gis原理與應用電子教案1

1、第一章 地理信息系統(tǒng)的科學基礎,一、含義 地球系統(tǒng)科學（Earth System Science）是研究地球系統(tǒng)的科學。地球系統(tǒng)，是指由大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈（包括人類自身）等四大圈層組成的作為整體的地球。它包括了自地心到地球的外層空間的十分廣闊的范圍，是一個復雜的非線性系統(tǒng)。,第一節(jié) 地球系統(tǒng)科學,二、研究問題 就解決人類當前面臨的人與自然的問題而言，如氣候變暖、臭氧洞的形成和擴大、沙漠化、水資源短缺、

2、植被破壞和物種大量消失等，已不在是局部或區(qū)域性問題。就學科內(nèi)容而言，它已遠遠超出了單一學科的范疇，而涉及大氣、海洋、土壤、生物等各類環(huán)境因子，又與物理、化學和生物過程密切相關(guān)。因此，只有從地球系統(tǒng)的整體著手，才有可能弄清這些問題產(chǎn)生的原因，并尋找到解決這些問題的辦法。從科學技術(shù)的發(fā)展來看，對地觀測技術(shù)的發(fā)展，特別是由全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）組成的對地觀測與分析系統(tǒng)，提供了對整個地球進行長期的、立體監(jiān)測

3、能力，為收集、處理和分析地球系統(tǒng)變化的海量數(shù)據(jù)，建立復雜的地球系統(tǒng)的虛擬模型或數(shù)字模型提供了科學工具。,第一節(jié) 地球系統(tǒng)科學,三、方法 由于地球系統(tǒng)科學面對的是綜合性問題，應該采用多種科學思維方法，這就是大科學思維方法。 1、系統(tǒng)方法，是地球系統(tǒng)科學的主要科學思維方法。這是因為地球系統(tǒng)科學本身就是將地球作為整體系統(tǒng)來研究的。這一方法體現(xiàn)了在系統(tǒng)觀點指導下的系統(tǒng)分析和在系統(tǒng)分析基礎上的系統(tǒng)綜合的科學認識的過程。 2、分析與

4、綜合統(tǒng)一的方法，從地球系統(tǒng)科學的概念和所要解決的問題來看，這也是地球系統(tǒng)科學的科學思維方法。包括從分析到綜合的思維方法和從綜合到分析的思維方法，實質(zhì)上是系統(tǒng)方法的擴展和具體化。 3、模型方法，針對地球系統(tǒng)科學所要解決的問題及其特點，建立正確的數(shù)學模型，或地球的虛擬模型、數(shù)字模型，是地球系統(tǒng)科學的主要科學思維方法之一。這對研究地球系統(tǒng)的構(gòu)成內(nèi)容的描述、過程推演、變化預測等是至關(guān)重要的。,第一節(jié) 地球系統(tǒng)科學,關(guān)于地球系統(tǒng)科學的研究內(nèi)容

5、，目前得到國際公認的主要包括氣象和水系、生物化學過程、生態(tài)系統(tǒng)、地球系統(tǒng)的歷史、人類活動、固體地球、太陽影響等。 地球系統(tǒng)科學是研究組成地球系統(tǒng)的各個圈層之間的相互關(guān)系、相互作用機制、地球系統(tǒng)變化規(guī)律和控制變化的機理，從而為全球變化預測，解決人類面臨的問題建立科學基礎，并為地球系統(tǒng)科學管理提供依據(jù)。,第一節(jié) 地球系統(tǒng)科學,第二節(jié) 地球信息科學,一、含義 地球信息科學（Geo-Informatics, 或 Geo Infor

6、mation Science, 簡稱 GISci）是地球系統(tǒng)科學的組成部分，是研究地球表層信息流的科學，或研究地球表層資源與環(huán)境、經(jīng)濟與社會的綜合信息流的科學。就地球信息科學的技術(shù)特征而言，它是記錄、測量、處理、分析和表達地球參考數(shù)據(jù)或地球空間數(shù)據(jù)學科領(lǐng)域的科學。,第二節(jié) 地球信息科學,二、問題 地球信息科學屬于邊緣學科、交叉學科或綜合學科。它的基礎理論是地球科學理論、信息科學理論、系統(tǒng)理論和非線性科學理論的綜合，是以信息流

7、作為研究的主題，即研究地球表層的資源、環(huán)境和社會經(jīng)濟等一切現(xiàn)象的信息流過程，或以信息作為紐帶的物質(zhì)流、能量流，包括人流、物流、資金流等等的過程。這些都被認為是由信息流所引起的。 信息流程都明顯表示為： 信息獲取→存儲檢索→分析加工→最終視覺產(chǎn)品 在信息時化、網(wǎng)絡化時代 ： 信息獲取→存儲檢索→分析加工→最終視覺產(chǎn)品→信息服務,第二節(jié) 地球信息科學,三、方法 地球信息科學的主要

8、技術(shù)手段包括遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、和全球定位系統(tǒng)（GPS）等高新技術(shù)，即 “3S”技術(shù)?；蛘哒f，地球信息科學的研究手段，就是由 RS、GIS 和 GPS 構(gòu)成的立體對地觀測系統(tǒng)。其運作特點是，在空間上是整體的，而不是局部的；在時間上是長期的，而不是短暫的；在時序上是連續(xù)的，而不是間斷的；在時相上是同步的、協(xié)調(diào)的，而不是異相的、分屬于不同歷元的；在技術(shù)上不是孤立的，而是由 RS、GIS 和 GPS 三種技術(shù)集成的。它們共同

9、組成對地觀測系統(tǒng)的核心技術(shù)。 在對地觀測系統(tǒng)中，遙感技術(shù)為地球空間信息的快速獲取、更新提供了先進的手段，并通過遙感圖象處理軟件、數(shù)字攝影測量軟件等提供影像的解譯信息和地學編碼信息。地理信息系統(tǒng)則對這些信息加以存儲、處理、分析和應用，全球定位系統(tǒng)則在瞬間提供對應的三維定位信息，作為遙感數(shù)據(jù)處理和形成具有定位定向功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、具有導航功能的地理信息系統(tǒng)的依據(jù) 。,第三節(jié) 地理信息科學,一、含義 地理信息科學

10、（Geographic Information Science）是信息時代的地理學，是地理學信息革命和范式演變的結(jié)果。它是關(guān)于地理信息的本質(zhì)特征與運動規(guī)律的一門科學，它研究的對象是地理信息，是地球信息科學的重要組成成分。,第三節(jié) 地理信息科學,二、研究問題 地理信息科學主要研究在應用計算機技術(shù)對地理信息進行處理、存貯、提取以及管理和分析過程中所提出的一系列基本理論和技術(shù)問題，如數(shù)據(jù)的獲取和集成、分布式計算、地理信息的認知和表達、空間

11、分析、地理信息基礎設施建設、地理數(shù)據(jù)的不確定性及其對于地理信息系統(tǒng)操作的影響、地理信息系統(tǒng)的社會實踐等。并在理論、技術(shù)和應用三個層次，構(gòu)成地理信息科學的內(nèi)容體系。,第三節(jié) 地理信息科學,,第四節(jié) 地球空間信息科學,一、含義 地球空間信息科學(Geo Spatial Information Science 簡稱 Geomatics)是以全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)為主要內(nèi)容，并以計算機和通信技術(shù)

12、為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應用與地球和空間分布有關(guān)數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學和技術(shù)。,第四節(jié) 地球空間信息科學,二、發(fā)展 地球空間信息科學是地球科學的一個前沿領(lǐng)域，是地球信息科學的一個重要組成部分，是以“3S”技術(shù)為其代表，包括通信技術(shù)、計算機技術(shù)的新興學科。其理論與方法還處于初步發(fā)展階段，完整的地球空間信息科學理論體系有待建立，一系列基于“3S”技術(shù)及其集成的地球空間信息采集、存貯、

13、處理、表示、傳播的技術(shù)方法有待發(fā)展。,第四節(jié) 地球空間信息科學,三、術(shù)語 地球空間信息科學作為一個現(xiàn)代的科學術(shù)語，是 80 年代末 90 年代初才出現(xiàn)的。而作為 一門新興的交叉學科，由于人們對它的認識又各不相同，出現(xiàn)了許多相互類似，但又不完全一致的科學名詞，如：地球信息機理(Geo Informatics)、圖像測量學(Iconicmetry)、圖像信息 學(Iconic Informatics)、地理信息科學(Geogra

14、phic Information Science)、地球信息科學(Geo Information Science)等。這些新的科學名詞的出現(xiàn)，無一不與現(xiàn)代信息技術(shù),如遙感、數(shù)字通信、互聯(lián)網(wǎng)絡、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。,第四節(jié) 地球空間信息科學,四、與地球空間信息科學關(guān)系 地球空間信息科學與地理空間信息科學在學科定義和內(nèi)涵上存在重疊。甚至人們認為是對同一個學科內(nèi)容，從不同角度給出的科學名詞。 從測繪的角度理

15、解，地球空間信息科學是地球科學與測繪科學、信息科學的交叉學科。 從地理科學的角度理解，地球空間信息科學是地理科學與信息科學的交叉學科，即被稱之為地理空間信息科學。 地球空間信息科學的概念要比地理信息科學要廣，它不僅包含了現(xiàn)代測繪科學的全部內(nèi)容，也包含了地理空間信息科學的主要內(nèi)容，而且體現(xiàn)了多學科、技術(shù)和應用領(lǐng)域知識的交叉與滲透。研究的重點與地球信息科學接近，但它更側(cè)重于技術(shù)、技術(shù)集成與應用，更強調(diào)“空間”的概

16、念。,第五節(jié) 地理信息系統(tǒng),一、含義 地理信息系統(tǒng)是地球空間信息科學的重要內(nèi)容之一。它更多地強調(diào)在技術(shù)層面對地球空間信息的存儲、處理和空間分析利用。因而人們認為將地理信息系統(tǒng)稱之為一門空間信息管理和分析的技術(shù)更為合適。,第五節(jié) 地理信息系統(tǒng),二、特點 地理信息系統(tǒng)(GIS)作為一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是以采集、存貯、管理、分析和描述整個或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。