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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 I249

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-Science486

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-GeoScience492

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