地球空间信息学与数字地球
数字地球的名词解释
数字地球的名词解释数字地球是指通过数字技术和地理信息系统，将地球上的各种信息数字化并进行整合和分析的一个概念。
数字地球是信息时代下地球科学发展的产物，它突破了传统地理学的局限性，为人类认识、掌握和利用地球提供了全新的方式和工具。
本文将从数字地球的定义、特点、应用以及未来发展等方面进行论述。
一、数字地球的定义数字地球是将地球信息数字化的过程和成果，它综合了地理信息系统、遥感、全球定位系统等多种地球科学技术的应用。
数字地球通过将地球上的各种现象、特征和过程数字化，形成一个基于计算机平台的三维虚拟地球模型，实现了地球的全球一体化管理和分析。
二、数字地球的特点1. 数据丰富：数字地球整合了各种地理信息数据，包括地图、卫星影像、气象数据、地质数据等，提供了海量而丰富的地球信息资源。
2. 互动性强：数字地球可以实现用户与地球信息之间的互动，用户可以根据自身需求对地球模型进行查询、分析和可视化操作，以满足不同的应用需求。
3. 跨领域应用：数字地球不仅应用于地理学领域，也广泛应用于气象、环境、地质、城市规划等多个领域，为相关领域研究和决策提供支持。
4. 时空维度：数字地球具有时空维度，可以实现对地球信息的时序变化和跨尺度观测，帮助人类了解地球变化的规律和趋势。
三、数字地球的应用1. 环境保护与管理：数字地球可以帮助监测和分析地球上的环境变化，例如气象预报、自然灾害监测等，为环境保护与管理提供科学依据。
2. 城市规划与管理：数字地球可以模拟城市发展、土地利用和交通规划等情景，帮助决策者做出科学决策，提高城市规划和管理的效率和精度。
3. 资源开发与管理：数字地球可以对能源、矿产、水资源等进行综合管理和优化利用，实现资源的可持续开发与管理。
4. 旅游与文化遗产保护：数字地球可以通过虚拟现实技术，为游客提供沉浸式的旅游体验，同时实现对文化遗产的保护和传承。
四、数字地球的未来发展数字地球的发展仍处于不断创新和拓展的阶段，未来将面临以下几个方向的发展：1. 数据开放共享：数字地球需要更多领域的数据支持，要实现数据的开放共享，促进不同领域数据的互联互通。
万物互联时代地球空间信息学的发展
万物互联时代地球空间信息学的发展
随着当今世界步入网络时代，大数据技术不断成熟发展，地球空间信息学在信息管理、技术处理等方面也发挥着重要作用。
地球空间信息学是对时空、空间、环境等多维度问题通过空间信息多学科综合考虑和解决方案形成的学科。
依靠地球空间信息学，我们能够更深入地理解自然资源和它们之间的联系，有效应用它们，开发具有空间结构和空间动态特征的智能环境和现代解决方案，更好地促进技术和社会发展。
地球空间信息学作为一门新兴学科，已经被越来越多的教育施加者认可，为基础教育提供了新的高科技挑战。
通过引入地球空间信息教育，学校能够教学生更多关于地图、定位、空间计算机视觉技术的相关知识。
除了学习软件和硬件的安装和应用，学生可以懂得更多关于空间信息技术的处理技术，学会分析和利用不同类型的空间数据，实现空间信息处理任务，包括地理信息处理和分析等。
有效利用GIS 软件，完成一些空间数据动态监控和实现GIS数据应用，能够更好地加强学生对数字地球技术与实际运用的理解，从而樟树基础教育的深度。
基础教育中引入地球空间信息学，将激发学生的创新精神和技术才能，加强学生的综合数学能力，以提高学生的国际水平。
另外，地球空间信息技术也为学生提供了创新思维与信息处理能力的平台，增强学生对空间信息处理技术的认知，有助于提高他们的创造性思维和社会实践能力。
地球空间信息学在当今网络时代具有重要作用，因此，为了遊驶未来时代，促进学生在基本教育阶段建立科学理论知识和解决实际问题的能力，应加强对地球空间信息学的教育，普及其在高科技系统中的重要性，以期为未来社会奠定坚实的基础。
高中地理必修三第一章第二节地理信息系统 地理信息技术与数字地球
解析答案
12345
3.2013年1月，甲处发生了海洋风暴潮灾害，造成了当地海岸地貌的显著
变化。为了评估灾害损失，人们应采用( C )
①遥感 ②全球定位系统 ③地理信息系统
④数字地球
A.①②
B.③④
C.①③
D.②④
解析 评估灾害损失需要用到遥感技术与地理信息系统。
解析答案
12345
在未来的农业生产中，依托于地理信息技术，农民首先可定期获得农田长 势的影像资料，再经过系统分析，最后把杀虫剂、化肥施用到最需要的农 田，从而减少污染、提高产量。依据图文资料，完成4～5题。 4.这一过程中，依次使用的技术是( ) A.GPS—RS—GIS B.RS—GPS—GIS C.GIS—RS—GPS D.RS—GIS—GPS
读图回答(1)～(2)题。
(1)如果图中①③表示反馈影像信息处理结果，②⑥
表示提供影像数据的功能，④⑤表示提供定位信息
的功能。关于甲、乙、丙的说法，正确的是( B )
A.甲是RS
B.乙是RS
C.丙是GIS
D.甲是GPS
迁移应用
解析 ①③表示反馈影像信息处理结果，故判断甲为GIS技术；②⑥表 示提供影像数据的功能，故判断乙为遥感；④⑤表示提供定位信息功 能，判断丙为GPS技术。
第一章 第二节 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 地理信息技术 与数字地球
学习目标
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。
内容索引
答案
右图为某专题研究建立的地理信息系统(GIS)图层。 据此完成(1)～(2)题。 (1)该专题研究可能是( A ) A.耕地分类和评价 B.工业分布与交通的关系 C.商业分布和规划 D.学校分布
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。
测绘学概论
测绘学概论目录一、总论二、大地测量学三、摄影测量学四、地图制图学五、工程测量学六、海洋测绘学七、全球卫星定位导航技术八、遥感九、地理信息系统十、误差理论与测量平差十一、地球空间信息学与数字地球总论1.测绘学的基本概念：从广义上讲：测绘学研究的对象是实体，是一门研究实体中与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文、属性等信息的采集、处理、管理、更新与运用的科学。
针对地球而言：测绘学是一门研究测定和推算地面及其外层空间点的几何位置、确定地球形状大小和地球重力场，获取地球表面自然形态和人工设施的几何分布、属性等信息，编制全球或局部地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，同时建立各种地理信息系统，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务的科学。
2.测绘学研究的内容：1)研究地球重力场理论，确定地球椭球的参数，建立统一的测绘基准和坐标系统以及测定点的坐标的技术和方法。
2)研究地图制作的理论、技术和工艺。
3)研究如何处理带有误差的观测值，设法消除或削弱误差，即误差理论和平差。
3.测绘学的分支：1)大地测量学2)遥感与摄影测量学3)地图制图学4)海洋测量学5)工程测量学4.测绘学中的3S新技术：1)GPS:全球定位系统2)GIS：地理信息系统3)RS：遥感5.地球空间信息学和数字地球的概念：1)当今信息的重要性：从社会经济发展来看，人类走过了资源经济、资本经济和知识经济三个阶段，其社会运作方式如下：资源经济：物质流↓资本经济：资本流→物质流↓知识经济：信息流→资本流→物质流我们可以看出，在知识经济时代，信息流拉动资本流，进而拉动物质流，使得社会生产力极大提高。
可见，信息技术在当代的重要性。
2)数字地球的概念：所谓数字地球，就是对真实地球及其相关现象进行统一的数字化重现和认识。
通俗的讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及环境的时空变化装入计算机中，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度的三维描述，为人类生活服务，其本质是一个信息系统。
高中中图版地理必修3学案：第3章-第3、4节-地理信息系统的应用和数字地球-【含解析】
第三、四节地理信息系统的应用和数字地球学习目标：1.了解地理信息系统和数字地球的定义。
2.理解地理信息系统的功能和流程并结合实例学会分析地理信息系统可以解决的四类问题。
(重点) 3.会使用常见的GIS产品，能分别说明地理信息系统在城市管理中的应用。
(重点)4．掌握数字地球的核心思想和应用前景。
(难点)1．地理信息系统的应用(1)地理信息系统①概念依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，简称GIS。
②功能③工作流程信息输入→数据处理→数据库管理→空间分析→可视化表达(2)地理信息系统可以解决的四类基本问题①与分布、位置有关的基本问题查询“地点”和“状况”；查询符合一定条件的地物位置。
②趋势分析通过某地物随时间变化的过程，分析其发展趋势。
③模式问题揭示各种地物之间的空间关系。
④模拟问题利用已掌握的规律建立起一定模型，模拟具备某种条件时将出现的结果。
(3)地理信息系统在城市管理中的应用①城市信息管理与服务：向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息。
②城市规划：查询和统计，并用三维影像显示市貌，分析城市现状，有效管理城市地下管网。
③城市道路交通管理⎩⎨⎧显示道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息提供多种类型的查询及时发布交通信息④城市救灾防灾⎩⎨⎧跟踪灾难发生、发展过程对灾害进行快速分析、评价和模拟辅助开展灾后的应急和恢复工作⑤城市环境管理：主要包括环境规划与决策、监测、评价、预测与模拟等。
(1)数字地球①含义：对真实地球及相关现象的统一性的数字化重现与再认识。
②应用技术：全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等。
③核心思想a．用数字化手段统一处理地球问题。
b．最大限度地利用信息资源。
④基础a．全球网络要求信息网络嵌入到每个人的日常生活中。
b．分布式存储信息分开存储到全球各地的计算机中。
高速宽带网络的建设及其传输速度，是建立数字地球的重要基础。
⑤最大特征与依据——虚拟现实技术。
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
数字地球问与答
数字地球100问1、数字地球是什么?数字地球的概念最初是由美国前副总统戈尔提出,其核心内容是全球信息数字化.数字地球主要指应用地理信息系统、遥感、全球定位系统等技术,以数字的方式获娶处理和应用关于地球自然和人文因素的空间数据,并在此基础上解决全球各种问题2、数字地球主要组成?à不同分辨率尺度下的地球三维可视化的浏览界面(与目前普遍使用的GIS 不同),这是与用户交流的接口。
á网络化的地理信息世界,为用户提供公用信息和商业信息,甚至可以为各类网络用户开辟一个认识“我们这个星球”的“没有围墙的实验室”。
? 多源信息的集成和显示机制,就是融合和利用现有的多源信息,并将其“嵌入”数字地球的框架,进行“三维的描述”和智能化的网络虚拟分析,这是建立地球的关键技术。
数字地球的兴起将在农业、环境、资源、人口、灾害、城市建设、教育军事、政府决策和区域的可持续发展等领域起到巨大的作用。
3、数字地球的应用对全球变化与社会可持续发展的作用?全球变化与社会可持续发展已成为当今世界人们关注的重要问题,数字化表示的地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。
在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真,从而提高人类应付全球变化的能力。
数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化,海平面变化,荒漠化,生态与环境变化,土地利用变化的监测。
与此同时,利用数字地球,还可以对社会可持续发展的许多问题进行综合分析与预测,如:自然资源与经济发展,人口增长与社会发展,灾害预测与防御等。
4、数字地球的应用对社会经济和生活的影响?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,全国铁路、交通运输的规划,城市发展的规划,海岸带开发,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象放入这个公用的数字地球上;世界著名的博物馆和图书馆可以将其收藏以图像、声音、文字形式放入数字地球中;甚至商店也可以将货架上的商店制作成多媒体或虚拟产品放入数字地球中,让用户任意挑选。
数字地球与地理信息技术的发展趋势
数字地球与地理信息技术的发展趋势在数字时代，地球也不例外地进行数字化转型。
数字地球是利用高科技手段将地球表面的自然、人文、社会等多维信息进行数字化处理的一种全新概念，地理信息技术（Geographic Information Technology，简称GIT）是数字地球的关键技术之一。
地理信息技术在地球科学、环境科学、社会科学等领域得到了广泛应用，现在我们来探讨一下数字地球与地理信息技术的发展趋势。
一、数字地球的发展趋势1.3D地球可视化随着3D技术的不断发展，3D地球可视化技术也得到了广泛应用。
Google Earth、NASA World Wind等地球可视化软件已经成为了数字地球的代表作品。
未来，3D地球可视化技术将会更加成熟，能够呈现更加真实、细致、生动的地球模型。
同时，3D地球可视化技术也能够在城市规划、建筑设计、旅游等领域为我们带来更多的便利。
2.全球大数据研究大数据时代的到来，使得数字地球的研究也进入了全球大数据研究阶段。
大数据的出现为数字地球带来了更多的数据来源，这使得数字地球的数据处理和分析能力不断提高。
全球大数据研究让我们更加了解地球上的自然环境、人类文化、经济社会等方面，进而进行更为精细的研究和应用。
3.新增多元数据来源数字地球关注的主要是地球表面的多维信息，随着技术的不断发展，数字地球的数据来源也在不断增多。
相关部门和组织不断增加了对全球各地的数据采集，例如卫星遥感，天气气象预报等，这些丰富多样的数据来源呈现给我们更丰富、更真实的地球信息。
4.智慧城市与数字地球结合智慧城市是数字地球发展趋势中重要的应用场景之一。
数字地球的3D技术和GIS等技术有助于构建智慧城市的3D模型。
数字地球技术可以应用于城市规划、环境监测、交通管理等方面。
未来，数字地球和智慧城市的结合将会带来更多的科技创新和实际应用。
二、地理信息技术的发展趋势1.人工智能与GIS结合人工智能在无人驾驶、智能家居、医疗、金融等领域大放异彩，GIS也不例外。
数字地球的原理及应用
数字地球的原理及应用什么是数字地球？数字地球是指通过计算机和通信技术，将地球表面的各种地理信息以数字的形式进行呈现、管理和分析的一种技术和应用模式。
它是一种将地球表面的自然、人文、社会等多种地理信息进行整合、分析和展示的工具，能够为各行各业提供支持和决策的依据。
数字地球的原理数字地球的实现依赖于多种技术和数据源的集成，下面是数字地球实现的基本原理：1. 地理信息系统（GIS）地理信息系统（GIS）是数字地球的核心技术之一。
GIS能够将地理数据与属性数据进行关联、整合和分析，并以地图的形式进行可视化展示。
通过GIS技术，我们可以将地球表面的各种地理要素（如地形、水域、道路、建筑等）进行数字化处理，从而实现对地球的全方位、立体化描述。
2. 遥感技术遥感技术是数字地球数据源中的重要组成部分。
借助于卫星、飞机等遥感设备，我们可以获取大范围、高分辨率的地球表面图像数据。
这些图像数据可以用来提取地表特征、监测环境变化、进行地理分析等，为数字地球提供了丰富的地理数据资源。
3. 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是数字地球的定位和导航基础设施。
通过接收来自卫星的定位信号，GPS能够准确地确定地球上任何一个点的位置坐标。
在数字地球中，GPS被广泛应用于位置服务、路径规划、车辆追踪等领域，为人们提供了准确定位和导航的功能。
4. 数据库技术数字地球需要处理大量的地理数据，因此数据库技术在数字地球的实现中起着重要的作用。
通过数据库技术，我们可以对地理数据进行存储、检索和管理，并实现数据的共享和集成。
数据库技术能够提高数据的处理效率和管理能力，为数字地球的应用提供强大的支持。
数字地球的应用数字地球在各个领域都有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：1. 城市规划与管理数字地球可以帮助城市规划师和管理者更好地了解城市的空间结构和发展趋势。
通过利用GIS技术和地理数据，可以进行城市土地利用分析、交通规划、设施布局等工作，为城市的规划和管理提供决策支持。
数字地球三维空间信息服务关键技术研究
数字地球三维空间信息服务关键技术研究数字地球是指基于地理信息系统等技术，通过数字化的手段对地球上的各类信息进行整合、分析和展示的空间信息平台。
随着科技的进步和社会的发展，数字地球已经渗透到了我们的日常生活中，并成为推动经济发展和社会进步的重要力量。
在数字地球的建设过程中，三维空间信息服务是其中的关键技术之一，它为我们提供了一个更为真实、直观、全面的地球空间信息服务。
首先，三维地球模型是数字地球的核心组成部分。
它是通过将地球表面的地理数据进行三维建模，使得我们可以在计算机上观察和分析地球表面的地理现象。
三维地球模型能够提供具有高度真实感的地理空间信息，在城市规划、资源管理、应急救援等方面起到重要作用。
在构建三维地球模型时，关键技术包括数据获取、数据处理、数据可视化等。
数据获取是指通过遥感技术、测绘技术等手段获取地理数据，数据处理是指将获取的数据进行整合、处理和加工，数据可视化是指将处理后的地理数据以直观的方式展示给用户。
其次，三维场景建模技术是实现三维地球模型的核心技术之一。
通过三维场景建模技术，我们可以将地球上的景物、建筑、植被等要素进行三维建模，形成一个真实的地球场景。
在三维场景建模过程中，需要解决的技术问题包括三维数据编辑、三维数据处理和三维数据可视化。
三维数据编辑是指对三维数据进行编辑和修正，三维数据处理是指对三维数据进行优化和精简，三维数据可视化是指将处理后的三维数据以真实、自然的方式展现给用户。
通过三维场景建模技术，我们可以实现对地球上的任意区域进行高精度的三维重建，为数字地球的应用提供了强有力的支持。
另外，三维空间分析和挖掘技术也是数字地球三维空间信息服务的关键技术之一。
通过三维空间分析和挖掘技术，我们可以对三维地球模型中的地理数据进行分析和挖掘，从中获取有价值的地理空间信息。
三维空间分析和挖掘技术主要包括地理空间数据挖掘、地理空间数据分析、地理空间关联分析等。
地理空间数据挖掘是指通过数据挖掘算法从三维地球模型中挖掘出具有潜在价值的地理信息，地理空间数据分析是指通过分析地理数据的空间分布特征，发现地理数据之间的关系。
数字地球简介
• 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。
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。
数字地球基础理论
• 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
数字地球的技术体系
基础设施 • 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
数字地球
“数字地球”是信息技术发展与建设到一定阶 段而提出来的前瞻性的信息化概念，它涉 及到的大部分理论、技术、数据和应用都 与现有的直接相关，更为重要的是，“数 字地球”与现有的相关工作的根本区别在 于，它是从更高的层次、系统论和一体化 的角度来组合和应用已有和正在发展的理 论、技术、数据和能力（含人员、软件、 硬件），从而更广泛地、更深入地、更有 效地、更经济地为社会提供服务。
地球空间信息科学
作为一门新兴的交叉学科，人们对其的认识又有多 重含义，并出现了许多相类似但又不相同的科学 名词，如地球信息科学(Geo-Information Science) 、地球信息机理(Geo-Informatics)、图 像测量学(Iconicmetry)、图像信息(IconicInformatics)、地理信息科学(Geographic Information Science)、地球信息科学(GeoInformation Science)等。
数字地球及其应用前景
数字地球及其应用前景一、数字地球的概念1998年1月，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表演说“数字地球——新世纪人类星球之认识”时，提出了“数字地球”的概念，为信息时代人类的生活与工作方式描绘了一个清晰的轮廓。
什么是数字地球呢？通俗点讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动即整个地球环境的时空变化记入计算机中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常工作、学习、生活、娱乐服务[1]。
数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为枢纽，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述。
二、数字地球的技术基础数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是"三S"技术及其集成。
所谓"三S"是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。
1.GPS空间定位技术GPS是美国国防部自70年代开始研制的一种卫星定位与导航系统，主要有空间部分、控制部分和用户部分构成。
作为一种全新的现代定位方法，GPS已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。
尤其是90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。
用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。
2.RS遥感技术遥感技术是空间对地观测的重要组成部分，发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和多时相特征。
（1）多传感器技术。
当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分。
光学遥感可包含可见光、近红外和短波红外区域。
热红外遥感的波长可从8~14mm，微波遥感观测目标物电磁波的辐射和散射，分被动微波遥感和主动微波遥感，波长范围为1mm~100cm。
(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
地理信息技术专业中的数字地球研究与应用
地理信息技术专业中的数字地球研究与应用数字地球是地理信息技术专业中的一项重要研究内容，它的应用范围广泛，对于解决人类面临的各类地理问题具有重要意义。
本文将围绕数字地球的研究与应用展开探讨。
一、数字地球的概念与特点数字地球是基于地理信息系统(GIS)和遥感技术的研究成果，将地球表面的各种现象以数字形式表达出来，形成一个虚拟的地球模型。
其主要特点包括地理空间信息的收集、存储、处理和分析，以及多种数据源的整合与共享。
数字地球的研究与应用可以帮助我们更好地理解和解决地理问题。
二、数字地球研究的重要性与应用领域数字地球的研究对于地理信息技术专业来说具有重要意义。
首先，数字地球可以提供准确的地理信息，对于地理学、环境科学和城市规划等领域的研究提供了重要数据支持。
其次，数字地球可以帮助我们更好地保护和管理地球资源，例如农业、林业、水资源和自然灾害等方面。
此外，数字地球还可以应用于城市交通、军事安全、公共卫生和旅游等领域，为决策和规划提供有效的支持和指导。
三、数字地球研究的方法与技术手段数字地球研究主要依赖于地理信息系统和遥感技术。
地理信息系统可以对地理信息进行收集、存储、处理和管理，通过空间分析等方法提取出有用的信息。
遥感技术则可以利用卫星、航空器和遥感设备等手段获取地球表面的遥感影像数据，并通过遥感图像处理和解译等技术进行分析和应用。
此外，数字地球研究还涉及到计算机科学、数学模型和数据挖掘等领域的交叉应用。
四、数字地球研究的挑战与发展趋势数字地球的研究与应用仍然面临一些挑战。
首先，数据的获取、整合和共享存在一定的困难，需要建立更加完善的数据采集和管理机制。
其次，数字地球的研究还需要进一步提高地理信息系统和遥感技术的处理能力，以应对大数据时代的需求。
此外，数字地球的应用还需要考虑隐私保护和数据安全等问题。
未来的数字地球研究将面临更多的发展机遇。
一方面，随着地理信息技术的不断进步，数字地球的数据质量和处理能力将得到进一步提高。
地球信息科学技术
地球信息科学技术地球信息科学技术是综合应用空间、大数据、计算机、网络等现代信息技术与地球科学知识和方法，研究地球系统的结构、演化、过程、机制和预测，是地球科学的重要分支之一。
在信息时代，地球信息科学技术的发展对于认识并掌握地球的自然环境，提高对于自然灾害的应对能力，合理利用资源以及保护地球环境等方面都有着举足轻重的作用。
地球信息科学技术领域包括地球空间信息科学、地球信息网络技术、地球大数据技术、地球遥感技术、地球数字地球科学技术等。
这些技术在应用领域有地球环境监测、自然资源调查、城市规划和社会以及经济发展等方面。
以下将分别介绍各技术领域及其应用。
一、地球空间信息科学地球空间信息科学是以地球空间信息的获取、管理、处理、分析和应用为核心内容的一门科学。
它包括遥感技术、地理信息系统技术、定位导航技术等方面。
地球空间信息科学可以用于环境监测、资源调查、区域规划、城市建设和管理等方面。
其中，遥感技术可以通过卫星、飞机、无人机等设备获取地球表面的大气、水文、地形、植被、土壤等各种地理空间数据，这些数据可以用于土地利用、资源调查、环境监测等方面。
地理信息系统技术则是将地理空间数据与其他数据（如经济、社会和环境等）相结合，用于制图和分析等方面。
定位导航技术是指通过卫星定位技术，实现对地球上任意点的精确定位，它在军事、交通、防灾等方面有着广泛的应用。
二、地球信息网络技术地球信息网络技术是一种通信技术，它是现代化信息技术的重要组成部分。
地球信息网络技术以互联网技术为基础，通过标准化的数据格式、协议和接口，实现跨区域、跨领域、跨机构等信息资源的高效共享，具有广泛的应用前景。
在农业、气象、交通、医疗等领域，地球信息网络技术可以通过信息的共享和管理，实现跨域协作，提高工作效率和业务质量，同时也可以支持移动互联网和物联网的发展。
三、地球大数据技术地球大数据技术是在各种大数据平台和数据中心上，利用数据挖掘、机器学习、人工智能等技术对各类海量地球科学数据进行处理和分析的技术。
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。
课件3：1.2.2 地理信息系统（GIS） 地理信息技术与数字地球
地理信息技术与数字地球
1.了解遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字 地球的概念。 2.掌握遥感、全球定位系统、地理信息系统的区别。 3.学会在区域地理环境研究中应用地理信息技术。
三、全球定位系统(GPS) 1．概念：利用卫星，在全球范围内实时进行
__定__位__、___导__航___的系统。
6.下图示意为“某专题研究建立的地理信息系统(GIS)图 层”。据此回答下列问题。
(1)该专题研究可能是( )
A．耕地分类和评价 B．工业分布与交通的关系
C．商业分布和规划 D．学校布局
(2)若利用该地理信息系统进行深埋垃圾场选址，
在下列图层中应增加( )
①大气污染
②区域规划
③造纸厂、印刷厂分布 ④水文地质
灾后的应急和恢复工作
城市环境管理
环境规划与决策、监测、评价、预测与 模拟
城区公共卫生 提供预警和决策支持
在地理信息系统中，可以对城市多方面的信息进行查 询、修改、补充、距离测算等工作，从而为城市管理 提供方便。
3．举例说明地理信息系统可以解决的问题
解决问题
举例
地物的位置、
分布等基本问 地点查询、最近的交通银行在哪里、
答案： (1)“远距离”即不直接接触地物；“感知”即要用一定的 装备和技术获得地物的信息。 (2)遥感技术监测的范围大、获取信息的速度快、对地物的 分辨率较高，投入较少，受地面条件限制较小等。 (3)全球定位系统(GPS)。 (4)一般地图是用比例尺、方向、图例、注记及等值线来表 示地理事物的有关内容，而GIS地图则是地图的延伸，它通 过采集、处理数据，建立模型来表示地理事物的有关内容。
地理信息系统中叠加图层的判读 GIS的数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不 同地理要素，存储在不同“图层”中。将不同的“图 层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。
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地球空间信息学与数字地球李德仁 李清泉 (武汉测绘科技大学)[摘要] 介绍了地球空间信息学和数字地球的概念及它们之间的有机联系,两者的结合给测绘行业所带来的一个极好发展机遇和一系列的挑战。
关键词: 地球空间信息学 空间数据基础设施 空间信息框架1 地球空间信息学地球空信息科学是以全球定位系统(GPS )、地理信息系统(GIS )、遥感(RS )等空间信息技术为主要内容,并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑,用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。
地球空间信息科学是地球科学的一个前沿领域,是以“3S ”技术为其代表,包括通讯技术、计算机技术的新兴学科,是地球信息科学的重要组成部分,是数字地球的基础。
111 地球空间信息学的理论基础地球空间信息科学的理论框架的核心是地球空间信息机理。
地球空间信息机理作为形成地球空间信息科学的重要理论支撑,通过对地球圈层间信息传输过程与物理机制的研究,揭示地球几何形态和空间分布及变化的规律,主要内容包括:地球空间信息的基准、标准、时空变化、认知、不确定性、解译与反演、表达与可视化等基础理论问题。
(1)地球空间信息基准地球空间信息基准包括几何基准、物理基准和时间基准,是确定一切地球空间信息几何形态和时空分布的基础。
而地球参考坐标系轴向对地球体的定向是基于地球自转运动定义的,地球动力过程使地球自转矢量以各种周期不断变化;另一方面,作为参考框架的地面基准站又受到全球板块和区域地壳运动的影响。
区域定位参考框架与全球框架的连接和区域地球动力学效应问题,是地球空间信息科学和地球动力学交叉研究的基本问题。
(2)地球空间信息标准地球空间信息具有定位特征、定性特征、关系特征和时间特征,它的获取主要依赖于航空、航天遥感等手段。
各种遥感仪器所感受的信号,取决于错综复杂的地球表面和大气层在不同电磁波段的辐射与反射率。
地球空间信息前提是信息的标准化,它作为一种把地球空间信息的最新成果迅速地、强制性地转化为生产力的重要手段,其标准化程度将决定以地球空间信息为基础的信息产业的经济效益和社会效益。
主要包括:空间数据采集、存贮与交换格式标准、空间数据精度和质量标准、空间信息的分类与代码、空间信息的安全、保密及技术服务标准等。
(3)地球空间信息时空变化地球及其环境是一个时空变化的巨系统,其特征之一是在时间2空间尺度上演化和变化的。
不同的现象,时空尺度的跨度可能有十几个数量级。
地球空间信息的时空变化理论,一方面从地球空间信息机理入手,揭示和掌握地理空间信息的时空变化特征和规律,并加以形式化描述,形成规范化的理论基础,使地球科学由空间特征的静态描述有效地转向对过程的多维动态描述和监测分析。
另一方面,针对不同的地学问题,进行时间优化与空间尺度的组合,以解决诸如不同尺度下信息的衔接、共享、融合和变化检测等问题。
(4)地球空间信息认知地球空间信息以地球空间中各个相互联系、相互制约的元素为载体,在结构上具有圈层性,各元素之间的空间位置、空间形态、空间组织、空间层次、空间排列、空间格局、空间联系以及制约关系等,均具可识别性。
通过静态上的形态分析、发生上的成因分析,动态上的过程分析、演化上的力学分析以及时序上的模拟分析,来阐释与推演地球形态,以达到对地球空间的客观认知。
(5)地球空间信息不确定性由于地球空间信息是对地理现象的观测、量测基础上的抽象和近似描述,因此存在不确定性,而且它们可能随着时间发生变化,这使得地球空间信息的管理非常复杂、困难。
同时,这些差异会对信息的处理、分析结果产生影响。
地球空间信息的不确定性包括:类型的不确定性、空间位置的不确定性、空间关系的不确定性、时域的不确定性、逻辑上的不一致性和数据的不完整性。
(6)地球空间信息解译与反演通过对地球空间信息的定性解译和定量反演,揭示展现地球系统现今状态和时空变化规律,从现象到本质,回答地球科学面临的资源、环境和灾害诸多重大科学问题是地球空间信息科学的最终科学目标。
空间信息的解译与反演涉及范围广泛的地球学科。
(7)地球空间信息表达与可视化由于计算机中的地球空间数据和信息均以数字形式存贮,为了使人们更好地了解和利用这些信息,需要研究地球空间信息的表达与可视化。
主要涉及到空间数据库的多尺度(多比例尺)表示、数字地图综合、图形可视化、动态仿真和虚拟现实等。
112 地球空间信息学的技术体系地球空间信息科学的技术体系是指贯穿地球空间信息采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的一系列技术方法所构成的一组完整的技术方法的总和。
它是实现地球空间信息从采集到应用的技术保证,并能在自动化、时效性、详细程度、可靠性等方面满足人们的需要。
它包括以下几个大的方面:(1)空间定位(GPS)技术GPS作为一种全新的现代定位方法,已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。
80年代以来,尤其是90年代以来,GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合,在空间定位技术方面引起了革命性的变革。
用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从单点定位扩展到局部与广域差分,从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航,绝对和相对精度从米级、厘米级乃至亚毫米级,从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业的作用。
(2)航空航天遥感(RS)技术当代遥感的发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和多时相特征。
国外已有或正研制地面分辨率为1～3m的航天遥感系统,俄罗斯也将原军方保密的分辨率为2m的间谍卫星影像公开出售。
在影像处理技术方面,开始尝试智能化专家系统。
遥感信息的应用分析已从单一遥感资料向多时相、多数据源的复合分析,从静态分析向动态监测手段过渡,从对资源与环境的定性调查和系列制图向计算机辅助的定量自动制图过渡,从对各种现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。
近年来,由于航空遥感具有的快速机动性和高分辨率的显著特点使之成为遥感发展的重要方面。
(3)地理信息系统(GIS)技术随着“数字地球”这一概念的提出和人们对它的认识和应用的不断加深,从二维向多维动态以及网络方向发展是地理信息系统发展的主要方向,也是地理信息系统理论发展和诸多领域如资源、环境、城市等应用的迫切需要。
在技术发展方面,一个发展是基于Client/Server结构,即客户机可在其终端上调用在服务器上的数据和程序。
另一个发展是通过互联网络发展Internet GIS或Web2GIS,可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据,包括图形和图像,而且可以进行各种地理空间分析,这种发展是通过现代通讯技术使GIS进一步与信息高速公路相接轨。
(4)数据通讯技术数据通讯技术是现代信息技术发展的重要基础,地球空间信息技术的发展在很大程度上依赖于数据通讯技术的发展,在GPS、GIS和RS技术发展过程中,高速度、大容量、高可靠性的数据通讯是必不可少的。
目前在世界范围内通讯技术正处于飞速发展阶段,特别是宽带通讯、多媒体通讯、卫星通讯等新技术的应用以及迅速增长的需求,为数据通讯技术的发展创造了良好的外部环境。
2 数字地球“数字地球”可以理解为对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识。
其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题,最大限度地利用资源,并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息,其特点是嵌入海量地理数字,实现多分辨率、三维对地球的描述,通俗地说就是虚拟地球。
3 地球空间信息学与数字地球的关系 数字地球既是一个新概念又是一个综合系统工程,它涉及到的大部分理论、技术和应用却与现有的实际科技工作直接相连。
但它是从更高的层次、从系统论和一体化的角度来集成和应用已有和正在发展的理论、技术、数据和能力,从而更广泛、更深入、更有效、更经济地为社会提供服务。
明确数字地球与当前地学理论、技术和应用发展的关系有助于深入认识数字地球,把握当前地学发展的方向和目标。
311 地球空间信息学是数字地球的数字基础在数字地球中,需要对整个地球进行数字化描述,空间信息是其中最重要的组成部分。
地球空间信息学所研究的空间信息基准、标准、时空变化和不确定性等问题是关于地球空间信息最基本的理论,同时也是数字地球的基本理论,数字地球的建立依赖于若干理论问题的不断突破和完善。
如:在数字地球中如何定义几何基准;如何定义各种数据的交换标准;如何定义与表达时间与空间的变化规律;如何描述数据的不确定性;等等。
312 地球空间信息学是数字地球的空间信息框架在数字地球中,各种社会、经济、文化等复杂信息是以空间信息进行定位和组织,空间信息是作为其它信息的载体。
地球空间信息学所研究的空间信息的组织和管理方法为数字地球的建立提供了可靠的空间信息框架。
如:在数字地球中如何实现多级分辨率、大容量影像数据的有效管理和组织;如何实现分布式空间数据的集成和交换;等等。
313 地球空间信息学为数字地球提供技术支撑构成地球空间信息学技术体系的“3S”技术和通讯技术是实现对地球表层及其附近的空间和非空间信息的获取、处理、分析、表示和传输的重要技术手段,这些技术的不断发展为数字地球的建立提供了可靠的技术保证,如:高分辨率遥感卫星的研制、发射及1m分辨率遥感影像的获取;基于Internet的网络GIS技术的发展;虚拟现实技术在数字地球中的应用;等等。
4 空间数据基础设施是实现数字地球的基本建设 “国家空间数据基础设施”(National Spatial Data Infrastructure,简称NSDI)首先于1994年由美国政府以总统令的形式提出,它是为了在信息高速公路上表达地理参考,使之与地理和地球有关的空间信息得以在因特网上准确地表达、描述和查询,而建立的全国空间数据框架。
国家的空间数据基础设施属于国家信息基础设施的一部分,它是连接信息高速公路和数字地球的桥梁。
国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调、管理与分发体系和机构、空间数据交换网站(Clearing house)、空间数据交换标准以及地球空间数据框架。
数据基础设施与数字地球之间存在很强的联系,一方面空间数据基础设施和空间数据框架是数字地球的最基本的内容,另一方面,数字地球所涵盖内容已远远超出空间数据技术设施的内容,再者,数字地球中所用到的关键技术也是空间数据基础设施建设中的关键技术。
因此,可以认为数字地球是一个以信息高速公路为基础,以空间数据基础设施为依托而更加广泛的概念。
空间数据基础设施中,仅建立了数字地球空间数据的框架,它的信息是有限的,虽然这些信息可以有许多用途,但它是由专门部门生产的框架数据。
而数字地球则容纳了大量行业部门、企业和私人添加的自己的信息,例如房地产公司,它可以将房地产信息链接到这个框架上;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,放到入到这一公用的数字地球上;世界著名的博物馆、图书馆可以将他们的馆藏通过图形、影像、声音、文字形式放入数字地球中;甚至商店也可以将货架上的商品制作成多媒体或虚拟产品放入到这一数字地球的网络中,让用户任意挑选。