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序1

前言1

第一章地球信息科学的产生与发展1

一、地球信息科学的形成基础1

（一）学科基础1

目 录1

（二）技术基础3

（三）社会需求基础7

（一）学科萌芽阶段：从手工制图走向计算机辅助制图9

二、地球信息科学的形成和发展历程9

（二）形成阶段：从技术领域走向学科体系10

（三）发展阶段：从地理信息科学到地球信息科学11

主要参考文献12

第二章地球信息科学的学科特点和研究内容14

一、地球信息科学的基本概念14

二、地球信息科学的研究对象16

三、地球信息科学的学科特点18

四、地球信息科学的研究内容与应用领域19

（二）地球信息机理20

（三）地球信息技术20

（一）地球信息哲学20

（四）地球信息工程21

（五）应用领域22

主要参考文献22

一、地球系统科学的诞生及其在中国的传播24

（一）地球科学研究的历史回顾24

第三章地球系统科学24

（二）建立地球系统科学的可行性分析25

（三）地球系统科学的诞生28

（四）地球系统科学在中国29

二、地球系统及其环境30

（一）系统与环境概述30

（二）地球系统及其组成37

（三）地球系统的环境44

（一）地球系统科学的研究目标46

三、地球系统科学研究的内容与方法46

（二）地球系统科学研究的主要科学问题48

（三）地球系统科学研究的方法53

主要参考文献56

第四章信息理论基础57

一、信息与信息论概述57

（一）信息的科学涵义与属性57

（二）信息的分类58

（三）信息传递模型60

（四）信息论的研究内容62

（五）信息论的形成和发展63

二、信息的度量64

（一）离散信源的信息度量65

（二）连续信源的熵73

三、信源和信道编码理论77

（一）信息传输率与信道容量78

（二）信源编码80

（三）信道编码85

主要参考文献93

第五章地球信息机理94

一、地球信息95

（一）地球信息的概念96

（二）地球信息的尺度与层次100

（三）地球信息的标准化及共享102

二、地球信息科学的基础理论115

（一）地球信息的流场理论116

（二）地球信息的形成机理118

（三）地球信息机理119

三、地球信息科学的技术性理论131

（一）地球信息技术的体系131

（二）3S集成理论135

（三）空间分析理论142

（四）信息集成与融合理论144

（五）数据挖掘与知识发现理论146

四、地球信息科学的应用性理论149

主要参考文献150

第六章地球信息获取151

一、遥感技术的基本概念151

（一）遥感与遥感技术151

（二）遥感技术的特点152

（三）遥感技术的分类153

（四）遥感技术的应用154

二、全球定位系统的基本概念156

（一）全球导航、定位系统156

（二）全球定位系统的组成156

（三）全球定位系统工作原理157

（四）全球定位系统的进展163

三、对地观测技术系统164

（一）对地观测技术系统简介164

（二）对地观测技术系统组成164

（三）对地观测内容168

（四）国际对地观测计划170

（五）中国对地观测系统的发展171

四、陆地和海洋定位监测技术172

（一）陆地与海洋定位监测的主要内容173

（二）陆地与海洋定位监测的主要技术177

五、统计技术179

（一）统计数据的收集和处理179

（二）统计技术的数学基础182

（三）地理系统要素的统计分析184

主要参考文献187

一、地球信息及其与数据、知识的关系188

第七章地球信息分析与挖掘188

二、基于地球空间模拟的空间分析的定义190

（一）定义的出发点190

（二）空间分析定义190

（三）定义的内涵190

三、知识发现与数据挖掘191

（一）DM的主要技术192

（二）数据挖掘与需求分析193

（一）关联规则的挖掘194

四、地球空间数据挖掘技术194

（二）特征规则挖掘195

（三）聚类规则挖掘195

（四）分类规则挖掘196

五、空间数据挖掘与知识发现的理论和方法197

（一）概率论197

（二）证据理论197

（四）规则归纳198

（三）空间统计学198

（五）聚类分析200

（六）空间分析201

（七）模糊集202

（八）云理论202

（九）粗集203

（十）神经网络204

（十一）遗传算法204

（十二）可视化205

（十四）空间在线数据挖掘206

（十三）决策树206

（十五）空间数据挖掘和知识发现的理论和方法展望207

六、地球信息空间分析与挖掘方法的应用208

（一）几何分析和属性数据库操作相组合进行土地适宜性分析208

（二）遥感数据和地形信息复合的方法209

（三）矢量数据分层叠加研究荒漠化动态变化的方法210

（四）混合光谱信息与亚像元信息挖掘211

七、智能计算——空间分析的新方法212

（一）空间分析的发展趋势213

（二）地球信息的定量空间分析215

主要参考文献216

第八章地球信息管理218

一、地球信息的分类和标准219

（一）地球信息的分类原则219

（二）地球信息的分类方法与类型221

（三）地球信息编码221

（四）地球信息标准的内容与层次224

二、地球信息的元数据标准228

（一）元数据的定义228

（五）地球信息标准化管理意义228

（二）元数据的作用229

（三）数据管理及元数据标准的现状232

（四）元数据标准与XML235

（五）元数据管理模型解决方案240

三、数据库技术242

（一）数据库技术的概念242

（二）时态数据库技术255

（三）分布式数据库技术258

（四）基于XML的数据库技术及其应用266

（五）数据库技术的发展趋势267

四、地球信息管理系统269

（一）地球信息管理系统的结构269

（二）地球信息管理系统的功能271

主要参考文献272

（二）地球信息冗余的类型274

（一）地球信息压缩的必要性和可行性274

一、地球信息压缩的本质和核心内容274

第九章地球信息压缩与传输274

二、香农信息论原理与地球信息压缩算法277

（一）信息的度量问题277

（二）香农信息论基本原理277

（三）基于香农信息论的地球信息压缩算法279

（四）香农信息论对地球信息压缩的指导意义281

三、分形学原理及其在地球信息压缩的应用281

（一）分形学原理281

（二）基于分形学原理的地球信息压缩算法282

四、小波分析原理及其在地球信息压缩的应用284

（一）小波分析原理284

（二）基于小波分析的地球信息压缩算法285

五、数据压缩技术的主要分析指标286

六、地球信息传输网络287

（一）通信网基础288

（二）地球信息传输网络297

主要参考文献298

一、地球信息图谱产生和发展的基础300

第十章地球信息图谱300

（一）地球信息图谱的定义301

二、地球信息图谱的定义和内涵301

（二）地球信息图谱与地学图谱的区别302

（三）地球信息图谱建立的基本过程与步骤304

（四）地球信息图谱的分类与展望306

三、地球信息图谱的建立与传输理论307

（一）地球信息图谱模型308

（二）地球信息图谱发展历程311

四、地球信息图谱应用312

（一）数字地球与地球信息图谱的研究312

（二）地球信息图谱的应用领域313

（三）县土地利用演化信息图谱的建立314

主要参考文献321

（一）概念323

（二）分类323

一、基本概念与分类323

第十一章地球信息工程323

二、地球信息工程的技术体系333

（一）空间定位技术333

（二）遥感技术336

（三）地理信息系统技术343

（四）数据通信技术346

（五）3S及与通信技术的集成348

（一）信息平台349

三、地球信息科学技术体系349

（二）数据采集350

（三）数据的处理350

（四）数据挖掘351

（五）信息安全354

（六）信息标准化359

主要参考文献361

第十二章地球信息应用模型362

一、概述362

（一）地球信息应用模型的基本概念362

（三）地球信息模型的建立363

（二）地球信息模型与相关学科的关系363

（四）人的思维与地球信息模型的建立366

二、地球信息统计分析模型367

（一）相关分析367

（二）回归分析371

（三）聚类分析377

（四）主成分分析389

（一）空间分析的定义及其内涵391

三、空间分析与系统结构模型391

（二）空间扩散与相互作用分析模型393

（三）网络分析模型396

（四）系统动力学模型403

（五）细胞自动机模型409

（六）投入产出模型412

（七）数字地面模型426

四、规划与决策模型430

（一）最优规划模型430

（二）最优区位模型435

（三）预测模型440

（四）战略决策模型447

（五）决策支持系统452

主要参考文献457

第十三章虚拟地理环境459

一、虚拟现实技术及应用459

（一）虚拟现实的基本概念459

（二）虚拟现实的基本特征459

（三）虚拟现实的分类460

（四）虚拟现实的构成462

（五）虚拟现实的实现技术464

（六）虚拟现实的应用467

二、虚拟地理环境的概念与特征471

（一）虚拟界与虚拟地理环境471

（二）虚拟地理环境的类型473

（三）虚拟地理环境技术的结构层面分类与特征474

（四）虚拟地理环境演化477

（一）非完全投入式虚拟地理环境构建480

三、虚拟地理环境构建和应用480

（二）分布式地学虚拟环境构建483

（三）虚拟地理环境的应用490

主要参考文献501

第十四章地球信息与数据的可视化502

一、可视化技术概论502

（一）可视化技术的概念502

（二）科学计算可视化的理论基础、研究现状和热点问题503

（三）可视化软件的开发505

二、基于不同平台的可视化图形软件包506

（一）基于UINX和Linux平台的可视化图形软件包506

（二）基于Windows平台的可视化图形软件包510

三、其他可视化相关方法515

（一）分形与分形实体的可视化515

（二）粒子系统与动态模糊实体的可视化518

四、可视化技术与地学的结合521

（一）3S技术与可视化521

（二）虚拟现实技术与可视化524

（三）数字地球与可视化526

主要参考文献527

第十五章地球信息科学的前沿与展望529

一、地球信息科学的前沿529

（一）地球信息哲学的前沿529

（二）地球信息机理的前沿531

（三）地球信息技术的前沿533

（四）地球信息工程的前沿537

（一）学科的理论化和工程化以及学科交叉的泛化539

二、地球信息科学的发展趋势539

（二）地球信息及其技术标准化540

（三）信息表达多维化541

（四）地球信息技术集成化541

（五）地球信息平台网络化541

（六）地球信息技术智能化和虚拟化542

（七）地球信息及其技术应用社会化542

主要参考文献543

附录（一） 常用3D建模软件资源544

附录（二） 可视化软件资源链接入口545