1、第一节 地球信息科学1 几个相关概念 近十几年来，随着遥感，全球定位系统，地理信息系统以及计算机网络技术的发展，出现了一系列新的、意义相近的、与地理信息系统相关的名词，如地理信息科学（Geographical Information Science），地球测量（Geomatics，地球信息学，地球空间信息学），地球信息学（Geo-Informatics），地球信息科学（Geo-information Science），下面介绍地理信息科学，地球测量的概念以及地球信息科学的概念和内容。,第九章 数字地球概述,2 地理信息科学地理信息科学是1992年Goodchild提出的，更加侧重于将地理信息视
2、作为一门科学，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，包括：1）分布式计算2）地理信息的认知3）地理信息的互操作4）比例尺5）空间信息基础设施的未来6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析7）GIS和社会9）地理信息系统在环境中的空间分析10）空间数据的获取和集成等等地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。,3 GeomaticsGeomatics被定义为利用各种手段，通过一切途径获取和管理在空间基础信息生产管理过程中的空间参考数据部分的科学与技术。不同的表述：1）定义空间参考基础2）
3、建立和使用对空间参照物体和现象进行定位和量测的方法、技术和工具3）整合不同参考系统中的数据4）提供合格数据5）运用计算机技术改善数据的处理、存储和发行Geomatics包括大地测量、地籍测量、摄影测量等传统测绘领域以及遥感和空间信息系统等新领域。,4 地球信息科学(1)地球信息科学以信息流的手段研究地球系统内部的物质流、能量流和人流的运动状态和方式，它由三部分组成，“地球信息学”是其理论研究的主体，“地球信息技术”是其研究手段，“全球变化和区域可持续发展”是其主要应用领域。,信息流和地球系统内部物质流、能量流和人流的关系,(2)地球信息技术包括：1）地球数据获取技术 遥感、全球定位系统等地球数
4、据获取技术的发展已经形成了覆盖全球的监测运行系统，建立起多层次、立体的对地观测系统，是快速获取和更新地球数据的主要技术手段。2）地球信息模拟技术 用于将地球数据转化为地球信息，包括地球空间信息的加工、再生以及获得有关某一地球空间问题解决的目的、计划和策略信息。3）地球信息传播技术 用以实施空间数据的传递和信息的传播。,第二节 数字地球的产生背景以及其概念2.1 数字地球的产生背景 数字地球（DE）的概念最早出现于1997年下半年，1998年戈尔在一次演讲中将数字地球正式提了出来。 数字地球的科学背景，包括地理信息科学，地球信息科学等一系列学科，这些学科的发展，为数字地球的产生打下了理论基础；对
5、地观测系统以及计算机网络的发展为数字地球提供了技术支持；全球变化和可持续发展的研究对数字地球的出现起到了推动作用。,数字地球和其它理论以及技术的关系,.2 数字地球的概念、研究对象2.2.1 可以归纳为以下三个方面：1）数字地球是指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化和可视化的地球技术系统；2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界的共同协力参加。实施数字地球计划是社会的行为，需要全社会的关心和支持；3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展和推动社会经济的进步。,与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics
6、等学科概念以及遥感、GPS、因特网等技术名词相比，数字地球更象是一项技术政策，在一定程度上涵盖了上述的领域，“更加通俗易懂，是一个面向社会的号召，实质地说，数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字化”。2.2.2 数字地球的研究对象 以地球为研究对象，以网络和计算机信息处理为主体的技术系统；与地球有关的信息理论、信息技术及信息应用模型。,2.3 数字地球的基本框架,2.4 国家信息基础设施和国家空间数据基础设施,2.4.1 国家信息基础设施（NII,National Information Infrastructure） 俗称信息高速公路，主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成；能够给用户随
7、时提供大容量信息的，由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备的网络系统。全球被广泛采用的信息基础设施就是因特网，Web服务是因特网上最重要的应用。,2.4.2 国家空间数据基础设施(NSDI,National Spatial Data Infrastructure) 俗称地学信息高速公路，其目的是为了协调基础地理空间数据集的收集、管理、分发和共享的基础设施主要由四个部分组成：数据交互网络体系、基础数据集、法规与标准、机构体系。从技术的角度来看，其内容主要有：空间数据标准，基础空间框架数据，空间数据交换网络以及元数据等。 根据计算，目前全世界的数据中，有80%的数据包括空间参考数据内
8、容，也就是说，地理信息已经渗透到各个部门和学科。确立数据标准，依据相应的制度和法规，指导空间数据的录入和管理，以实现数据共享，使地理信息应用单位不需要重复录入空间数据。另一方面，国家空间数据基础设施构造了空间数据库，确立了相应的政策、法规和标准，是数字地球的实现框架中所必需的。,2.5.1 数字地球技术基础框架 由遥感、遥测、地理信息系统、因特网等组成，遥感、遥测等提供获取数据的手段，地理信息系统进行数据的管理、存储、分析和表现，通过因特网实现数据的传输发布，这样构成了数字地球技术系统的基本框架 。,2.5 数字地球的技术基础,数字地球技术的基本框架示意图,2.5.2 数字地球的技术基础,为了
9、解决数字地球中的数字化、信息化以及应用问题，需要研究以下关键技术：科学计算、海量存储、宽带网、卫星数据获取、元数据、互操作等等1) 高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术 分辨率从1米到4000米，每天都要产生大量的数据，对其自动的、快速的处理以实时、准确地提取信息是实现数字地球信息获取的关键。2) 地球空间数据的存储和处理 分布式数据存储是海量数据管理的趋势，可以避免集中式系统带来的管理困难以及网络拥塞；而通常采用超大型计算机或者并行计算以实现快速处理。3) 超媒体空间信息系统 数字地球的主要任务之一是通过因特网实现信息的共享和发布，主要通过WebGIS技术实现。,4) 地理信息的分布式计算 地
10、理信息的特征是分布的，并且具有基础性、共享性和综合性。遵循OpenGIS规范，基于CORBA（或COM）体系结构，实现地理信息信息的分布计算。5) 无比例尺数据库 无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，即可以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。6)空间数据仓库主要任务是将来源、结构、格式不同的原始数据，进行处理、储存、分析和建立结构化查询等。目的是为了处理积累的海量空间数据，抽取有用信息，并提供决策支持。其结构框架包括：数据源，Metadata数据源，Metadata互操作协议，数据抽取求精，Metadata创建与浏览数据
11、仓库，存取与检索，Metadata管理及查询与分析等。,7) 空间数据融合(Fusion) 指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影象。数字地球的多种数据融合，包括多种分辨率数据，多维数据以及不同类型数据的融合，并且需要将融合得到的数据进行可视化表现。8) 虚拟现实(VR,Virtual Reality)技术 指运用计算机技术生成一个逼真的，具有视觉、听觉、触觉等效果的可交互、动态的“世界”，人们可以对该虚拟世界中的虚拟实体进行操纵和考察，用户与虚拟现实系统的交互利用数据手套、数据头盔、数据衣等进行，而VR系统通过视觉描绘器，听觉描绘器，触觉描绘器使用户产
12、生身临其境的感觉。目前，GIS、虚拟现实以及Web技术相结合的方式之一是VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实造型语言)，通过用VRML描述 GIS信息，可以在因特网上发布空间三维数据供用户浏览。,9) 元数据（Metadata） 为了保证信息不被误用，需要通过Metadata对数据进行详细的描述，这样不仅数据生产者能够充分描述数据集，用户也可以估计数据集对其应用目的的适用性。 综上所述，数字地球技术的关键是实现海量数据获取、存储管理、处理和信息提取、信息共享以及信息表达。,2.6 数字地球的应用2.6.1 中国数字地球和数字中国；2.6.2 数
13、字农业；2.6.1 数字交通；2.6.4 数字海洋；2.6.5 数字城市；2.6.6 数字虚拟学校；2.6.7 数字长江；,2.6.1 中国数字地球和数字中国1）中国数字地球 以整个地球为背景，以整个地球的技术系统作为研究对象。整个地球指地球的任何一个部位的、感兴趣的重点地区，实际上并不是全球。整个地球技术系统是指掌握全球研究的技术能力。1）数字中国 以中国的数字化或中国的信息化为研究对象，即以解决中国自己与社会经济发展密切相关的数字地球问题作为研究的重点，或以数字地球的方法，解决中国最迫切的问题，如数字长江、数字农业等。,2.6.2 数字农业 又叫信息农业、精细农业，指运用数字地球技术进行的
14、农业，包括多种分辨率的遥感技术（1m）、遥测技术（温度、土壤温度等遥测技术）、GPS技术、计算机网络技术、GIS技术等，用于快速分析、喷灌、自动耕作、收获与保存等生产方面。 数字农业是利用空间和信息技术形成一个包括农作物、土地、土壤从宏观到微观的监测、预测，农作物生长、发育状况以及环境要素的现状和动态分析、诊断预测、耕作措施和管理方案的决策支持在内的信息农业技术系统。,2.6.3 数字长江 是长江流域的信息基础设施的建设，实现长江流域的可持续发展，为此进行防洪减灾和生态规划。1）长江流域的信息基础设施建设 长江上游地区1：10万基础地理数据库；中游1：5万基础地理数据库；长江中下游及长江三角洲经济发达地区1：1万基础地理数据库等。 长江流域的不同比例尺的有关专题数据库，包括资源、环境、经济和社会数据的分布式数据库建设等。2）长江流域的网络化建设3）长江流域的智能化建设 长江洪水灾害的监测和预测系统建设； 长江防洪调控系统平台建设； 长江流域的可持续发展规划监测系统建设等。,复习题,什么是数字地球，其研究对象是什么？什么是信息高速公路和地学信息高速公路？中国数字地球和数字中国有什么不同？结合所学知识，数字地球有什么应用？请举例说明？,
