1、第2單元 地理信息系統(tǒng)與科學(xué)概述 Unit 2 Introduction of Geographical Information System and Science,1.地理信息 2.地理信息系統(tǒng) 3.地理信息技術(shù)與工程 4.地理信息科學(xué),1.地理信息 Chapter 1 Geographic Information,1.1 地理信息(Geographic information，GI)的概念 有關(guān)地理空間實(shí)體或現(xiàn)象的性質(zhì)、特征和狀態(tài)的表征與一切有用信息的總稱。 地理數(shù)據(jù)是地理信息的具體表達(dá)。 定期和適時(shí)地采集、識(shí)別、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、傳輸、顯示、控制應(yīng)用地理信息是現(xiàn)代地理學(xué)的重要任務(wù)。,1.2

2、地理信息的基本特征 (1)空間特征 又稱幾何特征，拓?fù)涮卣?。描述事物或現(xiàn)象所在空間位置以及空間相互關(guān)系。 (2)屬性特征 描述事物或現(xiàn)象的性質(zhì)和數(shù)量特征。 (3)時(shí)間特征 描述事物或現(xiàn)象隨時(shí)間的變化。 地理空間位置、屬性特征、時(shí)序特征是地理信息的重要內(nèi)涵，也是地理空間分析的三大要素。,1.3 地理信息的獲取、傳輸與表達(dá) (1)獲取 將現(xiàn)有地圖、實(shí)測(cè)成果、遙感數(shù)據(jù)、實(shí)體紋理、文本資料、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、多媒體資料和已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信息轉(zhuǎn)換成可以處理與接受的數(shù)據(jù)形式。 (2)傳輸 傳輸是地理信息獲取、表達(dá)和應(yīng)用的紐帶。 地圖是人類最早的空間信息傳播工具；現(xiàn)代空間信息傳輸還包括圖像、視頻、音頻、三維仿真和虛擬

3、現(xiàn)實(shí)等。 (3)表達(dá) 通過各種類型的地圖表達(dá)，實(shí)現(xiàn)從制圖的客觀地理環(huán)境到用戶認(rèn)知地理環(huán)境之間的信息傳遞。,1.4 地理信息的時(shí)空尺度 度量客體或過程空間維和時(shí)間維大小程度的量。 GI的時(shí)空尺度的特性 對(duì)應(yīng)性(correspondence)； 協(xié)調(diào)性(coordination)； 規(guī)律性(regularity)； 不可推繹性(upscaling)。 不可推繹性：指在一個(gè)尺度上定義的格局或變異性會(huì)隨著觀測(cè)尺度的改變而改變，一種尺度上得到的概括性結(jié)論不能推廣到另一種尺度上去。, 地球系統(tǒng)過程的時(shí)空尺度(據(jù)ESSC，1988), 山地生態(tài)系統(tǒng)管理的尺度對(duì)應(yīng)(據(jù)侯扶江等，2001),2.地理信息系統(tǒng) C

4、hapter 2 Geographic Information System,2.1 地理信息系統(tǒng)的概念 從技術(shù)角度的定義(狹義的GIS)：用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(陳述彭，2000)。 從科學(xué)角度的定義(廣義的GIS)：集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)、遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)等學(xué)科為一體的新興邊緣學(xué)科(黃杏元，2000)。,2.2 地理信息系統(tǒng)的組成 網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)硬件 計(jì)算機(jī)軟件 地理數(shù)據(jù) 程序 使用者, GIS的組成,2.2.1 網(wǎng)絡(luò) (1)Internet Internet，又稱因特網(wǎng)，或(國(guó)際)互聯(lián)網(wǎng)，以相互交流信息資源為目

5、的，基于一些共同的協(xié)議，通過許多路由器和公共互聯(lián)網(wǎng)而成，是一個(gè)信息資源和資源共享的集合。 Internet已經(jīng)成為信息社會(huì)的基石，在技術(shù)、科學(xué)和社會(huì)各方面廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生了深刻影響。, 全球Internet用戶 數(shù)量(2008),(2)WebGIS 地理學(xué)家們很快看到了Internet的價(jià)值：連接到Internet的用戶只要在自己的桌面上使用WWW瀏覽器和簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，就能夠放大、縮小地圖，或者移動(dòng)到地圖的其它地方，而不需要安裝專門的軟件或下載大量的數(shù)據(jù)。 WebGIS指基于Internet平臺(tái)，客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，運(yùn)用在Internet上的地理信息系統(tǒng)。 Internet和移動(dòng)通訊技

6、術(shù)推動(dòng)了分布式GIS的發(fā)展，將位于不同地理位置的計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序和用戶通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。 地理信息系統(tǒng)的最新發(fā)展已經(jīng)與互聯(lián)網(wǎng)緊密地聯(lián)系在一起。,2.2.2 計(jì)算機(jī)硬件 (1)計(jì)算機(jī)主機(jī) 由中央處理器(CPU，控制器運(yùn)算器)、主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)、總線(bus，連接計(jì)算機(jī)有關(guān)部件的公共信號(hào)線)組成。 根據(jù)計(jì)算機(jī)處理能力，可分為巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、中型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)。在市場(chǎng)也有一些跨界的產(chǎn)品，如超小型機(jī)、圖形工作站等。, 電子計(jì)算機(jī)發(fā)明人阿坦納索夫 和第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ABC,(2)輸入輸出和存儲(chǔ)設(shè)備 輸入設(shè)備：包括掃描數(shù)字化儀、手扶跟蹤數(shù)字化儀、鍵盤、鼠標(biāo)等。, 手

7、扶跟蹤數(shù)字化儀及其工作原理, 掃描數(shù)字化儀及其工作原理, 輸出設(shè)備：包括繪圖儀、打印機(jī)、顯示器等。 存儲(chǔ)設(shè)備：包括光存儲(chǔ)、磁存儲(chǔ)、電子存儲(chǔ)設(shè)備等。, 大幅面工程繪圖儀,(3)移動(dòng)設(shè)備 移動(dòng)設(shè)備是掌上GIS(Hand-Held GIS)和移動(dòng)地理信息服務(wù)(如位置服務(wù)：Location Based Services，LBS)的基本組成單元。 PDA(Personal Digital Assistant)； Tablet PC； GPS data logger； Cellphone； Wearable computer； , 利用GPS data logger采集數(shù)據(jù),2.2.3 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) (

8、1)系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng)(Windows，Unix等)；開發(fā)工具(VB，VC+，C#等)；網(wǎng)絡(luò)管理軟件，系統(tǒng)安全軟件等。 (2)GIS軟件 GIS software is the processing engine and a vital component of an operational GIS。 專題地理信息系統(tǒng)(thematic GIS) 區(qū)域地理信息系統(tǒng)(regional GIS) 地理信息系統(tǒng)工具軟件(GIS tools software) GIS工具軟件是一組具有GIS基本功能的軟件包，目前常見的有ArcGIS、MapInfo、SuperMap、MapGIS等。, GIS軟件的3

9、個(gè)主要組成部分： 用戶界面(the user interface) 工具(the tools or functions) 數(shù)據(jù)管理器(the data manager) All three parts may be located on a single computer or they may be spread over multiple machines in a departmental or enterprise configuration. GIS系統(tǒng)架構(gòu)的4種主要類型： 桌面(desktop) 客戶端/服務(wù)器(client/server) 集中化桌面(centralized de

10、sktop) 集中化服務(wù)器(centralized server), 引領(lǐng)GIS軟件發(fā)展的商業(yè)GIS開發(fā)商及其產(chǎn)品 ESRI(ArcGIS) Intergraph(Intergraph MGE) Autodesk(Autodesk Map) GE Energy(Small World) Mapinfo(MapInfo), GIS軟件市場(chǎng)占有率 (2003), 常見GIS工具軟件(ArcGIS)介紹 美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所(Environmental System Research Institute，ESRI)研制的GIS軟件，也是全球應(yīng)用最廣的GIS軟件之一。 1978年第一個(gè)產(chǎn)品Arc/Inf

11、o于正式發(fā)布； 1991年發(fā)布ArcView 1.0； 1997年發(fā)布ArcView 3.2，是一個(gè)非常成功的桌面GIS版本，得到廣泛應(yīng)用； 2001年發(fā)布ArcGIS 8.1，將Arc/Info和ArcView整合在統(tǒng)一的平臺(tái)； 2004年發(fā)布ArcGIS 9.0，目前廣泛使用的是ArcGIS 9.2。, ArcGIS產(chǎn)品體系 Desktop ArcGIS： ArcView ArcEdit ArcInfo ArcExplore ArcBrowser Arc Pad Arc WAP Phone Arc SDE Arc IMS,2.2.4 地理數(shù)據(jù)(Geo-data) (1)概述 地理數(shù)據(jù)是GI

12、S的核心； 收集和分析地理數(shù)據(jù)是地理學(xué)重要的任務(wù)之一； 地理數(shù)據(jù)是科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)管理、軍事行動(dòng)、日常生活等諸多人類活動(dòng)必不可少的信息資源。 實(shí)用GIS必須建立在地理數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)之上。地理數(shù)據(jù)庫(kù)是GIS系統(tǒng)中僅次于人的重要組成部分。 在地理信息系統(tǒng)建設(shè)中，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和地理數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)費(fèi)用比例一般在1:2:7。 需求、成本、可獲得性和時(shí)間范圍是地理數(shù)據(jù)采集必須關(guān)注的重要問題。,(2)地理數(shù)據(jù)源 地圖數(shù)據(jù)：地形圖、普通地圖及各種專題地圖； 遙感與GPS數(shù)據(jù)； 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：通過野外實(shí)地測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)； 統(tǒng)計(jì)普查信息：有空間位置的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)； 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：通過模擬真實(shí)地理世界中的地理實(shí)體及其演變

13、過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)； 理論推測(cè)與估算數(shù)據(jù)：利用科學(xué)理論和推算方法獲取的數(shù)據(jù)； 歷史數(shù)據(jù)：在歷史文獻(xiàn)中記錄的各種數(shù)據(jù)； 集成數(shù)據(jù)：已有各種地理數(shù)據(jù)在GIS中，經(jīng)過合并、提取、布爾運(yùn)算和過濾等操作所得到的新數(shù)據(jù)。,(3)地理數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià) 數(shù)據(jù)情況說明：地理數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)內(nèi)容及處理； 定位精度(位置精度)：空間實(shí)體坐標(biāo)數(shù)據(jù)與實(shí)體真實(shí)位置的接近程度，包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)精度，平面精度，高程精度，接邊精度，形狀再現(xiàn)精度，像元定位精度； 屬性精度：空間實(shí)體屬性值與其真值相符的程度，包括分類與代碼的正確性，要素屬性值的準(zhǔn)確性，要素名稱的正確性等； 時(shí)間精度：數(shù)據(jù)更新時(shí)間和頻率； 邏輯一致性：地理數(shù)據(jù)關(guān)系上的可

14、靠性； 數(shù)據(jù)完整性：數(shù)據(jù)范圍、內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的完整程度； 表達(dá)形式的合理性。,(4)地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 目前常見的兩種數(shù)據(jù)管理模式： 文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理 采用文件系統(tǒng)管理幾何圖形數(shù)據(jù)，商用DBMS管理屬性數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)碼連接。 全關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理 將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一用RDBMS(SQL Server，Oracle)和空間數(shù)據(jù)引擎(SDE)進(jìn)行管理和調(diào)用。常見數(shù)據(jù)引擎有ArcSDE，Oracle Spatial，MapInfo Spatial Ware等。 地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括地理數(shù)據(jù)庫(kù)、地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和地理數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。, 地理數(shù)據(jù)庫(kù)的潛在數(shù)據(jù)規(guī)模,2.2

15、.5 程序 用于管理一個(gè)GIS各組成部分(網(wǎng)絡(luò)、硬件、軟件和數(shù)據(jù))的程序，包括需求分析、報(bào)告流程、控制機(jī)制等，以確保GIS的質(zhì)量和費(fèi)用。 GIS管理學(xué)從管理和技術(shù)方面研究如何更好地開發(fā)和維護(hù)GIS工程的一門新興學(xué)科。 計(jì)劃管理原則用分階段的生命周期計(jì)劃：項(xiàng)目概要計(jì)劃，里程碑計(jì)劃，項(xiàng)目控制計(jì)劃，產(chǎn)品控制計(jì)劃，驗(yàn)證計(jì)劃，運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃； 堅(jiān)持階段評(píng)審原則錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)的越晚，付出的代價(jià)越大； 產(chǎn)品控制原則基準(zhǔn)配置管理。,2.2.6 用戶 包括系統(tǒng)管理、維護(hù)和使用的各類人員和組織機(jī)構(gòu)。 (1)一般技術(shù)人員 要求掌握某種GIS軟件的基本操作，能夠完成數(shù)據(jù)采集、編輯、常規(guī)處理和結(jié)果輸出等日常工作。 (2)高級(jí)技

16、術(shù)人員 掌握GIS基本概念和原理，將GIS應(yīng)用于特定專業(yè)或目標(biāo)的科學(xué)研究人員； 掌握GIS理論并具有軟件開發(fā)能力的GIS開發(fā)人員； 掌握GIS基本概念和基本操作技能的業(yè)務(wù)管理和市場(chǎng)聯(lián)系人員。,2.3 地理信息系統(tǒng)的功能 2.3.1 數(shù)據(jù)采集與編輯 為建立地理數(shù)據(jù)庫(kù)獲取必要的數(shù)據(jù)。 。,2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理 建立和維護(hù)地理數(shù)據(jù)庫(kù)。,2.3.3 數(shù)據(jù)處理與變換 為空間分析和地理制圖進(jìn)行的必要的準(zhǔn)備，包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構(gòu)和數(shù)據(jù)抽取。,2.3.4 空間統(tǒng)計(jì)與分析 利用空間統(tǒng)計(jì)計(jì)算和空間模型，分析和解決復(fù)雜的空間問題，為地理決策或地理研究提供高層次地理信息。, 緩沖區(qū)分析舉例,2.3.5 數(shù)據(jù)顯

17、示與輸出 顯示或輸出查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、分析和制圖結(jié)果。,3.地理信息技術(shù)與工程 Chapter 3 Geographic Information Technology and Engineering,3.1 科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別 科學(xué)是一種最逼近真理的盡可能不包含自相矛盾的知識(shí)體系，是一項(xiàng)社會(huì)事業(yè)。 技術(shù)是人類為實(shí)現(xiàn)社會(huì)需要而創(chuàng)造和發(fā)展起來的手段、方法和技能的總和。,(1)科學(xué)的特征 可重復(fù)性，創(chuàng)新精神。 科學(xué)研究成果是新知識(shí)，形式是論文。一句古老的格言很適合當(dāng)代科學(xué)研究：不發(fā)表，就淘汰。 科學(xué)研究成果不能立刻產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，利益是科學(xué)聲譽(yù)(引用率)。 在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域，取得博士學(xué)位，才算取得了

18、當(dāng)科學(xué)家的證書。 科學(xué)家關(guān)注范圍一般是很窄的特定課題，只需要了解其他人員在最近發(fā)表的科學(xué)論文，只需要關(guān)心由同行科學(xué)家所構(gòu)成的那個(gè)圈內(nèi)人數(shù)不多的“看不見的大學(xué)”。,(2)技術(shù)的特征 工藝技巧，勞動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，信息知識(shí)，工具裝備。 技術(shù)研究的成果是新產(chǎn)品或新工藝，形式是專利。 技術(shù)研究成果能迅速產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，因此成果需要嚴(yán)格保密，或得到保護(hù)。 取得工程專業(yè)的大學(xué)文憑就可以擔(dān)任職業(yè)工程師。 工程師需要研究解決的通常是涉及面很廣的一系列難題，為找到解決問題的方案，涉及的因素經(jīng)常是五花八門的，從準(zhǔn)備必要的科學(xué)知識(shí)，到材料選擇、漂亮的外觀設(shè)計(jì)、制造工藝、成本和資金，直至營(yíng)銷，接觸的產(chǎn)品用戶更多的是政府、公

19、司和廣大民眾。,3.2 地理信息技術(shù)(Geographic Information Technology) 3.2.1 定義 泛指包括地圖、遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)在內(nèi)的所有與地理信息采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸、分析、表達(dá)和應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)。, 地面測(cè)繪, 遙感技術(shù), GPS與位置服務(wù), GIS與地圖分析,3.2.2 地理信息技術(shù)的發(fā)展, 地理信息技術(shù)漂移(陳述彭，2000),3.2.3 現(xiàn)代地理信息技術(shù)體系 現(xiàn)代地理信息技術(shù)以空間技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙感與遙測(cè)技術(shù)等為基礎(chǔ)，構(gòu)成了天地人機(jī)信息一體化網(wǎng)絡(luò)體系。, 現(xiàn)代地理信息技術(shù) 的天地人機(jī)信息一 體化網(wǎng)絡(luò)體系 (馬藹乃，2006),3

20、.3 地理信息工程與產(chǎn)業(yè) 3.3.1 幾個(gè)概念 (1)工程：以設(shè)想的目標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過有組織的活動(dòng)將某些現(xiàn)有實(shí)體轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品的過程。 (2)服務(wù)：具有無(wú)形特征，卻可給人帶來某種利益或滿足感，可供有償轉(zhuǎn)讓的一種或一系列活動(dòng)。 (3)產(chǎn)業(yè)(industry)：泛指一切生產(chǎn)物質(zhì)產(chǎn)品和提供勞務(wù)活動(dòng)的集合體。 工程和服務(wù)是技術(shù)的的延伸，是技術(shù)使用價(jià)值現(xiàn)實(shí)化的過程；產(chǎn)業(yè)是工程的具體實(shí)現(xiàn)。,3.3.2 地理信息工程與地理信息產(chǎn)業(yè) (1)地理信息工程(Geographic Information Engineering) 應(yīng)用地理信息科學(xué)知識(shí)和地理信息技術(shù)手段，通

21、過有組織的活動(dòng)，為用戶提供有使用價(jià)值的地理信息產(chǎn)品和地理信息服務(wù)的過程。 (2)地理信息產(chǎn)業(yè)(Geographic Information Industry) 從事地理信息資源的生產(chǎn)、開發(fā)、服務(wù)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，以及提供涉及這些活動(dòng)的各種設(shè)備、技術(shù)、服務(wù)、產(chǎn)品的各類機(jī)構(gòu)的集成。 地理信息產(chǎn)業(yè)涉及與地理信息相關(guān)的硬件裝備制造、軟件和系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)、系統(tǒng)集成以及信息與技術(shù)服務(wù)等方面。,4.地理信息科學(xué) Chapter 4 Geographic Information Science,4.1 地理信息科學(xué)產(chǎn)生的背景和基礎(chǔ) 4.1.1 地理信息技術(shù)背景 地理信息科學(xué)是一門技術(shù)推動(dòng)型的科學(xué)。 遙感技

22、術(shù) 全球定位技術(shù) 地理信息系統(tǒng)技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù),4.1.2 信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ) (1)信息科學(xué) 信息科學(xué)是研究信息及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合性科學(xué)。 研究對(duì)象信息； 研究?jī)?nèi)容信息的概念、度量、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法等； 研究工具計(jì)算機(jī)等技術(shù)為主要； 主要目標(biāo)擴(kuò)展人類的信息功能。 地理信息科學(xué)是信息科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，主要研究地球空間信息。信息科學(xué)的發(fā)展是推動(dòng)地理信息科學(xué)形成和發(fā)展的直接動(dòng)力，其中現(xiàn)代地理空間信息技術(shù)的作用尤其重要。,(3)系統(tǒng)科學(xué) 以系統(tǒng)思想為中心的一類新型的科學(xué)群，包括系統(tǒng)論、信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論以及運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程、信息傳播技術(shù)、控制管理技術(shù)等。

23、系統(tǒng)科學(xué)對(duì)地理信息科學(xué)形成和發(fā)展的影響 系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法對(duì)地球科學(xué)的思維模式和研究范式產(chǎn)生了重要影響； 受系統(tǒng)科學(xué)影響，地球科學(xué)分支學(xué)科都把研究對(duì)象看做一個(gè)系統(tǒng)，并導(dǎo)致地球系統(tǒng)科學(xué)的形成，擴(kuò)展了地球系統(tǒng)信息流的研究領(lǐng)域，加快了地理信息研究的發(fā)展； 系統(tǒng)工程為地理信息工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了最優(yōu)化運(yùn)作程序和實(shí)施方案。,4.1.3 地球系統(tǒng)科學(xué) 地球系統(tǒng)科學(xué)(Earth System Science)是從行星角度出發(fā)，將地球大氣圈、水圈、生物圈和固體地球看作一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)整體(地球系統(tǒng))，綜合研究該系統(tǒng)形成機(jī)制和變化規(guī)律，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和全球變化研究提供理論依據(jù)和調(diào)控方法的學(xué)科。 1979年

24、，世界氣候研究計(jì)劃(world climate research program，WCRP)提出了氣候系統(tǒng)(climate system)的概念，取代全球大氣研究計(jì)劃(global atmosphere research program，GARP)。1983年，在美國(guó)航空與航天管理局(NASA)顧問理事會(huì)的倡議下，成立了地球系統(tǒng)科學(xué)委員會(huì)(earth system science committee，ESSC)。, 地球系統(tǒng)科學(xué)研究的4個(gè)步驟 (1)地球系統(tǒng)觀測(cè)：空間觀測(cè)和地面觀測(cè)； (2)分析與解釋觀測(cè)數(shù)據(jù)：根據(jù)地球科學(xué)知識(shí)和理論，對(duì)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的歸類、換算、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比、挖掘，去偽

25、存真，為開展地球系統(tǒng)數(shù)值模擬提供依據(jù)； (3)建立概念模式和數(shù)值模式：建立能夠描述地球系統(tǒng)存在狀態(tài)和演化規(guī)律的數(shù)值模式，是地球系統(tǒng)科學(xué)理論研究的最主要內(nèi)容，也是最困難的環(huán)節(jié)； (4)驗(yàn)證模式并開展未來變化預(yù)測(cè)。 地理信息技術(shù)是地球系統(tǒng)科學(xué)研究的重要的手段和技術(shù)支持系統(tǒng)。,4.2 地理信息科學(xué)的基本問題 地理信息科學(xué)是一門研究地理信息的概念、機(jī)理、獲取、處理、分析和表達(dá)的科學(xué)。 地理信息的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、分類、表達(dá)與測(cè)度； 地球圈層問信息傳輸機(jī)制、物理過程及其增益與衰減以及信息流的形成機(jī)制； 地理信息的空間認(rèn)知及其不確定性與可預(yù)見性； 地理信息模擬物質(zhì)流、能量流和人流相互作用關(guān)系的時(shí)空轉(zhuǎn)換特征； 不

26、同類型地理信息的提取與轉(zhuǎn)換機(jī)制； 地理信息的尺度效應(yīng)； 地理信息獲取與處理的應(yīng)用基礎(chǔ)理論。, 地理信息流與地球內(nèi)部物質(zhì)流、能量流和人口流的關(guān)系, 地球科學(xué)通過研究地球系統(tǒng)的信息流來認(rèn)識(shí)和理解地球系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流和人口運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過對(duì)地球系統(tǒng)信息流的模擬獲得人地關(guān)系調(diào)控的科學(xué)依據(jù)。,4.3 地理信息科學(xué)學(xué)科體系 一門獨(dú)立的(成熟的)科學(xué)，應(yīng)該具備： 特有的理論體系； 特有的技術(shù)和方法論體系； 特有的實(shí)驗(yàn)手段； 特有的應(yīng)用領(lǐng)域。 地理信息科學(xué)萌芽于1970年代末(法國(guó)人Bernard Dubussion：geomatique)，經(jīng)過1980年代的發(fā)展(geo-spatial informati

27、on science，geoinformatics，spatial information science，etc.)，到1990年代初步形成(美國(guó)人F.Goodchild：geographic information science，)，學(xué)科體系尚在不斷完善之中。, 地理信息科學(xué)的學(xué)科體系(陳述彭，2000), 瓦倫紐斯計(jì)劃與地理信息科學(xué)體系(F.Goodchild，2000),Reading：One day of life with GISPanl A.Longley，etc.：Geographic Information Systems and Science，2005, One day

28、 of life with GIS 7:00 My alarm goes off The energy to power the alarm comes from the local energy company，which uses a GIS to manage all its assets(e.g.，electrical conductors，devices，and structures) so that it can deliver electricity continuously to domestic and commercial customers. 7:05 I jump in

29、 the shower The water for the shower is provided by the local water company which uses a hydraulic model inked to its GIS to predict water usage and ensure that water is always available to its valuable customers.,7:35 I open the mail A property tax bill comes from a local government department that

30、 uses a GIS to store property data and automatically produce annual tax bills. This has helped the department to peg increases in property taxes to levels below retail price inflation. There are also a small number of circulars addressed to me，sometimes called junk mail. We spent our vacation in Sou

31、thlands and Santatol 1ast year，and the holiday company uses its GIS to market similar destinations to its customer base - there are good deals for the Gower and Northampton this season.,The second item is a special offer for properly insurance，from a firm that uses its GIS to target neighborhoods wi

32、th low past-claims histories. We get less junk mail than we used to (and we dont want to opt out of all programs)，because geodemographic and lifestyles GIS is used to target mailings more precisely， thus reducing waste and saving time. 8:00 The other half leaves for work He teaches GIS at one of the

33、 city community colleges. As a lecturer on one of the colleges most popular classes he has a full workload and likes to get to work early.,8:15 I walk the kids to the bus stop 0ur children attend the local middle school that is three miles away. The school district administrators use a GIS to optimi

34、ze the routing of school buses. Introduction of this service enabled the district to cut their annual school busing costs by 16 and the time it takes the kids to get to school has also been reduced., 用于優(yōu)化校車路線的GIS,8:45 I catch a train to work At the station the current location of trains is displayed

35、 on electronic maps on the platforms using a real-time feed from global positioning(GPS) receivers mounted on the trains. The same information is also available on the Internet so I was able to check the status of trains before I 1eft the house. 9:15 I read the newspaper on the train The paper for t

36、he newspaper comes from sustainable forests managed by a GIS. The forestry information system used by the forest products company indicates which areas are available for logging， the best access routes，and the likely yield., 森林管理GIS,9:30 I arrive at work I am GIS Manager for the local City governmen

37、t. Today I have meetings to review annual budgets，plan for the next round of hardware and software acquisition，and deal with a nasty copyright infringement claim. 12:00 I grab a sandwich for lunch The price of bread fell in real terms for much of the past decade. In some small part this is because o

38、f their creasing use of GIS in precision agriculture. This has allowed real-time mapping of soil nutrients and yield，and means that farmers can apply just the right amount of fertilizer in the right location and at the right time.,6:30 Shop till you drop After work we go shopping and use some of the discount coupons that were in the morning mail. The promotion is to entice customers back to the renovat