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第一部分 地球空间信息科学技术发展的背景和机遇3

第1章 信息化从“e-战略”到“u-战略”的发展和IT红移3

1.1 信息化从“e-战略”到“u-战略”的发展趋势综述3

1.2 “u-社会”的特点7

1.2.1 “u-社会”——智能化的知识社会7

1.2.2 “u-社会”——技术实现战略9

1.2.3 “u-社会”——政策推动战略10

1.2.4 “e-战略”与“u-战略”的异同11

1.3 IT红移11

1.3.1 IT红移理论11

1.3.2 “云”在红移中的应用12

1.4 无线数字城市13

参考文献14

第2章 信息通信网络进展15

2.1 信息通信网络进展概述15

2.1.1 有线通信网16

2.1.2 无线网络17

2.1.3 有线网络与无线网络的比较19

2.1.4 有线与无线通信网综合技术19

2.1.5 远程应用无线网的优势20

2.2 移动通信进展21

2.3 卫星通信进展23

2.3.1 全球卫星通信进展［4,5］23

2.3.2 中国卫星通信发展概况31

2.4 接入网技术发展34

2.4.1 光接入网技术34

2.4.2 无线网接入技术35

2.5 互联网进展38

2.5.1 互联网综述38

2.5.2 泛在网进展39

参考文献46

第3章 基于计算机网络的高性能计算进展47

3.1 高性能计算47

3.1.1 Web Computing47

3.1.2 Grid与Grid Computing49

3.1.3 Cloud Computing——未来的高性能计算57

3.1.4 泛在网与u-Computing61

3.2 高性能计算（HPC）的发展趋势65

3.2.1 计算机硬件发展的两极化65

3.2.2 高性能计算的基本特征66

3.3 面向服务的架构（SOA）71

参考文献76

第二部分 地球空间信息技术进展79

第4章 遥感系统进展79

4.1 概述79

4.2 航天遥感80

4.2.1 高空间分辨率遥感系统80

4.2.2 高光谱遥感系统95

4.2.3 微波遥感系统99

4.2.4 小卫星105

4.2.5 侦察卫星110

4.2.6 卫星遥感影像处理系统及软件116

4.3 航空遥感120

4.3.1 航空遥感概述120

4.3.2 基于大型航空平台的航空遥感123

4.3.3 基于轻小型航空平台的航空遥感153

4.4 遥感系统发展趋势160

参考文献163

第5章 地理信息系统（GIS）技术进展164

5.1 空间数据库管理系统165

5.1.1 关系型数据库＋空间数据引擎165

5.1.2 多尺度海量栅格数据组织与管理的研究166

5.1.3 高等级安全数据库系统167

5.1.4 基于空间数据库的遥感影像存储方法研究168

5.1.5 空间数据仓库169

5.1.6 空间数据库其他方面的研究进展171

5.2 空间数据分析技术174

5.2.1 空间数据几何操作175

5.2.2 基于空间位置的分析技术176

5.2.3 空间数据挖掘技术研究177

5.3 空间信息可视化与交互技术178

5.3.1 自适应空间信息可视化180

5.3.2 海量空间信息的渐进传输与可视化182

5.3.3 空间信息分布式协同交互处理技术183

5.4 地理信息系统的标准与规范184

5.4.1 元数据标准185

5.4.2 空间数据互操作与信息服务规范186

5.5 地理信息系统体系结构及其软件187

5.5.1 集中式地理信息系统软件187

5.5.2 组件化地理信息系统软件188

5.5.3 网络地理信息系统189

5.5.4 网格地理信息系统192

5.5.5 时态GIS平台198

5.5.6 商业地理信息系统软件产品198

参考文献200

第6章 GNSS系统、技术及其发展204

6.1 概述204

6.1.1 GNSS的定义和构成204

6.1.2 GNSS及其应用产业的三大发展趋势206

6.1.3 GNSS最新动向207

6.2 GNSS系统概况210

6.2.1 美国的GPS210

6.2.2 俄罗斯（苏联）的GLONASS212

6.2.3 欧洲的Galileo213

6.2.4 中国的北斗导航卫星系统（Compass）214

6.2.5 GNSS发展前景214

6.2.6 美国国家定位、导航、授时（PNT）体系结构研究215

6.3 GNSS应用技术的发展和未来219

6.3.1 GNSS兼容与互用技术首当其冲219

6.3.2 环境增强技术是产业发展的前提条件220

6.3.3 GNSS应用技术发展值得关注的走向221

6.4 GNSS政策和管理223

6.4.1 卫星导航产业发展的国内外经验和教训223

6.4.2 美国的天基PNT（定位、导航、授时）政策和管理224

6.5 结束语225

参考文献226

第7章 基于空间位置服务（LBS）的技术进展228

7.1 概述228

7.1.1 移动位置服务（Mobile Location-based Service）定义228

7.1.2 移动位置服务的市场需求228

7.1.3 移动位置服务的分类、应用状况和定位精度要求229

7.1.4 移动位置服务价值链231

7.2 移动位置服务的定位技术与规则234

7.2.1 定位技术234

7.2.2 蜂窝网定位技术234

7.2.3 卫星定位技术236

7.2.4 室内外无缝定位技术236

7.2.5 E911法令和手机定位技术237

7.3 移动位置服务的整体解决方案238

7.3.1 LBS的整体架构238

7.3.2 在移动通信系统中提供基于位置信息的服务的重要性240

7.3.3 位置服务对未来移动通信技术发展的需求241

7.3.4 实现LBS的技术解决方案242

7.3.5 移动通信系统设备商针对LBS系统的具体解决方案243

7.3.6 LBS应用服务中心的架构247

7.4 电子地图与导航的结合和GNSS定位与移动通信的融合249

7.5 卫星定位、移动通信和Internet三大信息产业的交会250

参考文献254

第8章 无线传感器网络技术进展255

8.1 无线传感器网络技术255

8.1.1 无线传感器网络技术概述255

8.1.2 传感器技术256

8.1.3 无线传感器网络技术发展现状258

8.2 无线传感器网络技术与遥感技术和无线射频识别技术的关系259

8.2.1 无线传感器网络技术与传统遥感技术的关系259

8.2.2 无线传感器网络和无线射频识别（RFID）技术的融合260

8.3 无线传感器网络技术在环境地学应用中的特点及基本问题262

8.3.1 无线传感器网络技术在环境地学应用中的特点262

8.3.2 无线传感器网络技术在环境地学应用中的基本问题264

8.4 无线传感器网络技术环境监测应用265

8.4.1 环境监测传感器网络265

8.4.2 农业监测传感器网络270

8.4.3 海洋有线传感器网络274

8.4.4 空间探索传感器网络275

8.4.5 地震传感器网络276

8.4.6 军事领域传感器网络277

8.4.7 建筑领域传感器网络278

8.4.8 智能家居传感器网络279

8.4.9 医疗监护传感器网络280

8.4.10 工业领域传感器网络280

参考文献283

第9章 地球系统数据网站进展285

9.1 陆地空间数据网站285

9.1.1 地面空间数据网站285

9.1.2 地下空间数据301

9.2 大气数据网站301

9.3 海洋数据网站302

9.4 外层空间信息网站302

9.4.1 Google Sky302

9.4.2 Google Mars304

9.5 夜间光亮（Nighttime Lights）网站305

9.5.1 概论305

9.5.2 DMSP卫星及数据介绍305

9.5.3 OLS夜间光亮数据应用309

9.5.4 典型应用案例310

9.6 世界数据中心（WDC）314

参考文献317

第10章 地球空间信息技术集成、数据融合及建模319

10.1 技术集成319

10.1.1 遥感技术的集成319

10.1.2 地理信息系统的技术集成320

10.1.3 导航系统的技术集成320

10.1.4 3S的集成321

10.2 数据融合325

10.2.1 数据融合基本原理325

10.2.2 数据融合的分类326

10.2.3 数据融合的过程327

10.3 建模328

10.3.1 遥感参数反演的建模328

10.3.2 地球系统的模拟329

10.4 地球动力学模拟341

10.5 全球变化经济学模型342

10.5.1 亚太综合模型（Asia-Pacific Integrated Model）342

10.5.2 MIT全球整合系统模型（MIT Integrated Global System Model）344

10.6 有关标准与规范345

参考文献352

第三部分 全球和主要国家的地球观测计划和系统357

第11章 全球地球观测系统进展357

11.1 国际卫星对地观测组织CEOS和全球一体化观测战略IGOS357

11.1.1 国际卫星对地观测组织CEOS357

11.1.2 一体化全球观测战略IGOS366

11.2 GEO和GEOSS369

11.2.1 GEO369

11.2.2 GEOSS370

11.3 G3OS全球观测系统体系与进展376

11.3.1 概述376

11.3.2 全球气候观测系统（GCOS）377

11.3.3 全球海洋观测系统（GOOS）379

11.3.4 全球陆地观测系统（GTOS）384

11.4 生态系统定点观测388

11.5 两极科学计划及变化探测389

参考文献390

第12章 主要国家地球观测系统进展392

12.1 美国NASA的地球观测计划（EOS）392

12.2 美国NASA的ESE计划393

12.2.1 了解地球系统393

12.2.2 2002年的计划：描述地球系统的特征397

12.2.3 2002—2010：认识了解地球系统399

12.2.4 未来展望415

12.3 欧盟的“欧洲全球环境和安全监测”（GMES）计划418

12.3.1 概述418

12.3.2 《巴维诺宣言》419

12.3.3 “全球环境和安全监测”计划419

12.3.4 GMES的服务要素（GSE）421

12.4 日本JAXA-2025规划及其航天发展新动向425

12.4.1 日本的《JAXA长期愿景——JAXA-2025》425

12.4.2 日本近期主要航天活动429

12.4.3 日本和平利用太空的航天政策发生改变430

12.4.4 日本航天发展新动向对我国的警示430

12.4.5 日本全球变化前沿研究中心（FRCGC）431

12.5 俄罗斯432

12.5.1 俄罗斯与ESA合作开展地球观测432

12.5.2 俄罗斯的卫星遥感数据433

12.6 印度民用空间技术概况435

12.6.1 印度民用空间技术发展计划435

12.6.2 印度运载火箭的发射能力437

12.6.3 印度通信卫星INSAT系列437

12.6.4 印度遥感卫星IRS系列438

12.6.5 印度登月计划、火星探测和卫星导航计划438

12.6.6 “十一五”印度卫星导航计划439

12.6.7 印度空间组织的主要研发机构439

12.7 中国的地球观测系统439

12.7.1 中国现有地球监测站网439

12.7.2 中国综合地球观测系统CIEOS十年规划草案447

参考文献452

第13章 关于地球系统及其危机管理的若干设想453

13.1 地球的电子皮肤与数字神经系统453

13.2 地球自然灾害管理与地球工程455

13.2.1 灾害管理与地球工程455

13.2.2 地球工程学简介456

13.2.3 全球气候变暖危机与应对工程457

13.2.4 能源危机及其工程对策460

13.2.5 淡水资源危机466

13.2.6 地球环境设计467

参考文献467