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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XML 235

（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