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| 內容簡介： |
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《信息地理学概论》系统介绍了信息地理学的概念、发展方向和学科体系，并从地理遥感科学、地理信息科学和地理数据科学三个方面对信息地理学进行详细阐述。其中，地理遥感科学主要从遥感科学基础、遥感传感器与遥感平台、遥感图像处理与遥感图像分类角度进行介绍；地理信息科学主要从地理信息获取与地理信息管理、地理信息分析与地理信息表达、地理信息工程与地理信息服务角度进行介绍；而地理数据科学则主要从地理数据获取，地理数据管理与质量控制，地理数据处理、空间分析与可视化，地理数据存储、地理数据计算与分析角度进行介绍。
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目录前言第1章概论11.1信息地理学的概念与特征11.2信息地理学的发展目标与方向21.3信息地理学的学科体系4第2章地理遥感科学72.1遥感科学基础72.1.1遥感技术系统72.1.2几何光学特性92.1.3电磁波谱理论102.1.4辐射传输理论132.1.5地物波谱特性172.2遥感传感器192.2.1传感器的分类及性能192.2.2摄影成像传感器222.2.3多光谱扫描式成像传感器242.2.4高光谱成像光谱仪252.2.5微波传感器262.2.6激光雷达系统282.3遥感平台292.3.1航空遥感平台292.3.2航天遥感平台322.3.3微波与激光雷达遥感平台332.3.4无人机遥感平台372.3.5地面遥感与测量平台392.4遥感图像处理452.4.1遥感图像的表示452.4.2遥感图像的统计特征472.4.3遥感图像的校正482.4.4遥感图像的增强、变换与融合522.5遥感图像分类632.5.1目视解译632.5.2基于统计模型的监督与非监督分类652.5.3基于机器学习的分类方法712.5.4深度学习方法742.5.5面向对象的遥感影像分类方法76第3章地理信息科学793.1地理信息获取793.1.1地理实地测绘793.1.2地图数字化813.1.3航空摄影测量843.1.4全球卫星导航系统863.1.5卫星遥感影像获取863.1.6激光雷达扫描873.2地理信息管理883.2.1地理空间数据结构883.2.2地理空间信息数据模型933.2.3地理空间数据库系统953.3地理信息分析953.3.1地理空间图形分析953.3.2地理统计分析1073.3.3地理过程建模分析1153.3.4地理空间决策支持1203.4地理信息表达1303.4.1地理信息符号化表达1303.4.2普通地图数据表达1343.4.3专题地图数据表达1433.4.4地理三维数据表达1473.4.5地理空间数据表达1513.5地理信息工程1553.5.1地理信息工程过程1553.5.2地理信息工程标准1643.5.3地理信息工程质量1663.6地理信息服务1743.6.1地理信息服务技术1753.6.2地理信息和知识服务1753.6.3地图服务1763.6.4地理信息辅助决策服务176第4章地理数据科学1774.1地理数据获取1774.1.1传统地理数据获取技术1774.1.2时空地理数据的获取1784.1.3地理大数据获取新技术1784.2地理数据管理与质量控制1794.2.1矢量数据的管理1794.2.2栅格数据的管理1814.2.3时空地理数据的管理1824.2.4空间数据库引擎1834.2.5地理数据质量控制1844.3地理数据处理、空间分析与可视化1854.3.1地理数据处理1854.3.2地理数据空间分析1894.3.3地理数据可视化1964.4地理数据存储2014.4.1地理数据传统存储方式2014.4.2地理数据云存储2024.4.3地理数据仓库与ETL工具2034.5地理数据计算2044.5.1地理数据云计算2044.5.2地理格网计算2084.5.3地理数据挖掘算法208参考文献214
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第一章概论 1.1信息地理学的概念与特征 随着对地观测、智能感知、物联网、大数据、云计算、人工智能等信息科学与技术的迅速发展和广泛应用，地理科学发展的背景和条件发生了巨大的改变，催生了信息地理学，使地理科学具备了技术科学的属性。地理系统集成模型与决策支持系统、虚拟现实、增强现实和数字孪生等技术的发展日渐模糊了物理世界和现实世界的界限，实现了自然地理空间、人文社会空间和信息空间的多重交互。同时，当前地理信息领域的研究也出现了过度的技术导向，越来越与信息科学亲近，而疏离地理科学。因此，明确信息地理学概念可强化地理学在人地关系研究中的作用，推动学科系统化、科学化与现代化发展，并促进信息技术进步与成果应用（陈慧琳等，2007）。 1．信息地理学概念 信息地理学是以信息技术为主要手段，研究地球表层系统中自然、人文、地理信息要素的分布特征、时空分异、空间联系，以及地理空间数据的采集、传输、存储、表达、分析和应用的地理科学分支学科（胡鹏等，2002）。信息地理学是一门自然地理、人文地理与信息科学技术深度融合的新兴交叉学科，具有很强的技术科学属性，是地理科学中*特且不可或缺的组成部分（范文义和周洪泽，2003）。这主要体现在：完善地理科学的学科体系，通过信息手段有机联系地理科学众多分支领域，深化各分支领域的定量化和科学化研究，实现地理科学从过去和现状的定量描述到对未来的定量预测；吸收和引进信息科学等相关学科和领域的最新进展，如大数据、人工智能、物联网等，提高数据和知识的综合与集成水平，为解决复杂地理科学问题、更加深入地理解和模拟地球表层系统提供关键手段；作为自然地理、人文地理与社会服务的媒介，将地理科学研究成果输出到其他领域，促进区域协调与人类可持续发展。 2．信息地理学特征 信息地理学是基于信息科学理论、技术与方法来认识和应用地理信息的科学。在信息时代，信息地理学依托空间环境中日益丰富的数据资源和地理信息系统的技术支撑，展现出显著的研究潜力。其研究方法实现了从定性描述向定位、定量分析，从静态观测向动态模拟，从单要素分析向多要素综合，以及从局部研究向整体把握的系统性跨越。这一进步使得许多以往难以深入探讨的地理过程得以被有效分析、模拟，并揭示其内在演变规律。 （1）系统特征。 信息地理学利用大容量、多层次、完整的综合系统，实现对地理学系统性、综合性和完整性研究，使地理学在原有基础上进一步提升。 （2）信息特征。 信息地理学以地理系统中的空间信息为研究对象，借助信息技术工具和信息科学理论，推动地理学研究实现从定性到定量的转化。 （3）技术特征。信息地理学的研究工具是现代信息技术系统，主要有遥感技术和地理信息系统技术。 （4）科学特征。 信息地理学的研究理论和方法是利用信息科学原理完善地理学的理论体系及方法，特别是在地理环境的综合方面。 1.2信息地理学的发展目标与方向 信息地理学的发展关系整个地理科学发展的全局，应从学科体系设计、基础理论研究、关键方法攻关、集成平台构建等方面做好前瞻性的战略布局（李琦等，2003）。即紧密围绕地理科学的核心问题，加强信息地理学的基础研究，构建完整的信息地理学学科体系；引进和发展信息领域的前沿研究成果，推进智能地理分析、地球大数据、地球表层系统综合模拟与数据同化等方面的关键基础理论与方法，建立地理大数据平台、地球表层系统科学模拟平台、可持续发展决策支持系统，为地理科学夯实信息基础设施；发展和推进信息地理学的综合应用，促进地理数据—信息—知识—理解—智慧决策的贯通，在更高水平上支持国家与区域可持续发展。 在地理遥感科学方面，大力发展地理遥感科学的基础理论与方法，深入开展遥感技术在地理科学各分支领域的应用，发展地理遥感基础产品，全面提升其对地理学科创新与可持续发展目标实现的支撑能力；加强遥感机理、地球表层系统模型、地球大数据方法以及遥感信息与地球表层系统模型同化的研究，着重解决地理科学中存在的定量反演、尺度转换和真实性检验三大科学难题，推动地理科学取得重大突破和发现（李小文和刘素红，2008）。 在地理信息科学方面，利用信息技术构建地理空间认知、表达、分析、模拟、预测优化方法，探索自然地理空间、人文社会空间在地理信息空间中的表达与耦合方式，开展地理场景建模，致力研究地理信息系统的基础科学问题，发展解决中国地理信息产业“卡脖子”问题的基础理论与关键技术。 在地理数据科学方面，借助快速发展的数字地球、大数据、云计算、人工智能等新兴技术，结合遥感信息分析与应用、地理信息以及地理分析手段，实现观测、数据与模型资源的整合，自动提取和发现隐含的地理知识与规律，刻画多尺度地理事件与地理要素的时空联系，揭示其过程本质（江斌等，2002）。 1.信息地理学优先领域发展目标 *先，持续发展地理遥感科学的基础理论研究，优化地理要素遥感辐射传输模型，优先突破遥感尺度转换、真实性检验等理论和方法。其次，发展地球表层系统观测、数据、模型基础设施和模拟平台，形成一批针对自然和人文要素的遥感新算法，提高国产卫星遥感数据产品的生产与应用能力，持续提供遥感产品服务，为支撑中国地理科学跨越式发展和地球表层系统科学前沿探索夯实地理信息基础。*后，发展地理信息综合模型和地球大数据分析方法，发展具有自主知识产权的地理场景建模与集成分析、地理大数据位置聚合分析与服务、多模态地理信息表达与交互的技术与方法体系，研发过程机理模型和机器学习相结合的地理智能和地理模拟系统，加大力度发展具有自主知识产权和国际竞争力的地理信息平台和行业软件。 2.信息地理学优先领域重点方向 1）信息地理学基础理论和方法 在信息地理学基础理论框架方面，对信息空间中信息的时空分布、演化过程和要素相互作用规律进行系统解析，形成信息时空分布和格局特征分析的理论与方法。在多元信息智能分析与模拟的基础理论与方法方面，研究“形数理机”融合的多元信息集成表达理论，探索多源数据的统一组织与集成方法，研究结构化和非结构化的地理数据空间分析、推理、决策和服务模型，构建包括过程机理模型和机器学习相结合的地理智能和地理模拟系统（崔伟宏，1995）。在多元信息自适应计算理论与方法方面，发展地理规律驱动的空间数据结构与索引方法，研发地理大数据高维空间描述和分析的数据模型、数据结构、协同计算与系统建模技术，突破移动地理信息系统、三维地理信息系统、大数据与智慧城市等领域空间计算方法的性能瓶颈。在信息地理空间表达与全息制图方面，突破地理大数据高维空间描述、实时动态表达、虚实融合展示的关键理论方法，发展数据驱动的虚拟地理环境构建方法，实现全视角、全要素、全信息、全内容的地理信息全息表达。 2）地理遥感科学研究 在遥感定量反演方面，重点突破茂密植被和冰川透视观测、城市结构等遥感探测机理，研究陆表系统过程参量的多源遥感协同反演理论、模型同化方法，发展基于大数据、机器学习、人工智能等前沿技术的定量遥感反演新理论和新方法。在真实性检验方面，突破遥感像元尺度的观测新技术和融合地理要素时空变化规律的像元尺度真值估计新理论。在尺度问题方面，加强多尺度数据的遥感观测试验，发展地理时空数据尺度转换理论和融合多种时空尺度的转换方法。在专题遥感应用领域，各分支正依托多源数据融合与智能算法，朝着精细化、动态化和服务化方向深入发展。植被遥感聚焦高分辨率动态监测与三维结构功能分析，拓展新型荧光遥感应用，并致力于研发全球及区域尺度的长时序植被参数产品；地貌遥感则深化多源数据的综合分析，加强基于人工智能的地貌信息自动识别与提取方法，构建高分辨率的地貌变化监测系统。与此同时，人文地理与可持续发展遥感在大数据平台、数字地球和智能信息处理算法的支持下，创新主动服务模式，通过融合多源遥感产品强化对地学建模与地理分析的支撑能力，从而有效服务于联合国可持续发展目标、“一带一路”倡议以及美丽中国建设等重大战略需求（关泽群和刘继琳，2007）。 3）地理信息科学研究 在地球信息模型方面，重点发展方向包括地球系统抽象描述的概念模型与信息模型、地理信息系统基础理论与方法、地理信息位置聚合的基础理论与方法、基于物质/事件的地理信息建模与分析的新理论新方法、三元空间演化信息地理学和地理场景的虚实融合表达方法。在地理系统的信息建模与模拟方面，研究全方位、全视角、全内容的地理信息获取方式，发展多源地理数据的时空集成框架与数据融合方法，研究地理系统的综合建模、模拟与分析方法，提升对地理系统的过程模拟和空间优化的分析能力。在地理信息系统关键技术方面，发展自动化、高效的方法，研究面向地球圈层结构、多地理要素综合的地理信息系统建模与分析方法和智能地理分析方法，发展移动地理信息系统、三维地理信息系统、大数据与智慧城市等应用地理信息系统平台，创新地理信息系统全媒体表达与交互方法，支撑国家战略与区域发展等领域的应用（李德仁等，1993）。 4）地理数据科学研究 在地理大数据的理论和应用方面，研究地理大数据和泛在地理数据的理解、聚合与共享的理论与方法，突破地理大数据加工和分析的关键技术，完善地理大数据标准，形成国家地理大数据战略高地。在社会计算与感知方面，结合泛在传感器的普及应用，将社交媒体、人类轨迹、众源标记等空间大数据与遥感数据进行融合，实现“以人知地”和“以地知人”。在人工智能地理学方面，研发以地理规律和相互作用为基础的表达—分析—计算一体化的新型地理深度神经网络，建立地学场景的专属深度智能网络模型，研究基于人工智能的复杂多源地理大数据融合建模、动态感知和因果网络分析方法，突破人工智能技术在地理信息组织管理、时空分析、建模模拟、交互表达的应用瓶颈，提升对地理现实世界过去、现在和未来数字化重构、分析与预估的智能化水平。 1.3信息地理学的学科体系 遥感、地理信息、物联网、大数据与人工智能等技术的快速发展极大地推动了地理科学的革新，促进了信息地理学的形成和发展，逐渐形成地理遥感科学、地理信息科学和地理数据科学三个分支学科（图1-1）。 图1-1信息地理学学科体系 1.地理遥感科学 遥感（remote sensing，RS）科学与技术被广泛应用于地球系统科学的生态、环境、农业、林业、交通等各个分支学科的众多社会领域。本书所涉及的地理遥感科学，是指由遥感技术和地理科学交叉形成的学科领域，它既包括该交叉领域的基础科学问题，也涵盖遥感在地理科学各分支学科中的应用。 遥感的迅猛发展为自然地理、人文地理、可持续发展与人地系统研究提供了重要信息源和科技支撑，促进了定量反演、真实性检验和尺度转换等基础性研究的发展（李玲，2009）。随着遥感辐射传输建模和基于先验知识的定量遥感反演理论逐步完善，多源遥感协同反演理论和方法不断深入，以全球陆表定量遥感产品和多源协同定量遥感生产系统为标志，中国具备了全球长时间序列定量遥感产品的生产能力；定量遥感产品的真实性检验在理论方法体系构建方面取得了长足进展，我国学者发展了遥感像元尺度地面真值获取方法，构建了遥感产品真实性检验网，并提出了“自下而上的归纳方法和自上而下的演绎方法”的遥感尺度问题研究思路，推动了遥感尺度转换理论和实验方法走向成熟。在遥感科学和地理科学的结合方面，地理遥感科学逐渐形成了植被遥感、土地覆被遥感、地貌遥感、水文遥感、冰冻圈遥感、人文与社会经济要素遥感等主要应用分支，快速推动了地理科学的发展（冯薇等，2023）。 2.地理信息科学 地理信息系统（geographic information system，GIS）于20世纪70年代末引入中国，陈述彭院士等老一辈科学家倡导并组织了中国地理信息科学研究，提出了“地学信息图谱”等一系列概念和方法，促进了地理信息科学方法论的发展。中国学者主要
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