地理信息系統(tǒng)中的不確定性問題

前言

毛澤東同志語重心長，寄重望于青年，他說：“世界是你們的”，“你們是早上八九點鐘的太陽”。在進步節(jié)奏越來越快的信息社會，青年同志承受著巨大的壓力，渴望插上知識的翅膀，需要凝聚智慧的力量，展翅騰飛，才能勝任歷史重任，適應(yīng)社會需求。他們需要通過鍵盤去解釋這個多動的世界，需要用電腦去跟蹤這個多變的世界，去了解過去，去改善現(xiàn)狀，去打造未來。近半個世紀(jì)以來，人們已經(jīng)向太空發(fā)射了數(shù)以干計的遙感對地觀測衛(wèi)星、地球定位衛(wèi)星、全球通信衛(wèi)星。這些衛(wèi)星夜以繼日地運行在太空，監(jiān)測著地球上資源、環(huán)境和生態(tài)的變化，監(jiān)視著城市化和土地覆蓋的更新。人們敷設(shè)了遍布各大洲的通信光纜，設(shè)置了進入千家萬戶的寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，加速了電離層以內(nèi)的信息流的流動。人們在平流層開發(fā)了超音速飛機，加速了洲際往來，還在不斷地修建高速公路，提速火車，增加集裝箱的制造和門對門的運輸，加速物流配送的能力。于是，地球上的時空觀念發(fā)生了很大的變化，以上海雙休日旅游半徑為例，在一小時之內(nèi)可以到達杭州、寧波和南京；兩小時之內(nèi)，可以到達黃山、廬山和武夷山。來自千里之外的新疆的石油、天然氣和來自長江三峽的電力，川流不息地供應(yīng)到市區(qū)和郊區(qū)……這就是我們今天生活中面對的信息社會的現(xiàn)實，使我們不能不轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的時空觀念。這個數(shù)字的信息社會，還只是一個虛擬的、透明的世界。展望未來，“數(shù)字地球”還將進一步改變我們?nèi)祟惥幼〉倪@個星球的面貌。在我國也相應(yīng)地提出了“數(shù)字中國”計劃，各級政府正在推行“電子政務(wù)”改革管理模式，提高工作效率和服務(wù)水平，轉(zhuǎn)變政府職能。計劃到2008年，全國政府采購額將達76億元人民幣，實現(xiàn)80％城市的信息化。以北京為例，在城區(qū)已設(shè)計了萬米網(wǎng)格的管理和監(jiān)理新模式，加強社區(qū)的空間管理，從社區(qū)開始打破過去條塊分割的局面。2008年北京市將設(shè)置2000個便民信息亭，擴大公共信息服務(wù)范圍；公司和企業(yè)積極開展電子商務(wù)能力建設(shè)，力爭與國際接軌，縮小數(shù)字鴻溝，提高商貿(mào)競爭能力，節(jié)約水土資源，降低能源消耗成本；工業(yè)基地努力推行“電子制造”，走信息化帶動工業(yè)化的新路。例如，我國地圖測繪、地震、地質(zhì)、氣象行業(yè)早已實現(xiàn)全數(shù)字化；東北老工業(yè)基地也在實現(xiàn)自動化設(shè)計與質(zhì)量控制一體化的基礎(chǔ)上，明顯提高了產(chǎn)量、質(zhì)量，逐步促進工業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)，向循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展；在科技教育部門，大力推廣遠程教育和遠程醫(yī)療，在我國西部開發(fā)和成人職業(yè)教育方面，取得了相當(dāng)顯著的實效，受到了普遍的歡迎。

內(nèi)容概要

本書基于作者長期在GIS不確定性及相關(guān)領(lǐng)域深入、細致的研究，以及他們所取得的一系列獨創(chuàng)性研究成果，系統(tǒng)、全面地闡述了GIS不確定性的理論和方法。全書分為8章，內(nèi)容包括：GIS不確定性基本概念，GIS不確定性問題研究體系，GIS數(shù)據(jù)獲取的不確定性，GIS數(shù)據(jù)模型不確定性目標(biāo)的模糊集表達，離散空間中模糊地理對象的空間拓撲關(guān)系，TIN不確定性，GIS工程不確定性的評價與控制，以及GIS不確定性研究展望。本書注重科學(xué)性、創(chuàng)新性和實踐性，圖文并茂，內(nèi)容全面，理論和方法體系較為完整，涵蓋GIS領(lǐng)域諸多研究熱點。    本書讀者對象：從事遙感、GIS、數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)研究的科研人員，以及遙感、GIS及相關(guān)專業(yè)的高校教師和研究生。

書籍目錄

第1章  GIS不確定性的基本概念  1.1  當(dāng)前GIS學(xué)科發(fā)展的前沿問題  1.2  不確定性的一般概念及理論  1.3  地理系統(tǒng)的基本特征  1.4  地理信息系統(tǒng)（GIS）的不確定性問題  1.5  研究歷史與現(xiàn)狀  參考文獻第2章  GIS不確定性問題研究體系  2.1  GIS中不確定性框架體系  2.2  空間數(shù)據(jù)不確定性概念模型  2.3  不確定性研究方法    2.3.1  客觀世界存在的不確定性——隨機性的研究方法    2.3.2  人們主觀認(rèn)識上的不確定性    2.3.3  盲數(shù)和盲信息  2.4  GIS中不確定性問題研究方法  參考文獻第3章  GIS數(shù)據(jù)獲取的不確定性  3.1  數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)獲取方式    3.1.1  數(shù)據(jù)源    3.1.2  數(shù)據(jù)獲取方式  3.2  空間數(shù)據(jù)直接獲取的不確定性    3.2.1  地圖數(shù)據(jù)的不確定性    3.2.2  數(shù)字化儀輸入的不確定性    3.2.3  掃描數(shù)字化的不確定性    3.2.4  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差    3.2.5  系統(tǒng)處理誤差  參考文獻第4章  GIS數(shù)據(jù)模型不確定性目標(biāo)的模糊集表達  4.1  集合論    4.1.1  集合論基本概念    4.1.2  一般拓撲    4.1.3  模糊集理論    4.1.4  模糊關(guān)系    4.1.5  模糊推理    4.1.6  模糊拓撲  4.2  剛性模糊拓撲空間中的拓撲關(guān)系    4.2.1  模糊邊界    4.2.2  現(xiàn)有9交模型的分析    4.2.3  模糊拓撲空間Ｃ    4.2.4  剛性模糊拓撲空間中的相交矩陣    4.2.5  剛性模糊拓撲空間中簡單模糊區(qū)域的定義    4.2.6  (R～2，C)中模糊區(qū)域之間的拓撲關(guān)系  4.3  一般模糊拓撲空間中的拓撲關(guān)系    4.3.1  引言    4.3.2  更多的拓撲性質(zhì)    4.3.3  一般模糊拓撲空間中的相交矩陣    4.3.4  簡單模糊區(qū)域的定義和性質(zhì)    4.3.5  R2中的簡單模糊區(qū)域    4.3.6  比較    4.3.7  結(jié)論和討論  4.4  模糊空間對象建模及其拓撲關(guān)系    4.4.1  代數(shù)拓撲與空間數(shù)據(jù)模型    4.4.2  模糊胞腔與模糊胞腔復(fù)形    4.4.3  模糊空間對象建模    4.4.4  模糊空間對象之間的拓撲關(guān)系    4.4.5  結(jié)論和討論  參考文獻第5章  離散空間中模糊地理對象空間拓撲關(guān)系研究  5.1  引言  5.2  模糊地理對象的形式化描述及模型概述    5.2.1  模糊概念厘定    5.2.2  模糊地理對象形式化描述    5.2.3  模糊地理對象研究模型概述  5.3  粗糙集及基于粗糙集的連續(xù)空間離散化    5.3.1  粗糙集    5.3.2  基于粗糙集的連續(xù)空間離散化  5.4  離散空間（Zn）及離散空間中地理對象拓撲關(guān)系表達    5.4.1  離散空間研究的意義    5.4.2  離散空間模型    5.4.3  離散空間（Z2）中確定地理對象拓撲關(guān)系  5.5  離散空間中模糊地理對象空間拓撲關(guān)系研究    5.5.1  基于柵格空間的區(qū)域的定義    5.5.2  模糊地理對象的粗糙描述    5.5.3  基于粗糙模型的模糊地理對象空間拓撲關(guān)系研究  參考文獻第6章  TIN不確定性研究  6.1  概述  6.2  方差-協(xié)方差傳播定律  6.3  空間三角面的高程誤差  6.4  等高線的高程誤差  參考文獻第7章  GIS工程中不確定性的評價與控制  7.1  空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究進展  7.2  土地空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題    7.2.1  土地空間數(shù)據(jù)庫的四點相關(guān)性法則    7.2.2  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的質(zhì)量問題    7.2.3  數(shù)據(jù)編輯引入的質(zhì)量問題    7.2.4  數(shù)據(jù)更新引入的質(zhì)量問題    7.2.5  空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量問題總結(jié)  7.3  土地空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量內(nèi)容及質(zhì)量控制的思想    7.3.1  土地空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量控制的基本思想    7.3.2  土地空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量內(nèi)容體系的建立    7.3.3  以規(guī)則和元數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制    7.3.4  小結(jié)  7.4  土地空間數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查方法    7.4.1  基于元數(shù)據(jù)與規(guī)則的數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查方法設(shè)計    7.4.2  SQL檢查方法    7.4.3  空間特性檢查方法    7.4.4  空間關(guān)系檢查方法    7.4.5  地塊抽取檢查方法    7.4.6  統(tǒng)計檢查方法    7.4.7  小結(jié)  7.5  GIS工程（過程）質(zhì)量控制    7.5.1  模型的引出    7.5.2  確定空間數(shù)據(jù)誤差的傳統(tǒng)方法    7.5.3  多元線性回歸方法    7.5.4  空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)各過程誤差模型  參考文獻第8章  結(jié)語與展望附錄A  采用4×4相交模型時兩個簡單模糊區(qū)域之間存在的拓撲關(guān)系附錄B  基于RCC-D-8的離散空間中R×R組合模糊地理對象拓撲關(guān)系圖

章節(jié)摘錄

插圖：2.不確定性理論下面這些理論表面上看似乎和GIS關(guān)系不大，但實際上它和GIS的數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型是密切相關(guān)的。從對立統(tǒng)一法則和系統(tǒng)理論來看，客觀世界大體可以劃分為確定性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)兩大類型。這兩個相互對立、相互矛盾而又并存的系統(tǒng)，是對稱的。但是，所謂確定性與不確定性是相對的：確定性系統(tǒng)的現(xiàn)象和過程以確定性成分為主，而以不確定性成分為輔；反之，亦然。從數(shù)學(xué)與物理學(xué)的角度來看，確定性與不確定性系統(tǒng)的區(qū)分，主要以系統(tǒng)對初始條件的敏感性為依據(jù)的，主要依據(jù)包括：（1）穩(wěn)定系統(tǒng)是指當(dāng)初始條件發(fā)生微小變化時，只能產(chǎn)生相應(yīng)的很小影響的系統(tǒng)；不穩(wěn)定系統(tǒng)是指當(dāng)初始條件發(fā)生微小變化時，就能產(chǎn)生巨大的影響，即使與初始條件決定的軌道多么接近，都會隨時間推移發(fā)生越來越大的變化。（2）穩(wěn)定系統(tǒng)具有穩(wěn)定和有序的特征，可以根據(jù)初始條件來預(yù)測未來，也可以推測過去。但不穩(wěn)定系統(tǒng)則具有所有層次上的擾動（漲落）、變化、多種選擇和有限的可預(yù)測性。（3）穩(wěn)定系統(tǒng)的時間是可逆的、對稱的、不存在時間流（時間之矢），過去、未來和現(xiàn)在是等價的（近似的），過去、未來和現(xiàn)在是不能劃分的，根據(jù)現(xiàn)在就可以知道過去和未來，穩(wěn)定系統(tǒng)的時間是一種錯覺。不穩(wěn)定系統(tǒng)的時間是不可逆、不對稱的，存在時間流；在時間軸上，一切都在發(fā)生變化，過去和現(xiàn)在是不等價的，未來和現(xiàn)在也是不等價的，它們之間存在著明顯的區(qū)別。（4）在穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以有不穩(wěn)定的結(jié)果，但以穩(wěn)定的結(jié)果為主；在不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以有穩(wěn)定的結(jié)果，但以不穩(wěn)定性為主，所以它們又是不對稱的。在一個穩(wěn)定系統(tǒng)中，可能存在局部的、暫時的不穩(wěn)定性。同時，在一個不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以出現(xiàn)局部的或暫時的穩(wěn)定性。這是由于客觀世界的復(fù)雜性所決定的。（5）穩(wěn)定系統(tǒng)一般具有平衡過程特征，包括時間、結(jié)構(gòu)和功能的有序性，但也可能出現(xiàn)無序性（熱力學(xué)第一定律）；但不穩(wěn)定系統(tǒng)一般具有非平衡，甚至遠離平衡的特征，它可能產(chǎn)生時間、結(jié)構(gòu)和功能上的無序性，也可能產(chǎn)生新的有序（如熱力學(xué)的第二定律、耗散結(jié)構(gòu)與自組織理論），這也是復(fù)雜性所決定。

編輯推薦

《地理信息系統(tǒng)中的不確定性問題》：“十一五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目。

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