第2章-地球信息科学的学科特点和研究内容-课件PPT

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(2) 地球信息机理
地球信息科学的本质是从信息流的角度 来揭示地球系统发生、发展及其演化规律, 从而实现资源、环境与社会的宏观调控,其 中地球信息机理主要研究地球圈层间信息传 输过程与物理机制,是地球信息科学的重要 理论支撑。
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(3) 地球信息技术
地球信息技术是地球信息科学最早形成 的研究领域,目前已经形成了以地理信息 系统为核心,多种现代空间技术组成的集 成化技术体系,主要包括:
• 地球数据获取技术; • 地球信息模拟分析技术; • 地球信息传输技术。
地球信息科学引论
授课人:张喜旺 E-mail:zxiwang@ 河南大学环境与规划学院
The College of Environment and Planning of Henan University
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1 地球信息科学的基本概念 2 地球信息科学的研究对象 3 地球信息科学的学科特点 4 地球信息科学的研究内容 5 地球信息科学的应用领域
地球系统科学主要研究地球系统物质流、 能量流、人流的发生与发展过程。其中的 物质流是指物质资源在空间与时间上的重 新分配,能量流指各种能量的传输,而人 流则预示着社会的发展和变迁,它们形成 的根本动力在于地球系统中物质、能量和 人流分布不均而产生的位能、势能和压力 差。
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1 地球信息科学的基本概念 2 地球信息科学的研究对象 3 地球信息科学的学科特点 4 地球信息科学的研究内容 5 地球信息科学的应用领域
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地球信息科学的研究对象是地球信息, 所覆盖的空间范围非常广,包括固体地球 系统、流体地球系统和生物地球系统。
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(4) 地理信息科学
地理信息科学是研究地理系统中的信息 流的科学。
(1)主要研究在对地理信息进行处理、存储、提取以及 管理和分析过程中所提出的一系列基本问题; (2)研究技术主要包括地理信息获取技术、地理信息系 统技术、地理信息传输技术等; (3)注重地理信息技术发展的同时,还注意到了与地理 数据、地理信息有关的其他一些理论问题。
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③卡尔加里大学Schwarz教授的定义: Geomatics是一个现代术语,描述一种采 集、分析、表示、存储、发布和管理与空间 分布有关的数据的集成方法。
④加拿大能源矿产资源部的定义: Geomatics是与地理信息的采集、处理、 解译和发布有关各学科(如测量学、制图学、 遥感、地图学、摄影测量学和地理信息系统) 的一个简单的集合词。
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(5) 地球信息科学
随着地理信息系统技术、遥感技术和全 球定位技术广泛应用于许多地球科学和社会 科学,地理信息科学也逐渐演变为地球信息 科学,即地球信息科学是研究地球系统信息 流的科学。
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⑥ 我国学者
李德仁先生总结了不同专家的定义,提 炼出它们的共同点: • 涵盖的学科范围一致,归属于空间信息 科学; • 都强调对地球空间数据和信息的计算机 技术处理; • 都强调相关学科的综合、强调对地球空 间数据的集成处理、强调信息流全过程。
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1 地球信息科学的基本概念 2 地球信息科学的研究对象 3 地球信息科学的学科特点 4 地球信息科学的研究内容 5 地球信息科学的应用领域
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地球信息科学经过几十年的发展,已经 形成了较为完整的学科体系,主要研究内容 包括四个研究领域: • 地球信息哲学; • 地球信息机理; • 地球信息技术; • 地球信息工程。
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地球数据获取技术 主要用于从认识主体的外部世界获得记
录地球系统性质、结构和状态的地球数据, 它主要包括遥感技术、全球定位系统技术 和地面观测技术等。
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遥感信息科学的研究内容主要集中于地 球系统电磁波谱信息的获取、流动和转换等 方面,所使用的技术主要包括对地观测技术、 全球定位技术、遥感图像识别技术、遥感数 据处理技术等。
研究的地球系统主要集中于地球表面, 如大气、水体、植被和地壳等。
地球信息模拟分析技术 地球信息模拟分析技术主要用于将地理
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概括来说,地球信息机理的研究领域主要 包括:
1.地球信息的基准、标准、分类、表达与测度; 2.地球圈层间信息传输机制、物理过程及其增益与衰减以 及信息流的形成机制; 3.地球信息的空间认知及其不确定性与可预见性; 4.地球信息模拟物质流、能量流和人流相互作用关系的时 空转换特征; 5.不同类型地球信息的提取与转换机制; 6.地球信息的尺度效应; 7.地球信息的获取与处理的应用理论基础。
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地球信息认识论涉及的哲学命题:地球 信息的本质与结构;地球信息与反映的关 系;地球信息的客观性和主观性;信源与 信宿的关系;地球信息流与认识过程的关 系;人工智能与人类智能的关系等。
特点:撇开对象的具体运动形态,把它 作为一个信息流通过程加以分析,揭示事 物之间普遍存在的信息联系。
强调地学规律,其分析模型必须以地学 为基础。
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(3) 遥感信息科学
遥感信息科学起源于20世纪80年代末, 是遥感技术的迅速发展、集成和理论化过 程中形成的,通过遥感地球物质系统的电 磁波谱信息来模拟、反演和探讨地球表层 不同尺度地学现象和过程的科学。
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1 地球信息科学的基本概念 2 地球信息科学的研究对象 3 地球信息科学的学科特点 4 地球信息科学的研究内容 5 地球信息科学的应用领域
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地球信息科学学科特点: • 是一门交叉学科; • 应用性非常强的学科; • 是一门广域性学科; • 是一门技术先行性学科; • 是一门工程性学科。
通过对物质流、能量流的研究,我们能 够深刻地理解诸如全球大气环境模式、大 洋环流、海陆水汽交换等各种自然现象和 过程;
通过对人流的研究,我们可以认识社会、 经济和政治的发展趋势和规律。
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地球科学研究中,信息流与物质流、能 量流与人流有多方面的联系: • 地球科学的研究工作对象是表征地球系统 物质流、能量流和人流的信息; • 知识是进一步认识地球系统物质流、能量 流和人流的工具; • 从数据到信息以及从信息到知识的转化必 须以物质和能量为载体。
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①Gagnon的定义(1990年): Geomatics为利用各种手段,通过一切途 径来获取和管理有关空间基础信息的空间数 据部分的科学技术领域。
②Groot的定义(1991年):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。
这些新科学名词的出现是地球信息科学 萌芽、形成和发展过程中的必然产物,他们 分别是在不同历史时期对不同地球信息科学 内涵和外延的概括和辨识。
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(1) Geomatics
Geomatics一词最早在20世纪60年代末 出现在法国,法国大地测量和摄影测量学者 Benard Dubussion于1975年首先将“地 球信息技术”用于科学文献。此后许多学者 和团体对此产生了极大的兴趣,并对其内涵 和外延进行科学界定,出现了许多说法不一 致的定义。
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⑤其他学者的定义: •澳大利亚新南威尔士大学Trinder教授; •新西兰国际“Geomatics”杂志的定义; •西班牙国家团体的定义; •美国Webster字典的定义(第3版,1993 年); •国际标准化组织(ISO)的定义(1996年) •……
重点研究的地球信息主要来自于岩石 圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈以及 人类社会相互作用而形成地球表层系统。
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(1) 地球信息
地球信息是关于地球系统中的物质流、 能量流和人流的信息,通常由属性特征信 息、运动状态信息和运动方式信息等组成。
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(2) 地球信息机理
地球信息机理是地球信息科学的理论研 究领域,它是在20世纪90年代中期由陈述 彭先生提出来的。认为目前地理信息系统已 经不仅仅限于物质流与能量流的信息载体, 而且包括研究地学信息流程的动力学机理与 时空特征、地学信息传输机制及其不确定性 与可预见性等。
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地球信息科学作为一门新兴的交叉学科, 人们对它的认识很不一致,在学科和技术的 交叉和融合过程中出现了许多类似但内涵和 外延又不近相同的科学名词,如地球信息技 术、地球空间信息科学、地球信息机理、遥 感信息科学、地理信息科学等。
能量流
人流
大气环流 南水北调 水分循环 北煤南调 西气东输货物集转等
风能 电能联网 太阳能 尤其输送 海洋暖流等
工程移民 人才流动 安居工程 扶贫救灾 劳动力流动等
地球信息系统
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(2) 地球信息系统
地球观测系统采集到的有关地球系统的 数据仅是一些信息符号,信息量为零;进行 预处理后可以转化为被人利用的各种数据格 式的地球信息;进入地理信息系统后,在信 息处理过程中,信息量逐渐增高;进一步在 专题分析、模拟和应用中,可以将其转化为 更高级的信息形态——知识。
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(1) 地球信息哲学
信息论、控制论和系统论的结合导致了 现代科学方法论的重大突破,促成了现代 科学技术的巨大变化。地球信息科学是一 门横断学科,它与许多学科有交叉关系, 关于信息流的研究有重要的哲学意义,其 中地球信息认识论和地球信息方法论包含 有丰富的研究内容。
地球系统中各个物质圈层的物质流、能 量流以及社会系统中的人流形成了不同类 型的地球信息流,它们通过相互联系而构 成复杂的地球信息系统。
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地球信息 大气信息 地质信息 海洋信息 资源信息 环境信息 社会信息 经济信息
信息流
物质流
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(3) 地球系统信息流
地球系统信息流是关于地球系统物质流、 能量流和人流的性质、特征和状态的表征 与知识,依附于物质流、能量流和人流而 存在,是地球科学研究工作的最直接的作 用对象和工具。
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