空間信息可視化

前言

20世紀(jì)后30年，計算機與電子技術(shù)、空間科學(xué)技術(shù)、信息與通訊技術(shù)等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了現(xiàn)代地圖學(xué)、遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）的誕生和飛速發(fā)展。60年代開始地圖制圖自動化的研究實驗，70年代初步實現(xiàn)計算機制圖與數(shù)字化測圖，90年代則實現(xiàn)了全數(shù)字化計算機制圖與自動制版，多媒體電子地圖集與互聯(lián)網(wǎng)地圖也迅速發(fā)展起來。70年代興起的衛(wèi)星遙感技術(shù)目前已發(fā)展到多層面（空間實驗站、多種系列衛(wèi)星、航天飛機、飛機等）、多波段光譜、多頻率雷達(dá)、高分辨率（高空間分辨率與高光譜分辨率）、多時相、全天候。已建立數(shù)字圖像處理系統(tǒng)與各種分析應(yīng)用模型，并在專題信息提取與自動分類制圖、土地資源清查、洪澇災(zāi)害與森林火災(zāi)監(jiān)測、熱帶氣旋預(yù)報、水體污染監(jiān)測及其他生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面得到廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。80年代在計算機制圖基礎(chǔ)上發(fā)展起來的地理信息系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于空間信息的各個領(lǐng)域，并已形成相當(dāng)規(guī)模的地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。目前種類繁多、功能多樣的地理信息系統(tǒng)軟件已達(dá)百種之多。而且在空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理、用戶使用界面、數(shù)據(jù)集成與更新、空間分析模型、人工智能與專家系統(tǒng)、Web GIS等方面已積累較多的經(jīng)驗，在資源清查與管理、城市規(guī)劃與管理、環(huán)境監(jiān)測與評價、災(zāi)害預(yù)警與損失評估等方面發(fā)揮著越來越大的作用。全球定位系統(tǒng)的發(fā)展帶來了空間定位技術(shù)的根本變革，用全球定位系統(tǒng)測定三維坐標(biāo)的方法使空間定位擴(kuò)展到海洋和空間，從靜態(tài)到動態(tài)，其精度達(dá)到米級和厘米級。由全球定位系統(tǒng)與電子地圖相結(jié)合的電子導(dǎo)航地圖已在飛機、艦船與汽車中廣泛使用?，F(xiàn)代地圖學(xué)、全球定位系統(tǒng)、遙感、地理信息系統(tǒng)不僅各自發(fā)揮了本身的特點，而且相互結(jié)合，促進(jìn)了一門新興的更高層次的學(xué)科——地球信息科學(xué)的誕生。地球信息科學(xué)將通過對地球系統(tǒng)內(nèi)部多源信息的獲取、傳輸、處理、感受、響應(yīng)與反饋的信息機理與信息流過程的深入研究，揭示地球系統(tǒng)各圈層復(fù)雜系統(tǒng)的相互作用與影響，闡明人地系統(tǒng)、全球變化、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的物質(zhì)流、能量流與信息流的全過程及其時空分布與演變規(guī)律，為宏觀調(diào)控、規(guī)劃設(shè)計與工程設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)和全方位的信息服務(wù)。1998年1月美國副總統(tǒng)戈爾提出的“數(shù)字地球——對21世紀(jì)人類星球的理解”，是繼美國提出的信息高速公路之后，又一項新的全球戰(zhàn)略。這也表明數(shù)字地球?qū)⑹?1世紀(jì)全球信息發(fā)展的必然趨勢。中國政府和科技界對信息技術(shù)和數(shù)字地球的發(fā)展也非常重視，有關(guān)部門正研究和制訂相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略與具體措施，推動中國數(shù)字地球的發(fā)展。1999年11月中國科學(xué)院聯(lián)合有關(guān)部門發(fā)起召開了國際數(shù)字地球會議，并通過了數(shù)字地球“北京宣言”。目前有不少省區(qū)和城市已制訂并實施數(shù)字省區(qū)與數(shù)字城市的發(fā)展規(guī)劃。

內(nèi)容概要

　　本書主要從以下幾個方面對空間信息可視化進(jìn)行了討淪和研究?！　?.首先闡述了與本論題相關(guān)的空間信息表示、地團(tuán)信息傳輸、多媒體技術(shù)、科學(xué)計算可視化、認(rèn)知科學(xué)等，分析它們與空間信息可視化的內(nèi)在聯(lián)系和意義，初步探討了空間信息可視化的理論和技術(shù)基礎(chǔ)?！　?.多媒體數(shù)據(jù)模型是實現(xiàn)空間信息可視化的重要前提和關(guān)鍵技術(shù)之一，本書對現(xiàn)有的非第一范式(Non First Normal Form，簡記為NF，)方法和超文本模型進(jìn)行若干擴(kuò)展，構(gòu)造并設(shè)計丁NF。多媒體數(shù)據(jù)模型和超媒體數(shù)據(jù)模型。深入研究了這兩種模型的若干關(guān)鍵技術(shù)，并給出其應(yīng)用實例?！　?.在深入分析了面向?qū)ο蠖嗝襟w數(shù)據(jù)模型、NF。多媒體數(shù)據(jù)模型和超媒體數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提出另一種新的多媒體數(shù)據(jù)組織和存貯模型，即基于對象一關(guān)系的超媒體數(shù)據(jù)模型，深入探討了該模型的數(shù)學(xué)描述及其組織和存貯方式，并通過實駿對該模型進(jìn)行丫初步驗證?！　?.多媒體空間數(shù)據(jù)壓縮是實現(xiàn)空間信息可視化的另一項重要內(nèi)容，本書著重研究了靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)及視頻圖像數(shù)據(jù)壓縮處理的方法、原理及其實現(xiàn)算法?！　?.空間信息的可視化查詢是實現(xiàn)空間信息可視化的重要手段，但目前常用的5ql。和QBE等查詢語言不能很好地實用于空間信息的可視化查詢。為此本書基于關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的基本原理，設(shè)計了一種可視化的空間信息查詢語言(Visual Query Language。n Spatial Information。簡記為SIVQL)，深入研究了SIVQL的數(shù)學(xué)原理、表達(dá)及其應(yīng)用等有關(guān)問題?！　?.多媒體和多媒體地圖是實現(xiàn)空間信息可視化的表現(xiàn)方式，本書對空間信息可視化中的多媒體和多媒體地圖及多媒體間協(xié)同關(guān)系的表達(dá)與描述進(jìn)行了討論?！　?.空間信息的可視化操作是可視化地理信息系統(tǒng)面向廣大用戶的主要特征，本書用數(shù)學(xué)方法研究了可視化圖標(biāo)、可視化操作的表達(dá)、描述及其設(shè)計與應(yīng)用等相關(guān)問題?！　?.在原理、方法、技術(shù)和理論研究的基礎(chǔ)上，本書還介紹了一個基于多媒體技術(shù)的可視化地理信息系統(tǒng)一一海南綜合地理信息系統(tǒng)?！　?.結(jié)合當(dāng)前地球信息科學(xué)發(fā)展的新技術(shù)和趨勢，闡述了空間信息可視化在國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字地球建設(shè)中的作用。

書籍目錄

第1章　緒論　　1.1　空間信息表達(dá)與空間信息可視化　　1.1.1　傳統(tǒng)地圖和現(xiàn)代電子地圖的發(fā)展　　1.1.2　空間信息表達(dá)與空間信息可視化　　1.1.3　基于多媒體技術(shù)的空間信巳可視化　1.2　可視化技術(shù)的基本方法　　　1.2.1　點數(shù)據(jù)場的可視化　　　1.2.2　標(biāo)量場數(shù)據(jù)的可視化　　1.2.3　矢量場數(shù)據(jù)的可視化　　1.2.4　張量場數(shù)據(jù)的可視化　　1.2.5　其它可視化技術(shù)和方法　　1.3　空間信息可視化研究的主要內(nèi)容　1.4　本書的主要內(nèi)容　第2章　空間信息可視化的相關(guān)理論與技術(shù)基礎(chǔ)　2.1　空間信息的類型、特點及其寢示方法　　2.1.1　空間信息的類型　　2.1.2　空間信息的特點及表示方法　2.2　多媒體技術(shù)及其應(yīng)用　　2.2.1　多媒體技術(shù)及其發(fā)展筒況　　2.2.2　多媒體系統(tǒng)的構(gòu)成　　　2.2.3　多媒體技術(shù)的應(yīng)用　　2.3　科學(xué)計算可視化與空間信息可視化　　2.3.1　科學(xué)計算可視化及其在制田和地理信息系統(tǒng)十的應(yīng)用　　　2.3.2　空間信息可視化的基本概念、特征、類型及表達(dá)工具　　2.4　多媒體技術(shù)與空間信息可視化　　2.4.1　多媒體技術(shù)在空間信息可視化十的作用和意義　　　2.4.2　多媒體技術(shù)與地圖信息表達(dá)　　2.5　空間信息可視化中人類空間認(rèn)知模型的意義　　　2.5.1　認(rèn)知科學(xué)及人類的空間認(rèn)知模型　　　2.5.2　空間信息可視化的實質(zhì)　　2.6　地圖信息的傳輸模式　2.7　本章小結(jié)第3章　空間信息可視化中的多媒體數(shù)據(jù)模型　3.1　多媒體數(shù)據(jù)模型及其功能　　3.1.1　多媒體數(shù)據(jù)模型的基本概念　　　3.1.2　多媒體數(shù)據(jù)模型的表現(xiàn)特征　　　3.1.3　多媒體數(shù)據(jù)管理的主要特點　　3.2　面向?qū)ο蟮亩嗝襟w數(shù)據(jù)模型　　……第4章　基于對象—關(guān)系的超媒體數(shù)據(jù)模型第5章　空間信息表達(dá)中多媒體數(shù)據(jù)的壓縮處理第6章　空間信息的可視化查詢語言SIVQL第7章　空間信息可視化媒體及其關(guān)系的描述與表達(dá)第8章　基于多媒體技術(shù)的可視化地理信息系統(tǒng)應(yīng)用實例第9章　新技術(shù)條件下空間信息可視化的發(fā)展遠(yuǎn)景參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在人類社會漫長的演變、進(jìn)化過程中，語言和文字的產(chǎn)生是人類社會進(jìn)步的兩次質(zhì)的飛躍。借助于語言和文字，人們才得以相互交流思想、傳遞信息，也才能夠?qū)⒆匀画h(huán)境中的萬事萬物描述、記錄下來。地圖的產(chǎn)生和發(fā)展，又使人類能夠?qū)⒌乇淼沫h(huán)境現(xiàn)象及其特征加以抽象、概括，形象地表示在石、竹、絹、紙等基質(zhì)上，從而直觀、方便地認(rèn)識、研究環(huán)境現(xiàn)象，因而地圖成為描述和記載自然環(huán)境現(xiàn)象及人類活動的另一種重要手段和工具。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是計算機科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人類社會的生活和生產(chǎn)方式，同時也改變了人類存貯、表示和傳輸空間信息的途徑和方式。多媒體技術(shù)的產(chǎn)生及可視化方法的應(yīng)用，使得計算機能夠把文字、圖形、圖像、動畫、聲音及視頻等各種媒體信息集成到信息系統(tǒng)中，進(jìn)行交互式、直觀化的操作處理，從而實現(xiàn)了空間信息的可視化和虛擬現(xiàn)實。§1.1 空間信息表達(dá)與空間信息可視化1.1.1 傳統(tǒng)地圖和現(xiàn)代電子地圖的發(fā)展地圖是人類文化的重要組成部分，它融科學(xué)、語言、藝術(shù)于一體，從古巴比倫陶片地圖至今，地圖已有4500余年歷史。作為描述、記錄和研究自然環(huán)境與人類社會活動的一種信息載體，地圖早已成為人類生產(chǎn)與生活中一種重要的信息傳輸方式和文化工具。地圖作為空間環(huán)境信息表達(dá)的載體，其傳輸媒介和表示形式隨著人類科技的進(jìn)步而變化。古代地圖主要描繪在石碑、絲帛、陶片等基質(zhì)上。隨著紙張的發(fā)明和印刷技術(shù)的應(yīng)用，地圖才逐漸被繪制在紙平面上。然而紙質(zhì)地圖不僅制作工藝復(fù)雜，而且攜帶和傳輸不便。自20世紀(jì)60年代起，隨著計算機技術(shù)在地圖學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，逐漸產(chǎn)生了計算機制圖和電子地圖。這樣，地圖不僅可以繪制在紙上，而且也可存貯在計算機里，并顯示在計算機屏幕上；地圖的表達(dá)形式除了符號、注記之外，還有數(shù)字的形式。這種具有交互性和動態(tài)性的電子地圖使傳統(tǒng)地圖進(jìn)入了數(shù)字制圖的嶄新時代，這是傳統(tǒng)地圖制作和表現(xiàn)的一次質(zhì)的飛躍，它改變了傳統(tǒng)地圖表達(dá)和傳輸空間信息的方式，拓寬了地圖的應(yīng)用和研究領(lǐng)域。電子地圖是現(xiàn)代地圖的一種重要形式，也是計算機制圖和地理信息系統(tǒng)（GIS）的重要功能。與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比，電子地圖主要具有如下幾個基本特征：1.能夠?qū)崟r、動態(tài)地表達(dá)空間環(huán)境現(xiàn)象信息，并具有滾動、閃爍及多窗口顯示或放大等功能。2.數(shù)據(jù)存貯與圖形顯示相分離，因而信息存取、傳輸方便、靈活。3.能在屏幕上隨時修改和編輯地圖要素。4.以數(shù)字形式存貯數(shù)據(jù)，不僅能進(jìn)行檢索、查詢，還能有效地進(jìn)行基于數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計和相關(guān)分析。1.1.2 空間信息表達(dá)與空間信息可視化作為一種新型地圖，電子地圖對地圖學(xué)的發(fā)展起了積極的推動作用，目前電子地圖產(chǎn)品已進(jìn)入實用階段。盡管如此，電子地圖和計算機制圖系統(tǒng)仍然存在許多不足，至少從目前情況來看，在以下幾個方面有待進(jìn)一步研究和完善。

編輯推薦

《空間信息可視化》：測繪科技專著出版基金資助。

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