地理信息系統(tǒng)中的不確定性問(wèn)題

前言

毛澤東同志語(yǔ)重心長(zhǎng)，寄重望于青年，他說(shuō)：“世界是你們的”，“你們是早上八九點(diǎn)鐘的太陽(yáng)”。在進(jìn)步節(jié)奏越來(lái)越快的信息社會(huì)，青年同志承受著巨大的壓力，渴望插上知識(shí)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(huì)需求。他們需要通過(guò)鍵盤(pán)去解釋這個(gè)多動(dòng)的世界，需要用電腦去跟蹤這個(gè)多變的世界，去了解過(guò)去，去改善現(xiàn)狀，去打造未來(lái)。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們已經(jīng)向太空發(fā)射了數(shù)以干計(jì)的遙感對(duì)地觀(guān)測(cè)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(yùn)行在太空，監(jiān)測(cè)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(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，加速了電離層以?xún)?nèi)的信息流的流動(dòng)。人們?cè)谄搅鲗娱_(kāi)發(fā)了超音速飛機(jī)，加速了洲際往來(lái)，還在不斷地修建高速公路，提速火車(chē)，增加集裝箱的制造和門(mén)對(duì)門(mén)的運(yùn)輸，加速物流配送的能力。于是，地球上的時(shí)空觀(guān)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(shí)之內(nèi)可以到達(dá)杭州、寧波和南京；兩小時(shí)之內(nèi)，可以到達(dá)黃山、廬山和武夷山。來(lái)自千里之外的新疆的石油、天然氣和來(lái)自長(zhǎng)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(duì)的信息社會(huì)的現(xiàn)實(shí)，使我們不能不轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的時(shí)空觀(guān)念。這個(gè)數(shù)字的信息社會(huì)，還只是一個(gè)虛擬的、透明的世界。展望未來(lái)，“數(shù)字地球”還將進(jìn)一步改變我們?nèi)祟?lèi)居住的這個(gè)星球的面貌。在我國(guó)也相應(yīng)地提出了“數(shù)字中國(guó)”計(jì)劃，各級(jí)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(jì)劃到2008年，全國(guó)政府采購(gòu)額將達(dá)76億元人民幣，實(shí)現(xiàn)80％城市的信息化。以北京為例，在城區(qū)已設(shè)計(jì)了萬(wàn)米網(wǎng)格的管理和監(jiān)理新模式，加強(qiáng)社區(qū)的空間管理，從社區(qū)開(kāi)始打破過(guò)去條塊分割的局面。2008年北京市將設(shè)置2000個(gè)便民信息亭，擴(kuò)大公共信息服務(wù)范圍；公司和企業(yè)積極開(kāi)展電子商務(wù)能力建設(shè)，力爭(zhēng)與國(guó)際接軌，縮小數(shù)字鴻溝，提高商貿(mào)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)工業(yè)化的新路。例如，我國(guó)地圖測(cè)繪、地震、地質(zhì)、氣象行業(yè)早已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化；東北老工業(yè)基地也在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)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(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)，向循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；在科技教育部門(mén)，大力推廣遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療，在我國(guó)西部開(kāi)發(fā)和成人職業(yè)教育方面，取得了相當(dāng)顯著的實(shí)效，受到了普遍的歡迎。

內(nèi)容概要

本書(shū)基于作者長(zhǎng)期在GIS不確定性及相關(guān)領(lǐng)域深入、細(xì)致的研究，以及他們所取得的一系列獨(dú)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(shū)分為8章，內(nèi)容包括：GIS不確定性基本概念，GIS不確定性問(wèn)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(dá)，離散空間中模糊地理對(duì)象的空間拓?fù)潢P(guān)系，TIN不確定性，GIS工程不確定性的評(píng)價(jià)與控制，以及GIS不確定性研究展望。本書(shū)注重科學(xué)性、創(chuàng)新性和實(shí)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(diǎn)。    本書(shū)讀者對(duì)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(zhuān)業(yè)的高校教師和研究生。

書(shū)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(wèn)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(wèn)題  1.5  研究歷史與現(xiàn)狀  參考文獻(xiàn)第2章  GIS不確定性問(wèn)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(guān)世界存在的不確定性——隨機(jī)性的研究方法    2.3.2  人們主觀(guān)認(rèn)識(shí)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(wèn)題研究方法  參考文獻(xiàn)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(xiàn)第4章  GIS數(shù)據(jù)模型不確定性目標(biāo)的模糊集表達(dá)  4.1  集合論    4.1.1  集合論基本概念    4.1.2  一般拓?fù)?   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?fù)? 4.2  剛性模糊拓?fù)淇臻g中的拓?fù)潢P(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?fù)淇臻gＣ    4.2.4  剛性模糊拓?fù)淇臻g中的相交矩陣    4.2.5  剛性模糊拓?fù)淇臻g中簡(jiǎn)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?fù)潢P(guān)系  4.3  一般模糊拓?fù)淇臻g中的拓?fù)潢P(guān)系    4.3.1  引言    4.3.2  更多的拓?fù)湫再|(zhì)    4.3.3  一般模糊拓?fù)淇臻g中的相交矩陣    4.3.4  簡(jiǎn)單模糊區(qū)域的定義和性質(zhì)    4.3.5  R2中的簡(jiǎn)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(duì)象建模及其拓?fù)潢P(guān)系    4.4.1  代數(shù)拓?fù)渑c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(duì)象建模    4.4.4  模糊空間對(duì)象之間的拓?fù)潢P(guān)系    4.4.5  結(jié)論和討論  參考文獻(xiàn)第5章  離散空間中模糊地理對(duì)象空間拓?fù)潢P(guān)系研究  5.1  引言  5.2  模糊地理對(duì)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(duì)象形式化描述    5.2.3  模糊地理對(duì)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(duì)象拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)    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(duì)象拓?fù)潢P(guān)系  5.5  離散空間中模糊地理對(duì)象空間拓?fù)潢P(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(duì)象的粗糙描述    5.5.3  基于粗糙模型的模糊地理對(duì)象空間拓?fù)潢P(guān)系研究  參考文獻(xiàn)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(xiàn)的高程誤差  參考文獻(xiàn)第7章  GIS工程中不確定性的評(píng)價(jià)與控制  7.1  空間數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究進(jìn)展  7.2  土地空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過(guò)程的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題    7.2.1  土地空間數(shù)據(jù)庫(kù)的四點(diǎn)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(wèn)題    7.2.3  數(shù)據(jù)編輯引入的質(zhì)量問(wèn)題    7.2.4  數(shù)據(jù)更新引入的質(zhì)量問(wèn)題    7.2.5  空間數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量問(wèn)題總結(jié)  7.3  土地空間數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量?jī)?nèi)容及質(zhì)量控制的思想    7.3.1  土地空間數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量控制的基本思想    7.3.2  土地空間數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量?jī)?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(kù)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(kù)質(zhì)量檢查方法設(shè)計(jì)    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(jì)檢查方法    7.4.7  小結(jié)  7.5  GIS工程（過(guò)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(xiàn)性回歸方法    7.5.4  空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)各過(guò)程誤差模型  參考文獻(xiàn)第8章  結(jié)語(yǔ)與展望附錄A  采用4×4相交模型時(shí)兩個(gè)簡(jiǎn)單模糊區(qū)域之間存在的拓?fù)潢P(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(duì)象拓?fù)潢P(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(shí)際上它和GIS的數(shù)據(jù)、應(yīng)用模型是密切相關(guān)的。從對(duì)立統(tǒng)一法則和系統(tǒng)理論來(lái)看，客觀(guān)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(lèi)型。這兩個(gè)相互對(duì)立、相互矛盾而又并存的系統(tǒng)，是對(duì)稱(chēng)的。但是，所謂確定性與不確定性是相對(duì)的：確定性系統(tǒng)的現(xiàn)象和過(guò)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(lái)看，確定性與不確定性系統(tǒng)的區(qū)分，主要以系統(tǒng)對(duì)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(shí)，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(shí)，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(huì)隨時(shí)間推移發(fā)生越來(lái)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(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)，也可以推測(cè)過(guò)去。但不穩(wěn)定系統(tǒng)則具有所有層次上的擾動(dòng)（漲落）、變化、多種選擇和有限的可預(yù)測(cè)性。（3）穩(wěn)定系統(tǒng)的時(shí)間是可逆的、對(duì)稱(chēng)的、不存在時(shí)間流（時(shí)間之矢），過(guò)去、未來(lái)和現(xiàn)在是等價(jià)的（近似的），過(guò)去、未來(lái)和現(xiàn)在是不能劃分的，根據(jù)現(xiàn)在就可以知道過(guò)去和未來(lái)，穩(wěn)定系統(tǒng)的時(shí)間是一種錯(cuò)覺(jué)。不穩(wěn)定系統(tǒng)的時(shí)間是不可逆、不對(duì)稱(chēng)的，存在時(shí)間流；在時(shí)間軸上，一切都在發(fā)生變化，過(guò)去和現(xiàn)在是不等價(jià)的，未來(lái)和現(xiàn)在也是不等價(jià)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(duì)稱(chēng)的。在一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)中，可能存在局部的、暫時(shí)的不穩(wěn)定性。同時(shí)，在一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)中，可以出現(xiàn)局部的或暫時(shí)的穩(wěn)定性。這是由于客觀(guān)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(guò)程特征，包括時(shí)間、結(jié)構(gòu)和功能的有序性，但也可能出現(xiàn)無(wú)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(yuǎn)離平衡的特征，它可能產(chǎn)生時(shí)間、結(jié)構(gòu)和功能上的無(wú)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。

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《地理信息系統(tǒng)中的不確定性問(wèn)題》：“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目。

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