空间信息系统原理01

4.1 地球系统科学
可以认为，地球系统科学就是研 究组成地球系统的各个圈层之间 的相互联系、相互作用机制，地 球系统变化规律和控制变化的机 理，从而为全球变化预测建立科 学基础，并为地球系统的科学管 理提供依据。
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4.2 地球信息科学 (Geo-informatics)
空间信息系统原理
The Principles of SIS
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空间信息系统原理－－第一讲
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第一讲 绪论
1、当前情况 3、组成和内容 5、应用领域 7、应用实例
2、发展历史 4、学科基础 6、市场前景 8、系统平台
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1、当前情况
自从前美国副总统戈尔在1998年1月31日在美 国加州提出“数字地球”这个概念后，空间信息 系统的研究和应用，都被涵盖在这个宏伟目标下 了。
整体性与分异性理论/地带性规律
•整体性
地球表层的自然地理环境中，各要素（地貌、气 候、水文、植被、动物、土壤）并不是简单地汇 集在一起，或在空间的偶然结合，而是在相互制 约和相互联系的情况下，形成一个特殊的自然综 合体或自然地理系统。各地理要素不是孤立存在 和发展，而是作为整体的一部分发展变化的。
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2、发展历史
GIS的发展依赖于计算机技术的发展，尤其是计算机图 形学的发展。GIS萌芽于20世纪60年代初，是由加拿大的
Roger F.Tomlinson和美国的Duane F.Marble在不同地方不
同角度提出的。前者针对土地利用，在加拿大土地调查 局建立了加拿大地理信息系统（CGIS）；后者则在美国 西北大学研究大规模城市交通，并提出建立GIS软件系统 的思想。
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应用
技术
理论
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4.4 地球空间信息科学 (Geomatics)

定义 是以GPS、GIS、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、存储、管理、分析、显示、传 输和应用与地球空间分布有关的数据 的一门综合性和集成性的信息科学和 技术（李德仁，李清泉，1998）
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相互联系 相互依存 相互制约 相互排拆 相互竞争
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4.5 空间信息系统基础理论
人与自然相互作用理论/人地系统论
环境决定论 或然论 人与环境协调论
可持续发展理论
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4.5 空间信息系统基础理论



基础理论
地球科学理论 信息科学理论 系统理论 非线性科学
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4.2 地球信息科学 (Geo-informatics)

技术手段

RS GIS GPS
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4.2 地球信息科学 (Geo-informatics)
新世纪：空间信息基础设施、数字城市、数字地球
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3、组成和内容
空间信息系统的任务是采集、存储、管理、分析和显示 地球空间信息。它是以数字化的形式反映人类社会赖以生 存的地球空间的现势和变迁的各种空间数据以及描述这些 空间数据特征的属性，以模型化的方法来模拟地球空间对 象的行为，在计算机软、硬件的支持下，以特定的格式支 持输入/输出、存贮、显示以及进行地理空间信息查询、综 合分析、辅助决策的有效工具。一句话，空间信息系统为 人们提供了管理地理信息和开展空间分析的先进工具。
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4.1 地球系统科学
1.
地 球 系 统 科 学 （ Earth System Science ） ： 研 究 地球系统的科学。
地球系统：指的是由 大气圈、水圈、岩石 圈和生物圈组成的作 为整体的地球。
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“数字XXXX”已成为一种潮流。
可以说，“信息空间化”已经或即将是各行 各业、各种应用的一种内在（迫切）需要。
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2、发展历史
广义地说，空间信息系统指的是地理信息系统 （ Geographic Information System ， GIS ） 、 遥 感 （Remote Sensing，RS）以及全球定位系统（Global Position System，GPS）的综合和集成（即所谓的3S）。 应该说，GIS是空间信息系统的核心。RS和GPS发展 较晚，依赖的是航空技术和卫星技术，最初的目标是 获取地表空间信息和空间定位，但随着GIS的发展，其 应用已经大大拓展了。

运作特点

观测上的整体性 观测上的长期性 观测上的连续性 观测上的同步性 技术上的集成性
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4.3 地理信息科学

地理信息科学 是关于地理信息的本质特 征与运动规律的一门学科，它 的研究对象是地理信息，它是 地球信息科学的重要组成部分。
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空间信息系统原理－－第一讲
2、发展历史
地理信息系统之要义
一 切 信 息 都 可 图 形 化
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地理信息系统（GIS）是什么？
空间数据
属性数据
Name Address Town St. Zip
G
GIS
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IS
人口、资源、环境、经济和社会的区域规划管理 地理信息基础设施建设 地理信息技术系统的开发、集成与应用 空间数据基础设施建设技术 地理信息系统本质、结构、描述和分类表达 地理信息的发生、提取、传输、重构和作用机制 地理信息运动过程中的熵增、熵减、误导和不确定性 地理信息运动过程的感应与行为机制 地理信息运动计算机模拟的一般性问题
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4.4 地球空间信息科学 (Geomatics)
研究内容
理论
技术
基准 标准化 时空变化 组织 空源自文库认知 不确定性 解译与反演 表达与可视化
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GPS RS GIS 数据通讯技术
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4.5 空间信息系统基础理论

是指系统在无外界的强迫条 件下，系统自发形成的有序 行为，能自身调节功能的行 地理系统 为。（耗散结构） 指某一个特定时间和特定空间的，由两个以
网络
存储设备
打印机
主机
显示器
绘图仪
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空间信息系统的硬件组成
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3、组成和内容
分析查询
用户交互
数据输入
空间数据库
输出
编辑
空间信息系统的软件组成
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3、组成和内容
空间信息系统
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空间信息系统原理－－第一讲 空间信息系统内容体系
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4、学科基础
空间信息系统已经形成了一门单独的学科，称为地理 信息科学。 RS和GPS虽然包含在空间信息系统之中，但它们也都 是一门单独的学科，当然也是地理信息科学的基础之一。 研究人类赖以生存的空间的科学——地理学是空间信 息科学的基础理论依托，它提供了有关空间分析的基本观 点与方法。 地图是记录地理信息的一种图形语言形式，从历史发 展的角度来看，空间信息系统是脱胎于地图，因此，地图 学理论和方法对地理信息科学有着重要的影响。 计算机科学是空间信息系统得以发展的技术保障 。 CG/CAD/CAM、DBMS、DSS/ES；网络、软件工程，… 15 2013-10-5 空间信息系统原理－－第一讲

地球信息科学 是地球系统科学的组成部分，是研究地 球表层信息流的科学，或研究地球表层 资源与环境、经济与社会的综合信息流 的科学
信息依附于一定的载 体，并能从一个载体 传递至另一个载体， 形成所谓的信息流。
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4.2 地球信息科学 (Geo-informatics)
是 空间数据和属性数据的综合体
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2、发展历史
从GIS的发展历史来看，每十年都上一个台阶： 20世纪60年代：开拓发展阶段，机助制图、量算分析
70年代：巩固阶段，大容量、图形化人机交互
80年代：突破阶段，微机GIS软件产品、应用扩展
90年代：社会化阶段，空间信息产业、WebGIS
2.
4.1 地球系统科学
3.
地球系统科学的研究方法
系统方法
一般认为，系统是由相互依赖、相互 作用的若干组成部分组合起来，具有 特定功能的有机整体。系统具有整体 性、层次性、结构性和开放性的特征。
分析与综合统一的方法
分析与综合是辩证的统一
模型方法
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4.5 空间信息系统基础理论
描述地理系统平衡状态的理论
地理系统协同论 人与自然相互作用理论/人地系统论 整体性与分异性理论/地带性规律 地理空间结构与空间功能/区位理论
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4.5 空间信息系统基础理论
地理系统协同论
启示： 在空间信息系统中， 无论在其开发设计或 应用上，无论在宏观 上或微观上，我们都 应该考虑地理系统的 协同性
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3、组成和内容
空间信息系统研究的内容和发展可以概括为： 根据实际应用需求的发展，充分结合各基础学科的
技术进展，一方面完善自身的理论和应用，另一方面
也促进其基础科学的发展。如：空间信息的表达、多 技术的融合、空间数据仓库和挖掘、多维可视化与虚
拟地球环境、空间应用系统建设方法学，网络化、标
准化、大众化、全球化，…
上相互区别又相互联系、相互作用的地理要素 或过程所组成的，并具有特定功能和行为，与 外界环境相互作用，并能自动调节和具有自组 织功能的整体（承继成，1997）。
S {, R}, {x1, x2 ,, xn }, R x1, x2 ,, xn
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4.5 空间信息系统基础理论
整体性与分异性理论/地带性规律
•分异性
大尺度分异
全球分异 全大陆、全海洋分异 区域性尺度分异 中尺度分异 小尺度分异
空间信息系统既是事务处理系统、管理信息系统，也是 决策支持系统。
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3、组成和内容
数据获取
用户 界面
数据模型 操作
空间数据库 管理 分析 通讯 表现 网络
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3、组成和内容
GPS 遥感图象 解析测图仪 测绘仪器 扫描仪 数字化仪
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4.4 地球空间信息科学 (Geomatics)

地球空间信息 广义上指各种机载、星载、 车载和地面测地遥感技术所获取 的地球系统各圈层物质要素存在 的空间分布和时序变化及其相互 作用的信息的总体。（王家耀）
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4.3 地理信息科学
产生的基础



技术应用驱动，这是一条从实践到 认识，从感性到理论的思想路线。 科学融合与地理综合思潮的逻辑扩 展，这是一条理论演绎的思想路线
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4.3 地理信息科学

研究内容
区域可持续发展
4、学科基础
地理学
地图学
地理信息科学
RS/GPS
计算机科学 软件工程
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数据库
CG/CAD/CAM
空间信息系统原理－－第一讲
DSS/ES
网络
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4、学科基础
Christopher B.Jones 在 “ Geographical Information Systems and Computer Cartography” （Addison Wesley Longman Ltd.，1997）一书中用一棵树的形式更为详细地 给出了地理信息科学与其他学科的关系。 在这棵树中，“树根”表示学科基础；“树枝”表示应 用，应用的需求和结果返回到“树根”；“雨滴”则表示 应用的数据来源。（可以在“邬伦等，地理信息系统—— 原理、方法和应用”一书P21中得到这棵树。）