前言

随着传感网、天地一体化监测网络以及遥感和对地观测技术的蓬勃发展，人类获取和处理地球空间信息的能力达到了空前水平。随着多平台、多传感器、多分辨率、多波段和多时相的遥感数据呈指数级增长，全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）数据获取的速度和精度迅速提高，地理信息系统（geographic information system，GIS）非结构化数据越来越多、数据更新周期越来越短，空间信息（spatial information）朝着体量大、类型杂、时效强和价值高的大数据特征发展，传统的空间信息处理方法已不再适应于大数据时代需求。遥感图像分类，GNSS定位结算和高程拟合，矢量数据存储、管理与分析等常规任务在准度、精度、效率上对空间信息处理提出了更高的要求，遥感图像计算机解译与自动分析、GNSS自动定位与导航，GIS自动建模与数据挖掘等新型工作更是对空间信息处理提出了智能化的要求。由此，发展日益成熟的人工智能技术与空间信息科学的结合势在必行，空间信息智能处理已迫在眉睫。

空间信息智能处理涉及的学科和技术众多，既包括地球空间信息科学、遥感科学、地理信息科学、测绘科学，也包括计算机科学、人工智能、物联网，甚至还包括图像处理、控制论、大数据等内容。空间信息基础设施已逐步完备，高分遥感卫星、小卫星、北斗系统、数字城市等的建设，产生了海量的空间信息；遗传算法、神经网络、模式识别、专家系统等智能算法的发展和改进，使得空间信息智能处理成为研究热点。毋庸置疑，空间信息智能处理和智慧地球、智慧城市的建设分不开，也和物联网、云计算、大数据等技术紧密相连——各类卫星、传感器、监测设备形成实时监测网络，地球本身信息以及地球表面人和事物的信息千变万化，而这些信息之中80%都与空间位置有关，故而智慧地球依托于空间信息及其更新，从而实现更透彻的感知和更全面的互联互通；物联网将万物互联，各种设备、事物、人员之间的信息在其中穿梭不停；云计算和大数据等技术则为大体量数据的处理和分析提供了解决方案。在空间信息获取与采集，空间信息存储与管理，空间信息处理和分析等一体化信息系统中，空间信息智能处理起着提高获取和采集效率，优化存储和管理方案，增强处理和分析能力的作用。

笔者已在2010年编著的《物联网技术导论》和2012年编著的《物联网应用与解决方案》两书中就物联网技术基础和应用方案进行了详细阐述，并于2015年编著的《智慧城市及其解决方案》一书中详细论述了智慧城市相关技术、解决方案和应用实例。笔者在完成智慧城市总体框架设计、关键技术分析以及典型应用案例等基础上，从空间信息科学如何在智慧城市建设中发挥主体作用的视角出发，完成了对智慧城市建设从整体到局部、从主干到细节的详细阐述。本书以总体与分布结构的形式，首先介绍空间认知和地理信息理论的背景知识，并详细给出地球空间信息科学的相关学科知识，论述空间信息智能处理的必要性和研究内容；然后分章论述模式识别、专家系统、模糊理论、人工神经网络、优化算法、空间信息智能融合和大数据的理论基础及其在空间信息智能处理中的典型应用，力争做到理论和实践相结合，以及图文并茂。为了更加清晰准确反映图像内容，书中部分需要彩色呈现的图表附在书后彩插中。