第1章 3S技术基本概念和基础

1、3S技术与应用技术与应用理学院地理系理学院地理系冯恒栋冯恒栋1.1 地球信息科学地球信息科学1.2 3S技术概念技术概念1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.4 数字地球概述数字地球概述1.1 地球信息科学地球信息科学地球系统科学地球系统科学地球信息科学地球信息科学地理信息科学地理信息科学1.1.1 地球系统科学地球系统科学 地球系统科学是一门新的综合性学科，地球系统科学是一门新的综合性学科，它是将构成地球整体的它是将构成地球整体的大气圈、水圈、岩石圈大气圈、水圈、岩石圈和生物圈和生物圈等作为一个相互作用的系统，研究它等作为一个相互作用的系统，研究它们之间物理的、化学的和生物的过程，并与

2、人们之间物理的、化学的和生物的过程，并与人类生活和生产活动结合起来，借以了解现在和类生活和生产活动结合起来，借以了解现在和过去，预测未来（黄秉维，过去，预测未来（黄秉维，1996）。）。1.1.1 地球系统科学地球系统科学 人类面临的全球性、综合性问题：人类面临的全球性、综合性问题：气候变暖、沙漠化、人口增加气候变暖、沙漠化、人口增加等等 解决解决 需要对地观测系统并对数据需要对地观测系统并对数据 进行综合分析进行综合分析3S技术是有力的工具技术是有力的工具1.1.2 地球信息科学地球信息科学 地球信息科学（地球信息科学（Geoinformatics或或Geomatics），是地球系统科学的组

3、成部分，），是地球系统科学的组成部分，是研究是研究地球表层信息流地球表层信息流的科学，也是研究地的科学，也是研究地球表层资源与环境、经济与社会综合信息流球表层资源与环境、经济与社会综合信息流的科学。的科学。 就技术特征而言，地球信息科学是由就技术特征而言，地球信息科学是由遥感、地理信息系统、全球定位系统、现代遥感、地理信息系统、全球定位系统、现代通讯技术及其相关空间信息科学集成的一大通讯技术及其相关空间信息科学集成的一大系统科学，是采集、量测、分析、存储、管系统科学，是采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合的信息科

4、学和技术。关数据的一门综合的信息科学和技术。1.1.2 地球信息科学地球信息科学 地球信息科学是在信息时代的召唤下，经过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。础以及鲜明的时代背景。 地球信息科学是地球科学的分支学科，脱胎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。于地图学，形成与众多学科的交叉领域。1.1.2 地球信息科学地球信息科学 地图学地图学地球科学地球科学信息科学信息科

5、学系统科学系统科学地球地球信息信息科学科学1.1.3 地理信息科学地理信息科学 地理信息科学是关于地理信息本质特征与运动地理信息科学是关于地理信息本质特征与运动规律的一门学科，其研究对象是地理信息，是地球规律的一门学科，其研究对象是地理信息，是地球信息科学的重要组成部分。信息科学的重要组成部分。 地理信息是关于自然、人文现象的空间分布地理信息是关于自然、人文现象的空间分布与组合的信息，它表征地理环境的数量、质量、分与组合的信息，它表征地理环境的数量、质量、分布特征、内在联系和运动规律。布特征、内在联系和运动规律。地理信息科学，是测绘学、摄影测量与遥感地理信息科学，是测绘学、摄影测量与遥感学、地

6、图学、地理科学、计算机科学、卫星定位学、地图学、地理科学、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集成，即多种学科的综合。是用各种现代化方法采成，即多种学科的综合。是用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播、和集、量测、分析、存储、管理、显示、传播、和应用与地理和空间分布有关数据的一门综合的计应用与地理和空间分布有关数据的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实体。算机信息科学、技术和产业实体。1.1.3 地理信息科学地理信息科学特点：动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科学特点：动态性、系统化、实时性、空间特征、信

7、息科学1.1.3 地理信息科学地理信息科学 1.1 地球信息科学地球信息科学1.2 3S技术概念技术概念1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.4 数字地球概述数字地球概述1.2 3S技术概论技术概论遥感遥感地理信息系统地理信息系统全球定位系统全球定位系统1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing） 遥感技术是遥感技术是20世纪世纪60年代发展起来的年代发展起来的一门新兴的综合性探测技术，它与空间科学、一门新兴的综合性探测技术，它与空间科学、近代物理、电子计算机技术密切相关，是近近代物理、电子计算机技术密切相关，是近代科学技术最新成就的综合成果。代科学

8、技术最新成就的综合成果。1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感遥感 （Remote Sensing） 1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感遥感（Remote Sensing） 1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感遥感（Remote Sensing） 1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）一、遥感的概念一、遥感的概念 从不同高度的遥感平台上，通过从不同高度的遥感平台上，通过探测仪器接收来自目标物体反射和发探测仪器接收来自目标物体反射和发射的电磁波信息，经数据处理分析来射的电磁波信息，经数据处理分析来识别目标物体和现象的技术。识别目

9、标物体和现象的技术。在探测中使用的运载工具称为在探测中使用的运载工具称为遥感平台遥感平台，如飞机、卫星如飞机、卫星获取目标物体信息的探测仪器称为获取目标物体信息的探测仪器称为传感器传感器，如相机、摄影机如相机、摄影机 1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）二、遥感系统的组成二、遥感系统的组成遥感平台与传感器遥感平台与传感器遥感信息传输遥感信息传输遥感信息处理遥感信息处理图像数据分析与专题应用图像数据分析与专题应用1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）三、遥感技术的优势三、遥感技术的优势1.2 3S技术概论技

10、术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）三、遥感技术的优势三、遥感技术的优势3/8/2022美国美国Oakland 县动态监测县动态监测1963197219791983198719952015年年6月月5日日 天津滨海新区天津滨海新区高分二号卫星假彩色融合影像高分二号卫星假彩色融合影像2015年年8月月17日日 天津滨海新区天津滨海新区高分二号卫星假彩色融合影像高分二号卫星假彩色融合影像雅鲁藏布大峡谷1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）四、遥感的分类四、遥感的分类1、按平台分、按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感地面遥感、航空

11、遥感、航天遥感2、按传感器分、按传感器分 被动式、主动式被动式、主动式3、按应用领域分、按应用领域分 农业、地质、水利、海洋、气象、环境、军事农业、地质、水利、海洋、气象、环境、军事1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）五、遥感技术应用领域五、遥感技术应用领域1.农业方面农业方面用于土地调查、土壤调查、农作物长势监测与估产、预用于土地调查、土壤调查、农作物长势监测与估产、预报作物病虫害、研究与农业有关的局部气候和区域气候、收报作物病虫害、研究与农业有关的局部气候和区域气候、收集农田灌溉情况、开发草原牧场等集农田灌溉情况、开发草原牧场等2.林业方面林业

12、方面勘测森林资源、监测森林火灾、发现病虫害、编制植被勘测森林资源、监测森林火灾、发现病虫害、编制植被图等图等3.气象方面气象方面收集大气层温度、湿度、云层分布等资料以提高气象预收集大气层温度、湿度、云层分布等资料以提高气象预报，尤其是台风、寒潮等灾害性天气的准确性报，尤其是台风、寒潮等灾害性天气的准确性1.2 3S技术概论技术概论1.2.1 遥感（遥感（Remote Sensing）五、遥感技术应用领域五、遥感技术应用领域4.地质方面地质方面研究大的地质单元和区域型结构，绘制地质地貌图，寻研究大的地质单元和区域型结构，绘制地质地貌图，寻找矿区（如煤田、石油和天然气勘探），地热、火山探测，找矿区

13、（如煤田、石油和天然气勘探），地热、火山探测，沙漠、冰川研究等沙漠、冰川研究等5.海洋方面海洋方面调查洋流界线、海洋生物、海洋表面水温、海洋与浅海调查洋流界线、海洋生物、海洋表面水温、海洋与浅海地层及沉积侵蚀等地层及沉积侵蚀等6.监测环境污染方面监测环境污染方面监测大气污染、土地污染、海洋污染、河流污染等监测大气污染、土地污染、海洋污染、河流污染等7.其他方面其他方面水文水资源、工程建设、地图测绘及军事方面等等水文水资源、工程建设、地图测绘及军事方面等等江西泰和县白口城汉代遗址江西泰和县白口城汉代遗址 大连大连TM、SPOT融合图融合图三维卫星遥感图象三维卫星遥感图象IKONOS 图象图象4米

14、分辨率米分辨率 （本图由本图由IKONOS摄于摄于2004年年8月月2日，尼亚加日，尼亚加拉大瀑布中蓝绿色的水流落差达拉大瀑布中蓝绿色的水流落差达51米，蔚为壮观。瀑布位于加拿大境内，米，蔚为壮观。瀑布位于加拿大境内，成马蹄形，每秒水流量超过成马蹄形，每秒水流量超过2百万升，是世界上最大的瀑布之一。百万升，是世界上最大的瀑布之一。 ）图中两大气旋于图中两大气旋于2006年年11月相继形成于冰岛以南，本图由月相继形成于冰岛以南，本图由NASA地球卫星地球卫星MODIS成象仪摄于成象仪摄于11月月20日，图中南为上。日，图中南为上。 本图由本图由IKONOS商业卫商业卫星摄于星摄于2002年年6月

15、月27日，日，显示的是刚果共和国北显示的是刚果共和国北部的森林。图中划过中部的森林。图中划过中心的桔色线条是肮脏的心的桔色线条是肮脏的运送木材的公路。自运送木材的公路。自2003年起，年起， 国际林木国际林木研究中心借助商业和研究中心借助商业和NASA卫星拍摄了数百卫星拍摄了数百张图片，用于修建一条张图片，用于修建一条可贯穿非洲可贯穿非洲4百万平方百万平方公里热带丛林的伐木运公里热带丛林的伐木运输公路，输公路， 这张由商业卫星这张由商业卫星IKONOS摄于摄于2004年年9月月的卫星图，显示了内华州拉斯维加斯繁华熙攘的卫星图，显示了内华州拉斯维加斯繁华熙攘的街道和房屋。的街道和房屋。 位于青藏

16、高原的高原湖位于青藏高原的高原湖纳木错，是世界上最人迹罕至的地纳木错，是世界上最人迹罕至的地方之一。该图由国际太空站一颗轨道卫星所摄，生动显示了冬季方之一。该图由国际太空站一颗轨道卫星所摄，生动显示了冬季时纳木错湖的景象。纳木错海拔时纳木错湖的景象。纳木错海拔 16503英尺，约英尺，约5030米，被认为米，被认为水质超寡营养，因为无论在湖水还是湖底沉积物中营养物含量都水质超寡营养，因为无论在湖水还是湖底沉积物中营养物含量都极低，上图中显示了冬季湖面复杂壮观的冰块。极低，上图中显示了冬季湖面复杂壮观的冰块。 ATLANTER ATLANTER 机场卫星图象机场卫星图象1 1米分辨率米分辨率1.

17、2 3S技术概论技术概论1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning System）1.2 3S技术概论技术概论1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（1.2 3S技术概论技术概论1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（GPS）22221111()()()XXYYZZ22222222()()()XXYYZZ22223333()()()XXYYZZGPS优越性：优越性：与天气状况无关与天气状况无关不要求点与点之间的彼此通视不要求点与点之间的彼此通视高度均匀的定位精度高度均匀的定位精度日夜均可作业日夜均可作业定位速度之快无与伦比定位速度之快无与伦比大大节省人力资源大

18、大节省人力资源测线长度不受限制测线长度不受限制统一的坐标系统统一的坐标系统生产成本低于常规测量技术生产成本低于常规测量技术1.2 3S技术概论技术概论1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（GPS应用领域应用领域1.2 3S技术概论技术概论1.2.2 全球定位系统（全球定位系统（定位定位实时定位实时定位测量测量大地测量、工程测量、航空摄影测量大地测量、工程测量、航空摄影测量导航导航汽车导航、飞机导航、航海导航等汽车导航、飞机导航、航海导航等监测监测地壳运动监测、工程变形监测地壳运动监测、工程变形监测精细农业精细农业野外探险及个人旅游野外探险及个人旅游紧急救援紧急救援智能交通智能交通1.2 3S

19、技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统（地理信息系统（GIS）一、基本概念一、基本概念1.信息（信息（Information）：）：表示事件、事物和现象的内表示事件、事物和现象的内容、数量、特征和知识所用的数字、文字、符号和语言等。容、数量、特征和知识所用的数字、文字、符号和语言等。数字、文字、符号、和语言等介质是信息载体。数字、文字、符号、和语言等介质是信息载体。2.地理信息（地理信息（Geographic Information）：）：指与空指与空间地理分布有关的信息，表示地表物体、环境和现象的数量、间地理分布有关的信息，表示地表物体、环境和现象的数量、质量、分布特征、相互联系和规律的数

20、字、文字、图形和图质量、分布特征、相互联系和规律的数字、文字、图形和图像等。数字、文字、图件等介质时地理信息载体。像等。数字、文字、图件等介质时地理信息载体。包含的内容广泛，地表的各种信息，具有地面坐标，或包含的内容广泛，地表的各种信息，具有地面坐标，或者定位相关的各类信息。关键：具有地面坐标，又称为空间者定位相关的各类信息。关键：具有地面坐标，又称为空间信息。信息。区域性区域性动态性动态性（时间性）（时间性）多维性多维性地理信息的定位特征地理信息的定位特征单点多重属性信息单点多重属性信息随时间动态变化随时间动态变化1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统（地理信息系统（GIS）1

21、.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统一、基本概念一、基本概念3.地理信息系统（地理信息系统（Geographic Information System）（GIS）是在计算机软件和硬件的支持下）是在计算机软件和硬件的支持下（存在（存在条件）条件），运用地理学和信息科学的理论，运用地理学和信息科学的理论（理论基（理论基础）础），科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据据（技术与方法）（技术与方法），以提供对规划、管理、决策和，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息和技术支持研究所需信息和技术支持（目的和用途）（目的和用途）的空间信的

22、空间信息系统。息系统。 l特点：研究对象有地理分布特征。特点：研究对象有地理分布特征。 强调空间分析的能力。强调空间分析的能力。 对空间数据操作，且图和属性一体化管理。对空间数据操作，且图和属性一体化管理。 1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统一、基本概念一、基本概念1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统二、产生背景二、产生背景1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统二、产生背景二、产生背景1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统三、功能三、功能采集和检验地理空间数据采集和检验地理空间数据地理

23、空间数据的存储和组织地理空间数据的存储和组织编辑、更新、维护地理空间数据编辑、更新、维护地理空间数据空间数据量算、转换，空间数据概化空间数据量算、转换，空间数据概化空间数据的查询检索、信息提取空间数据的查询检索、信息提取空间数据分析空间数据分析地图显示地图显示地理信息可视化（二维、三维）地理信息可视化（二维、三维）Web上的上的GIS应用应用1.2 3S技术概论技术概论1.2.3 地理信息系统地理信息系统四、应用领域四、应用领域资源管理、调查与监测：土地利用、森林资源、矿产、海资源管理、调查与监测：土地利用、森林资源、矿产、海洋洋环境管理、监测与评价：水土保持，荒漠化监测，生态环环境管理、监测

24、与评价：水土保持，荒漠化监测，生态环境监测与评价境监测与评价灾害监测、预测与防治：森林火灾预测预报、洪水灾情监灾害监测、预测与防治：森林火灾预测预报、洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算，病虫害监测测和洪水淹没损失的估算，病虫害监测城乡规划：进行城市与区域多目标的开发和规划，包括城城乡规划：进行城市与区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置，以及城市环境的动态监测道路交通规划、公共设施配置，以及城市环境的动态监测等等 商业管理：商场选址等商业管理：商场选址等属性查询属性查询查询查询专

25、题图专题图作战指挥作战指挥地图切换地图切换1.1 地球信息科学地球信息科学1.2 3S技术概念技术概念1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.4 数字地球概述数字地球概述1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.3.1 形成的时代背景形成的时代背景v 数字技术的高速发展，把人类带入了数字时代数字技术的高速发展，把人类带入了数字时代（digital era）、）、信息社会信息社会(information society） 数字技术是用离散的、不连续的值表数字技术是用离散的、不连续的值表示信号的技术用数字技术表示的信号叫数字信号，示信号的技术用数字技术表示的信号叫数字信号，也叫数码信号。也叫

26、数码信号。 用数字表示模拟量，使所有的信息获用数字表示模拟量，使所有的信息获得统一的数字体现，这就是数字化得统一的数字体现，这就是数字化 。数字技术数字技术数字化数字化 指以计算机和通信网络为主体的数字化、指以计算机和通信网络为主体的数字化、网络化、智能化和可视化为主体的全部过程。网络化、智能化和可视化为主体的全部过程。信息化信息化 广义的信息就是消息，指相关物体的广义的信息就是消息，指相关物体的知识。任何物体都有自己的信息。知识。任何物体都有自己的信息。信信 息息1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.3.1 形成的时代背景形成的时代背景v 数字技术的高速发展，把人类带入了数字时代数字技

27、术的高速发展，把人类带入了数字时代（digital era）、）、信息社会信息社会(information society）1.3.2 3S技术技术的兴起的兴起 一一. 产生动力产生动力 学科理论基础学科理论基础 技术发展推动技术发展推动 社会需求促进社会需求促进1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1、学科基础、学科基础 3S技术与技术与科学是地球科学的一个分支，科学是地球科学的一个分支，它脱胎于地图学，形成于众多学科的交叉边它脱胎于地图学，形成于众多学科的交叉边缘领域。缘领域。$ 地图学地图学$ 地球科学地球科学$系统科学系统科学$信息科学信息科学地图学的研究对象与内容与地图学的研究对象

28、与内容与3S技术与科学相似；技术与科学相似；其功能和特点与其功能和特点与3S的主要技术的主要技术地理信息系地理信息系统的部分特点和功能一致；统的部分特点和功能一致；地理信息科学是在地图学的现代化过程中逐渐地理信息科学是在地图学的现代化过程中逐渐形成的，并显示出强劲的发展势头。形成的，并显示出强劲的发展势头。地图学地图学地球科学地球科学3S技术和其他一些分支学科技术和其他一些分支学科都是研究都是研究地球系统的科学，即其研究对象同构，地球系统的科学，即其研究对象同构，其他分支学科已经形成的思维模式和其他分支学科已经形成的思维模式和研究范式可以为地理信息科学所用，研究范式可以为地理信息科学所用，其中

29、地理科学的作用最重要；其中地理科学的作用最重要；地球科学地球科学地理信息科学主要研究地球系统中的地理信息科学主要研究地球系统中的空间空间信息结构和信息流信息结构和信息流，任何信息结构和流动，任何信息结构和流动都与系统中物质、能量结构和流动相联系，都与系统中物质、能量结构和流动相联系，因此关于地球系统物质、能量结构和流动因此关于地球系统物质、能量结构和流动的理论和研究方法也是地理信息科学学科的理论和研究方法也是地理信息科学学科基础的重要组成部分。基础的重要组成部分。系统科学系统科学 系统科学以系统为研究对象，主要研究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，包括系统的类

30、型、结构、性质和运动规律，包括系统观、系统论、系统技术和系统过程。系统观、系统论、系统技术和系统过程。系统科学理论和方法的引入和应用极大的推系统科学理论和方法的引入和应用极大的推动了地球科学的发展。动了地球科学的发展。信息科学信息科学 现代信息科学在美国数学家现代信息科学在美国数学家C.E.Shannon于于20世纪世纪40年代末提出的信息论的基础上发展年代末提出的信息论的基础上发展起来。起来。首先，首先，地图学、遥感、地理信息系统和全球定位系地图学、遥感、地理信息系统和全球定位系统及其相关学科的发展，为统及其相关学科的发展，为3S3S科学体系的建立奠定科学体系的建立奠定了技术基础，创造了条件

31、。了技术基础，创造了条件。 （1）地图具有公式化、抽象化、符号化等基本性地图具有公式化、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、地图模拟与地图认特点以及信息传输、信息载负、地图模拟与地图认知等基本功能。知等基本功能。 2、技术发展推动、技术发展推动（2）在计算机制图基础上迅速发展起来的地理在计算机制图基础上迅速发展起来的地理信息系统信息系统 (GIS)，已被广泛应用于空间信息管理已被广泛应用于空间信息管理与分析的各个领域，并已形成相当规模的产业。与分析的各个领域，并已形成相当规模的产业。 （3）遥

32、感是通过电磁波在空间对地表特征与地遥感是通过电磁波在空间对地表特征与地学过程进行测量而获得空间信息，并以数字或图学过程进行测量而获得空间信息，并以数字或图像形式收集、传输、处理与显示这些信息的新兴像形式收集、传输、处理与显示这些信息的新兴学科。学科。 （4）全球定位系统全球定位系统 (GPS)的发展带来了空间定位的发展带来了空间定位技术的根本变革，用技术的根本变革，用 GPS测定三维坐标的方法使测定三维坐标的方法使空间定位扩展到海洋和空间，从静态到动态，其空间定位扩展到海洋和空间，从静态到动态，其精度达到米级和厘米级。精度达到米级和厘米级。 其次，其次，地图学、遥感、地理信息系统以及地图学、遥

33、感、地理信息系统以及全球定位系统相结合是上述学科发展的共同特点全球定位系统相结合是上述学科发展的共同特点与必然趋势；它们的结合促进了与必然趋势；它们的结合促进了3S3S技术与科学的技术与科学的诞生和发展。诞生和发展。（1）可持续发展的要求）可持续发展的要求（2）信息时代需要以信息科学为基础，以信）信息时代需要以信息科学为基础，以信息技术为研究手段。息技术为研究手段。地球科学信息化地球科学信息化是指运用现代高新技术，如遥感、是指运用现代高新技术，如遥感、遥测、全球定位系统等手段获得数据；使用计算机、遥测、全球定位系统等手段获得数据；使用计算机、数据库、信息系统与专家系统等存储管理和分析数数据库、

34、信息系统与专家系统等存储管理和分析数据；运用光缆、通信卫星等传输数据，实现快速、据；运用光缆、通信卫星等传输数据，实现快速、大容量、高保真地获取、处理、分析、传输、存贮、大容量、高保真地获取、处理、分析、传输、存贮、管理地球空间信息的全部过程。地球科学信息化的管理地球空间信息的全部过程。地球科学信息化的核心是自动化、数字化和网络化。核心是自动化、数字化和网络化。 3、社会需求推动、社会需求推动二二. 发展历程发展历程（1） 20世纪世纪60-70年代，学科萌芽阶段：年代，学科萌芽阶段：传统地理学与新兴信息科学结合传统地理学与新兴信息科学结合 1960，罗杰汤姆林森(Roger Tomlinso

35、n) 1963，罗杰汤姆林森，CGIS 1969，ESRI公司，公司，Jack Dangermond 1970s，各个国家建立各个国家建立GIS系统系统1.3.2 3S技术技术的兴起的兴起 1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展一批早期的地理信息系统相继建立；一批早期的地理信息系统相继建立；地理信息系统商业软件的研制开始起步；地理信息系统商业软件的研制开始起步；许多与许多与GIS有关的组织和机构纷纷成立。有关的组织和机构纷纷成立。三个表现三个表现该阶段的特点：该阶段的特点：基本上是一个技术领域；基本上是一个技术领域；地理信息系统的主要功能为计算机辅助地理信息系统的主要功能为计算机辅助制图，地

36、学分析功能极为简单；制图，地学分析功能极为简单；地理信息系统处于零散独立开发状态，地理信息系统处于零散独立开发状态，共享性极差；共享性极差；研究重点集中于空间信息数字化技术和研究重点集中于空间信息数字化技术和制图自动化技术制图自动化技术（2）80年代，形成阶段年代，形成阶段从技术领域走从技术领域走向学科体系向学科体系背景：信息源，信息量，信息技术以及信背景：信息源，信息量，信息技术以及信息系统的迅速增加以及信息集成，系统集息系统的迅速增加以及信息集成，系统集成和技术体系集成的快速推进。成和技术体系集成的快速推进。研究领域的分化研究领域的分化理论化，工程化理论化，工程化一些地理信息系统的规模不断

37、扩大而逐渐演一些地理信息系统的规模不断扩大而逐渐演变为社会性的空间信息工程，即变为社会性的空间信息工程，即3S技术出现技术出现了工程化的趋势。了工程化的趋势。（推动力：网络技术的问世推动（推动力：网络技术的问世推动了局域网系统的建立，不同系列遥感卫星的发射与应用了局域网系统的建立，不同系列遥感卫星的发射与应用推动了对地观测工程的不断发展）推动了对地观测工程的不断发展）3S技术的发展技术的发展地球信息获取技术的精度和数据的分辨率显著提高；地球信息获取技术的精度和数据的分辨率显著提高；遥感影像数据的计算机识别，异类、异源数据的集成遥感影像数据的计算机识别，异类、异源数据的集成技术逐渐完善，诸多空间

38、分析技术和专业应用模型库技术逐渐完善，诸多空间分析技术和专业应用模型库系统相继问世，系统集成和技术体系集成逐渐受到关系统相继问世，系统集成和技术体系集成逐渐受到关注；注；地理信息系统的功能逐渐由辅助制图功能转变为地理地理信息系统的功能逐渐由辅助制图功能转变为地理数据管理功能，其辅助决策功能得到强化，数据管理功能，其辅助决策功能得到强化，GIS出现智出现智能化的发展趋势；能化的发展趋势；决策支持系统（决策支持系统（DSS）发展很快。发展很快。地球信息技术应用的社会化趋势地球信息技术应用的社会化趋势从项目和部门走向全社会从项目和部门走向全社会成为地球科学的主要技术支撑成为地球科学的主要技术支撑许多

39、专业型的土地信息系统和资源环境许多专业型的土地信息系统和资源环境信息系统建立信息系统建立商业公司蓬勃发展商业公司蓬勃发展数字地理信息的生产标准化、工业化和数字地理信息的生产标准化、工业化和商品化商品化ICA,国际制图学大会国际制图学大会 International Cartographic Association USGS, 美国地质调查局，美国地质调查局，US Geological SurveyFIG, 国际测量师联合会，国际测量师联合会， International Federation of SurveyorsFdration Internationale des Gomtres. IS

40、PRS,国际摄影测量与遥感学会国际摄影测量与遥感学会International Society for Photogrammetryand Remote Sensing （3）发展阶段：从）发展阶段：从3S技术到地球信息科学技术到地球信息科学 u 理论研究正在逐步摆脱技术研究层次的约束，针理论研究正在逐步摆脱技术研究层次的约束，针对地球系统的信息结构和信息流形成独立的研究对地球系统的信息结构和信息流形成独立的研究领域。领域。u 出现许多新的大型地球信息工程，如信息告诉公出现许多新的大型地球信息工程，如信息告诉公路、国家空间信息基础设施，数字地球（与之相路、国家空间信息基础设施，数字地球（与之相

41、联系的还有数字城市，数字区域，数字农业等）联系的还有数字城市，数字区域，数字农业等）u 地球信息技术的主要发展趋势是智能化和集成化。地球信息技术的主要发展趋势是智能化和集成化。发展的主要表现发展的主要表现表现方面表现方面（1）国家级的研究中心不断出现国家级的研究中心不断出现 （2）新的教育机构不断出现，传统的新的教育机构不断出现，传统的学科名称更改学科名称更改 （3）多种国际专业期刊出版，国际学多种国际专业期刊出版，国际学术会议不断召开术会议不断召开（4 4）商业化的蓬勃发展）商业化的蓬勃发展 美国国家地理信息与分析研究中心美国国家地理信息与分析研究中心美国大学地理信息科学协会美国大学地理信息

42、科学协会加拿大地球信息科学中心加拿大地球信息科学中心中国国家基础地理信息中心中国国家基础地理信息中心中国资源与环境信息系统国家重点实验室中国资源与环境信息系统国家重点实验室中国测绘遥感信息工程国际重点实验室中国测绘遥感信息工程国际重点实验室1.1 地球信息科学地球信息科学1.2 3S技术概念技术概念1.3 3S技术产生与发展技术产生与发展1.4 数字地球概述数字地球概述1.4 数字地球概述数字地球概述1.4.1 数字地球概念数字地球概念美国副总统戈尔（美国副总统戈尔（Al GoreAl Gore）：）：19981998年年 “ 数字地球：数字地球：2121世纪对我们这颗星球的认识世纪对我们这颗

43、星球的认识 ”（ The Digital EarthThe Digital Earth： Understanding Our Understanding Our Planet in the 21st Century ) Planet in the 21st Century ) 。 “数字地球数字地球”是一种可以嵌入海量地理数据的、多是一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的真实地球的分辨率的真实地球的3 3维表示，可以在其上添加许多与维表示，可以在其上添加许多与我们所处的星球有关的数据。我们所处的星球有关的数据。1.4 数字地球概述数字地球概述美国美国19981998年年6 6月月2323日日“

44、数字地球数字地球”研讨会：研讨会：“数字地球数字地球”是数字化的是数字化的3 3维显示的虚拟地球；维显示的虚拟地球；中国学者：中国学者：“数字地球数字地球”是对真实地球及其是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，是以相关现象的统一性的数字化重现和认识，是以因特网为基础，以地球空间数据为依托，以虚因特网为基础，以地球空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，具有拟现实技术为特征，具有3维界面和多种分辨维界面和多种分辨率的浏览器和面向公众的开放系统。率的浏览器和面向公众的开放系统。 1. 核心思想核心思想（1 1）用数字化手段统一处理地球问题；）用数字化手段统一处理地球问题；（2）最大限度

45、地利用地球空间信息资源。）最大限度地利用地球空间信息资源。 2. 基本特征基本特征1 1）“数字地球数字地球”具有空间性、数字性和整体具有空间性、数字性和整体性的融合统一，区别于其他信息系统；性的融合统一，区别于其他信息系统；2 2）“数字地球数字地球” 具有无边无缝的分布式数具有无边无缝的分布式数据层结构；据层结构； 3 3）具有可以迅速充实、联网的地理数据库，）具有可以迅速充实、联网的地理数据库，以及多种可以融合并显示多源数据的机制；以及多种可以融合并显示多源数据的机制；4 4）数据和信息按普通、限制、保密等不同保）数据和信息按普通、限制、保密等不同保密等级组织；密等级组织；5）提供信息服务是最主要的任务提供信息服务是最主要的任务 ； 图像、图形、图表和文本报告等多种形式；图像、图形、图表和文本报告等多种形式；提供免费或收费的、局部范围或全球范围的数提供免费或收费的、局部范围或全球范围的数据、信息、知识等多方面的服务；据、信息、知识等多方面的服务；面向用户需求，服务对