第2章地球信息科学的缘起发展及应用.

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• RS为地图编制适时提供多种类、多时相、大范围极
其丰富的信息来源，为提高地图质量、加快成图速
度、扩大制图范围提供了条件。
• GIS 是在计算机地图制图基础上发展起来的，它为
地图深层次开发，编制与应用综合评价地图、动态 变化地图、三维立体地图、预测预报地图与规划决 策地图提供方法与技术的支撑。
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• http://v.youku.com/v_show/id_XOTgwODY3ODA=.html 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
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• 1990年加拿大克灵顿大学在著名地图学与GIS专家、
国际地图学协会前主席泰勒教授主持下建立了地球
信息科学(Geoinformatics)中心。 • 20 世纪 90 年代初加拿大将获取、管理、分析空间与 地理信息的各学科 (地质、测绘、 RS、地图学、 GIS 等 ) 有机地结合起来统称地球信息科学 (Geomatics) ，为 资源管理、基础设施开发和环境监测提供技术保证 和支撑条件，并且成立了包括政府部门、科研单位、
• 国土资源辅助管理
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二、经济与社会可持续发展的规划决策与管理
• 在21世纪的信息社会与 知识经济时代，对经济与社 会的管理必须科学化与现代化，因此有必要逐步建 立国家、省、县三级经济与社会可持续发展规划决 策管理信息系统。
• 应根据各地区资源、人口、环境的特点和经济、社 会基础，建立相应的数据库与各具特色的指标体系 ，为协调人地关系和经济与社会发展规划决策提供 科学依据，从而实现现代化科学管理。
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三、城市规划与现代化管理
• 21世纪我国城市必将进一步迅速发展，随着城市现
代化建设与管理的加强，各大中城市建立城市 GIS
将是必然趋势。目前已在广州、上海、北京、天津
、重庆、深圳、洛阳、常州、南京、厦门等城市建 立了城市 GIS ，并在城市规划与管理方面积累了不 少经验。广州、中山、深圳已建成的城市规划—管 理自动化 GIS ，受到政府各部门干部群众和国内外
Economy是指建立在知识和信息的生产、分配和使用之上的 经济) ，无疑地球信息科学必将得到进一步发展，将
成为地球科学更完善的科学技术支撑体系。地球信 息科学应用非常广泛。
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一、资源清查与管理
• 在勘测、调查各类资源的基础上，利用 RS 技术可
分别建立矿产、土地、水、生物等各类资源数据库 及其相应的 GIS ，将为资源的合理开发利用与合理 调配提供科学依据，并实现对资源的数字化、现代 化科学管理。
医院、网上政务等； • ④数字城镇管理信息系统：包括数据组织与数据转换、数据 库管理、决策模型管理、通讯网络系统及其管理、信息安全 保障机制等。
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四、农业规划决策与生产管理
• 地球信息科学为农业服务，主要是发展农业信息技
术或称“信息农业”，包括农业信息采集与农业信
息网络化、农业生产智能化管理与计算机控制，即 包括农业信息咨询和宏观规划与决策，微观生产管 理与田间生产计算机控制两个层次。
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• 因此，20世纪80年代国际地学界提出了地球系统科
学的概念，将大气圈、水圈、岩石圈、生物圈、智
慧圈作为地球系统，强调研究发生在该系统中主导 全球变化相互作用的物理、化学和生物学过程，特 别是人类活动诱发的全球变化，其目的是揭示全球 变化的规律，提高人类认识和预测全球变化的能力
。
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• 空间技术和计算机技术的发展，特别是卫星遥感(RS)的对地
专家的欢迎与好评。
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• 数字城市主要包括： • ①城镇设施数字化：在统一标准与规范的基础上，实现城市
基础设施、交通设施等数字化与分布式数据库管理；
• ②城镇网络化：包括三网连结(电话网、有线电视网与 Internet)，分布式数据库与互操作平台，数据共享平台等；
• ③城镇智能化：包括网上商务、网上金融、网上教育、网上
观测为地球系统科学的研究提供了重要手段。地球系统科学
所提出的研究途径包括四个步骤： • 观测数据的采集；
• 观测资料的分析和解释；
• 概念和数值模式的建立； • 模式的验证，并以此作变化趋势的预测。 • 核心是建立： • 地球系统数据库 • 地球信息系统
2. 现代信息技术、空间技术和3S技术的发展与集成，
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• 二、地球信息科学的诞生
• 虽然20世纪70年代以来，GPS、RS、GIS都在高新 技术基础上获得了迅速发展，并各自发挥着重要作 用。但是地球系统科学、全球变化和人地关系的深 入研究，以及为解决经济与社会可持续发展的规划 决策、环境治理、防灾减灾等实际问题，都必须要 地球科学和地球系统科学同空间定位的 GPS、获取 信息的 RS、处理信息的GIS和图形表达的地图学相 结合，形成综合集成的科学技术体系。
• GIS 作为获取、存储、模拟、处理、检索、分 析与显示地理空间信息的综合技术系统，成为
多层次、多功能的区域综合与空间分析的工具，
已广泛应用于各个部门与各个领域。已形成包
括硬件设施、软件开发与信息服务在内的、具
有相当规模的地理信息产业。
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• GPS、RS、GIS与地图学有着共同的应用范围，在 应用中各自发挥本身的特点和优势并且四者相互结 合与综合集成。这种结合与集成，不仅有利于各自
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三、地球信息科学与数字地球的结合
• 1998年美国时任副总统戈尔提出的“数字地球—对2l世 纪人类星球的理解”的报告，引起了世界各国的关注。
• 戈尔提出：“我们需要一个数字地球，一个多种分辨率
、三维表达的地球，可以在其上添加许多与我们所处的 星球有关的地学数据”，“可以把关于我们社会和人类 星球的原始数据转换成可理解的信息。这种数据不仅包 括地球的高分辨率卫星影像、数字地图，也包括经济社 会和人口的信息”。
的发展，而且促进了更高层次的地球信息科学的诞
生，并为地球信息科学奠定了技术基础。
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3. 全球变化与人类所面临的资源、环境等全球性问题及区域可
持续发展促进了地球信息科学的建立和发展（需求） • 全球变化与区域可持续发展，以及人类社会所面临的资源短 缺、环境恶化、灾害频繁等紧迫问题，都要求研究和揭示地 球表层动态机制与全球气候、环境变化规律，揭示人与自然 的相互关系，并寻求人口、资源、环境与发展相互协调的途 径。而这些问题的解决涉及物质流、能量流与信息流之间的 相互关系，尤其是信息流对物质流、能量流的调控作用，这 种客观的需求，也是促进地球信息科学诞生的背景之一。
高等院校和私人公司在内的地球信息科学协会。
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• 加拿大、俄罗斯、捷克、澳大利亚、日本等国将测 量与地图学系或专业也改名为 Geo-informatics 系和 专业。
• 加拿大、德国、英国等国家还出版了 Geomatics 或 Geoinformatics 或 Geoinformation Science 学术期刊， 并多次召开了地球信息科学为主题的国际学术会议， 例 如 1994 年 3 月 和 1995 年 5 月 在 香 港 召 开 了 Geoinformatics国际会议。 • 由此，一门新兴学科 — 地球信息科学 在国际上迅 速兴起。
适时快速定位，而且能够测定三维坐标与动态坐标，
精度达到米级和厘米级，为测绘、 RS、GIS的快速 定位创造了条件，而且与电子地图相结合，在飞机、 舰船与车辆的导航系统中被广泛应用。
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• RS技术已发展到多平台、多光谱与高光谱、多频率
雷达、全天候、高分辨率(高空间分辨率与高光谱分
辨率 ) 的多源信息流与多维时空动态分析。俄罗斯 COSMOS 卫星 SPIN-2 影像 (2 米分辨率 ) 早于 20 世纪 80年代覆盖全球很大范围，其中10米分辨率影像可 测绘1：5万地形图。
全球变化的分析、研究和培训系统(START)。
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• 中国有关部门正在研究制定和实施符合中国国情的
全球环境变化遥感监测与研究的实施方案、技术方
法和工作流程。特别是将对中国及亚太地区生态环 境的变化，包括土地利用、植被覆盖、荒漠化、城 市化、水域面积等的变化进行定期监测，提供信息 服务。
定“数字中国”的发展战略与措施，推进“数字地
球”的发展。
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• 中国各省、市对数字地球战略也都非常重视，现已
有近 20 个省区建立了“数字省区”，近 200 个大、
中城市及长江、黄河等大河流域都提出并正在实施
“数字省区”、“数字城市”、“数字流域”、
“数字社区”的宏伟计划，各项空间信息基础设施 建设、电子政务、电子商务，以及在各部门的应用 均已取得较大进展和明显成效。其中“数字福建” 已经建成，“数字北京”在建设过程中就开始发挥
第二章
3S技术与地球信息科学
内容提要
第一节地球信息科学的诞生 第二节地球信息科学的应用
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第一节 地球信息科学的诞生
• 一、地球信息科学产生的背景 • 1 、地球信息科学是地球系统科学发展的客观需求， 地球系统科学为地球信息科学奠定了科学基础。 • 地球科学:研究地球及其各圈层起源、演化、结构、 运动与变化规律。其发展已有几百年的历史。 • 由于20世纪人类对地球环境影响的加深，产生了环 境污染、温室效应、气候异常、植被破坏、土地荒 漠化等一系列重大而紧迫的全球环境问题。这些问 题涉及地球各部分的相互作用。
感手段获取土壤等信息，并通过机载遥感和空间
定位系统，适时获得田间土壤、作物长势等信息， 根据这些信息做出播种、施肥、浇水、除草等的 决策计划与实施方案，再通过农业电子地图、 GPS定位系统指挥农业机械自动作业。
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五、灾害预测与灾情评估 • 我国是世界上自然灾害种类最多、受灾面积最大 、受灾人口最多的国家。平均每年受灾死亡人口 12000 多 人 ， 20 世 纪 90 年 代 平 均 每 年 经 济 损 失 1000亿元以上。我国政府和科技工作者都非常重 视减灾防灾工作，特别是近30年来，在中国大部 分地区和各主要专业部门初步建立了自然灾害监 测网络，气象、地震、洪涝、海洋、农业病虫害 、森林火灾等灾害监测网已经建立，其监测、预 报水平不断提高。
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六、环境污染与生态变化监测
• 利用遥感技术对大气、水体、土壤污染进行监测
与分析已在国内进行一定试验，对土地利用的变
化、河流与海岸线的变化、荒漠化扩展、冰川消
融也进行过一定分析和研究。例如，通过对不同 年份黄河卫星影像的对比，可清楚显示黄河河道 变化范围与轨迹。但这些监测与研究仍不够系统 和深入。
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七、全球变化监测与研究
• 全球变化问题引起了世界各国的关注，提出多项研
究计划，包括美国的地球观测 (EOS) 计划。中国承
担了全球变化研究的部分项目。日本也提出一项“ 全球地图"(Global Map)计划，包括对全球环境的监 测、评价和管理。在国际地圈—生物圈计划中，有 两个支撑计划：全球变化的数据与信息系统(DIS)，
了重要作用。
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• 地球信息科学为数字地球战略的发展提供了理论、
方法与技术的支持。反过来数字地球战略又为地球
信息科学的发展提供了新的机遇，对地球信息科学 的发展起着重要的促进作用。
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第二节 地球信息科学的应用
• 21 世 纪 是 信 息 化 和 知 识 经 济 的 世 纪 (Knowledge
为地球信息科学奠定了技术基础
• 第二次信息革命： 20世纪70年代以后，以微电子技
术、计算机技术、信息技术、空间技术和现代数字
通讯技术相结合，使人类全面进入信息时代。网络 技术是这次革命的标志。 • 信息技术和空间技术不仅推动了地球科学和地球系 统科学的前进，而且极大地推动了3S技术的发展。
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• GPS从根本上改变了空间定位的传统方法，不仅能
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• 经济与科技的全球化发展趋势，全球资源短缺与环
境恶化，全球可持续发展的共同愿望正成为“数字 地球”发展的强大动力。空间科学技术与信息科学 技术的飞速发展，又为“数字地球”的发展准备了 良好的技术条件。
• 我国政府和科技界正积极推进国家信息化和国家信
息基础设施的建设，我国政府有关部门已研究和制
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• 宏观管理服务主要为国家与省、县进行农业规划、
年度计划、生产布局 ( 播种面积、作物估产 ) 、产前
产后服务计划(种子、化肥、农药等生产资料供应； 农产品市场需求、农产品收购、储运等信息)、咨询 与监督管理等。县以上农业管理部门均可以建立农 业信息系统，实现农业信息网络化。
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•
微观信息服务，主要指对精细农业的田间管理。 有条件的可建立精细农业管理信息系统，通过遥