第1章 地球信息科学的产生与发展汇总

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（2）全球定位系统
全球定位系统经过几十年的建设和运行，目 前已经发展成为多领域、多模式、多用途、的国 际性高新技术体系和产业，可以实现全天侯和全 球性的高精度无线导航、定位和定时，用途十分 广泛。
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（2）全球定位系统 在地球科学中，GPS主要用于大气物理观测、
• 地理信息系统与应用模型库系统的集成一方面进一步深化了地理信息系 统的理论研究，另一方面组成了一个较为完整的地球科学研究系统，形成了 地球信息科学的核心技术体系。
• 随着网络技术和互操作技术的推进，开放式地理信息系统和网络地理信 息系统相继问世，它们的发展极大地推动了地理信息系统的工程化趋势，拓 展了地球信息科学工程和应用层次的研究领域。
数据集成是对多个数据集进行全部或部分的 调整、转化、叠加和合成等操作。
数据经过操作后仍保持原来数据的特征，如 果经过操作后产生了新的数据，则称为数据融合。
数据集成的目的是形成充分兼容的空间、时 间和属性上无缝的数据库。它既包括对栅格数据、 矢量数据和统计数据等异类数据的集成，也包括 对遥感、地面观测和社会统计等异源数据的集成， 还包括对不同尺度数据的集成。
地球物理和资源探测、工程测量、地壳变形和运 动监测、市政规划控制、水文地质测量以及海平 面升降监测等地球系统观测领域，是地球信息获 取技术体系的重要组成部分，对地球信息科学的 形成有重要的支撑作用。
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（3）地理信息系统 地理信息系统是20世纪60年代在计算机科学、
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（4）系统科学
系统科学从以下几个方面影响地球科学的发展： 1. 系统思想和系统方法的应用影响地球科学思维 模式和研究范式； 2. 由于系统科学的影响，许多地球科学分支学科 都把研究对象看作一个系统； 3. 系统科学的观点和方法极大的发展了地球系统 信息流的研究领域，加快了地球信息研究的发展步 伐； 4. 系统工程为地球信息工程的设计和建设提供了 最优化的运作程序和实施方案。
信息存储、 分析、模拟、 预测和共享
地球信息科学是在地图学的现代化过程中形成的。 河南大学环境与规划学院
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（2）地球科学
地球科学是一个庞杂的学科体系，以地球系 统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空 间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础 学科。主要包括地理学(含土壤学与遥感)、地质 学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科 学和空间物理学以及新的交叉学科（地球系统科 学、地球信息科学）等分支学科。
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1.2 技术基础
遥感技术 全球定位系统 地理信息系统 信息传输技术
集成技术 空间分析与模拟技术
……
地球 信息 科学
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（1）遥感 遥感是指在远离目标，不与目标接触的情况
下，利用目标的电磁波信号识别、量测和分析目 标性质的技术。
实用化的发展趋势中，形成了由理论、技术、工 程和应用四个层次组成的研究体系，远远超出了 地理信息系统所能涵盖的技术研究领域，由此形 成地球信息科学的研究领域。
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（4）信息传输技术 (1)信息传输技术推动了开放地理信息系统和网络
地理信息系统的形成和发展，促进了地球空间 信息和信息技术共享，加快了地球信息科学的 形成与发展步伐； (2)信息圈的规划和设计以及信息圈中的信息流也 为地球信息科学的工程领域增加了新的研究内 容。
2 地球信息科学的形成和发展历程
• 萌芽阶段 • 形成阶段 • 发展阶段
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地球信息科学是在信息时代的召唤下， 经过许多学科的交叉、渗透和融合以及现 代技术的高度集成而形成的，具有坚实的 学科基础和技术基础以及鲜明的时代背景。
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球科学的发展和人类社会的进步提供了巨大的信 息资源潜力，是人类有可能将地球大气圈、水圈、 生物圈及岩石圈作为一个完整的、开放的系统来 研究。
可以说，遥感技术促进了地球信息科学的产 生。
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（2）全球定位系统 全球定位系统是一套用来确定地球空间位置
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1.1 学科基础
地球信息科学是地球科学的分支学科，脱胎于地图 学，形成与众多学科的交叉领域。
地图学 地球科学 信息科学 系统科学 ……
地球 信息 科学
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（1）地图学
地图学是一门古老的学科，主要研究用图像 或符号的形式表示地球空间信息的方法和技术以 及这种信息的传播和转换的规律。
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地球信息技术体系集成是根据地球系统中信 息流的特征，按照应用目的的要求，把相应的地 球空间信息技术有机地整合成一个完整的技术系 统，该系统可称为地球信息技术集成系统，具有 技术有机结合、通信在线连接、数据实时处理和 系统完整协调的特点。
地理学、测量学和地图学等多门学科的基础上发 展起来的地理空间信息技术系统，其核心是计算 机技术，基本技术是数据库、地图可视化及空间 分析技术。
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（3）地理信息系统
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（3）地理信息系统 近年来，地理信息系统在理论化、共享化和
（1）地图学
原始地图
古代地图
近代地图
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（1）地图学
现代地图
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（1）地图学
地图制图
地图测绘与 地图编制
全数字化计 算机制图
地球信息 获取
大地测量
自动遥感遥 测技术体系
地球信息 处理
图形显示
随着现代信息技术的发展及其相互间的渗透， 以地理信息系统为核心的技术集成化程度越来越 高，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，同时， 这些现代信息技术的综合发展及其应用的日益深 化，最终促使了“地球信息科学”的产生。
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• 地球信息科学主要研究地球系统的空间信息 结构和信息流，以地球系统物质、能量结构 和流动的理论和研究方法为学科基础；
• 地球科学的集成化发展趋势为地球信息科学 的产生和发展奠定了坚实的基础。
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（3）信息科学
信息科学是研究信息及其运动规律的科学，研究内 容包括： 1.信息的基本概念与本质； 2.信息的数值量度方法； 3.信息的提取、识别、变换、传递、存储、检索、 处理、再生、表示、控制等过程的一般规律； 4.利用信息流描述系统和优化系统的方法和原理； 5.人类学习知识，处理知识，利用知识的机制以及 智能的一般规律。
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（3）信息科学 地球信息科学是信息科学的一个分支，它主要
研究地球空间信息，信息科学的快速发展是推动其 形成和发展的直接动力，其中现代地球空间信息技 术的作用尤其重要。
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（4）系统科学 系统科学以系统为研究对象，主要研究系统的类 型、结构、性质和运动规律。系统科学理论和方 法的引入和应用极大地推动了地球科学的发展。
的空间技术体系，主要包括地面控制部分（主控 站、地面天线、监测站、和通讯辅助系统组成）、 空间卫星部分（由6个轨道平面上的24颗卫星组 成）和用户部分（有GPS接收机和卫星天线组 成）。
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（2）全球定位系统
全球定位系统的组成
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球科学的一个技术性学科分支，是地球科学的第 二语言。脱胎于地图学的地球信息科学也从地球 科学的其他分支学科汲取丰富的营养。
地球信息科学与其他地球科学分支都是研究 地球系统的科学。
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（2）地球科学 • 地球信息科学借鉴其他分支学科的思维模式
和研究范式；
地球科学是一个大题目，纵横几万里，上下 数亿年，几乎辐射到自然科学的其他各个领域。
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（2）地球科学
地球的外部结构
地球的结构
地球的内部结构
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（2）地球科学 地球信息科学脱胎于地图学，而地图学是地
另外，地图是地球科学的第二语言，具有公 式化、抽象化、符号化等基本性质和形象直观性、 地理方位性、几何精确性等基本特点，以及信息 传输、信息载负、地图模拟、地图认知等基本功 能，这些都与地球信息科学的主要技术——GIS的 部分特点和功能相一致。
地图随着时代的变化在不断变换。
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地球信息科学引论
授课人：张喜旺 E-mail：zxiwang@163.com 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 地球信息科学的形成基础
• 学科基础 • 技术基础 • 社会需求基础
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（5）模拟 模拟是通过对客观实体观测、类比、分析、
概括、抽象而建立与客观实体物理、化学、生物、 力学以及时间和空间同构的模型的技术体系。
计算机技术、数学方法以及系统科学理论和 方法的引入使地学中的模拟技术快速发展，一方 面推动了地球科学的快速发展，另一方面也促进 了地球信息科学的形成。
遥感是目前能在全球范围进行快速观测的唯 一手段。
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（1）遥感
遥感技术系统 河南大学环境与规划学院
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（1）遥感
星载
机载
遥感平台与波段
车载
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（1）遥感 遥感具有强大的信息获取与处理能力，为地
在现代信息社会，数量庞大、类型繁多的地 球空间信息需要专门的学科和技术给予研究，地 球科学和信息科学在交叉和融合的过程中所形成 的一系列地球信息技术不断集成和融合，形成了 完整的地球信息科学学科体系。
• 地球科学研究的各个环节都需要地球信息技术支持； • 地球系统科学的发展也需要建立地球信息科学； • 社会和经济的发展中有关地球科学问题的研究需要以
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（6）计算机集成技术 计算机集成技术是现代地球信息科学中最主要的 技术之一，它的出现和发展对地球信息科学的产 生和发展有巨大的推动作用。集成技术主要包括 数据集成、地球信息系统集成和地球信息技术体 系集成。
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地球信息系统集成既包括地理信息系统中的 数据库、地图可视化技术系统和空间分析系统等 模块的集成，也包括地理信息系统与应用模型库 系统的集成，还包括不同地理信息系统之间的集 成。
• 地理信息系统中各个模块的集成是现代地理信息系统中的基本技术，它 不但推动了现代地图学理论、方法和技术的发展，而且还促进了地理信息系 统功能由计算机辅助制图向地球空间信息管理、空间分析和模拟以及辅助决 策的方向转变。
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1.2 技术基础
地球信息科学是一门技术驱动性学科，一系 列现代信息技术为地球科学提供了全新的研究手 段，导致地球科学的研究范围、内容、性质和方 法发生了巨大变化，标志着地球科学的一场革命， 为地球信息科学的产生和发展铺平了道路。