将这本书链接到在线资源，如ESRI的虚拟校园。
　　·本书已经进行了完全的结构更改和修订，同时也保留了第1版中最好的（最成功的）特点。
　　总结
　　通过这篇前言，我们试图说明商业、政府和科学之间存在共性。本书特意选择了一些利用GIS解决问题的例子，用以说明这种共性以及不同部门的组织和人员之间的相互影响。很明显，这种关联和共性不可能完全一致。但是，在有关效果和效率、信息融合、在规章制度和伦理规范下工作以及积累声誉等方面是大体相同的。基于这个原因，本书将GIS基础和对各种问题（往往没有惟一完美的解决方案）的解决方法结合在一起，形成了一门商业、政府、交叉学科和基于任务的整体性科学。
　　简而言之，我们试图编写一本符合世界运行方式的书，在这种方式下，我们中的大多数人越来越像有知识的工人，并且在日常生活中，面对复杂问题时，往往不乏解决方案。正如本书第1版本中论述的那样，本书显然不是一种平常的事物和产品，它由多国合作者共同编著，并且利用了来自世界各地的资料。其中的一位作者是著名GIS软件开发商ESRI公司的员工。还有两位长年与ESRI有业务来往。甚至有许多图表和例子是从ESRI公司的客户手里得到的。然而，我们需要指出的是，不管是ESRI公司还是Wiley出版社，从未试图影响我们写作的内容或作出判断的方法。另外，在这本书中，我们还参考了其他软件和开发商的资料。我们经常在参考ESRI虚拟校园资料的同时，采用纸质的和数字化的两种形式引用类似的信息源。我们希望，通过我们的横向思维，能够在各个方面产生一些惊奇的、颇有价值的东西，并且非常欢迎各位读者能够通过我们的网站给我们反馈信息　　（www.wiley.com/go/longley）。
　　本书的约定和组织结构
　　在本书中，我们用缩写词GIS来表达不同的含义，部分原因是为了强调我们的目标之一：即地理信息系统（geographic information system）和地理信息科学（geographic information science）之间的相互影响。有时我们也用这个缩写来表达其他的含义，例如地理信息研究（geographic information study）和地理信息服务（geographic information service）。我们在适当的地方（尤其是1.6节和第21章）对各种含义进行了介绍。我们也采用单数和复数两种形式使用这个缩写词，分别指单一的地理信息系统和多个地理信息系统。我们关注的是对“地理空间”，而不是“地理的”日益增长的使用。我们会在其他人将“地理空间”当作一个合适的标题使用的地方，再来使用它，但是，在其他地方，我们会使用更为文雅和容易理解的“地理的”这个词。
　　我们将本书组织为五个重要的但又相互关联的部分：第1章和第2章是概述，接下来的部分是原理（第3~6章）、技术（第7~11章）、分析（第12~16章）以及管理及政策（第17~20章）。我们用一章结束语对主要的内容进行了总结，并对未来进行了展望。章节之间的界线在实际操作中可以相互渗透，但是我们试图区分那些具有一定发展历史的原理，这些原理是，即使今天的技术进入博物馆之后，它们还能长期存在，并且是理解今天的技术和可预见的未来的发展所需要的知识。在数字计算机出现以前积累的以各种形式存在的知识，在今天看来比任何时候都显得重要。以同样的方式，我们论述了许多通过与过去不同的手工和计算机技术而得到了重生的分析方法，同时也论述了其未来确定无疑的变形。
　　我们希望读者能通过这本书得到激励和帮助，如果您得到了，请告诉我们！
　　致谢
　　我们感谢所有为本书付出努力的人。这里不能完全列出他们，以下是部分名单：
　　感谢他们直接或间接地提供了本书第1版中的素材：Mike Batty, Clint Brown, Nick Chrisman, Keith Clarke, Andy Coote, Martin Dodge, Danny Dorling, Jason Dykes, Max Egenhofer, Pip Forer, Andrew Frank, Rob Garber, Gayle Gaynor, Peter Haggett, Jim Harper, Rich Harris, Les Hepple, Sophie Hobbs, Andy Hudson-Smith, Karen Kemp, Chuck Killpack, Robert Laurini, Vanessa Lawrence, John Leonard, Bob Maher, Nick Mann, David Mark, David Martin, Elanor McBay, Ian McHarg, Scott Morehouse, Lou Page, Peter Paisley, Cath Pyke, Jonathan Raper, Helen Ridgway, Jan Rigby, Christopher Roper, Garry Scanlan, Sarah Sheppard, Karen Siderelis, David Simonett, Roger Tomlinson, Carol Tullo, Dave Unwin, Sally Wilkinson, David Willey, Jo Wood, Mike Worboys.
　　上面名单所列出的一些人对我们第2版的工作也给予了帮助。但是现在我们还要对以下支持我们工作的人表示感谢：Tessa Anderson, David Ashby, Richard Bailey, Brad Baker, Bob Barr, Elena Besussi, Dick Birnie, John Calkins, Christian Castle, David Chapman, Nancy Chin, Greg Cho, Randy Clast, Rita Colwell, Sonja Curtis, Jack Dangermond, Mike de Smith, Steve Evans, Andy Finch, Amy Garcia, Hank Gerie, Muki Haklay, Francis Harvey, Denise Lievesley, Daryl Lloyd, Joe Lobley, Ian Masser, David Miller, Russell Morris, Doug Nebert, Hugh Neffendorf, Justin Norry, Geof Offen, Larry Orman, Henk Ottens, Jonathan Rhind, Doug Richardson, Dawn Robbins, Peter Schaub, Sorin Scortan, Duncan Shiell, Alex Singleton, Aidan Slingsby, Sarah Smith, Kevin Sch焤er, Josef Strobl, Larry Sugarbaker, Fraser Taylor, Bethan Thomas, Carolina Tob梟, Paul Torrens, Nancy Tosta, Tom Veldkamp, Peter Verburg, and Richard Webber。同样，也要对下列人员致以特殊的感谢：John Wiley and Sons出版社的工作人员Lyn Roberts和Keily Larkins，他们为我们提出了指导性的建议。Paul Longley对这本书的贡献是在ESRC AIM Fellowship RES-331-25-0001下实现的，他同样也要向CETL Center for Spatial Literacy in Teaching(Splint)的指导性意见致谢。
　　同时，我们每个人都要向Stan Openshaw致谢，感谢他的洞察力、他的活力、他对GIS的贡献以及他对地理学的热情。
　　最后，要感谢我们的家人，特别是Amanda、Fiona、Heather和Christine。
　　Paul Longley , 伦敦学院大学
Michael Goodchild , 美国加州大学圣芭芭拉分校
　　David Maguire , ESRI Inc., ESRI公司，加州
　　David Rhind , 伦敦城市大学
　　2004年10月
　　进阶阅读材料
　　[1]　 Maguire D.J., Goodchild M.F., and Rhind D.W. (eds) 1991 Geographical Information Systems. Harlow: Longman.
　　[2]　 Longley P.A., Goodchild M.F., Maguire D.W., and Rhind D.W. (eds) 1999 Geographical Information Systems: Principles, Techniques, Management and Applications (two volumes).NewYork,NJ:Wiley.
　　[3]　 Longley P.A., Goodchild M.F., Maguire D.W., and Rhind D.W. (eds) 2005 Geographical Information Systems: Principles, Techniques, Management and Applications (abridged edition). Hoboken, NJ: Wiley.

出版者的话
专家指导委员会
译者序
序一
序二
前言
第一部分　 概　　　述
第1章　系统、科学和研究 2
1.1　地理信息系统的重要性 2
1.2　数据、信息、证据、知识和智慧 6
1.3　实用型科学 7
1.4　实用型技术 9
1.4.1　GIS的发展史 10
1.4.2　关于GIS的不同观点 14
1.4.3　GIS的基本组成部分 14
1.5　GIS产业 17
1.5.1　软件产业 17
1.5.2　数据产业 18
1.5.3　地理信息服务产业 18
1.5.4　出版产业 20
1.5.5　GIS教育 21
1.6　地理信息系统、地理信息科学和
地理信息研究 22
1.7　GIS和地理学 25
习题 27
进阶阅读材料 27
第2章　GIS应用概览 28
2.1　引言 28
2.1.1　与GIS相伴的一天 28
2.1.2　利用GIS的理由 31
2.2　科学、地理和应用 31
2.2.1　科学问题和GIS应用 31
2.2.2　地理信息科学的应用 32
2.3　典型应用领域及其基础 32
2.3.1　综述 32
2.3.2　政府和公共服务 33
2.3.3　商业和服务业 38
2.3.4　物流和交通 43
2.3.5　环境 47
2.4　总结 51
习题 52
进阶阅读材料 52
第二部分　原　　理
第3章　地理表达 54
3.1　引言 54
3.2　数字化表达 55
3.3　表达的内容 57
3.4　基本问题 59
3.5　离散对象和连续场 61
3.5.1　离散对象 61
3.5.2　连续场 62
3.6　栅格和矢量 64
3.6.1　栅格数据 64
3.6.2　矢量数据 65
3.6.3　连续场的表达 66
3.7　纸质地图 67
3.8　制图综合 69
3.8.1　制图综合方法 69
3.8.2　消减顶点 71
3.9　总结 71
习题 71
进阶阅读材料 71
第4章　地理数据的特性 72
4.1　引言 72
4.2　再次重申基本问题 73
4.3　空间自相关和尺度 74
4.4　空间采样 77
4.5　距离衰减 80
4.6　将度量距离效应理解为空间自相关 82
4.7　空间依赖关系的建立 84
4.8　地理畸变的解决 87
4.9　归纳和演绎及两者的结合方式 89
习题 90
进阶阅读材料 90
第5章　地理参照 91
5.1　引言 91
5.2　地名 94
5.3　邮政地址和邮政编码 94
5.4　线性参照系统 95
5.5　地籍和美国公共土地测量系统 96
5.6　地球量测—经纬度 97
5.7　投影和坐标 99
5.7.1　平面投影和等距圆柱投影 101
5.7.2　通用横轴墨卡托投影 102
5.7.3　国家平面坐标系和其他局部系统 103
5.8　利用GPS测量经度、纬度和高度 104
5.9　地理参照转换 106
5.10　总结 107
习题 107
进阶阅读材料 108
第6章　不确定性 109
6.1　引言 109
6.2　U1: 地理现象概念中的不确定性 110
6.2.1　分析单元 110
6.2.2　模糊与二义性 111
6.2.3　模糊方法 113
6.2.4　地理个体的尺度 115
6.3　U2: 地理现象测量与表达中的
不确定性 116
6.3.1　测量与表达 116
6.3.2　不确定性的统计模型 117
6.3.3　位置误差 122
6.3.4　误差的空间结构 123
6.4　U3: 地理现象分析中产生的验证 124
6.4.1　空间分析中的内部和外部验证 124
6.4.2　内部验证：误差传播 125
6.4.3　内部验证：误差的聚合与分解 127
6.4.4　外部验证：数据结合与共享
关系 127
6.4.5　内部与外部误差验证：归纳
与演绎 128
6.5　总结 129
习题 130
进阶阅读材料 130
第三部分　技　　术
第7章　GIS软件 134
7.1　引言 134
7.2　GIS软件的发展 135
7.3　GIS软件体系结构 136
7.3.1　项目、部门和企业型GIS 136
7.3.2　三层结构 136
7.3.3　软件数据模型和用户定制 138
7.3.4　桌面和网络GIS 140
7.4　构建GIS软件系统 141
7.5　GIS软件开发商 142
7.5.1　ESRI公司 143
7.5.2　Intergraph公司 143
7.5.3　Autodesk公司 143
7.5.4　GE　Energy 144
7.6　GIS软件系统的类型 144
7.6.1　桌面型GIS软件 144
7.6.2　服务器型GIS软件 147
7.6.3　开发型GIS软件 149
7.6.4　手持系统GIS软件 149
7.6.5　其他类型的GIS软件 149
7.7　GIS软件的使用 150
7.8　总结 151
习题 151
进阶阅读材料 151
第8章　地理数据建模 152
8.1　引言 152
8.1.1　数据模型简介 152
8.1.2　数据模型抽象中的不同层次 153
8.2　GIS的数据模型 154
8.2.1　GIS中的CAD、图形和图像
数据模型 154
8.2.2　栅格数据模型 155
8.2.3　矢量数据模型 157
8.2.4　对象数据模型 165
8.3　实例：供水设施系统中的对象
数据模型 168
8.4　实践中的地理数据建模 169
习题 171
进阶阅读材料 171
第9章　GIS数据采集 172
9.1　引言 172
9.2　直接的地理数据获取 174
9.2.1　栅格数据的获取 174
9.2.2　矢量数据的获取 177
9.3　间接的地理数据获取 177
9.3.1　使用扫描仪获取栅格数据 178
9.3.2　矢量数据的获取 178
9.4　从外部数据源获取数据 184
9.5　属性数据的采集 188
9.6　数据采集项目管理 188
习题 189
进阶阅读材料 189
第10章　地理数据库的创建与维护 190
10.1　引言 190
10.2　数据库管理系统 191
10.2.1　DBMS类型 192
10.2.2　地理DBMS扩展 193
10.2.3　地理中间件扩展 194
10.3　在DBMS表中存储数据 194
10.4　SQL 197
10.5　地理数据库类型与函数 199
10.6　地理数据库设计 201
10.7　结构化地理信息 202
10.7.1　拓扑创建 203
10.7.2　数据库索引 205
10.8　编辑与数据维护 208
10.9　多用户编辑连续的数据库 209
10.9.1　事务处理 209
10.9.2　版本更新 209
10.10　总结 211
习题 212
进阶阅读材料 212
第11章　分布式GIS 213
11.1　引言 213
11.2　分布式数据 216
11.2.1　对象层次上的元数据 216
11.2.2　地理图书馆 218
11.2.3　集合层次上的元数据 220
11.3　移动用户 221
11.3.1　虚拟现实和增强现实 222
11.3.2　基于位置的服务 225
11.3.3　移动GIS的一些问题 227
11.4　分布式软件：地理信息服务 228
11.5　展望 229
习题 230
进阶阅读材料 230
第四部分　分　　析
第12章　制图学与地图生产 232
12.1　引言 232
12.2　地图和制图 235
12.3　地图设计原理 237
12.3.1　地图组成要素 238
12.3.2　地图符号化 239
12.4　地图集 243
12.5　应用 246
12.6　总结 247
习题 248
进阶阅读材料 248
第13章　地理可视化 249
13.1　用途、用户、信息和媒体简介 249
13.2　地理可视化和空间查询 252
13.2.1　简介 252
13.2.2　空间查询和因特网制图 254
13.3　地理可视化与转换 254
13.3.1　简介 254
13.3.2　比较统计图 256
13.3.3　分区密度图 257
13.4　沉浸式交互和PPGIS 258
13.4.1　科学可视化和表达方法 258
13.4.2　地理可视化和虚拟现实系统 260
13.4.3　手持计算和地理可视化 264
13.5　总结 264
习题 265
进阶阅读材料 265
第14章　查询、度量和转换 267
14.1　空间分析的定义 267
14.1.1　实例 268
14.1.2　空间分析和建模的类型 271
14.2　查询 271
14.3　度量 273
14.3.1　距离和长度 274
14.3.2　形状 275
14.3.3　坡度和坡向 276
14.4　空间变换 278
14.4.1　缓冲区分析 278
14.4.2　点在多边形内 279
14.4.3　多边形叠加 280
14.4.4　空间插值 282
14.5　总结 289
习题 289
进阶阅读材料 289
第15章　描述性概括、设计和推论方法 290
15.1　更多的空间分析方法 290
15.2　描述性概括 291
15.2.1　中心 291
15.2.2　离差（分散程度） 294
15.2.3　模式度量：未标记的点 294
15.2.4　模式度量：标记的要素 296
15.2.5　破碎和分形维度 297
15.3　最优化 299
15.3.1　点的定位 300
15.3.2　路径问题 301
15.3.3　最佳路径 303
15.4　假设检验 304
15.5　总结 307
习题 307
进阶阅读材料 307
第16章　利用GIS进行空间建模 308
16.1　引言 308
16.1.1　建立模型的原因 310
16.1.2　分析还是建模 311
16.2　模型类型 312
16.2.1　静态模型及其标准 312
16.2.2　个体和集合模型 313
16.2.3　元胞模型 315
16.2.4　制图建模与地图代数 316
16.3　建模技术 317
16.3.1　在GIS中实现模型 317
16.3.2　模型耦合 317
16.3.3　分类和共享模型 318
16.4　多标准方法 319
16.5　检测模型的精确性和有效性 321
16.6　总结 322
习题 322
进阶阅读材料 323
第五部分　管理及策略
第17章　管理GIS 326
17.1　引言 326
17.2　开发一个可持续发展的GIS的步骤 329
17.2.1　选择GIS 330
17.2.2　实施GIS 336
17.2.3　管理持续运行的操作型GIS 338
17.3　维护GIS 339
17.3.1　GIS员工和团队 339
17.3.2　项目经理 340
17.3.3　应对不确定性 340
17.4　总结 342
习题 342
进阶阅读材料 342
第18章　GIS与管理、知识经济及信息 343
18.1　“业务管理”时代的来临 343
18.2　管理—成功使用GIS的关键 345
18.2.1　基本要素 345
18.2.2　管理者面对的来自GIS的一些
挑战 347
18.2.3　各种管理观点 347
18.2.4　业务驱动 348
18.3　知识经济、知识管理和GIS 351
18.3.1　创新的事物 351
18.3.2　知识和信息的价值 352
18.4　信息—知识经济的货币 353
18.4.1　信息和知识—良好决策的依据 353
18.4.2　信息的特点 354
18.4.3　地理信息的特性 355
18.4.4　因特网、万维网和地理信息 356
18.5　GIS产业及其发展动力 358
18.5.1　供应方 358
18.5.2　需求方 359
18.6　总结 360
习题 360
进阶阅读材料 360
第19章　GIS的资产与约束条件 361
19.1　GIS与法律 361
19.1.1　保护信息资产 362
19.1.2　关于信息所有权的重要问题 363
19.1.3　法律责任和GIS 365
19.1.4　GIS和隐私权 366
19.2　GIS从业人员及其技能 366
19.2.1　GIS教育与培训现状 367
19.2.2　GIS中的专业认证 369
19.2.3　现有GIS教育与学习的改进 370
19.3　核心地理信息的可用性 370
19.3.1　基础地理信息框架的本质 373
19.3.2　基础地理信息框架的可用性 374
19.4　约束条件 376
19.4.1　GIS战略的作用 376
19.4.2　GIS项目的风险管理 378
19.5　总结 380
习题 380
进阶阅读材料 380
第20章　GIS伙伴关系 381
20.1　引言 381
20.2　区域合作 382
20.3　国家级合作 383
20.3.1　美国国家空间数据基础设施 384
20.3.2　寻求解决方法 385
20.3.3　NSDI的实质内容 386
20.3.4　NSDI的参与者 387
20.3.5　美国NSDI是否成功 387
20.3.6　美国NSDI的发展 389
20.4　多国合作 389
20.4.1　欧洲方面 389
20.4.2　亚洲及太平洋地区GIS基础
设施常设委员会 390
20.5　民族主义、全球化、政策与GIS 391
20.5.1　全球数据库 391
20.5.2　建立标准的全球合作 394
20.5.3　全球空间数据基础设施 395
20.6　改变一切的极端事件 395
20.6.1　GIS帮助袭击者的方式 396
20.6.2　公众获取地理信息是否会
带来问题 396
20.6.3　GIS在应对恐怖主义活动中的
作用 398
20.6.4　GIS是否提供了帮助 400
20.7　总结 400
习题 400
进阶阅读材料 400
第21章　结束语 401
21.1　引言 401
21.2　书中涉及的主题 401
21.2.1　系统、科学和研究 401
21.2.2　地理信息系统和地理空间 403
21.2.3　地理反映及地理信息系统研究 404
21.2.4　GIS及其技术 405
21.2.5　GIS及其管理 405
21.2.6　GIS应用 406
21.3　GIS面临的十个巨大挑战 408
21.3.1　全球数据 408
21.3.2　GIS专业化 409
21.3.3　GIS课程 410
21.3.4　GIS用户的共同权利 411
21.3.5　全球人口统计 411
21.3.6　丰富的地理人口统计数据基础
设施的发展 412
21.3.7　从以地理为中心到以自我为
中心的转变 412
21.3.8　支持地理全景的数据模型 413
21.3.9　与恐怖主义作战 413
21.3.10　支持更多类型的地理模拟 413
21.4　总结 414
习题 415
进阶阅读材料 415
缩写词表 416
索引 421

在更新这本书的时候，本书第1版已经售出了25 000多册，这个数量看起来应该是所有GIS教科书中销售量最大的。本书结构新颖，内容较新，对什么是GIS、GIS包括哪些内容，以及它所具有的普遍重要性等问题进行了更为深入的论述。通过对以上内容的介绍，我们向数以千计的读者介绍了我们的研究领域。作为人类社会的一员，我们为自己在GIS领域取得的成就感到高兴，但同时也感到我们还有很多工作要做。我们确信人类可以从对地理的思考和研究中受益，因此我们希望有更多的人加入这一行列。基于以上原因，也由于地理信息系统与科学的飞速发展，我们决定将本书在第1版的基础上进行改版。
　　地理信息系统与科学的变化反映了世界的变化。美国、加拿大、西欧以及澳大利亚是最早使用GIS的国家和地区，但是目前GIS已经在东南亚、拉美以及东欧等地迅速发展。我们发现今天的世界已经和2001年“9·11事件”发生前的世界不同了。为了维护国家的安全，几乎所有的国家都参与到世界反恐斗争中，并且GIS在其中发挥了重要的作用。我们并不想夸大GIS的贡献，但GIS和相关地理知识的确为各国政府解决各种问题提供了帮助。同时，信息技术和信息系统的商品在市场上已经随处可见，并被认为是维护政府和商业运营的必要条件。信息技术和信息系统作为一种商品在政府和商业企业中的真正优势，不在于某一新奇的功能，而在于其简单易用和价格低廉的特点。正如我们在书中所论述的，地理信息系统与科学并不只是涉及简单的硬件和软件，它还与人密切相关，在准备写这本书的时候，我们就决定要在书中列出一些当前最新的GIS参与者。然而由于本书篇幅有限，我们必须删除第1版书中列出的一些人物介绍，我们希望他们能够理解，并祝愿他们能继续推动GIS的研究和发展。本书仍然保留了关于软件、硬件和参与者的论述，也保留了地理信息、地理科学、伙伴关系及主要技术观点。当然，我们也注意到了采用我们介绍的工具进行用户定制的发展，并且为这种发展趋势感到高兴，因为这种发展意味着用户可以用更少的钱获得更大的利益。本书反映了GIS从工具到知识，再到解决现实世界中相互关联事物的方法。
　　我们请Joe Lobley为本书的第1版写了序言，Joe Lobley是一位对政治不敏锐、对GIS权威技术持有积极的怀疑态度的人。令我们高兴的是，目前许多学术论文都引用了他的观点，并且他已经被认为是一位充满激情的思考者。但遗憾的是，在本书即将出版之际，Joe Lobley并没有答复我们邀请他再次为本书写序的请求。最近，我们听说，他正在阿富汗做GIS咨询师。因此，这篇序言与第1版的序言相比，似乎缺少了开拓性，我们希望这不会影响本书的价值。
　　Paul A. Longley
　　Michael F. Goodchild
　　David J. Maguire
　　David W. Rhind
　　2004年10月

　　序　　　二
　　再次向大家问好！我现在住在阿富汗的一家酒店中，这里提供了GPS卫星信号的接入服务。全球化通信意味着无论我在世界的哪个角落，都可以保持与GIS世界的联系。你是否知道，当年亚伯拉罕·林肯（Abraham Lincoln）被刺杀的消息是在16天后才传到英国的。但是，在电报机出现36年后，当威廉·麦金莱（William McKinley）被暗杀时，消息在几秒钟内就传遍了整个欧洲。现在，我可以得到任何想得到的地区的地图和影像。当然，在得到这些地图和影像的同时，也会得到很多垃圾信息。科技可以使我们在不支付任何费用的情况下，通过通信和计算机设备获得好的（或不好的）信息，还好，科技仍处于不断发展的过程中。当然，硬件和软件价格的降低，带动了GIS的发展，GIS工具变得像洗衣机一样可以批量生产，并且以低廉的价格出售。
　　在我为本书第1版写序之后，大部分时间我都是在亚洲，你要相信，在那里有许多关于IS和GIS的奇妙事情。受到技术发展的刺激，这本书的作者已经看到了GIS的发展方向，并且很好地表达了整个GIS世界。在这本世界上销售得最好的GIS教科书的第2版中有哪些新的东西呢？我喜欢其中关于国土安全的讨论。近些年来，我们不得不面对恐怖主义的威胁，而GIS可以把数据和情报合成起来，可以向我们提供帮助。此外，我还喜欢第2版的结构，其中不断强调了商业利润和制度，以及新的GIS技术参与者（尽管“新的”这个词是我最不愿意用在Roger Tomlinson身上的）。我喜欢本书的作者仍然保留了有趣而适当的美式英语写作方式，很好地避免了专业术语的出现。
　　另一方面，我仍然认为本书的作者生活在一个玫瑰色的世界中，他们认为政府和学术界做了许多有用的事情。如果你们也同意这种观点，那么请告诉我，除了大肆宣传和数不清的会议，一场空前的国家空间数据基础设施运动在世界范围内真正实现了什么？别犹豫，快点告诉我你的真实想法。现在，我很高兴大家可以认识到位置的独特性，但是，不要轻信空间的数字化表达会比时间或声音的数字化测量更有效、合理、有用。再夸张一点，正如你所知道的，我们很少提到数字鸿沟，而更多谈论的是涉及数字化。并且，我们要远离以下态度：因为掌握GIS而神气十足；认为GIS会对社会形态带来很大改变；暗箱操作和孤芳自赏，否则，只会使你们成为在花园里写书，不切实际而大出洋相的人。让数字时代来临之前的山洞人熟悉这一领域，并且教育那些认为进步是件好事的赶超崇拜者，告诉他们GIS的真正价值并不依赖于专业的工作或可以轻松赚钱的工作。使GIS变得势不可挡的原因是—我们可以通过GIS工具、数据、我们的才智及学到的知识，使世界变得更加美好。商业和市场将会帮助我们完成这些。
　　Joe Lobley

众所周知，科技类图书的翻译是一件“吃力不讨好”的事情，但是基于以下两个原因，我们还是接受了出版社的委托来翻译本书。一是本书是一本非常优秀的GIS教材，它由地理信息科学领域的几位著名科学家合作完成，全面清晰地讲述了地理信息系统与地理信息科学的基本内容。作者能够透过现象看到本质，将与GIS相关的基础理论问题讲得比较透彻，就译者所见过的这类图书中，无出其右者。在后面几章关于GIS与管理方面的一些问题的阐述，反映了作者对于GIS在信息社会各个方面所发挥的越来越重要的作用的思考。因此我们觉得有必要通过翻译的方式，将此书介绍给国内读者。二是翻译本书对译者也是一个进一步思考和学习的过程；更加可喜的是，本书得到了国家自然科学基金（40571126）的资助。本书的主要译者在五年前曾经编著了《地理信息系统：原理、方法和应用》（科学出版社）和《地理信息系统》（电子工业出版社），这两本书反映了当时地理信息系统与地理信息科学的发展。对本书的翻译使我们对相关问题有了进一步的认识。
　　本书由北京大学遥感与地理信息系统研究所以及首都师范大学资源环境与旅游学院师生合作翻译完成。在本书翻译过程中，颇费了一些周折，在原书第1版的翻译工作接近完成之际，得到该书第2版也已发行的消息，因此我们跳过第1版，直接翻译第2版。由于两版之间差异很大，新版的翻译增加了很大的工作量。因此在这里我们列出参与前后两个版本翻译的人员名单：
　　第1版
　　序言 刘岳峰
　　第1章　系统、科学和研究 王建华
　　第2章　GIS应用概览 周跃勇、田原
　　第4章　地理参照 黄骞
　　第5章　地理数据的特性 殷崎栋
　　第7章　综合、抽象和元数据 刘瑜
　　第9章　空间数据建模 林星
　　第10章　GIS的数据采集 徐宜勤
　　第13章　地理查询和分析：从数据到信息 黄骞、薛露露
　　第16章　地理信息系统与管理 刘瑜
　　第19章　地区、国家及全球范围内GIS伙伴的成功合作 黄群英、田原
　　第20章　结束语 曾晓喻
　　第2版
　　序一 张晶、陈文倩
　　序二 张洁、陈文倩
　　前言 张晶、张洁
　　第1章　系统、科学和研究 张洁
　　第2章　GIS应用概览 张晶
　　第3章　地理表达 张晶、孙久虎
　　第4章　地理数据的特性 张晶、张洁
　　第5章　地理参照 张洁、张晶
　　第6章　不确定性 张晶、张洁
　　第7章　GIS软件 陈文倩、张洁
　　第8章　地理数据建模 张洁、秦宇
　　第9章　GIS数据采集 张洁、秦宇
　　第10章　地理数据库的创建与维护 张洁、秦宇
　　第11章　分布式GIS 张晶、孙久虎
　　第12章　制图与地图产品 孙久虎、张晶
　　第13章　地理可视化 张晶、孙久虎
　　第14章　查询、度量和转换 张洁、秦宇
　　第15章　描述性概括、设计和推论方法 刘瑜
　　第16章　利用GIS进行空间建模 张洁、秦宇
　　第17章　管理GIS 张洁
　　第18章　GIS与管理、知识经济及信息 陈文倩
　　第19章　GIS的资产与约束条件 陈文倩、张洁
　　第20章　GIS伙伴关系 张洁、张晶
　　第21章　结束语 张晶、陈文倩
　　全书由张晶、刘瑜、张洁统稿并定稿。
　　如前所述，翻译科技图书很难避免出错。因此，即使我们在翻译中努力做到真实传达作者原意，但由于文化、制度背景等方面的原因，使我们感到有时准确表达乃至理解作者原意仍是很困难的事情，尤其是本书包含了大量较“软性”的非技术内容，而且即使了解原意，一时间也未必能找到十分贴切的语言传达作者的意图，本书中有大量不太容易阅读的英式的句子，但由于英汉语法结构的差异，尽管我们努力进行了处理，如作了从句的拆分等工作，但结果仍可能未尽如人意。因此，希望读者能够对我们的不足进行批评指正，读者可以通过下面的E-mail与两位主要译者联系：
　　张晶zhangjings@mail.cnu.edu.cn
　　刘瑜 liuyu@urban.pku.edu.cn
　　2007年3月于北京