第1章 从地理到地理信息科学课件

GeographicInformationScience（NanjingNormalUniversity）闾国年2020年7月《地理信息科学导论》第一章：从地理到地理信息科学地承千古人文精华理蕴万世自然法则南京师范大学地理信息科学系01contents目录0203地理现象的认知与表达地理信息科学的兴起地理信息科学与相关学科的关系地承千古人文精华理蕴万世自然法则地理现象的认知与表达ONEPART01地承千古人文精华理蕴万世自然法则地理信息是一切与地理空间位置相关的信息。——以地理空间位置为核心从地理到地理信息科学概念PartOne从地理到地理信息科学概念PartOne地理信息是一切描述与表达地理事物与地理现象的信息。——以地理事物与地理现象为核心信息表现形式是指信息内容的表达方式。信息内容包括时间、地点、人物、事物、事件、现象和场景。信息表现形式包括：文本、音频、视频、图形、图像等。地理信息表现形式包括：文本、音频、视频、图像、地图、图表等。从地理到地理信息科学表现形式PartOne文本图表图像地图音频视频文本图表图像音频视频地图地理信息是人类各类活动所必需的基础信息，是人类在长期生产实践过程中对空间、时间、事件、人物、事物、现象和场景的抽象描述与表达。人类所掌握信息的80%以上属于地理信息。它可以空间位置、地理事物、地理场景等来整合其他信息，是极其重要的信息资源。从地理到地理信息科学重要性PartOne

地理信息是经济活动的重要基础

是全面提升信息化水平的重要条件是加快转变经济发展方式的重要支撑

是战略性新兴产业的重要内容

是维护国家安全利益的重要保障

李克强总理指出（2012）:美国劳工部将地理信息与纳米、生物技术一起并列为本世纪劳动力就业高增长的三大产业地理信息是基础性、战略性重要信息资源从地理到地理信息科学重要性PartOne信息资源、实物资源和能量资源为现代文明的三大支柱，是当今世界经济建设的战略资源。党中央和国务院“关于加强信息资源开发利用工作的若干意见”中指出：“加强信息资源开发利用是推动社会经济全面发展的重要途径，是增强我国综合国力和国际竞争力的必然选择”。地理信息资源的开发利用对国民经济的发展、综合国力的增强、国家战略的实施都具有十分重要的意义！党的十八大报告指出：要“促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”；信息化是“四化”的重要内容，而且是其他“三化”同步发展的重要途径。从地理到地理信息科学重要性PartOne跨国集团加剧抢占地理信息市场：IBM、谷歌、苹果、微软等已涉足地理信息服务领域。国际知名企业纷纷进军中国地理信息市场：谷歌、微软、美国通用以成立合资公司方式抢占中国市场。国内金融资本大量涉足地理信息产业：北斗星通、超图软件等一批地理信息企业相继登陆资本市场。国内大型IT企业进入地理信息市场：互联网搜索企业、电子商务提供商、通信服务提供商、汽车厂商等纷纷进入地理信息市场。我国地理信息产业发展势头强劲，产值年增长率达20-25%以上。地理信息资源的开发利用引领全国数字城市、智慧城市建设！自人类文明萌芽以来，人类就不断探索着地理信息的采集、存储、分析、表达、传输、应用的技术与方法，从早期不精确象形文字的描述，到后来利用严密数学法则的图形记录，再到以现代科学技术为基础的数字化表达。从地理到地理信息科学地理现象的认知与表达PartOne岩画地图竹简地图丝帛地图纸质地图肢体动作文字语音绘画认知表达语言是人们进行交流沟通的各种表达符号。自然语言通常是指一种自然地随文化演化的语言，如我国的汉语、蒙古语、藏语、维吾尔语等，国际上的英语、俄语、阿拉伯语、日语、西班牙语、法语等。从地理到地理信息科学自然语言表达——地理学第一语言PartOne最古老的文字，不论是埃及的圣书字，两河流域苏美尔、巴比伦人使用的楔形字，我国汉字；还是西方克里特的表形字，都是从形似方式开始的，然后才一步步简化，最后才抽象成符号。而汉字则仍保持着象形字的特征。从地理到地理信息科学自然语言表达——地理学第一语言PartOne在认知地理现象的过程中，需要一种便于交流和传递地理信息的语言，以便表达和描述地理现象及其特征。自然语言便自然而然地担当起了这个重任，成为地理学的第一语言。自然语言现实了现实地理空间到抽象思维空间的形态变换。从地理到地理信息科学自然语言表达——地理学第一语言PartOne日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川。飞流直下三千尺，疑似银河落九天。横看成岭侧成峰，远近高低各不同，不识庐山真面目，只缘身在此山中。殷文丁时卜辞中一旬间之气象记录（左图为甲骨文原文，右图为卜辞译文）在古希腊，生活在公元前5世纪的希罗多德总结了前人游记、航海志等文字作品，从区域及其界限角度组织地理知识（图1.7）；在公园元年前后，斯特拉波完成17卷本《地理学》，构建了以区域的变化为核心的方法论。自然语言表达——地理学第一语言PartOne从地理到地理信息科学古希腊学者希罗多德古希腊学者斯特拉波《春秋》一书中记载了公元前722-公元前479年200多年间鲁国的水旱情况；《禹贡》更是一部重要的古代地理著作，全书1200余字，分九州、导山、导水、五服4个部分，依据河流、山脉、海洋的自然分界将国土划分为九州，表达了自然区划思想的萌芽。从地理到地理信息科学自然语言表达——地理学第一语言PartOne明代地理学家、旅行家徐霞客更是通过亲身经历，用生动的语言描述了祖国丰富的自然资源和地理景观，他的名著《徐霞客游记》流传至今。《徐霞客游记》写有天台山、雁荡山、黄山、庐山等名山游记17篇和《浙游日记》、《江右游日记》、《楚游日记》、《粤西游日记》、《黔游日记》、《滇游日记》等著作。《徐霞客游记》主要按日记述作者1613年至1639年间旅行观察所得，对地理、水文、地质、植物等现象，均做了详细记录。自然语言表达——地理学第一语言PartOne从地理到地理信息科学绘画是一种可以共享的特殊语言。在文字出现以前，绘画就已经用于表达感情、记载事件了。岩画就是石器时代的一种石刻文化。人类祖先以石器作为工具，以图画形式在岩壁上描绘、记录当时的生活环境、生产方式或重大事件。1963年，考古学家在土耳其的一处史前遗址中发现了一幅岩画，内容是城镇的平面图。这幅岩画全长约375厘米。根据放射性碳同位素C14年代测定，岩画完成的时间约在公元前6200年，这比楔形文字的出现还要早2700年。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学土耳其新石器时代的岩画地图印度岩画贺兰山岩画随着文明的进程，原始的绘画逐渐分化，一支演化成象形文字，一支成为美术的先驱，还有一支在测量技术方法支持下发展成平面图和地图。测量工具的发明和使用可追溯到人类文明初期。在中国古代神话中的人类始祖伏羲和女娲时代，就已经有测量角度的规和丈量长度的矩了，规矩既是生产工具，也是社会秩序的象征。出现了绘制在木板上和绢帛上的地图。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学长沙马王堆三号汉墓出图的绘制在绢帛上《长沙国深平防区地形图》甘肃天水放马滩秦墓出土的绘制在松木板上的地图所有地理现象都有特定的时空位置。确定和表达地理事物与地理现象的时空位置是人类活动的基本需求。地名、地址和兴趣点是最常用的一种确定地理位置的方法，在自然语言描述地理现象时广为使用。地名是人们赋予某一特定空间位置上自然或人文地理实体的专有名称，而地址则是地理实体的具体的空间位置。兴趣点则是人们感兴趣或特别关注的事物。每当提及一个大家熟知的地名时，它所包含的地理实体的文化内涵和地理位置就会映现在人们的大脑中。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学地名地理实体的名称名地址位置的描述址兴趣点位置关联的事物（名称）事物（名）利用地名进行空间定位虽然直观、易记，但是有时定位的不够精确。如南京的江宁，可以江宁区、江宁区政府所在地；可以使江宁镇、江宁镇政府所在地；也可以是江宁街道、江宁街道政府所在地。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学为了准确地确定地理事物的位置，就需要建立具有严密数学基础的坐标系统。早在公元前3世纪，埃拉斯托塞尼斯就认为地球是圆的，地球上的海洋实际是连成一体的，他第一个提出向西航行可以到达印度。公元2世纪的天文学家托勒密也提出地圆说。最早认为必须以经纬度位置为基础才能精确绘制世界地图的是公元前2世纪时的古希腊学者希帕库。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学1954北京坐标系参考椭球：Krassovsky椭球大地原点：前苏联普尔科沃天文台Z轴：平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向X轴：在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向Y轴：与Z、X轴构成右手直角坐标系ZXY地球质心赤道JYD19681980西安空间直角坐标系参考椭球：1975国际椭球大地原点：陕西泾阳县永乐镇Z轴：平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向X轴：在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向Y轴：与Z、X轴构成右手直角坐标系地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学ZXY赤道CTPWGS84坐标系参考椭球：WGS-84椭球原点：地球质心Z轴：BIH1984定义的协议地球极（CTP）X轴：BIH1984的零子午面与CTP赤道的交点Y轴：与Z、X轴构成右手直角坐标系WGS84坐标系CGCS2000（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000）是2000国家大地坐标系，属于地心大地坐标系统，以ITRF97参考框架为基准，参考框架历元为2000.0。咨询沈飞地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学地球是一个不规则的椭球体，即便是假想为规则椭球体的数学曲面，也是不可展曲面。地图投影（mapprojection）的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B,L）与地图上相对应的平面直角坐标（X,Y）之间一一对应的函数关系。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学公元2世纪，托勒密在希帕库的经纬度网基础上，建立了地图投影，利用已有的地理资料绘制了世界地图。托勒密所著8卷本《地理学指南》是一部影响深远的著作，其第一卷讲的是地图投影，第八卷是世界各部分的地图。托勒密地图投影方法为精确编绘地图奠定了基础。托勒密总结了希腊古代天文学的成就，把自希腊天文学家阿波隆尼以来用偏心圆或小轮体系解释天体运动的地球中心说加以系统化和论证。地心体系，是认为地球静止居于宇宙的中心，太阳、月球、行星和恒星都是围绕地球转动的学说，又称“地球中心说”、“地心说”。地图表达——地理学第二语言从地理到地理信息科学地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学正轴横轴斜轴圆锥圆柱方位地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学16世纪，荷兰出现了一位地图发展史上划时代人物墨卡托。墨卡托的主要贡献是建立了墨卡托投影，这是一种将航海时重要的等角航线投影为直线的地图投影；第一次将世界完整地表现在同一幅地图上。地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学h＝H+N高程：表示地球上一点至参考基准面的距离，它和水平量值一起，统一表达点在三维空间的位置。高程基准：包括高程起算基准面和相对于这个基准面的水准原点(基点)高程。为了准确地确定地理事物的三维空间位置，还需要建立高程系统。补充一张全国的三维模型地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学我国常用高程基准1956年黄海高程基准依据1950-1956验潮平均海面，原点在青岛市象山，H＝2.289m1985国家高程基准以1952-1979验潮资料，以青岛验潮站的平均海面重新计算，高程为H＝72.260m吴淞高程基准（长江流域使用）以一个比实测水位略低的高程为“0”高程－吴淞零点，民国10年在基准标石约300m处设立永久点，高程为5.1054m地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学中国古代人们的宇宙观是“天圆地方”，这是古人对天和地观察的直觉印象的概括。与托勒密同时代的裴秀提出了“制图六体”和计里画方理论，是中国古代地图制图发展的重要里程碑。南宋时期采用计里画方绘制的“禹迹图”。制图六体是中国最早的地图制图学理论，它正确的阐明了地图比例尺、方位和距离的关系，对中国西晋以后的地图制作技术产生了深远的影响。一为"分率"，用以反映面积、长宽之比例，即今之比例尺;二为"准望"，用以确定地貌、地物彼此间的相互方位关系;三为"道里"，用以确定两地之间道路的距离;四为"高下"，即相对高程;五为"方邪"，即地面坡度的起伏;六为"迂直"，即实地高低起伏与图上距离的换算。裴秀（224-271）禹迹图（南宋）地图表达——地理学第二语言PartOne从地理到地理信息科学美国前地理学家协会理事长，苏珊、汉森在《改变世界的十大地理思想》一书中说地图是改变世界的十大地理思想方法之一。它以科学的符号系统、地图投影和综合方法来表达复杂地理世界的空间结构和空间关系，成为人类文明史上的伟大创想。地图构建了世界，而非复制世界美国学者丹尼斯·伍德在《地图的力量》一书中说：“地图所赋予我们的现实，超出我们的视野、我们的掌握、我们的时间，那是一种我们别无他法可以获得的现实。地图使过去与未来得以呈现在我们面前，它使我们的生活成为可能。”地图作为地理学的第二语言，具有数学语言的精确性和图形语言可视性特点，现实了地理空间到形象空间的形态变换。地图能够准确表达地理现象的空间位置和格局，直观反映空间分布及其变化。地理信息系统——地理学第三语言PartOne从地理到地理信息科学1939年，美国依阿华州立大学教授阿塔纳索夫发明阿塔纳索夫-贝利计算机（Atanasoft-BerryComputer，简称ABC），开启了数字化时代的大门。随后，冯·诺依曼与莫尔小组合作，在研制EDVAC计算机的同时，提出研制电子计算机的基础性方案，被誉为计算机之父。20世纪50年代后期，美国华盛顿大学几位学者开始尝试利用电子计算机绘制地图，并取得了成功。电子计算机的发明人约翰·阿塔纳索夫（1903-1995）计算机的之父冯·诺依曼（1903-1957）地理信息系统——地理学第三语言PartOne从地理到地理信息科学1937年，美籍奥地利生物学家贝塔朗菲提出一般系统论原理，奠定了系统科学的理论基础，并在此基础上于20世纪50年代创立系统论。1948年和1949年，美国数学家香农发表论文《通信的数学理论》和《在噪声中的通信》，提出信息熵的数学公式，量化描述了信息的传输和提取问题，创立了信息论。1948年，美国应用数学家维纳出版《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，明确提出控制论的两个基本概念——信息和反馈，揭示了信息与控制规律，创立了控制论。地理信息系统——地理学第三语言PartOne从地理到地理信息科学在计算机技术和信息论、控制论、系统论等科学思想推动下，一种新的表达地理现象的形式地理信息系统出现了。1963年，国际著名的地图学家加拿大罗杰·汤姆林森博士为了更有效地存储、分析和利用加拿大土地统计局收集的关于土壤、农业、休闲、野生动物、水禽、林业和土地利用数据，开始开发第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS）。GIScienceGISystemGIService60年代诞生了第一个国家级GIS系统——加拿大CGIS，目的是将地图变成数字形式的地图，便于计算机处理和分析20世纪80年代20世纪90年代国际著名GIS软件ArcGIS国产著名GIS软件SuperMAP、MapGISGIS自诞生以来，就一直在地理学、地球科学、地球系统科学领域进行应用地理信息系统——地理学第三语言PartOne从地理到地理信息科学地理信息系统是一种地理信息采集、存储、处理、分析、表达、传输、共享的综合性技术系统。地理信息系统被称为地理学的第三语言，既具有数学语言的精确性、图形语言的可视性，也具有空间分析的灵活性特点，现实了地理空间，到抽象思维空间，再到形象空间的变换。地理信息系统——地理学第三语言PartOne从地理到地理信息科学ServiceGIS三维GISWebGIS二维GIS移动GIS萌芽期过热期低谷期复苏期成熟期成熟度关注度2年以内2~5年10年以上出现时间：AIGISVRGIS5~10年雾GIS大数据GIS物联网GIS视频GIS云GIS语义GIS区块链GIS地理信息科学的兴起TWOPART02地承千古人文精华理蕴万世自然法则地理信息科学是一门非常年轻的学科，它继承了地理学、地图学、测绘科学等学科发展成果。计算机通信技术、航空航天等技术的发展，尤其遥感的出现，不仅拓展了测绘成图、地理信息获取的手段，而且成果可广泛用于国民经济各行各业。最近几十年，计算机与通信技术等现代科学技术的迅速发展，地理信息的时代到来了。地理学进入了定量化、模型化时代。这些，最终推动了地理信息科学这门新的学科的诞生与发展。地理信息科学的兴起总体情况PartTwo地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo全球变化问题二战以后，随着科学技术的进步，全球经济发展促进了的工业化和信息化，但同时也遇到了一系列令人关注的全球性问题，如温室气体增加，气温升高、海面上升，人口增长过快、资源短缺、环境恶化，灾害频发等。全球化的格局促使人类必须以全球视角来研究和解决面临的问题。温度距平(℃)年地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo地缘政治问题地理信息科学的兴起学科发展需求自然灾害问题地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo环境污染问题地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo全球疫情与健康问题地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo为了应对各种全球性的问题、实现可持续发展，就需要观测和研究全球资源环境状况，提出应对策略并对策略实施进行不断监控和修正。而地理学的相关理论和技术为解决这些问题提供了强有力的手段。地理信息分析处理、全球性对地观测等技术被广泛应用。全球各国对地观测卫星地理信息科学的兴起学科发展需求PartTwo现代地理学发展的需要三元世界的出现，地理学不仅要研究地理现象在物理世界、人文世界，还需要研究在虚拟世界的时空分布、演化过程和要素间的相互作用机制。46三元世界自然地理学自然地理要素要素关系自然地理综合体物理世界人文世界自然科学人文社会科学地理学视角三元世界人文地理学人地关系人文地理要素地域综合体互联网社区人机交互物联网工程技术信息世界信息地理学三元世界地理综合体要素关系信息地理要素地理信息科学的兴起学科发展需求地球系统科学：推荐优先发展的7个项目之5：一个实施数据清洗、数据分析和定量建模的信息系统重新发现地理学：GIS是地球系统的数字表述中，最活跃、最有影响力的焦点未来地球计划：需要建立一个强大的信息系统，聚集几世纪的数据和知识、新的观测和模型模拟数据、并能够提供一系列集成化、跨学科的数据集，指标化、可视化、场景化的信息产品有效支撑了地球系统科学的发展对美国地理学的复兴起到了重要作用也将成为未来地球计划的重要支撑地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇计算机网络技术按照覆盖的地理范围：局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。按照通信方式：有线网络和无线网络。按照通信协议：互联网、因特网、万维网、移动互联网。按照应用类型：政务内网、政务外网、互联网、专线网、物联网等。地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇计算机网络软硬件体系结构分布式结构：C/S、B/S、WebService、GridService、Cloud、Web3.0集群与多核结构：OpenMP、MPI、Map/Reduce、DryadGPU结构：CUDA、CG、GLSL冯.诺依曼的计算机总线结构地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇数据存储管理1）文件系统

如：dxf；Esrifilegeodatabase2）关系型数据库/对象关系型数据库如：PostGIS,Oraclespatial3）面向大数据的新型数据库管理：如：NoSQL(如：MongoDB)、NewSQL(如：MySQLCluster）数据存储硬件/介质1）软盘

容量：xM字节2）光盘容量：xG字节3）硬盘/移动硬盘容量：xT字节4）磁带容量：xM～xT字节5）前沿DNA生物存储高效、存储量大、存储时间长、易

获取且免维护地理信息科学的兴起图像处理技术的发展新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇图像处理实时化立体化智能化高分辨率植入芯片新理论新算法地理信息科学的兴起图形技术的发展新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇图形计算（布尔运算等)图形建模（体、表面）图形分析模拟（声音、气流等）真实感图形渲染图形动画图形人机交互图形处理技术图形数据结构地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇科学计算可视化地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇虚拟现实VR/增强现实AR/混合现实MR地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇云计算边缘计算计算技术地理信息科学的兴起人工智能技术的发展——专家系统新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇推理方法知识表达地理信息科学的兴起人工智能技术的发展——深度学习新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起工业革命以前人类经过漫长的演化，发展出来语言这种短距离、同时空的信息传播技能，稍后各地区人类在语言和绘画的基础上发明了文字，信息具有了长距离传输与隔代传输的功能；随着电磁理论的技术逐渐成熟，有线电报、传真、有线电话、广播等的出现，信息网络通信传输进入了模拟通信时代。1960年（回声一号）第一颗通信卫星的升空，信息网络通信传输技术翻开了新的一页，这一历史创举完成了卫星通信得以实现、光纤传输得以发明、数字通信开始实现的三大突破回声一号新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起随着计算机和互联网的发展，使得网络成了主要的信息传输的主要方式，信息传输进入数字通信时代。1G为模拟通信系统，主要制式有AMPS（AdvancedMobilePhoneService）、NMT（NetworkedMediaTank）、TACS（TotalAccessCommunicationsSystem），1987年我国在广东全运会上正式启动移动通信系统。如摩托罗拉8000X，即俗称“大哥大”；1G于1999年正式关闭。新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起2G进入数字通信（蜂窝通信）系统，1995年进入了2G的通讯时代。主要制式有GSM（GlobalSystemForMobileCommunications）、TDMA（TimeDivisionMultipleAccess时分多址）、CDMA（CodeDivisionMultipleAccess码分多址）、PDC（PersonalDigitalCellular）与iDEN（ntegratedDigitalEnhancedNetwork），相较而言，第二代移动通信具备高度的保密性，增加了系统容量，能实现手机上网。如诺基亚7110，支持WAP。2.5G是介于2G和3G之间，包括HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙(Bluetooth)、EPOC等技术。2.75G其实就是移动的EDGE网络，它是从GPRS网络平滑过渡而来的，能提供高达150Kbps的上网速度，但其仍然属于GSM网络。新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起3G是在新频谱上制定的新标准，解决大数据传输速率过低问题。3G制式主要有WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess，宽带码分多址）、CDMA2000(CodeDivisionMultipleAccess2000)、TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，时分同步码分多址）、WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点。如苹果、联想、华硕等。4G是指第四代无线蜂窝电话通讯协议，能够传输高质量视频图像以及图像传输质量，能够实现100+Mbps下载速度，主要制式有（LTELongTermEvolution，长期演进）、TD-LTE（TimeDivisionLongTermEvolution，分时长期演进）、FDD-LTE（TimeDivisionDuplexing-LongTermEvolution频分双工长期演进），目前全球运营商已经广泛部署。如Android、苹果ios、windows移动设备。新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起5G是由国际电信联盟组织（ITU）制订的第五代移动通信标准，IMT-2020。5G将不再单纯地强调峰值传输速率，而是综合考虑峰值速率，用户体验速率，频谱效率等八项技术指标。5G通信最关键的三个需求维度是时延、吞吐量及连接数，分别对应1、10、100，即1ms的E2E时延，10Gbps的小区吞吐量，以及每平方公里100万连接。5G网络的主要优势在于，数据传输速率最高可达10Gbit/s，比4GLTE快100倍。网络延迟低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇地理信息科学的兴起新技术发展驱动——计算机通信技术带来的机遇目前信息网络通信传输技术已广泛应用于地理信息技术中。移动网络的普及为地理信息技术提供了丰富的用户与数据；光传输的发展保障了海量的地理数据进行实时有效的传输；随着遥感观测硬件设备性能的快速提升和信息网络通信传输技术的发展，对地高空间分辨率和高光谱分辨率的卫星图像拍摄以及调整率大容量观测数据的传输不再是难点，对地观测数据的增长也十分迅速。

卫星空间运载工具宇宙飞船

航天飞机飞机遥感平台空中运载工具

气球遥感用汽车

地面运载工具地面塔、架遥感用艇船

普通相机

照相机条幅式相机全景相机

被动式多波段相机电子扫描仪

遥感器

扫描仪光学机械扫描仪电荷耦合器件

侧视雷达真实孔径雷达

主动式合成孔径雷达

全景雷达

空间信息采集系统空间科学技术以航天技术为基础，包括空间飞行、空间探测和空间开发等几个方面。它不仅能揭示宇宙奥秘，而且也给人类带来巨大的利益。二战以后，随着火箭技术的发展，人类对太空的观测和研究更加活跃起来。空间科学与技术得到了快速发展。地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动国际卫星体系：

气象卫星资源卫星海洋卫星导航卫星通信卫星军事卫星环境卫星航天飞机宇宙飞船地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动我国的卫星体系：气象卫星(风云一号极轨气象卫星A、B、C、D)(风云二号地球同步气象卫星A、B)资源卫星（资源1号、2号，3号、4号）海洋卫星（海洋1号）导航卫星（北斗导航系列）通信卫星（通信卫星系列）军事卫星（JB1甲-16、JB2、JB3、JB4、JB5）环境与灾害卫星（环保1-8）宇宙飞船（神州1-6）地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动请吕恒完成传感器分类地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动请吕恒完成传感器分类可见光波段的TM影像马瑞马力火场热红外影像2015年10月强台风“彩虹”的红外云图高分三号卫星获取的雷达图像地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动请吕恒完成传感器分类物联网：以网络为信息传递载体，实现物与物（物与人、人与物）之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统智能对地观测卫星系统（IEOS）的体系结构智能传感器网络即插即用组件与协议地理信息科学的兴起新技术发展驱动——空间科学技术的强劲驱动地理信息科学的兴起新技术发展驱动——地理信息高新技术的形成请吕恒完成传感器分类地理信息技术核心是3S技术，即地理信息系统GIS、遥感技术RS、定位导航技术GNSS。地理信息高新技术不仅采用3S技术，以及测量、制图等地理信息技术，对地理信息资源进行采集、加工、开发、应用，而且更广泛利用了如航空航天技术、空间数据库技术、软件工程技术、高速通信技术、云计算大数据技术、虚拟现实技术、人工智能技术等当前高新技术中最前沿、最尖端的技术。特别是随着网络通信技术、空间定位导航技术、地球系统科学的发展，地理信息高新技术不断突破。地理信息科学与相关学科的关系THREEPART03地承千古人文精华理蕴万世自然法则地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地理学地理信息科学最显著的特征是时空特性，不仅可以有效地管理具有时空特性的各类地理数据，提供地理问题求解的技术支持，还可以对地理环境管理和地理工程实践开展快速和可重复的测试分析和模拟分析，进行辅助规划决策。地理信息科学是一门前沿学科、交叉学科，是在地球系统科学、空间科学、信息科学基础上，不断应用现代制图、数据库、图形学等新技术，广泛服务于科学研究、城市管理、资源开发、环境监测、生态保护、国防建设等领域，是当前计算机应用领域与信息产业中最具活力、最有发展前景的学科。

遥感、定位、通信、物联网、大数据、

GIS等技术地理信息科学地理学与地球系统科学信息科学技术空间科学技术地图/制图数据库计算机图形/图像交通管理资源开发城市规划环境保护国防建设核心技术方法产业应用基础理论社会服务灾害应急民生保障地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地理学地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地理学地理学是地理信息科学的主要支撑学科，可以认为地理信息科学是地理学的二级学科；我国的地理学本科教育阶段，下设了地理教育、自然地理与自然资源、人文地理与城乡规划、地理信息科学4个专业；在研究生教育阶段，地理学下设有自然地理学、人文地理学、地图学与地理信息系统3个专业。测绘科学与技术是研究地球和其他实体与时空分布有关信息的采集、存储、处理、分析、管理、传输、表达、分发和应用的科学与技术。测绘科学与技术的研究内容：探测地球和其他实体的形状与重力场，以及空间定位的理论与方法利用各种测量仪器、传感器获取地球及其他实体与空间分布相关信息制成各种地形图和专题图地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与测绘科学与技术地理信息科学与相关学科的关系大地测量学是研究建立和维护高精度测绘基准与测绘系统而进行的确定空间点位置、地球形状、重力场等及其随时间和空间变化的理论和技术的学科。地理信息科学与测绘科学与技术地理信息科学与相关学科的关系摄影测量与遥感是一门通过摄影手段，利用摄影测量系统对影像进行处理，在重建地表三维立体模型基础上进行测量，从而获得对被测物体的位置、形状大小、属性等性质的学科。地理信息科学与测绘科学与技术地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与测绘科学与技术地图制图是研究地图及其编制和应用的一门学科。研究如何用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布，相互联系及其动态变化，包括地图投影、地图编制、地图整饰、地图制印等。地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地球系统科学地球系统科学是从行星角度出发，将地球大气圈、水圈、生物圈和固体地球看作一个相互联系的有机整体——地球系统，综合研究该系统形成机制和变化规律，为区域可持续发展和全球变化研究提供理论依据和调控方法的学科。地球系统科学研究的目：了解地球系统所涉及的过程；理解地球系统各组成部分之间的相互联系与相互作用；维持对人类充足的自然资源供给；防御和减轻各类自然灾害；调节全球环境变化；获取不同空间尺度的对地球系统的科学理解地球系统科学的研究方法：地理现象观测、信息采集和数据积累；数据的分析和解释，从物理、化学和生物学规律出发，建立有关地球过程的定量关系；概念模型和数值模型建立及模型验证，并应用于对未来的变化趋势进行预测预报。地球系统科学的信息的可视化表达和虚拟现实呈现。地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地球系统科学2004年第二届地球观测部长级峰会如期在日本东京召开,一致通过了全球对地观测系统(GEOSS，GlobalEarthObservationSystemofSystems)及9大发展目标：减少自然与人为灾害造成的生命财产损失;了解环境因素对人类健康和生命的影响;改善对能源资源的管理;认识、评估、预测、减轻并且适应气候变化;更好地了解水循环过程,改进水资源管理;改进气象信息,天气预报和预警;提高对陆地、海岸、海洋生态系统的保护和管理;支持可持续农业发展,减少荒漠化;了解、监测和保护生物多样性对地观测的关键领域为:气象领域,通过提高气象信息和长期预报的精度获取更大的成功。陆地、水体、气候、冰和海洋：通过与国际减灾组织一致的国际观测与早期预警系统，认识自然灾害。通过开展与世界气候研究计划(WCRP)和全球气候监测系统(GCOS)所支持的与联合国气候变化框架一致的气候监测认识和研究气候。通过全球海洋观测系统(GOOS)进行海洋监测、建模和预测。综合地球观测系统伙伴(IGOS-P)所提出的一系列观测主题,包括:海洋、碳循环、水循环、地壳运动、海岸带(含珊瑚礁)、大气化学、以及陆地/生物圈。地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与地球系统科学地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与未来地球计划自然科学与人文科学相脱节人类活动和社会发展对地球系统的强迫研究薄弱地球系统科学不完善科学研究与实际应用相脱节用户充分参与和成果应用机制不健全科学研究与管理决策相脱节高层决策对科学研究的设计和成果应用关注不够科学研究与可持续发展相脱节科学研究对可持续发展支持不力可持续发展形势依然严峻未来地球计划地理信息科学与相关学科的关系地理信息科学与未来地球计划DynamicPlanet:Understandingthesystem&predictingchangesGlobalDevelopment:addressingpressingshort-termneedsofhumandevelopmentTransformationtowardsSustainability:developinglong-termtransitions“未来地球”科学计划三大研究主题地球动力学全球发展可持续性转型八项重要能力：地球观测系统数据共享系统地球系统模式发展地球系统科学理论综合与评估能力建设与教育信息交流科学与政策沟