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| 編輯推薦： |
这是一本真正打通 GIS 理论与实践壁垒的诚意之作。
作者以自身从“学而不知其用”到“用而深谙其理”的成长经历为出发点，敏锐捕捉到当前 GIS 教育中普遍存在的痛点：概念抽象、技能零散、理论脱离实战。为此，本书摒弃纯理论堆砌或工具手册式写法，构建了一条清晰的知识脉络——从空间参考系统这一基石出发，系统解析矢量、栅格、地形、三维模型四大核心数据模型，并延伸至数据服务、可视化、空间分析等关键应用环节。
尤为可贵的是，全书每章均配有精心设计的代码实例（主语言为 C/C++，并同步提供 Python、C#、Java、JavaScript 等多语言版本），引导读者在动手实践中理解原理、掌握方法、解决真实问题。配套 GitHub 项目持续更新，确保内容与时俱进。
无论你是高校学生、科研人员，还是希望夯实基础的 GIS 开发工程师，这本书都将成为案头不可或缺的体系化学习指南与实战参考。它不仅教您知道“GIS 是什么”，更教会您“GIS 怎么用”——助您在地理信息科学的广阔天地中，走得更深，行得更远。
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| 內容簡介： |
本书系统阐述地理信息系统（GIS）的基础原理与核心技术，内容涵盖地理空间参考系统、四大核心空间数据模型（矢量、栅格、地形、三维模型）、地理空间数据的存储、共享、发布与可视化，以及空间查询与空间分析等关键主题。全书坚持“原理+实践”双轮驱动，在深入讲解理论的同时，穿插大量可运行的代码实例（主语言为 C/C++，并同步提供 Python、C#、Java、JavaScript 等多语言版本），帮助读者在动手操作中真正掌握 GIS 技术的内在逻辑与应用方法。
书中配套完整的示例代码与技术资料，并将持续更新勘误与扩展内容。本书既可作为高等院校 GIS 相关专业的本科生或研究生教材，也适合作为研究人员的入门自学读物，更是 GIS 开发工程师夯实基础、提升实战能力的案头必备参考。
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| 目錄：
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第1章 地理信息系统概述
1.1 认识地理信息系统
1.1.1 GIS的具体含义
1.1.2 GIS的具体应用
1.2 GIS前沿技术和应用场景
1.2.1 三维GIS
1.2.2 数字孪生
1.2.3 元宇宙
1.2.4 城市信息模型（CIM）
1.2.5 人工智能（AI）
1.2.6 GIS时空大数据云平台
1.2.7 低空经济
1.3 如何使用本书
1.3.1 本书的目的
1.3.2 面向的读者
1.3.3 本书的主页
1.3.4 本书的组织
第2章 地理空间参考系统
2.1 地理空间参考系统的定义
2.1.1 详细解释
2.1.2 数学原理
2.2 对地球自然表面的逼近——地理坐标系
2.2.1 参考椭球体
2.2.2 大地基准面
2.2.3 地理坐标系
2.2.4 参心和地心
2.3 由大地水准面引出的高程参考系统
2.3.1 大地水准面
2.3.2 三级逼近
2.3.3 高程系统
2.4 地理空间坐标的两种数学表达
2.4.1 球坐标系
2.4.2 空间直角坐标系
2.5 二维地图的妥协：投影坐标系
2.5.1 投影坐标系
2.5.2 横轴墨卡托投影
2.5.3 Web墨卡托投影
2.5.4 火星坐标系
第3章 空间参考坐标系转换的实现
3.1 GIS开发的基础知识
3.1.1 编程语言
3.1.2 第三方库
3.1.3 项目构建
3.2 空间参考坐标系的表达
3.2.1 WKT字符串
3.2.2 EPSG编码
3.3 空间参考坐标系的代码实现
3.3.1 开源工具PROJ和GDAL
3.3.2 具体实现
3.4 地理坐标系与投影坐标系的相互转换
3.4.1 地理坐标系与横轴墨卡托投影坐标系的转换
3.4.2 WGS84坐标系与Web墨卡托投影坐标系的转换
3.5 大地坐标系与地心地固定坐标系的转换
3.5.1 简易实现
3.5.2 原理实现
3.6 地心地固坐标系与站心坐标系的转换
3.6.1 几何变换原理（一）
3.6.2 原理应用
3.6.3 代码实现
3.7 不同地理坐标系之间的转换
3.7.1 几何变换原理（二）
3.7.2 七参数转换
3.7.3 具体实现
第4章 地理空间数据之矢量
4.1 地理空间数据的表现形式
4.1.1 矢量
4.1.2 栅格
4.1.3 4D产品
4.2 矢量数据的几何信息
4.2.1 点（Point）
4.2.2 线（Curve）
4.2.3 面（Surface）
4.2.4 集合（GeometryCollection）
4.3 矢量数据的专有信息
4.3.1 空间信息
4.3.2 属性信息
4.3.3 拓扑信息
4.4 矢量数据开发基础
4.4.1 第三方开源库OGR/GDAL
4.4.2 矢量数据的读取、处理和写入
4.4.3 空间拓扑关系的判断
4.5 基本计算几何算法的实现
4.5.1 求直线上一点距离点的坐标
4.5.2 求空间中一点与直线距离
4.5.3 求空间中两线段相交的交点
4.5.4 判断线段与矩形是否相交
4.5.5 判断点是否在三角形内
4.5.6 判断点是否在多边形内
4.6 使用CGAL实现不规则三角网
4.6.1 点集合的三角剖分
4.6.2 复杂多边形的三角剖分
第5章 地理空间数据之栅格
5.1 栅格数据的深入认识
5.1.1 离散还是连续
5.1.2 栅格的表现形式
5.1.3 正射还是透视
5.2 栅格数据开发基础
5.2.1 栅格数据读取
5.2.2 栅格数据创建
5.3 栅格数据的空间信息
5.3.1 空间参考信息
5.3.2 地理变换信息
5.3.3 实例：数据集写入空间信息
5.3.4 问题：半像素偏差
5.4 数字图像处理的基础知识
5.4.1 读写图像
5.4.2 图像金字塔
5.4.3 图像内插
5.4.4 灰度变换
5.4.5 滤波和卷积
5.5 数字图像处理的高级应用
5.5.1 特征提取
5.5.2 图像融合
5.5.3 专题数据：热力图的生成
第6章 地理空间数据之地形
6.1 认识地形数据
6.1.1 两种表达方式
6.1.2 连续表面数据
6.1.3 三维还是二维
6.2 格网地形处理基础
6.2.1 格网DEM数据载体
6.2.2 格网DEM的读入
6.2.3 格网DEM的写出
6.3 不规则三角网地形处理基础
6.3.1 格网DEM转TIN地形
6.3.2 TIN地形数据解析
6.4 地形插值算法
6.4.1 格网地形插值：DEM重采样
6.4.2 TIN地形插值：TIN地形转格网DEM
6.5 地貌晕渲图的绘制
6.5.1 地貌晕渲算法之一
6.5.2 地貌晕渲算法之二
6.5.3 彩色晕渲图的实现
6.6 等高线地形图
6.6.1 等高线图的基础理解
6.6.2 等高线地形图矢量形式
6.6.3 等高线地形图栅格形式
第7章 地理空间数据之三维模型
7.1 初识三维模型
7.1.1 三维模型的数据载体
7.1.2 从地形来认识三维模型（PLY格式）
7.1.3 地形和影像组成三维模型（OBJ格式）
7.1.4 认识现代三维模型数据（glTF格式）
7.2 深入认识三维模型组织架构
7.2.1 概述
7.2.2 场景和节点
7.2.3 网格
7.2.4 缓冲区、缓冲区视图和访问器
7.2.5 材质
7.2.6 纹理
7.2.7 其他
7.2.8 二进制
7.2.9 小结
7.3 地理空间中的三维模型
7.3.1 在地理空间中展示三维模型
7.3.2 深入理解三维模型的空间属性
7.4 倾斜摄影测量数据模型
7.4.1 简要概述
7.4.2 初步认识
7.4.3 分页LOD
7.4.4 构建索引
7.4.5 地理信息
7.4.6 补充说明
7.5 三维GIS应用中的数据模型
7.5.1 倾斜摄影测量数据模型
7.5.2 倾斜单体化模型
7.5.3 OSM建筑模型
7.5.4 CAD分层分户模型
7.5.5 建筑信息模型BIM
7.5.6 人工构建模型
第8章 地理空间数据服务
8.1 GIS地图服务
8.1.1 原理概述
8.1.2 地图服务器GeoServer
8.1.3 发布网络地图/要素服务（WMS/WFS）
8.2 网络地图服务（WMS）
8.2.1 GetCapabilities
8.2.2 GetMap
8.2.3 GetFeatureInfo
8.3 网络要素服务（WFS）
8.3.1 GetCapabilities
8.3.2 DescribeFeatureType
8.3.3 GetFeature
8.3.4 Transaction
8.3.5 注意事项
8.4 切片地图服务（XYZ/WMTS/TMS）
8.4.1 切片原理
8.4.2 XYZ
8.4.3 网络地图切片服务（WMTS）
8.4.4 瓦片地图服务（TMS）
8.5 其他地图服务
8.5.1 网络栅格服务（WCS）
8.5.2 网络处理服务（WPS）
8.5.3 网络地图服务-缓存版（WMS-C）
8.6 矢量切片地图服务
8.7 地形切片服务
8.7.1 地形切片原理
8.7.2 规则格网地形切片
8.7.3 不规则三角网地形切片
8.7.4 地形切片应用
8.8 三维模型数据服务
8.8.1 三维模型瓦片数据格式
8.8.2 瓦片集和瓦片（Tilesets and Tiles）
8.8.3 包围体（Bounding Volumes）
8.8.4 空间数据结构
8.8.5 几何误差（Geometric Error）
8.8.6 细化策略（Refinement Strategies）
8.8.7 渲染优化算法
8.8.8 瓦片内容数据
8.8.9 声明式样式（Declarative Styling）
8.8.10 其他
第9章 地理空间数据可视化
9.1 可视化概述
9.2 地图可视化
9.2.1 二维地图可视化
9.2.2 三维地图可视化
9.3 可视化中的几何变换
9.3.1 模型变换
9.3.2 视图变换
9.3.3 投影变换
9.3.4 综合运用
9.4 图形渲染的几何变换流水线
9.4.1 总体概述
9.4.2 模型变换矩阵
9.4.3 投影变换矩阵
9.4.4 视图变换矩阵
9.4.5 着色器的使用
9.4.6 案例与解析
9.5 构建真实的三维GIS场景
9.5.1 案例准备
9.5.2 具体实现
9.5.3 详细解析
9.6 图形渲染管线
9.6.1 并行计算的简单理解
9.6.2 图形渲染管线概述
9.6.3 应用程序阶段
9.6.4 几何处理阶段
9.6.5 光栅化阶段
9.6.6 像素处理阶段
9.7 三维GIS场景的高级效果实现
9.7.1 两种渲染效果
9.7.2 帧缓存技术
9.7.3 具体代码实现
9.7.4 法向量贴图
9.7.5 光照模型
9.7.6 透明混合
9.7.7 深度冲突
9.7.8 其他
第10章 空间查询和空间分析
10.1 查询和分析的初步理解
10.2 空间数据库和空间查询
10.2.1 文件系统和数据库
10.2.2 空间数据库
10.2.3 空间数据库的安装
10.2.4 进行空间查询
10.3 空间数据的空间分析
10.3.1 矢量数据的空间分析
10.3.2 矢量空间分析的实例
10.3.3 结构化数据和非结构化数据
10.3.4 非结构化空间数据的空间分析
10.4 可视化系统中空间查询分析的实现
10.4.1 后端代码的实现
10.4.2 前端GUI的实现
10.4.3 数据层面的优化
10.4.4 可视化层的优化
10.4.5 成果展示与分析
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| 內容試閱：
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地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS）自诞生以来，已从一门边缘技术逐步“成长”为支撑现代社会空间认知与决策的重要工具。无论是城市规划、环境监测、应急管理，还是商业选址、智慧交通、数字孪生，GIS 的身影无处不在。它不仅连接了现实世界的地理空间与数字世界的抽象表达，更在人工智能、大数据、物联网等新兴技术浪潮中不断焕发新的生命力。
当前，GIS 行业正处于深刻变革的关键阶段：在国家“信创”战略推动下，国产化替代加速，自主可控技术栈日益成熟；实景三维中国建设带动三维 GIS 快速发展，空间表达从二维迈向全空间立体化；人工智能与 GIS 深度融合，显著提升了遥感解译、空间预测等能力；同时，云原生架构的普及正推动 GIS 服务向微服务化、弹性伸缩和高并发共享演进，WebGIS 与空间数据中台逐步成为行业基础设施。这些趋势不断拓展 GIS 的边界，也带来全新的机遇与挑战。
然而，对于初学者而言，GIS 往往显得庞杂而抽象。它横跨地理学、测绘学、遥感、计算机科学、数据科学等多个学科，既有严谨的数学基础，又有复杂的工程实现；既要理解坐标系统的理论逻辑，又要掌握数据处理与可视化的实操技能。许多人在学习过程中容易陷入“知其然，不知其所以然”的困境——记住了操作步骤，却难以理解背后的原理；学会了软件使用，却无法应对真实场景中的复杂问题。
本书正是为弥合这一鸿沟而写。作为作者，我深知理论脱离实践的无力，也体会过面对海量 GIS 概念时的迷茫。因此，本书不以堆砌术语为目标，也不满足于对软件功能的简单复述，而是坚持“原理为基、实践为桥”的理念，力求在清晰阐释核心概念的同时，通过大量可运行、可调试、可扩展的技术案例，引导读者亲手构建对 GIS 的系统性理解。
全书围绕一条清晰的知识主线展开：从空间参考系统这一“地理世界的语言”出发，依次剖析矢量、栅格、地形与三维模型四种核心数据模型的本质与应用；继而探讨现代 GIS 如何通过服务化方式共享数据，如何通过可视化呈现价值，最终落脚于空间查询与分析这一 GIS 的灵魂所在。每一章都配有详尽的代码实现，所有案例均托管于开源平台 face=”宋体” >），鼓励读者边读边做，在实践中深化认知。
需要坦诚说明的是，由于成书时间较为紧促，加之本人学识有限，书中难免存在疏漏与不足。尤其空间分析与智能应用这一部分，虽有初步涉猎，但未能深入展开，实为一大遗憾。在未来版本中，我将尽力补充相关内容，也恳请广大读者不吝指正，共同完善这本面向实践的 GIS 技术之作。
最后，谨致谢忱：感谢我的夫人桂青女士在我伏案写作的日日夜夜中给予的理解与支持，是她的包容让我得以心无旁骛地完成此书；感谢我年幼的孩子球球，你的笑容是我疲惫时最温暖的慰藉；同时，衷心感谢北京航空航天大学出版社的编辑，你们专业的建议与细致的审校让本书得以更加严谨、流畅地呈现在读者面前。
愿您在阅读本书的过程中，不仅能学会“怎么做”，更能领悟“为什么这么做”；不仅掌握技术，更能建立起属于自己的 GIS 知识体系。当您能够自如地将地理空间思维应用于实际问题时，便是本书最大的成功。
谨以此书，献给所有对地理世界充满好奇、愿意动手探索的您。
作者
2025年11月于中国武汉
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