空间信息可视化 (2008 年度畅销榜NO.62001 )

第1章 绪论
1.1 空间信息表达与空间信息可视化
1.2 可视化技术的基本方法
1.3 空间信息可视化研究的主要内容
1.4 本书的主要内容

第2章 空间信息可视化的相关理论与技术基础
2.1 空间信息的类型、特点及其表示方法
2.2 多媒体技术及其应用
2.3 科学计算可视化与空间信息可视化
2.4 多媒体技术与空间信息可视化
2.5 空间信息可视化中人类空间人类空间认识模型的意义
2.6 地图信息的传输模式
2.7 本章小结

第3章 空间信息可视化中的多媒体数据模型
3.1 多媒体数据模型及其功能
3.2 面向对象的多媒休数据模型
3.3 非第一范式（NF2）的扩展与NF2多媒体数据模型
3.4 超媒体数据模型
3.5 本章小结

第4章 基于对象一关系的超媒体数据模型
4.1 引言
4.2 对象—关系超媒体数据模型的原理和方法
4.3 对象—关系超媒体数据模型的规范化描述
4.4 对象—关系超媒体数据模型操作运算的代数表达
4.5 对象—关系超媒体数据模型的组织与存贮
4.6 对象—关系超媒体数据模型的应用实例
4.7 对象—关系超媒体数据模型的特点
4.8 本章小结

第5章 空间信息表达中多媒体数据的压缩处理
5.1 空间数据压缩的本质和核心内容
5.2 空间数据压缩的基本方法
5.3 静态图像数据的压缩处理
5.4 视频图像数据的压缩处理
5.5 本章小结

第6章 空间信息的可视化查询语言SIVQL
6.1 数据库查询语言综述
6.2 QBE的扩展与SIVQL的描述性定义
6.3 SIVQL的数学基础
6.4 SIVQL的查询操作及应用实例
6.5 SIVQL的特点
6.6 本章小结

第7章 空间信息的可视化媒体及其关系的描述与表达
7.1 空间信息的可视化媒体的描述与表达
7.2 空间信息的可视化的集成表现——多媒体地图
7.3 可视化图标的数学表达及应用
7.4 各种媒体协同关系的表达与描述
7.5 本章小结

第8章 基于多媒体技术的可视化地理信息系统应用实例——海南综合地理信息系统的设计与研制
8.1 系统总体结构和功能
8.2 系统运行环境
8.3 系统信息及其分类与编码设计
8.4 系统数据库与数据模型设计
8.5 系统设计与研建的总体技术策略
8.6 系统多媒体数据的获取与处理
8.7 系统特点

第9章 新技术条件下空间信息可视化的发展远景
9.1 国家空间数据基础设施的建设
9.2 国家空间数据基础设施的基本内容及构成
9.3 NSDI中地球空间数据框架的实施技术
9.4 数字地球

参考文献

20世纪后30年，计算机与电子技术、空间科学技术、信息与通讯技术等高新技术的迅速发展，促进了现代地图学、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)的诞生和飞速发展。60年代开始地图制图自动化的研究实验，?0年代初步实现计算机制图与数字化测图，90年代则实现了全数字化计算机制图与自动制版，多媒体电子地图集与互联网地图也迅速发展起来。 70年代兴起的卫星遥感技术目前已发展到多层面(空间实验站、多种系列卫星、航天飞机、 电机等)、多波段光谱、多频率雷达、高分辨率(高空间分辨率与高光谱分辨率)、多时相、全天候。已建立数字图像处理系统与各种分析应用模型，并在专题信息提取与自动分类制图、土地资源清查、洪涝灾害与森林火灾监测、热带气旋预报、水体污染监测及其他生态环境监测等方面得到广泛应用，发挥了重要作用。 80年代在计算机制图基础上发展起来的地理信息系统已广泛应用于空间信息的各个领域，并已形成相当规模的地理信息系统产业。目前种类繁多、功能多样的地理信息系统软件已达百种之多。而且在空间数据结构与管理、用户使用界面、数据集成与更新、空间分析模型、人工智能与专家系统、WebGIS等方面已积累较多的经验，在资源清查与管理、城市规划与管理、环境监测与评价、灾害预警与，损失评估等方面发挥着越来越大的作用。 全球定位系统的发展带来了空间定位技术的根本变革，用全球定位系统测定三维坐标的方法使空间定位扩展到海洋和空间，从静态到动态，其精度达到米级和厘米级。由全球定位系统与电子地图相结合的电子导航地图已在飞机、舰船与汽车中广泛使用。 现代地图学、全球定位系统、遥感、地理信息系统不仅各自发挥了本身的特点，而且相互结合，促进了一门新兴的更高层次的学科——地球信息科学的诞生。地球信息科学将通过对地球系统内部多源信息的获取、传输、处理、感受、响应与反馈的信息机理与信息流过程的深入研究，揭示地球系统各圈层复杂系统的相互作用与影响，阐明人地系统、全球变化、区域可持续发展中的物质流、能量流与信息流的全过程及其时空分布与演变规律，为宏观调控、规划设计与工程设计提供科学依据和全方位的信息服务。 1998年1月美国副总统戈尔提出的“数字地球——对21世纪人类星球的理解”，是继美国提出的信息高速公路之后，又一项新的全球战略。这也表明数字地球将是21世纪全球信息发展的必然趋势。中国政府和科技界对信息技术和数字地球的发展也非常重视，有关部门正研究和制订相应的发展战略与具体措施，推动中国数字地球的发展。1999年11月中国科学院联合有关部门发起召开了国际数字地球会议，并通过了数字地球“北京宣言”。目前有不少省区和城市已制订并实施数字省区与数字城市的发展规划。 上述地图学、全球定位系统、遥感、地理信息系统，以及在此基础上发展起率的地球信息科学与数字地球，所涉及的信息都属于空间信息，即具有空间相对位置的信息，包括二维、三维、四维或更多维信息。而这些空间信息，不论从信息流角度研究其形成过程与机理、时空分布与传递方式，还是从信息的获取、分析、处理、传递、显示等技术方面进行分析与应用，都需要借助于可视化的方法和技术。因此空间信息可视化是地图学、全球定位系统、遥感、地理信息系统，乃至地球信息科学、数字地球必须研究解决的共同性重要课题。近十多年来，国际上可视化问题的研究已成为热点问题之一，国际地图学协会(1CA)前主席泰勒教授(Taylor)1991年提出的地图信息认知与传输三角形模式中，把地图可视化作为三角形的核心。国际地图学协会还专门成立了地图可视化委员会(后改为可视化与虚拟现实委员会)。国际上地理信息系统的专家学者对可视化的研究与探讨也十分活跃。 《空间信息可视化》一书的作者王建华博土及时抓住空间信息可视化这一前沿性课题，进行了较长时间的研究与探讨。他专业基础扎实，学科知识面较广，自行设计开发过若干地理信息系统，具有较丰富的实践经验，发表过较高水平的论文，经过博士论文和博士后的系统研究，又参考了国内外大量文献资料，《空间信息可视化》一书的撰写具有坚实的研究功底与资料基础。 《空间信息可视化》一书全面论述了空间信息可视化的原理和方法，提出了基于对象一关系的超媒体数据模型，有效地解决了空间信息可视化中多媒体数据规范化描述、代数运算、组织方法和存贮结构；设计了一种可视化空间信息查询语言SIVQL，较好地解决了空间信息多方式、多媒质、动态化、直观化地表达、查询与操作，并系统地阐明了空间信息可视化的基本理论、技术方法、数据处理与实际应用。该书把地图学、全球定位系统、地理信息系统、地球信息科学、数字地球，以及计算机科学技术和多媒体技术有机地结合起来，既有理论、方法的研究探讨，又有应用实例的分析介绍。我相信该书的出版定会受到地图学、遥感应用、地理信息系统及计算机软件开发的技术人员与大专院校师生的欢迎，也必将促进空间信息可视化研究的深化与软件的进一步开发，以及应用水平的不断提高。

“字字看来俱是血，十年辛苦莫等闲”，从1983年初中毕业考入南京地质学校地图制图专业学习至今已十八有年，经历了许多艰辛与拼搏，跨越了高中和大学，读完了硕土、博士，并进入清华大学读博士后继续深造。回想多年来的学习和工作，虽然没有取得什么惊人的成就，却已在平凡的学习和工作岗位上尽了自己最大的努力，为地图学和GIS的发展及应用做了一些力所能竭的事。现将自己多年来的心得作阶段性的总结，并奉献给各位专家和广大的同仁。由于作者才疏学浅，对其中一些不够成熟的观点和技术，殷切希望各位专家和同仁批评、斧正。 本书主要从以下几个方面对空间信息可视化进行了讨论和研究。 1．首先阐述了与本论题相关的空间信息表示、地图信息传输、多媒体技术、科学计算可视化、认知科学等，分析它们与空间信息可视化的内在联系和意义，初步探讨了空间信息可视化的理论和技术基础。 2．多媒体数据模型是实现空间信息可视化的重要前提和关键技术之一，本书对现有的非第一范式(NonFirstNormalForm，简记为NF2)方法和超文本模型进行若干扩展，构造并设计了NF多媒体数据模型和超媒体数据模型，深入研究了这两种模型的若干关键技术，并给出其应用实例。 3．在深入分析了面向对象多媒体数据模型、NF2多媒体数据模型和超媒体数据模型的基础上，提出另一种新的多媒体数据组织和存贮模型，即基于对象一关系的超媒体数据模型，深入探讨了该模型的数学描述及其组织和存贮方式，并通过实验对该模型进行了初步验证。 4．多媒体空间数据压缩是实现空间信息可视化的另一项重要内容，本书着重研究了静态图像和动态图像数据及视频图像数据压缩处理的方法、原理及其实现算法。 5．空间信息的可视化查询是实现空间信息可视化的重要手段，但目前常用的SQL和QBE等查询语言不能很好地实用于空间信息的可视化查询。为此本书基于关系代数和关系演算的基本原理，设计了一种可视化的空间信息查询语言(Visual Query Language On Spatial lnformation，简记为SIVQL)，深入研究了SIVQL的数学原理、表达及其应用等有关问题。 6．多媒体和多媒体地图是实现空间信息可视化的表现方式，本书对空间信息可视化中的多媒体和多媒体地图及多媒体间协同关系的表达与描述进行了讨论。 7．空间信息的可视化操作是可视化地理信息系统面向广大用户的主要特征，本书用数学方法研究了可视化图标、可视化操作的表达、描述及其设计与应用等相关问题。 8．在原理、方法、技术和理论研究的基础上，本书还介绍了一个基于多媒体技术的可视化地理信息系统——海南综合地理信息系统。 9．结合当前地球信息科学发展的新技术和趋势，阐述了空间信息可视化在国家空间数据基础设施和数字地球建设中的作用。 作为信息产业的重要组成部门，地球信息科学应该为全人类经济、社会的可持续发展做出重要的贡献。本书作为计算机科学、地图学和GIS、信息科学等几门学科相融合而产生的新方向，虽然尚待进一步完善，但作者仍期待着它的出版，能为GIS的新发展，为虚拟现实和数字地球的研究提供一种思路。 “路漫漫兮吾修远兮，吾欲上下而求索”，信息革命的浪潮已席卷了全球，并为人类的发展带来了新的机遇。在这场信息技术革命的大潮中，我们每一个人的作用都是微不足道但又是必不可少的。作为一个年轻的科技工作者，我深知自己在科学事业的道路上仅仅只迈出了第一步，作者真诚地希望能够在前辈们的继续关怀下，与各位同仁精诚合作，为地球信息科学的发展作出不懈的努力。 在多年的学习、工作中，感谢祝国瑞教授、毋河海教授和廖克教授三位导师对我的悉心指导，欧亚科学院中国中心主席团主席廖克院士百忙之中还为本书写了代序，感谢清华大学土木工程系过静君教授、辛克贵教授等各位老师们对我的支持、指导与帮助，在本书的撰写中，作者学习参考了许多同仁的研究成果，在此一并致谢。 仅以此书献给我的妻子和女儿。