第2章 地球信息科学的学科特点和研究内容

1 地球信息科学的基本概念 单击此处编辑母版标题样式
（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。
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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3 地球信息科学的学科特点 单击此处编辑母版标题样式
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。
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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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4 地球信息科学的研究内容 单击此处编辑母版标题样式
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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（1） 地球信息
Hale Waihona Puke Baidu
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。 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。 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。
地球信息科学引论
授课人：张喜旺 E-mail：zxiwang@163.com
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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
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：
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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。
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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。
7.地球信息的获取与处理的应用理论基础。 河南大学环境与规划学院
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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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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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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） •……
• 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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（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。
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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；
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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。
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、再生以及获得解决某一地球空 间问题的目的、计划和策略信息，可分为 地理信息系统和空间辅助决策支持系统。
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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
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
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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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（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。 强调地学规律，其分析模型必须以地 学为基础。
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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。
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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。 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。 河南大学环境与规划学院
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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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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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（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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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。
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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