前言

随着GIS研究和应用的深入,GIS数据质量及不确定性问题引起了广泛的关注,GIS不确定性的研究内容和体系,数据不确定性的来源,数据不确定性处理方法,空间分析过程中的不确定性传播机理等,已成为GIS领域的研究热点。

不确定性是指客观世界或实体本身就具有的变异,表现为不精确性、随机性和模糊性。由于人类对客观实体和现象认识的局限性和表达的模糊性,使原始数据本身存在不确定性,采用这些数据进行GIS分析和处理,必然会使分析结果也具有不确定性。GIS数据的不确定性,一方面是由于客观世界存在的固有的复杂性、不稳定性和人们对其认识的不完备性;另一方面是在数据采集、录入、编辑、处理、分析和表述的过程中出现的各种误差(包括系统误差和随机误差)所带来的不确定性。数据中的不确定性具有随机性、模糊性、灰色性、不完整性和未确知性等特征。

从目前的研究现状来看,对GIS不确定性的研究集中在GIS基本实体点、线、面的不确定性上;对于模型的不确定性,国外很多文献针对具体问题提出了一些评定和减少的方法,但还未提出一种统一的模型不确定性评定方法;对于GIS中空间分析、数据处理过程的不确定性,数据产品的不确定性,以及GIS不确定性的内容体系的研究则较少。

多年来,本书著者在国家自然科学基金项目“空间数据不确定性的若干问题研究”(项目编号40352002)和国家863计划重点项目“网格地理信息系统体系结构与关键技术研究”(项目编号2007AA120502)的支持下,对空间数据不确定性、GIS不确定性框架体系、数据处理过程的不确定性、模型不确定性以及GIS工程中的不确定性控制等进行了系统深入的研究,取得了一些阶段性的成果。本书除了对这些成果进行全面的总结之外,还借鉴了国内外相关领域的最新研究进展,力图对GIS不确定性的理论和方法进行系统的阐述,初步建立关于GIS不确定性研究的理论和方法体系。

本书共分为8章。

第1章GIS不确定性的基本概念:主要介绍GIS中的不确定性研究的发展,总结归纳GIS不确定性的概念和理论基础,探讨GIS不确定性的基本性质和特征。

第2章GIS不确定性问题研究体系:提出GIS不确定性问题的框架体系,提出空间数据不确定性概念模型,并归纳总结GIS不确定性问题的研究方法。

第3章GIS数据获取的不确定性:基于GIS的数据源和数据获取方式,分析和探讨地图数据的不确定性、数字化仪输入的不确定性、扫描数字化的不确定性、数据转换误差、系统处理误差等在GIS数据获取过程中可能出现的不确定性问题,论述其不确定性问题的产生、特性和控制方法。

第4章GIS数据模型不确定性目标的模糊集表达:在回顾经典集合论、模糊集理论、一般拓扑和模糊拓扑等基本理论的基础上,采用模糊集合理论和模糊拓扑探讨模糊空间对象的本质,并对模糊空间对象及其模糊拓扑关系进行定义并建立模型。

第5章离散空间中模糊地理对象空间拓扑关系研究:针对离散空间内的模糊地理对象,提出了基于粗糙集的模糊地理对象形式化模型,以及离散空间中地理对象拓扑关系的表达和推理方法。

第6章 TIN不确定性研究:针对TIN(不规则三角网)这一类特殊的空间数据模型,研究单个三角面的高程误差模型,在此基础上提出不规则三角网的高程误差表达方法,以及等高线的高程误差描述方法。

第7章GIS工程中不确定性的评价与控制:结合土地空间数据库建设工程实例,论述GIS工程实施中的空间数据质量评价、控制和检查方法;结合城市全数字化摄影测量生产实例,论述GIS工程实施中的过程质量评价和控制方法。

第8章 结语与展望:对本书进行总结和展望。

参与本书编写工作的有:邬伦、高振记、史文中、唐新明、高勇、方裕、刘岳峰、李佩武、甘宇亮、方利等。在研究与编写过程中,得到了承继成教授、宋长青博士等许多专家和同行的热情关怀和支持,他们提出了许多有益的建议和修改意见,北京大学遥感与地理信息系统研究所GIS软件与技术实验室的刘瑜副教授、田原讲师、汪大明博士等同仁给予了大力协助,在此表示诚挚的谢意;童庆禧院士在百忙之中为本书作序,谨此表示衷心的感谢。

由于著者水平和时间所限,书中错误和疏漏在所难免,敬请读者不吝指正。