GIS与数字地球

地理信息系统
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地理信息科学 (Geographical Information Science) 地球测量（Geomatics，地球信息学[宫鹏]，地 球空间信息学[李德仁]） 地球信息学（Geo-Informatics） 地球信息科学（Geo-information Science）
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信息流和地球系统内部物质流、 能量流和人流的关系图
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地球信息科学研究的内容
地球信息科学的本质是从信息流的角度来揭示地球系 统的发生、发展及其演化规律，从而实现资源、环 境和社会的宏观调控，作为其理论核心的地球信息 机理研究包括： 1）地球信息的结构、性质、分类和表达； 2）地球圈层间信息传输机制、物理过程及其增益和 衰减以及信息流的形成机理； 3）地球信息的空间认识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）地球信息的获取和处理的应用基础理论等。
• 数字地球的数字神经系统
基础设施
数 字 地 球
核心技术 技术系统 前沿研究
• 数字地球的网络生活方式 • 数字地球的进化机制与地学智能体 • Cyberspace • Infosphere • Modeling Earth
应用示范
• 中国数字地球 • 数字中国 • 应用示范 ------数字农业 ------数字交通 ------数字海洋 ------数字虚拟学校 ------数字城市 ------数字长江 ------数字海南
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Geomatics包括大地测量、地籍测量、摄影 测量与测深等传统测绘领域以及遥感和空间 信息系统等新领域，可以认为是测绘学应现 代社会对空间信息有极大需求这一特点提出 的一个更全面、更综合的学科体系。
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2.3 DE核心技术综述
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[戈尔]。下面对这些相 关关键技术进行简单的描述。
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1) 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1米到4000米。 遥感数据的处理包括辐射纠正、几何纠正、 增强、特征提取、自动分类、自动成图、 数据压缩等等，高分辨率卫星每天都要产 生大量的数据，对这些数据的自动的、快 速的处理以实时、准确地提取信息是实现 数字地球信息获取的关键。
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地理信息科学
地理信息系统 全球变化
Geomatics
遥感、GPS 等 测绘技术
数字地球
可持续发展
地球信息科学
地球信息技术 计算机技术 （网络，虚拟 现实…） 技术支撑 政策 其它
地球系统科学
学科理论
应用
数字地球和其它理论以及技术的关系图
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2.1 DE产生的背景
数字地球的科学背景，包括地理信息科学， 地球信息科学等一系列学科，这些学科的发 展，为数字地球的产生打下了理论基础；对 地观测系统以及计算机网络的发展为数字地 球提供了技术支持；全球变化和可持续发展 的研究对数字地球的出现起到了推动作用。
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GIS与数字地球 GIS与数字地球
中国地质大学
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内容提要
1 地球信息科学的几个相关概念： Geographical Information Science, Geomatics, Geo-Informatics, Geo-Information Science. 2 数字地球与GIS： Digital Earth的产生背景； 数字地球的基本概念； 数字地球核心技术综述
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Geo-Information Science
随着以地理信息系统技术为核心的遥感、全 球定位系统等技术的发展以及其间的相互渗 透，逐渐形成了3S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学问题 提供了新的分析方法和技术保证。 七十年代以来，由于整个人类社会面临的人 口、资源、环境和发展等各方面的问题，逐 渐开始重视全球变化（Global Change）以 及可持续发展（Sustanable Development） 等方面的研究，这两个方面的推动，最终促 成了地球信息科学的产生。
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这些概念提出的时间还都不长，其含义 存在交叉，目前国内对其确切的译名有些也 存在着争论，下面介绍地理信息科学，地球 测量的概念以及地球信息科学的概念和内容。
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1.1 Geographical Information Science
1992年Goodchild提出的，与地理信息系统 相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门 科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究 在应用计算机技术对地理信息进行处理、存 储、提取以及管理和分析过程中提出的一系 列基本问题。 地理信息科学在对于地理信息技术研究的同 时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础 理论研究的重要性。
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与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics 等一系列学科概念以及遥感、GPS、因特网 等技术名词相比，数字地球更象是一项技术政 策，在一定程度上涵盖了上述的领域，“更加 通俗易懂，是一个面向社会的号召，实质地说， 数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字 化”[陈述彭]。
EOS
理 论
数字地球学科分支框架
(
)
基础理论研究
• 地球系统的信息理论 • 地球系统的系统理论 • 地球系统的非线性与复杂性特征 • 国家信息基础设施（NII） • 国家空间信息基础设施（NSDI） • 对地观测系统（EOS） • 全球观测信息网络（GOIN） • METADATA • 标准与规范、法规 • 系统安全 • 空间数据智能获取 • 海量数据的存取技术 • 网络数据库、信息系统及分布式计算技术 • 数据仓库、交换中心及知识挖掘 • 多种数据融合与立体表达 • 仿真与虚拟技术 • 虚拟地球系统模型 • Open GIS标准与互操作技术
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参考文献
邬伦. 地理信息系统-原理方法和应用[M] 邬伦. 地理信息系统-原理方法和应用[M] 李德仁.论GEOMATICS的中译名[J] 陈述彭，数字地球百问[M] 承继成,李琦,易善桢.国家空间信息基础设 施与数字地球[M] 承继成,林珲 周成虎.数字地球导论 林珲,周成虎 数字地球导论[M] 承继成 林珲 周成虎 数字地球导论
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作为地球信息科学的研究手段，地球信息技术包括： 1）地球数据获取技术 ） 用以从外部世界获得记录地球性质和状态的地球 数据。遥感、全球定位系统等地球数据获取技术的发 展已经形成了覆盖全球的监测运行系统，建立起多层 次、立体的对地观测系统（EOS,Earth Observation System），是快速获取和更新地球数据的主要技术 手段。 2）地球信息模拟技术 ） 用于将地球数据转化为地球信息，包括地球空间 信息的加工、再生以及获得有关某一地球空间问题解 决的目的、计划和策略信息。 3）地球信息传播技术 ） 用以实施空间数据的传递和信息的传播。
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2) 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。
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地球信息科学以信息流的手段研究地球系统 内部的物质流、能量流和人流的运动状态和 方式，它由三部分组成，“地球信息学”是 其理论研究的主体，“地球信息技术”是其 研究手段，“全球变化和区域可持续发展” 是其主要应用领域。[陈述彭]
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1）分布式计算 2）地理信息的认知 3）地理信息的互操作 4）比例尺 5）空间信息基础设施的未来 6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析 7）GIS和社会 9）地理信息系统在环境中的空间分析 10）空间数据的获取和集成 etc.
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2 数字地球
数字地球（The Digital Earth, DE）的概念 最早出现于1997年下半年，1998年戈尔在 一次演讲中将数字地球正式提了出来。数字 地球的提出是建立在人类科学技术发展成果 的基础上，有其深刻的社会、经济背景。
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2.2 DE的基本概念
可以归纳为以下三个方面： 1）数字地球是指数字化的三维显示的虚拟地 球，或指信息化的地球，包括数字化、网络 化、智能化和可视化的地球技术系统； 2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和 学术界的共同协力参加。实施数字地球计划 是社会的行为，需要全社会的关心和支持； 3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人 类的生产和生活方式，进一步促进科学技术 的发展和推动社会经济的进步。
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RS,GPS…
WebGIS-DB Internet 地学空间数 据仓库以及 交换站 OpenGIS
计算机仿真、 虚拟现实
数字地球技术的基本框架示意图
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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
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1 地球信息科学的几个概念
近十几年来，随着遥感，全球定位系 统，地理信息系统以及计算机网络技术的发 展，出现了一系列新的、意义相近的、与地 理信息系统相关的名词。
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1.2 Geomatics
Geomatics被定义为利用各种手段，通过一切途 径获取和管理在空间基础信息生产管理过程中的空间 参考数据部分的科学与技术[Gagnon]。Geomatics还 有其它的一些定义，这些定义有不同的表述，但是其 要旨基本上是一致的： 1）定义空间参考基础 2）建立和使用对空间参照物体和现象进行定位和量 测的方法、技术和工具 3）整合不同参考系统中的数据 4）提供合格数据 5）运用计算机技术改善数据的处理、存储和发行
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数字地球的基础技术，由遥感、遥测、 地理信息系统、因特网等组成，遥感、遥测 等提供获取数据的手段，地理信息系统进行 数据的管理、存储、分析和表现，通过因特 网实现数据的传输发布，这样构成了数字地 球技术系统的基本框架。
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数字地球的框架结构(据承继成等) 数字地球的框架结构(据承继成等)
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数字 地球 学科 分支 框架
数字 交通 数字 长江
数字 地球
信息 理论
标 准 、 规 范 、 法 规
NSDI NII
系统 理论
数字 农业 数字 数字
GOIN