第九章GIS新技术与“数字地球”简介
构建数字地球的关键技术与流程解析
构建数字地球的关键技术与流程解析近年来，信息技术的飞速发展催生了一个全新的概念——数字地球。
数字地球是一种通过将地球上所有的物理空间和信息空间进行数字化整合，从而实现全球的信息共享、智能决策和可持续发展的概念。
构建数字地球的实现离不开一系列关键技术和流程的支持。
一、地理信息系统（GIS）地理信息系统是数字地球的基础。
它是将地理空间数据与属性数据进行整合的一种信息处理系统。
通过GIS，我们可以将地球上的所有空间信息进行数字化，实现对地理现象的深入分析和管理。
GIS技术的关键是地理数据采集、处理和可视化。
通过现代测绘技术、无人机遥感技术和卫星遥感技术等手段，我们能够快速获取地理数据，然后通过空间数据分析、数据挖掘和数据可视化等技术手段，将这些数据以图形、表格等形式进行呈现，实现对地球上的各种地理现象的深入研究。
二、人工智能与大数据数字地球的建设需要处理和分析海量的数据。
而人工智能和大数据技术的发展为处理和分析数据提供了强有力的支持。
大数据技术能够帮助我们从海量数据中提取有价值的信息，进行数据建模和预测。
而人工智能技术则可以模拟人类的思维和决策过程，帮助我们做出智能化的决策。
例如，在数字地球中，我们可以通过大数据技术对全球气象数据进行收集和分析，进而实现对天气预测的精确度提升；同时，通过人工智能技术，我们能够模拟气象专家的决策过程，从而实现自动化的气象预测系统。
这使得气象预测能够更准确地为公众提供服务。
三、物联网技术数字地球离不开物联网技术的支持。
物联网是一种通过感知、传输、处理和交互技术连接地球上的一切物体，并通过网络进行信息通信的技术。
在数字地球中，通过物联网技术，我们能够实时获取各种设备传感器的数据，并将这些数据进行汇总和分析，从而实现对地球上的一切物体的智能监测和管理。
以智慧城市为例，通过在城市中布置传感器和终端设备，我们能够实现对城市交通、能源消耗、环境污染等各个方面的监测。
通过物联网技术，这些传感器将获取的数据传输到集中处理中心，然后通过数据分析和与人工智能算法结合，对城市的各方面进行实时分析和决策支持。
地理信息科学中数字地球的构建与发展
地理信息科学中数字地球的构建与发展随着计算机、遥感技术的日益普及，地理信息科学已成为人类能够认识地球的重要科学之一。
数字地球是地理信息科学中较新的概念，它是以数字化方式表示和管理地球表面信息的一种技术和方法。
本文将从数字地球的概念、建设、应用等方面，借鉴前人的研究成果，阐述数字地球在地理信息科学中的重要性。
一、数字地球的概念及特点数字地球，顾名思义，是以数字形式来表达地球的一种技术和方法。
数字地球的建设至少需要利用地球科学相关要素的数据、建模、分析以及可视化技术，依据实际需要对地球描述及其应用开展研究。
数字地球基于遥感、空间信息技术与互联网等科技，整合地学、环境、地理、生态等领域实时、高保真的动态数据及其分析方法，实现对地球的实时、立体、全息观测。
数字地球具有以下的特点：1. 数据整合，意味着地球上各种特性的数据资源能够以一定格式和元数据被下载、融合、存储，并可被可视化处理；2. 空间表达，即地球上任何点的地理坐标都能够被准确地表达；3. 空间分析，即对地球上任何点进行各种分析。
4. 互联共享，即数字地球系统具有互联网的性质，使得其查询、分析、应用的信息可以互相共享。
数字地球应用将不再只是点的剪辑、遥感影像、水文数据、洞穴蒙太奇等单一的局部应用，而是能够实现普遍共通的直观表达、数值模拟、数学处理和科学分析。
二、数字地球的建设数字地球的建设须要结合地理信息科学、计算机科学、遥感学、测量学等知识，采用人工智能、数据挖掘、专家系统、网络科技、并行计算等高新技术。
数字地球技术主要技术有以下几方面：1. 空间数据获取：遥感技术、航空摄影、地面测量、GPS数据等；2. 空间数据处理：数据格式转换、数据质量检验、数据分类、数据匹配、数据融合、数据挖掘等；3. 空间数据发布：空间数据的发布以及搜索服务；4. 空间数据应用：基于空间数据的应用程序的开发和测试。
由此可见，数字地球的建设需要具有较强的跨学科研究能力和技术创新意识，更需要有对应的相关法律、政策及国际标准等面向公众和行业规范性的制度建设。
数字地球：地理信息系统与全球变化
GIS在全球土地利用变化研究中的应用
土地利用监测
• 通过GIS技术，对土地利用进行实时监测和评估，为
土地利用变化研究提供依据
• 为土地利用规划和管理提供科学支持
土地利用变化影响评估
• 通过GIS技术，对土地利用变化对农业、水资源等方
面的影响进行评估
• 为土地利用规划和管理策略制定提供科学依据
土地利用规划和管理策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供土地利用变化影响
的空间信息，辅助制定规划和管理策略
• 为实现土地资源可持续利用提供信息支持
05
数字地球与全球变化的未来发展趋势
数字地球技术的未来发展趋势
高性能计算技术
物联网技术
人工智能技术
• 随着计算机技术的发展，数
• 通过物联网技术，实现地球
• 将人工智能技术应用于数字
• 为生态系统保护和恢复提供科学支持
生态系统变化影响评估
• 通过GIS技术，对生态系统变化对农业生产、水资源等方面的影响进行评估
• 为生态系统保护和恢复策略制定提供科学依据
生态系统保护和恢复策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供生态系统变化影响的空间信息，辅助制定保护和恢复策略
• 为实现生态系统可持续发展提供信息支持
字地球技术将不断提高数据处
上各种信息的实时传输和共享
地球技术，提高数据处理和分
理和分析能力
• 为数字地球技术的发展提供
析的智能化水平
• 为数字地球技术的应用提供
新的机遇
• 为数字地球技术的发展提供
更强大的支持
新的思路
GIS在全球变化研究中的未来发展趋势
01
02
第九章GIS新技术与数字地球简介
ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块 划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控 件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便 地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS 应用。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不 同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种 功能的 “积木”搭建起来，就构成应用系统。
第九章GIS新技术与数字地球简 介
第一节 GIS新技术
一、网络GIS（WebGIS）概述 随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息系统(GIS)
的需求，利用Internet在Web上发布和出版空间数据，为 用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为 GIS发展的必然趋势。于是，基于Internet技术的地理信 息系统——WebGIS就应运而生。 与传统GIS不同的是， WebGlS可以实现对各种传统GIS系 统数据的相互操作和共享，以便充分利用现有的数据资源。 WebGIS不但改变了传统GIS的设计、开发和应用方法，而 且完全改变了空间数据的共享模式。
4）“数字地球”中的数据和信息同时也按普通、限制、 保密等不同保密等级组织起来的。不同的用户对不同的数 据和信息具方式从“数字地球”中获取信息。任 何一个用户都可以实时调用，无论生产者是谁，也无论数 据在什么地方。国际互联网上的用户可以根据自己的权限 查询“数字地球”中的信息；运用具有传感器功能的特制 数据手套，还可以对“数字地球”进行各类可视化操作。
2020中国海洋大学信息科学与工程学院考研招生考试大纲
2020年硕士研究生招生考试大纲002信息科学与工程学院目录初试考试大纲 (2)341农业知识综合三 (2)638 量子力学 (3)806 普通物理 (4)808地理信息系统 (7)810数字电子技术 (9)930程序设计基础 (10)946 信号与系统 (12)953 声学基础 (14)954计算机基础综合 (15)977高级程序设计与软件工程 (18)978软件工程综合 (19)复试考试大纲 (22)F0201现代物理基础与科技英语 (22)F0202数字信号处理 (25)F0203 C++语言编程 (27)F0204现代光学综合 (29)F0205通信原理 (31)F0206电子技术A (33)F0207 计算机系统结构 (34)F0208 面向对象的程序设计与数据库 (35)F0210数据结构 (38)F0211 程序设计实践 (39)F0212光电基础综合 (40)F0213 农业工程与信息技术概论 (42)同等学力加试科目考试大纲 (44)T0201数据结构 (44)T0202软件工程 (45)初试考试大纲341农业知识综合三一、考试性质《农业知识综合三》是中国海洋大学信息科学与工程学院农业工程与信息技术专业硕士研究生招生考试初试笔试科目。
二、考查目标要求考生比较系统地理解和掌握计算机基础，数据库技术及网络技术，能够运用计算机技术的基本原理和方法分析、判断和解决有关农业生产实践中的实际问题。
三、考试形式本考试为闭卷考试，满分为150分，考试时间为180分钟。
试卷结构：计算机基础50分，数据库技术与应用50分，网络技术与应用50分。
四、考试内容（一）计算机基础内容包括计算机系统的基本概念、数制的转换及二进制运算基础、计算机运行的基本原理、算法相关概念、多媒体及图形图像相关基础知识等。
（二）数据库技术与应用内容包括数据库的分类、关系数据库的基本概念、三级模式及两级映像、E-R图、范式的定义及分类以及基本SQL语句的使用。
17-18版：1.2.2地理信息系统(GIS) 地理信息技术与数字地球（创新设计）
课时2 地理信息系统(GIS) 地理信息技术与数字地球[学习目标定位] 1.了解地理信息系统的概念和简要程序。
2.运用有关资料，掌握地理信息系统在城市管理等领域中的应用。
3.理解“数字地球”的概念，并弄清“3S ”之间的关系及其与“数字地球”的关系。
一、地理信息系统(GIS)1．概念：专门处理地理空间数据的计算机系统。
2．简要程序：信息源→数据处理→数据库→空间分析→表达。
3．应用(1)区域地理环境研究(2)城市管理⎩⎪⎨⎪⎧ 查看、查询相关信息资源制作相关的统计分析图和专题图综合分析相关信息，进行应急事件的录 入、处理、决策等工作 思考1．如何理解“地理信息系统是地图的延伸”这句话？答案 可以理解为地图是GIS 的重要信息源，是GIS 的基础；而GIS 是地图的延伸和完善，除了具备地图的基本功能外，还有地图所没有的其他更多功能。
二、地理信息技术与数字地球1．地理信息技术(1)遥感获取地理信息数据。
(2)全球定位系统主要用于地理信息的空间定位。
(3)地理信息系统主要用来对数据进行管理、查询、更新、空间分析和应用评价。
2．数字地球(1)概念：是指数字化的地球，即把整个地球信息进行数字化后，由计算机网络来管理的技术系统。
(2)作用：将不同空间、时间的自然、人文的大量信息进行整合，进行立体的、动态的显示，为生产、研究活动提供实验条件和试验基地。
思考2．在全球问题的研究中，除农业外，还有哪些领域可以应用“数字地球”的相关技术？答案全球温室效应，海平面上升；臭氧层破坏；地震分布带；地形遥感；全球生态环境监测；全球气候预报；生物分布、生产结构监测等。
探究点一地理信息系统的应用探究活动读下面图形材料，回答问题。
材料一甲图为一幅具有林木、河流和住房的景观图，乙图是根据该图而建立的空间数据模型。
材料二某城市部分地区经过数字化处理的交通线、功能分区、地价图。
(1)材料一中两图形对地物的表示有什么差异？与地图相比，地理信息系统有哪些优点？(2)材料二中，若布局合理，则该城市盛行风向最不可能为________；若在该区域新建物流中心，最宜选择在________。
数字地球学的新技术和应用
数字地球学的新技术和应用数字地球学是一门基于数字化技术和地球信息科学等多学科交叉的新兴学科，它将地球上的自然、社会、经济等多种信息数据进行集成、管理、分析和展示，形成了一种全球范围、实时更新、多尺度、多层级的地球信息系统。
数字地球学在地球科学、城市规划、环境保护、资源开发等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍数字地球学的新技术和应用。
一、数字地球学的新技术1. 三维空间数据管理技术传统的地理信息系统（GIS）主要关注地理信息的二维表示和操作，而数字地球学则将重点放在了三维空间数据的处理上。
三维空间数据管理技术是数字地球学的一项核心技术，它能够通过数字化手段对地球表面的物理特征进行精确的测量和建模，以达到对地球三维信息的全面理解和管理。
2. 遥感数据处理与分析技术遥感数据是数字地球学的另一个重要数据来源，它通过卫星、航空等手段对地球表面进行非接触式的观测和测量。
数字地球学可将遥感数据与其他类型的地理信息数据进行融合，以实现更加全面、准确的地球信息分析和预测。
3. 可视化技术数字地球学中的可视化技术能够将抽象的数字数据转化为具有视觉感官的表现形式，以促进人们对全球范围内复杂数据的理解和交互式操作。
例如：数字地球模型的可视化实现，可以让人们直观地了解地球的自然地貌、人文地理和环境等方面的信息。
二、数字地球学的应用1. 地球科学领域数字地球学技术在地球科学领域的应用非常广泛，包括地质勘探、地震预测、气象预报等。
例如，激光雷达测绘技术和数字地球模型可实现精确的地形和岩石结构还原，进而为地质勘探提供高精度地质信息；气象遥感数据的分析与处理可以对气象和气候进行更好的预测和监测，以提高气象预报的准确性和可靠性。
2. 城市规划与管理数字地球学技术在城市规划和管理领域的应用也非常广泛，能够为城市规划、土地管理、交通建设等提供帮助。
例如，数字地球模型可用于城市规划、建筑设计等多个领域，以便更好地实现城市建设规划的可视化呈现、市政设施的优化配置等功能；数字地球模型同时也可以用于交通规划，以实现交通状况的实时监测和改善。
第九章 GIS新技术与数字地球简介
第九章GIS新技术与数字地球简介第一节网络GIS一、网络GIS（WebGIS）概述1、关于Internet互联网(Internet)或称因特网已经成为计算机行业乃至整个社会最热门的话题之一，报纸、杂志、新闻、广播到处都可以看到它的踪影。
Internet是全球最大的、开放的、由众多位于世界各地的计算机和计算机网络利用高速通讯线路连接在一起进行各种信息交换的计算机网络，它的核心是开放的TCP／IP协议。
Internet被认为是未来信息高速公路的雏型，它能提供很多种信息服务，主要有：电子邮件(E-mail)、远程登录(Telnet)、文件传送协议(FTP)、新闻沙龙(USENET)、电话拨号连接(Dial-up Connection)等。
Internet网络的特点可归纳如下：●跨地域性：Internet网络的发展速度非常惊人，基本覆盖了全世界绝大部分国家。
●Internet是通讯技术、计算机技术和信息技术发展的完美结合。
●信息资源共享：信息数据库将被每个上网的人共享使用，大大提高了信息资源的利用率。
●通信协作：Internet网上数据的传送需要多台服务器的共同协作才能完成。
世界各国目前对互联网的发展都极为重视，互联网已经在世界各地普及和使用。
例如，互联网在新西兰已经成为一种公认的、通用的数据交换手段，政府、商业机构和教育团体均积极地发展网页；国际南极信息中心的主页允许浏览者获得大量有价值的臭氧层信息、天气变化模式等信息；在北美，当人们需要某些地理数据，了解GIS有关技术的发展，寻找各种服务，甚至找工作的时候，首先去查找的地方就是互联网。
2、WWW1989年欧洲粒子研究中心(CERN)的科学家T. B. Lee提出了万维网(World Wide Web简记为WWW，也称Web)这一概念，并推出一个基于超文本Hyper Text和HTTP的信息查询工具，实现于1990年的Next计算机上。
1992年CERN公开发表了万维网，至1994年万维网己成为访问因特网资源的最好手段。
地理信息系统 第九章
WebGIS的网络模式
GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设，网 络在整个GIS项目中处于至关重要的地位。 GIS应用与常规事务处理有很大不同，突出 表现在巨大的数据量、复杂的处理方式、 空间的分布性，以及对安全容错机制的要 求上 ，网络设计必须满足：
WebGIS的网络模式
网络性能高，传输速率快 GIS处理对象以图形图像为主，数据量大，非常规 类型。当用户较多时，网络传输繁重，容易造成 网络阻塞，因而要求有足够带宽和灵活的传送技 术。 Client/Server、Intranet结构 分布式数据处理GIS系统是一个有机组合的群体， 通过网络将地理上分散、具有自治功能的多个计 算机系统互联，实现信息交换、资源共享和协同 工作。支持空间分布性、联机事务处理、多用户 并发操作，是GIS网络基本特征。
属性
C o m G IS 控 件 （ A c tiv e X 服 务 器 ）
方法
集成开发环境 （ A c tiv e X 容 器 ） 与 其 他 COM 组 件
事件
数字地球
数字地球这一科学畅想是由美国副总统戈尔 提出的。他于1998年1月3日在美国加利福 尼亚科学中心发表了《数字地球：认识21 世纪的星球的方式》的讲演。他认为，应 构建一个数字地球，为信息高速公路提供 一种重要的信息“货源”。 数字地球并非一个孤立的科技项目或技术目 标，而是一项整体性的、导向性的战略思 想。
使分布式的多数据源的数据管理和合成更 易于实现。 平台独立性。 操作时，与服务器类型和操 作系统无关，与GIS软件无关。 大规模降低系统成本和减少重复劳动。客 户端不需要配备昂贵的专业GIS软件 ，数据 得到共享。 操作简单。
组件式GIS （ComGIS）
GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、 包式软件、核心式软件，从而发展到ComGIS和 WebGIS的过程。 组件式软件是新一代GIS的重要基础, ComGIS是面 向对象技术和组件式软件在GIS软件开发中的应 用。 COM是组件式对象模型(Component Object Model) 的英文缩写，是OLE(Object Linking & Embedding)和ActiveX共同的基础。COM不是一 种面向对象的语言，而是一种二进制标准。COM 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间 的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以 通过称之为“接口”的机制来进行通信 。
GIS原理地球信息科学和数字地球
未来发展趋势和挑战
1 大数据和人工智能
大数据和人工智能技术将进一步提升GIS的分析能力和决策支持功能。
2 空间数据共享
推动各国之间的空间数据共享，有助于全球范围内的地理问题研究和解决。
3 隐私和安全
随着地理数据的增长和应用扩展，隐私保护和数据安全将成为重要的挑战。
测量技术
测量技术用于采集地形、地势 等地理数据，为GIS分析提供 基础。
地图制作与空间分析
1
空间查询
2
使用GIS软件进行空间查询，可以找
到特定区域内的地理对象和相关属性。
3
地图制作
通过GIS软件，制作具有多个图层和 标注的地图，用于展示地理现象和分 析结果。
空间统计
利用GIS进行空间统计分析，了解不 同地理区域的数据分布和相关规律。
数字地球的概念与应用
数字地球是一种利用GIS技术和地理数据构建的虚拟地球模型，可以模拟地球 上的各种现象和过程，用于研究和决策支持。
地球信息科学在环境管理和城市规划中 的应用
环境管理
GIS可用于监测污染物分布、自然资源管理 和环境规划，帮助保护和改善环境质量。
城市规划
GIS技术可以模拟城市增长模式、交通拥堵 和土地利用的变化，为城市规划提供决策支 持。
GIS原理地球信息科学和 数字地球
地球信息科学是研究地理空间现象、地图和地理数据的基础学科。
地球信息科学的定义
地球信息科学是一门综合性的学科，涵盖地理学、地图学、遥感技术和数据 库管理等领域，旨在研究地球上的空间现象和它们之间的关系。
GIS技术和原理数据、遥感数据和地理位置数据。
空间分析
GIS利用空间分析技术，对地理数据进行处理和分析，以揭示地理现象的规律和趋势。
数字地球-地球系统与数字地球
04
数字地球与地球系统科学的结合
Байду номын сангаас
数字地球对地球系统科学的推动作用
促进地球系统科学的数据获取和处理
数字地球技术通过卫星遥感、全球定位系统等技术手段，提供了大量高分辨率、高精度的 地球系统数据，为地球系统科学研究提供了有力支持。
提升地球系统科学研究的空间分析能力
数字地球技术通过地理信息系统（GIS）等工具，为地球系统科学研究提供了强大的空间分析 能力，有助于更好地理解地球系统的复杂性和动态性。
02 03
揭示地球系统的复杂性和动态性
地球系统科学研究揭示了地球系统的复杂性和动态性，为数字地球技术 的发展和应用提供了重要启示，有助于更好地模拟和预测地球系统的变 化。
推动数字地球技术的创新发展
地球系统科学研究的需求推动数字地球技术的不断创新和发展，如遥感 技术、全球定位系统、地理信息系统等，为数字地球技术的发展注入了 新的活力。
气象预警
利用数字地球技术，可以精细化分 析气象数据，提高气象预报的准确 性和时效性，为灾害预警和应对提 供有力支持。
环境保护与治理
生态保护
资源管理
通过数字地球技术，可以监测和评估 生态环境状况，为制定环境保护政策 提供科学依据。
通过数字地球技术，可以实现自然资 源的高效管理和合理利用，促进可持 续发展。
能量的转化与传递
地球系统中能量不断从一 种形式转化为另一种形式， 并伴随着物质的转化与传 递。
信息传递与反馈
地球系统中各要素之间通 过信息传递与反馈相互影 响、相互制约，维持系统 的稳定。
地球系统的动态变化
自然变化
如地震、火山喷发、台风等自然现象，对地球系统产生影响。
课件5：1.2.2 地理信息系统（GIS） 地理信息技术与数字地球
4.“3S”与数字地球的关系：
计支 算
RS
获取
地
机 通 讯
GPS
空间定位
理 空
间
基础
技撑 术
GIS
分析、处理、 管理、应用
信 息
数字地球
总结 遥感 全球卫星定位系统 地理信息系统
代号
RS
GPS
GIS
范围大、 特点 速度快、
周期短等
功能 获取信息
全能性、全球性、 提供空间信息、 全天候、连续性、 动态预测等
课时2 地理信息系统 地理信息技术与数字地球
学习重点和难点
重点： 遥感、全球定位系统、地理信息系统在区域 地理环境研究中的应用。 难点： 遥感、全球定位系统、地理信息系统的一般 原理，以及数字地球的含义；
三、地理信息系统（GIS）
1.概念： 专门处理地理空间数据的计算机系统，称为地理信息 系统。
2.有人说：GIS是地图的延伸，你怎样理解？ ①地图是GIS的重要信息源，是GIS的基础； ②GIS是地图的发展和完善，除具备地图的基本功能外， 还有地图所没有的更多功能。
四、地理信息技术和数字地球
1.数字地球是指 数字 化的地球，即把整个地 球信息进行 数字 化后，由来 计算机网络管理 的技术系统。 2.数字地球是将不同 空间 、时间的自然与人文 的大量信息，按 地理坐标 ，从区域到全球进行整 合，并进行立方体的、 动态 的显示。
实时性
提供三维坐标、 速度、时间
对空间数据进行 分析、处理、管 理、表达
P12活动参考答案
1.在图1.5和图1.6所示的洪水监测和统计中,除运用 了遥感技术外,还运用了地理信息系统。 遥感搜集信息，地理信息系统分析、统计信息。
GIS复习思考题
GIS复习思考题地理信息系统复习思考题第⼀章导论1、解释：信息、数据、地理信息、地理数据、地理信息系统2、地理信息有何特点？3、地理信息系统与CAD、数字制图、⼀般事务管理有何主要区别？4、地理信息系统有哪些类型？5、GIS的基本构成有哪些？各部分的主要作⽤？6、GIS的基本功能有哪些？并简要说明。
7、GIS主要应⽤在哪些⽅⾯？8、GIS的发展主要经历了哪4个阶段？各有何主要特点？第⼆章空间信息基础1、GIS中为什么要考虑地图投影？我国⼤⽐例尺采⽤什么投影⽅式？2、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？3、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述⽅法有哪些？4、地图投影有哪些类型？5、解释：地图投影、拓扑、空间数据、元数据6、空间对象的描述要素有哪些？7、拓扑关系中有哪⼏种基本的拓扑关系？其基本含义是什么？在GIS中⽤拓扑有什么主要作⽤？8、什么是地理空间数据？有哪些类型，并简要说明。
9、地理信息系统的应⽤功能主要包括哪些⽅⾯，并简要说明。
10．地形图“都江堰”的编号是H48G024026，简要说明其编号的含义。
第三章空间数据结构1、空间实体可抽象为哪⼏种基本类型？它们在⽮量数据结构和栅格数据结构分别是如何表⽰的？2、叙述四种栅格数据存储的压缩编码⽅法。
3、试写出⽮量和栅格数据结构的模式，并列表⽐较其优缺点。
4、叙述由⽮量数据向栅格数据的转换的⽅法。
5、叙述由栅格数据向⽮量数据的转换的⽅法。
6、简述栅格到⽮量数据转换细化处理的两种基本⽅法。
7、解释：地理空间、栅格数据、⽮量数据、空间数据结构8、费尔曼链码的含义是什么？如何取值？9、游程编码的含义是什么？有哪2种⽅式？10、块码给栅格数据编码的⽅式是什么？11、四叉树编码的基本思想是什么？12、⽮量数据的获取⽅式有哪些？13、DIME编码什么？有何特点？14、⽮量数据结构有何优点？15、栅格数据结构有何优点？第四章空间数据库1、数据库系统包括哪⼏部分，各部分的主要作⽤是什么？2、数据库有何主要特点？3、数据库的系统结构有哪⼏个层次？4、数据库管理系统有什么主要功能？5、数据库管理系统程序由哪⼏部分组成？6、什么是数据库的数据模型？什么是传统的数据模型？7、传统的数据模型有何特点？8、解释：数据库、空间数据库、客体、对象、类、超类、⼦类、消息9、传统数据库系统的数据模型有哪些，各有什么优缺点？10、⾯向对象的数据模型有何优点？11、⾯向对象的数据模型的实现⽅法主要有哪些？12、地理信息系统数据库有什么主要特点？13、地理信息系统数据库有哪⼏种主要管理⽅法，各有何特点？14、什么是数据模型？数据库技术中采⽤的数据模型有哪些？15、地理信息系统空间数据库的组织⽅式主要采⽤哪些数据模型？第五章空间数据采集与处理1、空间数据采集⽅法有哪些？它们分别适合采集什么样的数据？2、说说在数字化中属性数据采集的原则和⽅法？3、为什么要对数字化地图进⾏编辑与处理后才能⼊GIS数据库？4、GIS数据精度可以从哪⼏个⽅⾯进⾏评价？并解释。
(信息技术基础与应用)第九章数字地球与智慧地球
面临的挑战与机遇
数据安全与隐私保护
随着数字地球和智慧地球技术的不断发展，数据 安全和隐私保护问题将日益突出，需要采取更加 有效的措施来保障用户的数据安全和隐私权益。
跨学科人才培养
数字地球和智慧地球技术的发展需要跨学科的人 才支持，包括地理学、计算机科学、数据科学等 多个领域，需要加强跨学科人才的培养和引进。
共同发展
数字地球与智慧地球共同发展，二者在技术创新、应用拓 展等方面相互促进，共同推动地球信息化进程。
04
数字地球与智慧地球的关键技术
遥感技术
遥感技术定义
利用传感器对远距离目标进行非接触式探测，获取目标反射、辐射或散射的电磁 波信息，并进行处理、分析和应用的技术。
遥感技术应用
在数字地球与智慧地球中，遥感技术用于获取地球表面的空间信息，如地形地貌 、植被覆盖、城市扩张等，为环境监测、资源调查、灾害预警等提供数据支持。
智慧旅游
智慧旅游概述
01
智慧旅游是利用信息技术手段，对旅游业进行智能化升级和服
务的综合系统。
智慧旅游的应用
02
智慧旅游在旅游信息服务、智能导游、旅游电子商务等方面具
有广泛应用，如智能语音导游、在线旅游预订平台等。
智慧旅游的意义
03
智慧旅游可以提升旅游体验和服务质量，促进旅游业发展，推
动经济转型升级。
律和趋势，为决策提供支持。
智慧地球的应用领域
智慧城市
智慧城市是智慧地球在城市管理领域的具体应用，通过物联网、云计 算、大数据等技术，实现城市基础设施的智能化管理和服务。
智慧交通
智慧交通利用信息技术对交通运行状况进行实时监控和管理，提高交 通运行效率和安全性。
智慧医疗
第九章 GIS新技术及其应用2010
时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地 观测卫星为15~25天的重访周期。通过发射合 理分布的卫星星座可以3~5天观测地球一次。 高分辨率卫星遥感图像在下一世纪将可以 优于1米的空间分辨率，每隔3~5天为人类提 供反映地表动态变化的详实数据，从而实现秀 才不出门，能观天下事的理想。
3、空间信息技术与空间数据基础设施
另一方面，为了在海量数据中迅速找到需要的 数据，元数据（metadata）库的建设是非常必 要的，它是关于数据的数据，通过它可以了解 有关数据的名称、位置、属性等信息，从而大 大减少用户寻找所需数据的时间。
5、科学计算
地球是一个复杂的巨系统，地球上发生的许多事件， 变化和过程又十分复杂而呈非线性特征，时间和空间 的跨度变化大小不等，差别很大，只有利用高速计算 机，我们在21世纪，才有能力来模拟一些不能观测到 的现象。利用数据挖掘（Data Mining）技术，我们 将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据，从中 找出规律和知识。科学计算将使我们突破实验和理论 科学的限制，建模和模拟可以使我们能更加深入地探 索所搜集到的有关我们星球的数据。
6、可视化和虚拟现实技术
可视化是实现数字地球与人交互的窗口和工具，没有 可视化技术，计算机中的一堆数字是无任何意义的。 数字地球的一个显著的技术特点是虚拟现实技术。建 立了数字地球以后，用户戴上显示头盔，就可以看见 地球从太空中出现，使用“用户界面”的开窗放大数 字图像；随着分辨率的不断提高，他看见了大陆，然 后是乡村、城市，最后是私人住房、商店、树木和其 它天然和人造景观；当他对商品感兴趣时，可以进入 商店内，欣赏商场内的衣服，并可根据自己的体型， 构造虚拟自己试穿衣服。
虚拟现实技术为人类观察自然，欣赏景观，了 解实体提供了身临其境的感觉。最近几年，虚 拟现实技术发展很快。虚拟现实造型语言 （VRML）是一种面向Web、面向对象的三维 造型语言，而且它是一种解释性语言。它不仅 支持数据和过程的三维表示，而且能使用户走 进视听效果逼真的虚拟世界，从而实现数字地 球的表示以及通过数字地球实现对各种地球现 象的研究和人们的日常应用。
中国矿大《北京》试论述GIS和地球信息科学,“数字地球”的关系(1)
试论述GIS和地球信息科学，“数字地球”的关系数字地球是解决信息资源共享的一门技术，他从空间数据的组织，管理和位置查询等方面为不同的地学应用提供技术支撑，并可满足空间数据的采集、储存、转换、索引、分析、处理和显示等要求，是一种特殊的信息系统。
数字地球是一种利用巨量地球空间数据对人类赖以生存的地球所做的三维、多级、多分辨率的数字化整体表达，他同时为人类提供了一个网络化的界面体系和超媒体的虚拟现实环境，具有空间化、数字化、网络化、智能化、可视化等特征。
具有两方面核心思想：一是利用数字化手段统一处理地球问题。
二是最大限度利用信息资源。
数字地球中的关键技术有：科学计算、海量贮存、高分辨率卫星影像、宽带网络、互操作、元数据、虚拟现实技术。
地球信息科学是随着RS,GIS,GPS和Internet等现代信息科学的发展和相互间渗透中逐渐形成的以GIS为核心的集成化技术系统，为解决区域范围更广，复杂性更高的现代地球科学问题提供了新的分析方法和技术保证。
它以信息流为手段研究地球系统内部的物质流，能量流和人流的运动状态和方式。
研究内容包括：地球信息机理、技术、科学方法、科学应用。
由三部分构成：地球信息学是其理论和研究的主体,地球信息技术是其研究手段,全球变化与区域可持续发展是其主要应用研究领域。
地球信息科学是地球信息科学，信息科学和地球信息技术的交叉和融合，是地球科学的一门新兴的重要分支学科，其研究内容包括地球信息机理，地球信息技术，地球信息科学方法和地球信息科学应用。
地球信息系统是在计算机软硬件支持下，以空间数据库为基础，运用系统工程和信息科学的理论，对空间数据进行科学管理和综合分析，为规划，决定，管理和研究提供信息的技术系统，是介于地理科学，空间科学和管理之间的新兴边缘学科。
一个典型的GIS包括四个基本部分:计算机硬件系统、软件系统、地理数据库系统、地理信息系统的应用人员和组织机构、网络。
GIS的发展趋势包括开放式GIS、3S 技术一体化、智能GIS、WebGIS和3DGIS及多维显示等方面。
地理信息学中的数字地球技术
地理信息学中的数字地球技术地球是一个充满了奇异美景的星球。
人类更是远离这个原生态社群，在充满着商机和挑战的城市世界里生活。
而数字地球技术，运用先进的地理信息学理论和工具，将这个星球再次呈现在了人们的视野中。
数字地球技术的应用不仅能够方便人们的生活，也为科研和经济发展带来了巨大贡献。
数字地球技术的基础是地理信息系统技术，但是数字地球技术将地理信息系统技术进行了集成和扩展，使得技术应用更加广泛和深入。
数字地球技术通过数据共享、空间分析和三维可视化等方法，让地球的各种信息充分展现，真正实现了所谓的“一张图说三农”，并且涉及的领域越来越广泛，从资源管理到环境保护，从城市规划到防灾救助等等，都能够得到数字地球技术的有效应用。
数字地球技术的数据来源不仅是传统意义上的地图和卫星影像，现如今还可以包括道路监控、人脸识别和无人机影像等多种传感器产生的数据。
而这些数据都可以经由数字地球技术，实现信息共享和统一管理，进而实现各领域之间的数据集成，从而更好地了解地球表面的环境和各项基础设施的状况。
例如，在城市规划领域，数字地球技术可以通过数据共享，将城市道路、交通、建筑等各个层面的信息汇总，并通过三维可视化的方式呈现在地图上。
设计师和规划者们可以在这种环境中，进行城市分析、模拟和重构，并在虚拟环境中对城市方案进行测试和评估。
在环境保护领域，数字地球技术能够实时监测大气、水质和生态系统等环境数据，警示人们环境污染和生态破坏的问题，对环境的保护和治理起着积极的作用。
此外，数字地球技术还广泛应用于资源开发和资源管理中。
例如，在石油勘探领域，数字地球技术能够通过三维地质模型，在油田开发前预测油藏的空间分布和性质，进而为勘探和开发提供依据。
在水资源管理中，数字地球技术能够通过数据共享和统一管理，实时掌控测站水位、流量和水质等信息，为水资源的利用和管理提供技术支撑。
最近，数字地球技术的一个新的方向是目标导向式数字地球。
这是一种基于多源数据的机器学习和深度学习的数字地球建模方法，以应用为导向，使用人工智能技术，加快数字地球的建设。
地理信息系统(GIS) 地理信息技术与数字地球 (2)
数字地球，距离我们有多远
数字地球，是原美国副总统戈尔于1998年1月31 日在“数字地球——认识21世纪我们这颗星球”的 报告中提出的一个通俗易懂的概念，它勾绘了信息时 代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。
巩固国防
数字地球是后冷战时期“星球大战”计划的 继续和发展。在美国眼里，数字地球的另一种提 法是星球大战,是美国全球战略的继续和发展。显 然，在现代化战争和国防建设中，数字地球具有 十分重大意义。建立服务于战略、战术和战役的 各种军事地理信息系统，并运用虚拟现实技术建 立数字化战场，这是数字地球在国防建设中的应 用。包括了地形地貌侦察等。
出行更顺利
智能运输系统将采集到的各种道路交通及服 务信息经交通管理中心集中处理后，传输到公路 运输系统的各个用户(驾驶员、居民、警察局、停 车场、运输公司、医院、救护排障等部门)，出行 者可实时选择交通方式和交通路线；交通管理部 门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理； 运输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理 调度。
让生活更惬意
数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添 加的信息，进行大量数据在空间和时间分布上的 研究和分析。例如国家基础设施建设的规划、全 国交通运输的规划、城市发展的规划、海岸带开 发以及西部开发。从贴近人们的生活看，房地产 公司可以将房地产信息链接到数字地球上；旅游 公司可以将酒店、旅游景点，包括它们的风景照 片和录像放入这个公用的数字地球上.
地理信息技术在区域
地理环境研究中的应用 课时2 地理信息系统（GIS） 地理
信息技术与数字地球
三、地理信息系统（GIS）
1、概念： 专门处理地理空间数据的计算机系统
ห้องสมุดไป่ตู้
第九章 GIS新技术与数字地球简介
西北大学城市与资源学系 谢元礼
地球空间信息科学
法国大地测量与摄影测量学者Bernard Dubussion于1975年首先将地球 信息技术(法文名为Geomatique)用于科学文献。 定义为：研究空间信 息的结构与性质、信息的获取、分类与合格化以及存贮、处理、描绘、 传播和确保其优化使用的基础设施科学技术 。 王之卓教授从学科发展的高度提出使用图像信息学(Iconic Informatics) 来概括目前所有与测绘有关的一些学科，如摄影测量、地图制图、遥 感技术等，并认为地球信息机理(Geo-Informatics)所概括内容比图像信 息学更广 。 加拿大的拉瓦尔(Laval)大学、卡尔加里(Calgary)大学将其与测绘有关 的系名改为地球信息技术工程学系；同时加拿大矿产资源能源部的测 绘局也于1994年6月改名为加拿大地球信息技术工程署(Geomatics Canada)。荷兰国际航测与地学院(ITC)于1989年成立了地球信息专业， 包括航天航空数据获取与摄影测量、数字遥感、地图制图和数据库与 计算机图形技术等部分。
西北大学城市与资源学系 谢元礼
数字地球的基础框架
数字地球的基础理论
数字地球的技术体系
数字地球的应用领域
西北大学城市与资源学系 谢元礼
数字地球的基础框架
“数字地球”的基础框架，它包括下列工作： 1．建立2维与3维间的投影关系，这是数字地球 的骨架； 2．在现有各种比例尺地形图的基础上，用遥感 影像加速更新、建立数字地球的数据基底； 3．研究真3维GIS（地理信息系统）的构建方法， 以便容纳和操作海量的真3维数据； 4．制定数据标准，适应多部门数据采集和共享。
方 法
事 件
西北大学城市与资源学系 谢元礼
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二、WebGIS的特点： 1、更广泛的访问范围。
2、平台独立性。
3、可以大规模降低系统成本和减少重复劳 动。 4、更简单的操作。
三、产生的技术基础
（1）开放GIS的研究——用户可以存取广泛分布 在网络上的GIS数据和处理单元 ； （2）关系数据库（RDBMS）和GIS的结合； （3）GIS构件（Component）的开发； （4）互联网（Internet），尤其是万维网 （WWW），已经成为GIS的新的操作平台。
第九章 GIS新技术与“数字地球”简介
学习目标 了解WebGis的特点和优势
· 掌握3S的基本概念
· · 了解3S集成技术
· 掌握数字地球的基本概念
· 了解数字地球的核心技术及其应用
3S集成技术与数字地球
一、WEBGIS 二、3S集成技术 三、数字地球简介 四、 国家信息基础设施与国家 空间数据基础设施
基于1：1万图 DEM （12.5米水平分辨率）
基于1：1万图 DEM （5米水平分辨率）
基于1：5万图 DEM （25米水平分辨率）
第三节 数字地球简介
7．空间数据仓库
空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向 主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间 坐标的地理数据的集合。数据仓库的主要任务是将来 源、结构、格式不同的原始数据，首先对其进行标准 化、过滤与匹配、精化、标明时间戳和确认数据质量 的处理，即求精过程；然后再根据任务的需要，进行 数据的集成与分割、概括与聚集、预测与推导、翻译 与格式化、转换与再映象处理；最后进行数据仓库的 建模、概括、聚集、调整与确认及建立结构化查询等 等。
第二节 3S集成技术
居民点
植被
水（河流、湖泊等）
第二节 3S集成技术
1、GIS作为图像处理工具
③ 感兴趣区域的选取
在一些遥感图像处理中，常常需要只对某一区域进行 运算，以提取某些特征，这需要栅格数据和矢量数据之间的 相交运算。
城市热岛研究
第二节 3S集成技术
2. 遥感数据作为GIS的信息来源
数据是GIS中最为重要的成分，而遥感提供了廉 价的、准确的、实时的数据，目前如何从遥感数据中 自动获取地理信息依然是一个重要的研究课题，包括： ① 线以及其他地物要素的提取
第三节 数字地球简介
数字地球代表了当前科技的发展战略目标和方向。
第三节 数字地球简介
二、数字地球的核心技术
为了解决数字地球中的数字化、信息化以及应用 问题，需要研究以下关键技术：科学计算、海量存储、 宽带网、卫星数据获取、元数据、互操作等等。下面
对这些相关关键技术进行简单的描述。
第三节 数字地球简介
1．信息高速公路和计算机宽带高速网
一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮， 而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务 器将需要由高速网络来连接。
第三节 数字地球简介
2．高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术
卫星遥感是数字地球获取数据的主要手段，包括 不同高度、不同分辨率的陆地卫星系列、海洋卫星系 列、气象卫星系列以及小卫星系列，其分辨率从l米到
第三节 数字地球简介
4．超媒体空间信息系统
数字地球的主要任务之一是通过因特网实现信息
的共享和发布，主要通过WebGIS技术实现；此外，
数字地球应用中包含大量多媒体数据，也需要在因特 网上发布，形成超媒体空间信息系统。大量的数据在 网络上传输，造成网络拥塞，这需要高带宽网络解决 该问题。
第三节 数字地球简介
能的GIS软件系统。
第二节 3S集成技术
1. GIS作为图像处理工具
① 几何纠正和辐射纠正
在遥感图像的实际应用中，需要首先将其转换到某 个地理坐标系下，即进行几何纠正。
几何纠正的方法是利用采集地面控制点建立多项式 拟合公式，它们可以从GIS的矢量数据库中抽取出来，然 后确定每个点在图像上对应的坐标，并建立纠正公式。 在纠正完成后，可以将矢量点叠加在图像上，以判断纠 正的效果。为了完成上述功能，需要系统能够综合处理 栅格和矢量数据。
第二节 3S集成技术
GPS卫星
基准站
（坐标已知）
基准站
（坐标已知）
可测量两站之 间的位置
第二节 3S集成技术
3．监控导航
用于车辆、船只的动态监控，在接收到车辆、船 只发回的位置数据后，监控中心可以确定车船的运行 轨迹，进而利用GIS空间分析工具，判断其运行是否正 常，如是否偏离预定的路线，速度是否异常(静止)等等， 在出现异常时，监控中心可以提出相应的处理措施， 其中包括向车船发布导航指令。
3．地球空间数据的存储和处理
为了能够将地球上的信息进行数字化，除了要存
储和处理大量的遥感数据之外，还包括图形数据，属
性数据等等。实现对这些数据的查询检索，需要海量 数据存储管理以及快速处理技术。目前分布式数据存
储是海量数据管理的趋势，可以避免集中式系统带来
的管理困难以及网络拥塞；而通常采用超大型计算机 或者并行计算以实现快速处理 。
第三节 数字地球简介
一、数字地球的基本概念
数字地球将不同空间、时间、物质和能量的多种 分辨率的有关资源、环境、社会、经济和人口等海量 数据或信息，按地理坐标从局部到整体，从区域到全
球进行整合、融合、显示，并能为解决复杂生产实践
和知识创新、技术开发与理论研究提供实验条件和试 验基地(包括仿真和虚拟实验)，其意义在于它代表了当 前科技的发展战略目标和方向。
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第二节 3S集成技术
虽然GIS在理论和应用技术上已经有了很大发展，但 单纯的GIS并不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要
求。
RS目前已经成为GIS最重要的数据源，在大面积资源
调查、环境监测等方面发挥了重要的作用。遥感技术在空间
分辨率光谱分辨率和时间分辨率上都在飞速发展和提高，担 负着越来越重要的作用。 GPS是以卫星为基础的无线电测时定位和导航系统， 可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的
第二节 3S集成技术
校正前
校正后
第二节 3S集成技术
1. GIS作为图像处理工具
② 图像分类
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对于遥感图像分类，与GIS集成最明显的好处是训 练区的选择，通过矢量／栅格的综合查询，可以计算多 边形区域的图像统计特征，评判分类效果，进而改善分 类方法。
此外，在图像分类中，可以将矢量数据栅格化， 并作为“遥感影像”参与分类，可以提高分类精度，例 如，考虑到植被的垂直分带特性，在进行山区的植被分 类时，可以结合DEM，将其作为一个分类变量。
② DEM数据的生成
③ 土地利用变化以及地图更新
第二节 3S集成技术
第二节 3S集成技术
使用遥感图像作为栅格图像时应注意的问题：
由于各种因素的影响，使得从遥感数据中提取的
信息不是绝对准确的，在通常的土地利用分类中，90
％的分类精度就是相当可观的结果，因而需要野外实 际的考察验证——在这个过程中可以使用GPS进行定
第二节 3S集成技术
定位演示
第二节 3S集成技术
2．测量
主要应用于土地管理、城市规划等领域，利用GPS和GIS的集 成，可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化 仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐 标，并将坐标数据通过GIS记录，然后计算相关的面积或长度数据。 在进行GPS测量时，要注意以下一些问题，首先，要确定GPS 的定位精度是否满足测量的精度要求，如对宅基地的测量，精度需要 达到厘米级，而要在野外测量一个较大区域的面积，米级甚至几十米 级的精度就可以满足要求；其次，对不规则区域或者路径的测量，需 要确定采样原则，采样点选取的不同，会影响到最后的测量结果。
第一节 网络GIS
一、传统GIS存在的主要问题：
1、文件服务器结构的处理能力完全依赖于客户端， 其效率低下。 2、客户端的任何操作都要将服务器文件远程复制 到本地进行。当多用户并发操作时，网上存在多 个备份，因此，数据的完整性难以控制；大量数 据频繁传输，易造成网络瓶颈，降低系统性能。 3、成本高。企业用户使用GIS仅限于一般功能， 而每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，这 无疑是巨大的浪费。 4、GIS桌面系统操作复杂，操作人员需要有专业 基础和经过专门培训，不适合企业级及大众化应 用。
5．地理信息的分布式计算
地理信息的特征是分布的，并且具有基础性、共 享性和综合性，分布式计算可以使得地理信息应用于 社会各个领域 。包括以下几种： ① 地理信息的共享领域服务 ② 空间查询服务 ③ 空间分析服务 ④ 空间制图服务 ⑤ 地理信息的特定任务服务
第三节 数字地球简介
6．无比例尺数据库
无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源， 在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，即可 以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。
第二节 3S集成技术
3S技术相结合的土地利用管理信息系统
第二节 3S集成技术
一、 GIS与遥感的集成
软件的实现GIS与遥感的集成，可以有以下三个 不同的层次 ： ①分离的数据库，通过文件转换工具在不同系统之间 传输文件； ②两个软件模块具有一致的用户界面和同步的显示； ③集成的最高目的是实现单一的、提供了图像处理功