地球信息科学概论第1章

地球信息科学概论本章内容1.地球信息科学2.研究内容3.研究方法4.应用举例本章内容1.地球信息科学2.研究内容3.研究方法4.应用举例1.地球信息科学地球信息科学是一门由地球科学（简称地学）与现代信息科学技术交叉、融合、集成在一起的新兴学科；

是研究人类活动参与下的地球系统内信息流的科学。即不仅研究地表信息流，还要研究涉及大气圈、水圈、岩石圈和生物圈及圈层之间界面形成、演化和相互作用的信息流。两大学科（1）地球科学：有关地球的组成、结构、地质现象及其成因、运动发展规律。（2）信息科学与技术：有关地球信息的获取、表达、处理、分析、成果展现及传播等。1.1地球科学一、地球科学（EarthScience，ES地学）地学是对以地球为研究对象的学科的统称；（1）地球科学是系统研究地球物质的组成、运动、时空演化及其形成机制的学问。——中国地质大学1.1地球科学（2）地球科学是以地球系统(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。二、地球科学包括的学科地质学（矿物学、岩石学、古生物地层学、沉积学、构造地质学）地球物理学大气科学海洋学水文学气象学自然地理学地形学土壤学大地测量学环境科学地球化学地球系统科学等另外，地球科学也可看作是行星科学的一个分支。1.1地球科学1.2信息科学与技术一、信息科学（InformationScience,IS）研究对象：信息研究内容：信息的运动规律和应用方法研究工具：计算机等技术研究目标：扩展人类的信息功能信息科学是借助于计算机等技术，研究信息的运动规律和应用方法，从而扩展人类信息功能的一门新兴的综合性学科。信息科学由信息论、控制论、计算机科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相结合而形成的。1.2信息科学与技术二、信息技术（InformationTechnology，简称IT）信息技术是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（InformationandCommunicationsTechnology,ICT）。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。1.3关系地球信息科学与技术是信息科学与技术在地球科学中具体应用与实现；是信息科学与技术的重要组成部分（子集）。本章内容1.地球信息科学2.研究内容3.研究方法4.应用举例2.地球信息科学的研究内容2.1实例：罗骁兵——天池80年后可能消失，新疆人工造林“抢救”天池（2004-05-05）据中国科学院成都山地研究所的测算，自1992年以来，天池南岸已向湖心推进18米，湖水深度由10年前的平均100米降至目前的80米；南岸100多亩草场已经沙化，几乎变成不毛之地。按照目前的萎缩速度推算，天池可能在80年后消失。如何提出可行的整治方案？从地球信息科学的角度：1.在空间上，要界定影响湖水水位变化的所有地学实体的范围，如地表水的流域归属、地下水的补偿渠道、流域内植被的分布状况、蓄水能力以及水面下降和湖岸沙化之间的关系；2.在时间上，要界定原生态的水域面积、位置和形态，历年的水位变迁数据、湖面水位恢复的近期和远期期望值；3.在社会经济方面，要界定可能影响湖面水位变迁的人为因子，如人口、行政单元、产业结构、作物各类等。4.研究区边界确定及模型研究研究区边界：采用当地相应尺度的水文地质单元；影响因素：地形、地貌、水文、气象（自然条件）和土地利用现状的变迁等（人为因素）模型建立：根据研究区边界、影响因素，基于水文地质的自然规律建立过程模拟模型计算机模拟：编制或借助已有的有关地表水和地下水的计算机软件，对湖面水位的变迁进行不同时空尺度的模拟，查明湖面萎缩的进程和真实原因，然后提出不同的调控对策5.再经过计算机模拟后，选取合理的规划方案并付诸实施。2.地球信息科学的研究内容2.2地球信息科学的研究内容一、地球信息的时空认知及其不确定性与可预见性地球信息的时空认知理论；基于地学问题或过程不确定性的原始数据全方位采集模式；分布式多元异构数据的解析、集成及预测模型的构建。二、地球信息的结构、性质、分类与表达地学对象的空间属性、时间属性和拓扑属性；地球信息的整体性、多样性和相关性；多尺度地球信息的分布式管理和定制表达。2.地球信息科学的研究内容三、地球信息流的形成机理地球系统各圈层间信息物理构成、传输机制、及其演化规律，基于具体的地学问题或过程，逐步完善相关的信息图谱。地学信息图谱是指按照地学本身的规则分析综合后提取出来的能够反映地物某种时空规律的信息处理与显示方法,它的表现形式可以是地图、图表、曲线或图像。四、地球信息的动态模拟模拟不同时空尺度物质流、能量流和人流相互作用的关系的时空转换特征2.地球信息科学的研究内容五、地球信息的获取与处理的应用基础理论六、面向对象的信息模型建立七、针对具体问题或过程的信息全方位共享八、全过程动态模拟和地学可视化2.地球信息科学的研究内容2.3地球信息科学的支撑技术3S技术及信息、地学相关技术3S技术遥感（RemoteSensing,RS）全球定位系统(GlobePositioningSystem,GPS)地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)信息、地学相关技术地球物理探测技术：地震、磁法、电法、重力等地球化学探测技术：水、土、气相关的地球化学探测技术现代信息技术：网络技术、科学计算可视化技术、分布式异构数据解析技术、分布式数据库技术、数据挖掘和知识发现技术、虚拟现实技术、数据压缩和网络传输技术等。2.地球信息科学的研究内容2.4地球信息科学特点地球信息科学并不是一般意义上的3S或多S集成；不是地学信息的数字化、可视化；也不是面向特定专业的信息管理系统或决策支持系统，而是面向具体地学问题、地学过程的信息流动机理研究；建立一种跨时空、跨学科的基础数据整合机制，实现相关信息的全方位共享；是针对地学问题、地学过程的多源信息的深入分析、高度集成和全过程的动态模拟。主要研究手段是针对不同尺度地学问题、地学过程的全程动态模拟和地学可视化。本章内容1.地球信息科学2.研究内容3.研究方法4.应用举例3.地球信息科学的研究方法3.1信息获取一、专题属性信息根据具体地学问题及解决问题的具体方法采用不同的获取方式。例1：通过钻孔获取地下煤层的赋存状况地学问题：了解煤层的赋存状况解决方法：钻探获取方式：钻孔岩芯编录获取到的专题属性信息：钻孔所在位置的地层种类、各层的岩性、煤层上覆地层厚度、煤层的厚度、煤类、煤质、煤中夹矸层数；

通过相邻钻孔煤层的属性信息的分析，可以判断煤层的赋存状况。3.地球信息科学的研究方法二、空间信息地表：RS、GPS、测量等地下：在获得地表空间信息的基础上，通过特定的方法间接获取例2：例1中钻孔的孔口坐标通过测量方法得到；煤层在地下的位置通过孔口坐标及钻孔深度、钻孔弯曲参数换算得到。3.地球信息科学的研究方法3.2信息的处理通过可视化或数值模拟来实现一、空间信息GIS、自动制图系统等3.地球信息科学的研究方法二、非空间信息专业数学模型+GIS3.地球信息科学的研究方法三、信息处理流程为了满足应用需要，必须先对原始信息进行适当整理、处理与加工，最大限度地去除干扰噪声，突出有效信息；同时根据不同信源的特点和优势对多源信息进行综合分析与复合，达到较为准确地认识地球目标对象的目的。3.地球信息科学的研究方法地球信息的处理流程信息准备现有地图文本信息遥感信息航空像片野外观测地学专题数据已有数据信息输入跟踪、扫描键盘输入磁盘机输入磁带机输入解析测图仪数据筛选导入数据处理与更新图形：变换、编辑、整饰、拓扑建立、三维造型、渲染图像：几何处理、辐射校正、图像增强、分类处理属性：修改编辑、预处理、数据变换（数据模型）、数据挖掘、统计多源数据复合数据输出屏幕：数据、图表、图形磁盘：数据文件(文字、数据、图表、图形)打印机：文字报告、图表、图形绘图仪：二维、三维图形其他空间分析与查询地形分析、叠置分析、缓冲分析、网络分析…位置查询、属性查询、拓扑查询…空间数据库位置数据拓扑数据属性数据图1-1地球信息的处理与加工流程3.地球信息科学的研究方法地球信息的处理与加工流程如下：1.