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第1章　地球信息科学绪论 1

1.1　地球信息科学的发展 1

1.2 应用基础研究与核心技术 9

1.2.1　科学必须本土驯化 10

1.2.2　地球信息科学研究的内容 11

1.2.3　地球信息科学的理论及其核心技术 12

1.3　地球系统科学与地球信息科学 20

1.3.1　地球系统科学与地球信息科学 20

1.3.2　地球信息科学向太空延伸 25

1.4　地球信息科学与“数字地球”战略 27

1.5　地球信息科学的社会需求与应用前景 31

1.5.1　信息时代的社会危机 31

1.5.2　缩小“数字鸿沟”的差距 35

1.5.3 应对卫星通信网络的全球化 36

1.5.4　国际空间合作 39

1.5.5　国际网络贸易 40

1.5.6　硝烟幕后的信息战争 40

1.5.7　统筹规划，全面建设小康社会 42

1.6　小结——地球信息科学的应用前景 44

参考文献 47

第2章　新型对地观测系统 49

2.1　概念 49

2.1.1　遥感的基本概念 49

2.1.2　空间对地观测系统发展现状 53

2.1.3　遥感的任务和功能 54

2.1.4　遥感的作用和意义 55

2.1.5　关于国际上的最新认识——地学技术（Geotechnology） 57

2.2　发展趋势 57

2.2.1　全球观测趋势 57

2.2.2　高分辨率（空间与光谱）发展趋势 66

2.2.3　鉴别能力提高趋势 74

2.2.4　全天候发展趋势 76

2.2.5　综合观测趋势 78

2.3　我国的成就 90

2.3.1　我国空间遥感的主要技术成就 90

2.3.2　我国遥感应用的重大进展 99

2.4　遥感技术与国家安全 99

2.4.1　侦察卫星的发展 99

2.4.2　信息化决定军队作战能力 102

2.5　结束语 104

参考文献 105

第3章　遥感信息的开发应用 106

3.1　遥感信息概述 106

3.1.1　遥感信息 106

3.1.2　遥感信息特性 106

3.1.3　遥感信息的特点 108

3.1.4　遥感信息分类 108

3.1.5　遥感从数据到应用的环节 109

3.1.6　遥感数据的处理与信息提取 109

3.1.7　遥感信息模型和应用系统的建立 113

3.2　我国遥感应用现状 114

3.2.1　我国遥感应用的特点 114

3.2.2　国家对地观测体系和遥感数据服务体系 115

3.2.3　我国遥感信息处理和分析技术能力 119

3.2.4　国家级资源环境遥感信息服务体系 120

3.2.5　重大自然灾害遥感监测评估系统 123

3.2.6　农作物遥感估产系统 129

3.2.7　卫星气象应用系统 134

3.2.8　海洋遥感立体监测系统 135

3.2.9　土地资源调查和土地动态遥感监测 136

3.2.10　其他应用 138

3.2.11　地球系统和全球变化研究 138

参考文献 145

第4章　定量遥感 148

4.1　定量遥感的概念 148

4.1.1　定量遥感的含义 148

4.1.2　定量遥感是遥感发展的需要和必然结果 148

4.2　定量遥感对环境监测的意义 149

4.3　遥感面临的问题和加强遥感基础研究的必要性 152

4.3.1　遥感面临的问题 152

4.3.2　加强遥感基础研究的必要性 154

4.4　地球系统科学中的遥感机理研究 155

4.4.1　植被光学遥感模型 156

4.4.2　热红外遥感机理 160

4.5 国内外定量遥感基础研究状况和我们的学术思想 166

4.5.1　建立几何光学模型的思路 166

4.5.2 尺度效应与尺度转换 168

4.5.3　定量遥感反演与知识库 172

参考文献 174

第5章　格网地图与网格计算 178

5.1　格网地图源远流长 178

5.1.1　国家地理格网标准 180

5.1.2　地理格网的现代理念 184

5.2　格网地图的现代功能 187

5.2.1　遥感像元是现代格网地图的基础 190

5.2.2　为促进自然与人文科学的融合，格网地图是当前最佳的选择 191

5.2.3　格网地图有助于动态现象的表述 192

5.2.4　格网地图有助于数据融合与空间分析 197

5.3　网格计算技术方兴未艾 200

5.3.1　信息社会的需求 200

5.3.2　地球信息网格的构成 202

5.3.3　网格与空间信息共享 205

5.3.4　网格计算技术的发展 207

5.3.5　曙光4000A节点、IPv6协议与中国教育科研计算机网 211

5.4　中国地球空间信息网格及其服务系统 214

5.4.1　中国地球空间信息网格 214

5.4.2　地理空间数据建设 217

5.4.3　地球空间格网信息服务系统 220

5.5　国家地质格网信息系统 224

5.5.1　国家地质空间信息共享与服务体系 226

5.5.2　网格矿产资源评价系统的特色和创新 230

5.5.3　网格地理信息系统下的数字油田应用 231

5.6　网格化城市管理信息系统 233

5.6.1　万米格网单元 233

5.6.2　两个轴心的城市管理体制 234

5.6.3　城市部件管理 234

5.6.4　信息采集器——“城管通” 235

5.6.5　城市管理流程再造 236

5.6.6　创新监督评价体系 236

5.6.7　城市管理新模式初见成效 238

5.6.8　城市管理新模式上海版 238

参考文献 239

第6章　空间分析模型 242

6.1　地球信息科学与空间分析模型 243

6.2　空间分析定义 244

6.3　经典线性回归 246

6.4　空间线性回归 247

6.5　Moran's I 249

6.6　层次聚类 250

6.7　传播因子识别 250

6.8　空间分析软件 251

6.8.1　SpaceStat主要功能模块 251

6.8.2　GS＋主要功能模块 252

6.8.3　其他 252

6.8.4　软件市场 253

6.9　算例 253

6.9.1 失业率与房屋拥有率的关系 253

6.9.2　北京市2003年SARS疫情风险空间暴露 254

6.9.3　北京市2003年SARS疫情空间传播因子识别 255

6.10　发展 258

参考文献 259

第7章 空间数据挖掘与地学知识发现　 261

7.1　数据挖掘与知识发现基础 261

7.1.1　数据挖掘与知识发现的关键概念 261

7.1.2　数据挖掘与知识发现的主要过程 262

7.1.3　数据挖掘与知识发现的主要方法 263

7.2　空间数据挖掘与知识发现基础 266

7.2.1　空间数据挖掘研究的起源与发展 266

7.2.2　空间数据挖掘的任务与方法 267

7.3　空间聚类 269

7.3.1　聚类方法的分类 269

7.3.2　基于形态算子的多尺度空间聚类 271

7.3.3　带控制节点的最小生成树空间聚类 274

7.4　空间关联规则发现 280

7.4.1　关联规则的基本概念 281

7.4.2　关联规则的形式描述 283

7.4.3　空间关联规则 284

7.4.4　渔场与海洋环境时空关联规则分析 285

7.5　空间决策树 290

7.5.1　决策树的基本概念 290

7.5.2　概念学习系统 290

7.5.3　基于空间决策树的植被指数与植被类型关系分析 293

7.6　空间结构分析 299

7.6.1 结构分析理论简介及相关假设 299

7.6.2　华北地区大于、等于4级地震的空间结构分析 300

7.6.3　南北带中南段1900年以来4级以上地震的空间结构 301

7.7　空间数据挖掘与知识发现的讨论 304

7.7.1　空间数据挖掘与地学数据分析相结合的框架结构 304

7.7.2　对空间数据挖掘的思考 306

参考文献 308

第8章 数字地面模型的高精度曲面建模方法研究 312

8.1　引言 312

8.2　高精度曲面建模（HASM）方法 313

8.2.1　HASM理论推导 313

8.2.2　HASM最佳表达形式的比较选择 315

8.2.3　HASM误差比较分析 328

8.2.4　HASM优势分析 337

8.2.5　HASM实时动态模拟 340

8.2.6　HASM的地图投影变换 348

8.3　案例分析 349

8.4　问题与展望 353

8.4.1　HASM计算速度问题 353

8.4.2 应用展望 354

参考文献 355

第9章　地学信息图谱 360

9.1　谱与图谱的概念 360

9.1.1　指纹、脸谱、基因图谱的启示 361

9.1.2　地学图谱、地学信息图谱 364

9.2　地学信息图谱的框架和模式 372

9.2.1　图谱单元 372

9.2.2　标准化模式 372

9.2.3　分类标准 374

9.2.4　关键因子 375

9.2.5　参数设计 376

9.3　三维表达与虚拟重组 377

9.3.1　建模 378

9.3.2　虚拟重组 378

9.3.3　预测和辅助决策 379

9.4　垂直地带谱研究 379

9.4.1　引言 379

9.4.2　山地垂直带谱研究概述 381

9.4.3　中国山地垂直带谱体系 385

9.4.4　中国山地垂直带谱数字集成 392

9.4.5　山地垂直带（谱）的规律分析 400

9.4.6　结论与讨论 407

9.5　案例分析 409

9.5.1　客观存在的反映 409

9.5.2　坡面径流与黄土塬、梁、峁 410

9.5.3　河床摆动的旋律 414

9.5.4　城市扩展的取向 414

9.5.5　城镇体系的点、轴与对称 415

9.5.6　景观分异 418

9.6　小结 421

参考文献 423

第10章　地球系统的确定性与不确定性纲要　 428

10.1　前言 428

10.2 客观世界的自组织理论与确定性、不确定性 430

10.2.1　客观世界的自组织理论 430

10.2.2　客观世界演化过程的自组织特征 434

10.2.3　宇宙结构的确定性与不确定性 436

10.3　地球系统的自组织特征与确定性、不确定性 437

10.3.1　地球系统的“Living body Hypothesis” 439

10.3.2　地球系统的“Gaia Hypothesis” 440

10.3.3　地球系统的自组织特征与确定性、不确定性 441

10.3.4　地球系统的确定性与不确定性特征 449

10.4　全球变化的自组织特征与确定性、不确定性 450

10.4.1　全球气候变化的自组织特征与确定性、不确定性问题 453

10.4.2　关于海平面上升的确定性与不确定性 459

10.4.3　关于生物变化的自组织特征与确定性、不确定性 460

10.5　地球系统的自相似理论与确定性、不确定性 469

10.5.1　地学领域中的自相似性理论 470

10.5.2　自相似性理论与分形分维在地学领域中的应用 471

10.5.3　地图数据集中的相似性理论与确定性、不确定性 474

10.5.4　NASA的地球观测系统的战略目标与日本的地球模拟器计划中的不确定性评估 475

10.5.5　地球科学中的模型、模拟中的不确定性 477

参考文献 478

第11章　地球科学信息共享平台　 480

11.1　地球科学信息的共享需求 480

11.1.1　地球系统科学的兴起 481

11.1.2　地球系统科学面临的科学问题 483

11.1.3　地球系统科学数据共享的社会需求 485

11.2　地球科学信息共享的目标——e-Science 486

11.2.1　网格计算与数据网格 486

11.2.2　e-Science的概念和内涵 489

11.2.3　地学e-Science——e-GeoScience 492

11.2.4　e-Science的典型应用 495

11.3　地球科学信息共享平台实例 497

11.3.1　科学数据共享工程简述 497

11.3.2　地球系统科学数据共享网概况 500

11.3.3　地球系统科学数据共享网的总体框架 502

11.3.4　地球系统科学数据共享网共享实践 507

11.4　数据共享平台关键技术分析 513

11.4.1　数据共享平台的需求驱动 513

11.4.2　数据共享平台关键技术分析 515

11.4.3　数据共享平台支撑技术分析 524

参考文献 529