智能化地理信息處理/高等學(xué)校測(cè)繪類系列教材

前言

　　地理信息的智能化處理是地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)中必須解決的問(wèn)題，這也是信息處理的必然發(fā)展方向。從地理信息的獲取到地理信息的應(yīng)用與可視化都可以借助人工智能技術(shù)提高信息的獲取效率和應(yīng)用效果。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在這方面已做了大量的研究工作，提出了很多非常實(shí)用的空間信息智能化處理方法，這些成果是我們進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。為了介紹地理信息智能化處理的基本方法，作者依據(jù)自己多年在該領(lǐng)域的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和部分研究成果，參考已有的相關(guān)資料，編寫了該教材。　　該教材共分九章，前三章是人工智能的基本原理，為沒(méi)有學(xué)過(guò)人工智能的讀者介紹一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，也是為了把后面章節(jié)所涉及的人工智能基本原理部分放在一起，避免在書中重復(fù)出現(xiàn)。后六章講解了不同主題內(nèi)容的地理信息處理智能化方法，主要介紹了數(shù)字地圖設(shè)計(jì)與綜合智能化數(shù)據(jù)處理方法，因?yàn)樽髡唛L(zhǎng)期從事這方面的研究與教學(xué)工作，取得了一些科研成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，希望能介紹給讀者，以便和大家一起討論這些問(wèn)題。為了使該教材的內(nèi)容比較完整，也介紹了地理信息智能化處理的其他方法。　　該教材在編寫過(guò)程中，由郭慶勝確定全書的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，并完成編寫和統(tǒng)稿的工作。任曉燕做了大量的資料整理工作，并編寫了第八章。王曉延、薛紅玲、龔詠喜、閻衛(wèi)陽(yáng)做了部分繪圖工作，鄭春燕和王曉延還進(jìn)行了個(gè)別的實(shí)驗(yàn)研究，并分別參加編寫了第六章的第八節(jié)和第九節(jié)。王濤參加了第七章第七節(jié)的編寫和實(shí)驗(yàn)工作。在相關(guān)科研項(xiàng)目的研究過(guò)程中，還得到了張克權(quán)教授和俞連笙教授的幫助，他們整理了統(tǒng)計(jì)地圖設(shè)計(jì)中的部分規(guī)則，這些規(guī)則在該教材中也有部分體現(xiàn)。在有關(guān)該教材的教學(xué)研究項(xiàng)目中，游蓮教授在項(xiàng)目總結(jié)的材料整理方面做了大量的工作。在該教材中還引用了相關(guān)的資料，有些在參考文獻(xiàn)中已列出，但還有一些沒(méi)有列出。在此，向在本教材的編寫過(guò)程中給予了大量幫助的老師和學(xué)生以及參考文獻(xiàn)資料的作者表示衷心的感謝?！　≡摃捎糜诘貓D學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)，也可以為從事地圖學(xué)和地理信息系統(tǒng)及其相關(guān)專業(yè)的科研及工程技術(shù)人員提供參考。　　由于作者水平有限，書中難免有錯(cuò)誤，敬請(qǐng)讀者指正。　　作 者　　2002年11月

內(nèi)容概要

該書介紹了人工智有人基礎(chǔ)知識(shí)，基本原理，以及如何實(shí)現(xiàn)這些方法和技術(shù)的融合，如何實(shí)現(xiàn)地理信息的犄腎化處理。全書主要內(nèi)容包括：人工智能基本原理；專家系編和知識(shí)工程的基本原理；知識(shí)獲取和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法；地圖模式識(shí)別技術(shù)；基于知識(shí)的空間數(shù)據(jù)處理方法；智能化地圖設(shè)計(jì)與綜合的方法；地圖注記的自協(xié)配置；智能化數(shù)據(jù)處理方法的融合技術(shù)。    該教材在國(guó)內(nèi)處相關(guān)領(lǐng)域科研成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的在礎(chǔ)上編寫而成，現(xiàn)已例入武漢大學(xué)國(guó)家用重點(diǎn)科建設(shè)規(guī)進(jìn)和“十五”教材規(guī)劃，可作為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)的本科生和研究生的教材或參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的科研及工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章 人工智能概述 第一節(jié) 人工智能的研究對(duì)象、學(xué)科范疇及研究方法 第二節(jié) 人工智能的應(yīng)用概況 第三節(jié) 人工智能的回顧與展望第二章 專家系統(tǒng)與知識(shí)工程 第一節(jié) 專家系統(tǒng)的基本概念 第二節(jié) 專家系統(tǒng)的開發(fā)原理和方法 第三節(jié) 問(wèn)題求解的基本原理和方法 第四節(jié) 知識(shí)的概念、分類和表達(dá)策略 第五節(jié) 基于邏輯的問(wèn)題求解方法 第六節(jié) 知識(shí)的產(chǎn)生式表達(dá)方法與推理 第七節(jié) 知識(shí)的結(jié)構(gòu)化表達(dá)方法與推理 第八節(jié) 不確性的知識(shí)表達(dá)和推理 第九節(jié) 知識(shí)的其他處理方法第三章 知訓(xùn)獲取與機(jī)器學(xué)習(xí) 第一節(jié) 知識(shí)獲取與機(jī)器學(xué)習(xí)的基本方法 第二節(jié) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述 第三節(jié) 遺傳算法的基本原現(xiàn) 第四節(jié) 高級(jí)遺傳算法及其應(yīng)用 第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn) 第六節(jié) 數(shù)據(jù)挖掘的基本概念與技術(shù)第四章 地圖模式識(shí)別的基本技術(shù) 第一節(jié) 地圖模式識(shí)別的概念與發(fā)展現(xiàn)狀 第二節(jié) 掃描地圖圖像的預(yù)處理 第三節(jié) 地圖符號(hào)特征參數(shù)的計(jì)算 第四節(jié) 點(diǎn)狀地圖符號(hào)的識(shí)別 第五節(jié) 幾種線狀地圖符號(hào)的識(shí)別 第六節(jié) 地圖注記的識(shí)別第五章 基于地學(xué)知識(shí)的空間數(shù)據(jù)處理方法 第一節(jié) 地學(xué)知識(shí)的概念與應(yīng)用前景 第二節(jié) 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遙感受數(shù)據(jù)分析 第三節(jié) 地區(qū)性學(xué)知識(shí)表達(dá)、管理與推理的方法 第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)第六章 地圖設(shè)計(jì)的智能化方法 第一節(jié) 地圖設(shè)計(jì)的基本原量 第二節(jié) 地圖設(shè)計(jì)的中的地圖制釁知識(shí) 第三節(jié) 地圖分幅與圖面設(shè)計(jì)的決策方法 第四節(jié) 基于知識(shí)的地圖投影選擇 第五節(jié) 統(tǒng)計(jì)地圖中地圖符號(hào)的選擇 第六節(jié) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中概念知識(shí)的表達(dá)與應(yīng)用 第七節(jié) 基于先驗(yàn)知識(shí)的地圖色彩設(shè)計(jì) 第八節(jié) 虛線型狀地圖符號(hào)配置的優(yōu)化方法 第九節(jié) 基本本規(guī)則的彩色地貌暈渲 第十節(jié) 專題地圖制圖決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第七章 地圖注記的自動(dòng)配置 第一節(jié) 地圖注記自動(dòng)配置的發(fā)展 第二節(jié) 地圖注配置的規(guī)則 第三節(jié) 地圖注秘自動(dòng)配置中規(guī)則的表達(dá)與應(yīng)用 第四節(jié) 地圖注記候選位置的計(jì)算 第五節(jié) 地圖注記自協(xié)配置的啟發(fā)式搜索法 第六節(jié) 地圖注記自動(dòng)配置的最優(yōu)化組合法 第七節(jié) 地圖注記自配置的智能化淅進(jìn)式方法 第八節(jié) 地圖注記自動(dòng)配置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)第八章 智能化地圖自動(dòng)綜合 第一節(jié) 地圖自動(dòng)綜合的廣義性和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 第二節(jié) 地圖自動(dòng)綜合的基本功算子與概念框架 第三節(jié) 地圖自動(dòng)綜合知識(shí)的形式化方法 第四節(jié) 地圖自動(dòng)綜合在識(shí)的形式化方法 第五節(jié) 地圖綜合知識(shí)的獲取方法與應(yīng)用策略 第六節(jié) 點(diǎn)狀要素群的結(jié)構(gòu)化與自動(dòng)綜俁 第七節(jié) 等高線的結(jié)構(gòu)化與漸進(jìn)式圖形綜合 第八節(jié) 河系空間北系的自協(xié)推理第九章 智能化處理方法的融合 第一節(jié) 專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融全 第二節(jié) 遺傳算法與模糊系統(tǒng)的融合 第三節(jié) 遣傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合 第四節(jié) 遺傳達(dá)室算法與專家系統(tǒng)后融合主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　彩色地圖電子出版系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件部分包括地圖數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、主機(jī)、彩樣輸出設(shè)備、圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和激光照排機(jī)等，軟件部分包括圖形編輯軟件、圖像處理軟件、設(shè)色軟件和光柵圖像轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等?！　‰娮拥貓D以計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)為核心，與傳統(tǒng)介質(zhì)地圖相比，有顯著的優(yōu)越性。尤其是多媒體技術(shù)、可視化技術(shù)的引入，電子地圖更受大家的歡迎。電子地圖與紙質(zhì)地圖相比，最顯著的特征是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)顯示相分離，由此產(chǎn)生了電子地圖的一系列特點(diǎn)：　　· 動(dòng)態(tài)性：電子地圖具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)表現(xiàn)空間信息的能力?？梢哉鎸?shí)動(dòng)態(tài)地反映地理現(xiàn)象在時(shí)間維上的發(fā)展變化，通過(guò)閃爍、漸變、動(dòng)畫等手段吸引讀圖者注意力?！　　そ换バ裕鹤x圖者可以對(duì)數(shù)據(jù)的顯示方式進(jìn)行干預(yù)，比如，色彩的設(shè)定、地圖符號(hào)的選擇、圖面的布局等。　　·超媒體：可實(shí)現(xiàn)圖、文、聲互補(bǔ)。更有效地傳輸?shù)乩硇畔??！　　な苡?jì)算機(jī)屏幕尺寸和顯示器分辨率的限制：必須采用靈活多變的信息可視化方式?！　‰娮有录夹g(shù)的引入不僅改變了地圖生產(chǎn)的工藝流程，對(duì)地圖設(shè)計(jì)與編繪的有關(guān)概念、原理和制作方法也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。這些影響主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：　　·超越了傳統(tǒng)地圖工藝設(shè)計(jì)效果，可以實(shí)現(xiàn)手工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的藝術(shù)表現(xiàn)效果?！　　?電子地圖將地圖閱讀和制作一體化，它是一個(gè)具有動(dòng)態(tài)性、交互性和超媒體等特征于一體的地圖可視化工具?！　　?由于電子地圖設(shè)計(jì)與閱讀的環(huán)境獨(dú)特，因此，地圖感受論和地圖傳輸論應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展?！　　ぴ陔娮拥貓D設(shè)計(jì)中。地理信息的表現(xiàn)手段更多樣化。在以地圖為主體結(jié)構(gòu)下，電子地圖可以融入圖像、文字、聲音等附加媒體信息作為主體的補(bǔ)充，人機(jī)交互的查詢手段可以獲取精確的文字和數(shù)字信息?！　≡陔娮有录夹g(shù)條件下，地圖設(shè)計(jì)和編輯工作的基本程序如下：　　1）確定地圖的用途和要求，區(qū)分開電子地圖和紙質(zhì)地圖，因?yàn)樗鼈儧Q定了下階段的地圖設(shè)計(jì)內(nèi)容。若是紙質(zhì)地圖，則有很多內(nèi)容同常規(guī)地圖設(shè)計(jì)類似。若是電子地圖，則需要考慮軟件開發(fā)問(wèn)題。　　2）分析已有地圖作品、電子地圖軟件和地圖設(shè)計(jì)軟件（或圖形圖像處理軟件），以及電子出版系統(tǒng)。選擇相關(guān)的軟件，用于地圖的編輯或軟件開發(fā)?！　?）研究地圖制圖資料，確定地圖數(shù)據(jù)處理的流程和處理方法，或者明確軟件開發(fā)的任務(wù)和方法?！　?）研究地圖制圖區(qū)域的地理情況?！　?）設(shè)計(jì)地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)?！　?）對(duì)于紙質(zhì)地圖來(lái)講，必須進(jìn)行地圖分幅和圖面設(shè)計(jì)。對(duì)于電子地圖，應(yīng)當(dāng)結(jié)合開發(fā)軟件的特點(diǎn)和用戶的要求，對(duì)地圖的顯示方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。　　7）對(duì)于紙質(zhì)地圖來(lái)講，需要結(jié)合選擇的圖形軟件和電子出版系統(tǒng)，依據(jù)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)文件格式的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)編繪工藝方案。對(duì)于電子地圖，則需要編寫軟件開發(fā)計(jì)劃或地圖數(shù)據(jù)的集成方案?！　?）地圖內(nèi)容的選擇及地圖符號(hào)和圖例設(shè)計(jì)?！　?）各要素制圖綜合指標(biāo)的確定?！　?0）樣圖試驗(yàn)或軟件原型的開發(fā)?！　∪?、地圖設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理方法　　地圖設(shè)計(jì)的理論主要包括地圖信息傳輸論、地圖感受論、地圖模型論、地圖符號(hào)學(xué)、色彩　　學(xué)理論、地圖投影、數(shù)量地理學(xué)等。從計(jì)算機(jī)輔助地圖設(shè)計(jì)的角度看，主要涉及地圖數(shù)據(jù)處理和可視化兩個(gè)方面的問(wèn)題。地圖數(shù)據(jù)處理是指地理數(shù)據(jù)的選擇和分析，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘出這些數(shù)據(jù)所包含的地理空間分布規(guī)律（或地理空間知識(shí)）。地理數(shù)據(jù)可視化的目的是把這些數(shù)據(jù)的規(guī)律以視覺(jué)上直觀的方式表達(dá)出來(lái)。因此，圖形的組成及其效果分析就非常重要?！　〉貓D設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)主要分空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。以及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，在電子地圖設(shè)計(jì)中．還有多媒體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)的。在地圖上，不僅要表示這些數(shù)據(jù)本身，還需要描述它們之間的關(guān)系?！　〉乩砜臻g數(shù)據(jù)在地圖上是表達(dá)各種地理數(shù)據(jù)的符號(hào)和圖形的定位基礎(chǔ)。地圖學(xué)者常把它們分為四種基本類氆?！　　ざc(diǎn)數(shù)據(jù)：是幾何上的一個(gè)點(diǎn)，在地理信息系統(tǒng)中，也可稱為“點(diǎn)”、“點(diǎn)狀要素”或　　“點(diǎn)狀目標(biāo)”等?！　　ぞ€性數(shù)據(jù)：是空間幾何上定義的一個(gè)有先后順序的系列坐標(biāo)點(diǎn)的集合，在地理信息系統(tǒng)中，也可稱為“線”、“線狀要素”或“線狀目標(biāo)”等?！　　っ鏍顢?shù)據(jù)：在地圖上常稱為“區(qū)域”，在幾何上可以表示為首尾相連的線所形成的封閉區(qū)域。在地理信息系統(tǒng)中，也可稱為“面”、“面狀要素”或“面狀目標(biāo)”等?！　　んw狀數(shù)據(jù)：在地圖上用于描述有三維概念的數(shù)據(jù)，第三維的數(shù)據(jù)可以是具體的，也可以是抽象的。例如：高程是具體的；工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值是抽象的?！　〉乩韺傩詳?shù)據(jù)可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，按專業(yè)內(nèi)容分，就出現(xiàn)了不同的專題地圖；按變化程度分，可以分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在地圖設(shè)計(jì)中，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種不同程度的綜合，以便以不同抽象程度的圖形來(lái)表達(dá)這些數(shù)據(jù)。因此，地圖學(xué)者常按不同的精確程度把數(shù)據(jù)分為四種，并給予有序排列。這四種數(shù)據(jù)如下：　　·定名數(shù)據(jù)：在地理現(xiàn)象中有很多地理目標(biāo)的屬性只需要使用定性關(guān)系來(lái)區(qū)分，不使用定量關(guān)系，這種類型的數(shù)據(jù)就稱為定名數(shù)據(jù)。地圖上表達(dá)物體的分布、狀態(tài)、性質(zhì)等都可以使用定名數(shù)據(jù)?！　　ろ樞驍?shù)據(jù)：按某種標(biāo)志或標(biāo)準(zhǔn)把地圖制圖目標(biāo)或地理現(xiàn)象排序，得到一種相對(duì)的等級(jí)，這種數(shù)據(jù)稱為順序數(shù)據(jù)，它只能區(qū)分出大小、主次、新舊等相對(duì)等級(jí)，不能表達(dá)地理對(duì)象的數(shù)量概念。排序的標(biāo)志或標(biāo)準(zhǔn)可以是單因素的，也可以是多因素的；可以是定性的，也可以根據(jù)某種數(shù)量關(guān)系。順序數(shù)據(jù)無(wú)起始點(diǎn)，也無(wú)單位?！　　?間隔數(shù)據(jù)：如果給順序數(shù)據(jù)賦予一定的量的概念，即利用某種單位對(duì)順序增加距離信息，就成了間隔數(shù)據(jù)。根據(jù)間隔數(shù)據(jù)，讀者能獲得關(guān)于差別大小的概念。因此，與定名數(shù)據(jù)和順序數(shù)據(jù)相比較，它是對(duì)地圖制圖對(duì)象或地理目標(biāo)更精確的描述?！　　け嚷蕯?shù)據(jù)：這是一種完整的定量化的方法。它不但要有計(jì)量單位，而且有起始點(diǎn)，可以描述地理目標(biāo)的絕對(duì)量。

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