地理信息智能化處理

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地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

1.1智能空間信息處理ISIP智能空間信息處理(ISIP)智能空間信息處理(IntelligentSpatialInformationProcessing,ISIP)是地球空間信息科學(GeoSpatialInformationScience,Geomatics)與人工智能(ArtificialIntelligence,AI)的交織與融合，屬于遙感科學(remotesensingscience)、信息科學(informationscience)、認知科學(cognitivescience)等學科的交織，代表了地球空間信息科學的重要發(fā)展方向。4

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

地球空間信息科學(Geomatics)地球空間信息科學是以全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem,GPS)、地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem,GIS)、遙感(RemoteSensing,RS)等空間信息技術(shù)為主要內(nèi)容，并以計算機技術(shù)和通訊技術(shù)為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測、分析、存儲、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地球和空間分布有關(guān)數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學和技術(shù)(李德仁,1999)。

人工智能(AI)人工智能是智能機器所執(zhí)行的尋常與人類智能有關(guān)的智能行為，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、通信、設(shè)計、思考、規(guī)劃、學習和問題求解等思維活動(蔡自興,徐光祐,2023)。5

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

智能空間信息處理(ISIP)的基本概念信息處理(InformationProcessing,IP):尋常指按不同要求，用計算機對數(shù)據(jù)進行加工(歸納、整理、分類、統(tǒng)計、轉(zhuǎn)化等)得出有用的結(jié)果的過程。

智能信息處理(IntelligentInformationProcessing,IIP):為了適應(yīng)信息時代的信息處理要求，當前信息技術(shù)逐漸向智能化方向發(fā)展，從信息的載體到信息處理的各個環(huán)節(jié)，廣泛地模擬人的智能來處理各種信息。智能信息處理是計算機科學中的前言交織學科(史忠植,2023)。6

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

智能空間信息處理(ISIP)的基本概念空間信息處理(SpatialInformationProcessing,SIP):空間信息處理從嚴格意義上講，并不僅指空間信息的計算機處理，測繪科學、地理科學都是以處理空間信息為主要研究任務(wù)的學科。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在所講的空間信息處理大多是指空間信息的計算機處理(郭仁忠,1992)。智能空間信息處理(IntelligentSpatialInformationProcessing,ISIP):智能空間信息處理是指利用人工智能的理論和方法，利用計算智能方法，如神經(jīng)計算、模糊計算、進化計算等方法實現(xiàn)空間信息的智能化處理，屬于地球空間信息科學與人工智能的交織與融合(秦昆,2023)。7

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

1.2空間信息處理(SIP)空間信息處理主要是指空間信息的計算機處理，是地球空間信息科學的重要內(nèi)容，其核心技術(shù)是以遙感(RemoteSensing,RS)、地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem,GIS)和全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem,GPS)為代表的“3S〞技術(shù)及其信息處理方法?？臻g信息處理包括：RS信

息處理、GIS信息處理、GPS信息處理三個方面。

遙感

GIS

GPS

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遙感(RS)信息處理遙感圖像的幾何處理遙感圖像的輻射處理遙感圖像判讀遙感圖像自動識別分類

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遙感圖像的幾何處理遙感圖像在應(yīng)用之前，必需將其投影到所需要的地理坐標系中。遙感圖像的幾何處理包括粗加工處理和精加工處理兩個層次。粗加工處理也稱為粗改正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。精改正是指消除遙感圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像的過程。

幾何校正

原始影像

改正后影像10

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遙感圖像的輻射處理遙感圖像成像過程繁雜，傳感器接收到的電磁波能量與目標本身輻射的能量是不一致的。傳感器輸出的能量包含了太陽位置和角度條件、大氣條件、地形影響和傳感器本身的性能等所引起的各種失真，這些失真不是地面目標本身的輻射，因此對圖像的使用和理解造成影響，必需加以校正和消除。輻射處理包括輻射定標、輻射校正、遙感圖像加強、遙感圖像平滑、遙感圖像銳化等內(nèi)容。

遙感圖像加強11

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遙感圖像判讀“判讀〞是對遙感圖像上的各種特征進行綜合分析、比較、推理和判斷，最終提取出感興趣信息的過程。傳統(tǒng)的方法是采用目視判讀，是一種人工提取信息的方法，使用眼睛目視觀測，借助一些光學儀器或在計算機顯示屏幕上，依據(jù)判讀經(jīng)驗、專業(yè)知識和相關(guān)資料，通過人腦的分析、推理和判斷，提取有用信息。

遙感影像判讀野外核查結(jié)果樣圖

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遙感圖像自動識別分類遙感圖像的計算機自動識別分類是模式識別技術(shù)在遙感技術(shù)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。遙感圖像的計算機分類就是利用計算機對地球表面及其環(huán)境在遙感圖像上的信息進行屬性的識別和分類，從而達到識別圖像信息中相應(yīng)的實際地物，提取所需地物信息的目的。遙感圖像自動識別分類的常用方法包括：最大似然法、支持向量機分類法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法和高斯混合模型分類法等。

最大似然法

支持向量機法

13神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

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地理信息系統(tǒng)(GIS)信息處理柵格數(shù)據(jù)的信息處理矢量數(shù)據(jù)的信息處理三維數(shù)據(jù)的信息處理屬性數(shù)據(jù)的信息處理時空數(shù)據(jù)的信息處理地理信息的可視化處理14

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展,已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展成為空間數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并將最終向空間決策支持系統(tǒng)過渡,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理向空間思維的轉(zhuǎn)變。在這個轉(zhuǎn)變的過程中,智能化的信息處理方法必將扮演決定性的作用。地理信息智能化處理已成為GIS建設(shè)必需解決的問題,也是GIS發(fā)展的必然方向。在地理信息處理中采用人工智能技術(shù),發(fā)展智能GIS或者專家GIS,是解決繁雜地學問題的重要途徑。

柵格數(shù)據(jù)的信息處理柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用二維數(shù)字矩陣作為數(shù)據(jù)分析的數(shù)學基礎(chǔ)，具有自動分析處理較簡單、分析處理模式化強等特征。主要方法包括聚類聚合分析、多層面信息復合疊置分析、窗口分析及追蹤分析等。

聚類分析15

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矢量數(shù)據(jù)的信息處理矢量數(shù)據(jù)一般不存在模式化的分析處理方法，而表現(xiàn)為處理方法的多樣性和繁雜性。主要方法包括包

含分析、緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析等。

緩沖區(qū)分析疊置分析16

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三維數(shù)據(jù)的信息處理隨著二維GIS向三維和更高維方向的發(fā)展，三維GIS數(shù)據(jù)的信息處理越來越重要。三維GIS數(shù)據(jù)處理除了對空間對象的x,y坐標進行分析外，更重要的是對三維坐標z坐標地分析和處理。主要方法包括表面積計算、體積計算、坡度計算、坡向計算、剖面分析、可視性分析和水文分析等。

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屬性數(shù)據(jù)的信息處理屬性數(shù)據(jù)是空間對象的描述性信息，對空間對象的屬性信息進行統(tǒng)計分析是GIS信息處理的重要內(nèi)容。主要方法包括：空間數(shù)據(jù)的量算(質(zhì)心量算、長度量算、面積量算、形狀量算等)、空間數(shù)據(jù)內(nèi)插、空間信息分類(主成分分析、層次分析、聚類分析)、空間統(tǒng)計分析(地統(tǒng)計分析)等。

地統(tǒng)計分析18

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時空數(shù)據(jù)的信息處理在傳統(tǒng)的靜態(tài)GIS(StaticGIS,SGIS)的基礎(chǔ)上，考慮時間維，同時處理空間維和時間維，構(gòu)成時態(tài)GIS(TemporalGIS,TGIS)。時空數(shù)據(jù)的信息處理是指利用多種時空數(shù)據(jù)模型，如空間時間立方體模型、序列快照模型、基圖修正模型、空間時間組合體模型等分析和處理隨時間變化的空間現(xiàn)象，從而對空間對象的時變特性進行分析和處理。

6月

10月

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地理信息的可視化處理將地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品以某種用戶需要的、可理解的形式進行可視化的表達和輸出。包括提供多種地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出，如普通地圖、專題地圖、影像地圖、統(tǒng)計報表、決策方案、三維數(shù)字模型、三維地圖以及虛擬現(xiàn)實與仿真模擬演示等。

專題地圖

三維地圖及虛擬現(xiàn)實

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全球定位系統(tǒng)(GPS)信息處理數(shù)據(jù)預處理基線向量的解算GPS網(wǎng)平差

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數(shù)據(jù)預處理對數(shù)據(jù)進行平滑濾波檢驗、剔除粗差；統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式，并將各類數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成標準化文件(如GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化、衛(wèi)星時鐘鐘差標準化