地球信息圖譜

地球信息圖譜第1頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)2地球信息圖譜的定義和內(nèi)涵3地球信息圖譜的建立與傳輸理論4地球信息圖譜的應(yīng)用第2頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

地球信息圖譜地球信息圖譜是由遙感、地圖數(shù)據(jù)庫與地理信息系統(tǒng)的大量地球信息，經(jīng)過圖形思維與抽象概括，并以計(jì)算機(jī)多維動態(tài)可視化技術(shù)顯示地球系統(tǒng)及各要素和現(xiàn)象的宏觀、中觀與微觀的時(shí)空變化規(guī)律。同時(shí)經(jīng)過空間模型與地學(xué)認(rèn)知的深入分析研究，進(jìn)行推理、反演與預(yù)測，形成對事物和現(xiàn)象更深層次的認(rèn)識，有可能總結(jié)出重要的科學(xué)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上為經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展的宏觀規(guī)劃決策與環(huán)境治理、防災(zāi)減災(zāi)對策的制定，提供重要科學(xué)依據(jù)與明確的具體結(jié)論。第3頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

地球信息圖譜遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字地圖、計(jì)算機(jī)制圖與多媒體電子地圖等技術(shù)的迅速發(fā)展為地球信息的獲取、加工、顯示和傳輸提供了有效方法，而計(jì)算機(jī)技術(shù)及其人工智能為地球信息圖譜的信息分析處理、可視化、三維及動態(tài)顯示提供了技術(shù)手段。地球系統(tǒng)科學(xué)和地球信息科學(xué)的發(fā)展，為地球信息圖譜的研究奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，而數(shù)字地球的發(fā)展為地球信息圖譜的建立提供了非常豐富且取之不盡的信息源和數(shù)字地球的應(yīng)用需求。第4頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（1）地理信息圖譜的產(chǎn)生地球信息圖譜是在陳述彭院士的倡導(dǎo)下，以地球空間信息認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，以遙感、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)為支撐發(fā)展起來的一種時(shí)空復(fù)合分析方法論。第5頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（1）地理信息圖譜的產(chǎn)生

地球信息圖譜單元是地球信息圖譜的"基本功能單元體"，是由內(nèi)部性質(zhì)相對均一的地理區(qū)域空間單元和內(nèi)部事件相對均一的地理過程時(shí)間單元合成的，是地學(xué)家組織地理信息，建立概念計(jì)算模型或者數(shù)理模擬模型、以反演歷史世界、理解和認(rèn)識現(xiàn)實(shí)世界以及推導(dǎo)和預(yù)測未來世界地理規(guī)律的基本時(shí)空復(fù)合體單元。第6頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（1）地理信息圖譜的產(chǎn)生圖譜單元與地理單元一樣，也是多級別、多尺度的?？梢砸罁?jù)時(shí)空尺度的不同、研究目的的不同，以及特定的原則，進(jìn)行分級與分類，建立自己一系列的分類體系和分級體系，以此為不同的研究任務(wù)服務(wù)。第7頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（2）地理信息圖譜的發(fā)展基礎(chǔ)隨著信息時(shí)代的到來與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS、RS、GIS、地圖學(xué)四者相結(jié)合并在地球系統(tǒng)科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)上誕生了地球信息科學(xué)，同時(shí)受物理圖譜、生物信息基因圖譜的測示與繪制迅速發(fā)展的啟示，在傳統(tǒng)的地學(xué)圖譜基礎(chǔ)上，由陳述彭院士等倡導(dǎo)，開始了地球信息圖譜的探討和研究。第8頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（2）地理信息圖譜的發(fā)展基礎(chǔ)地球信息圖譜是在現(xiàn)代空間技術(shù)和信息技術(shù)基礎(chǔ)上，GPS、RS、GIS、因特網(wǎng)等先進(jìn)的對地觀測系統(tǒng)，以及定位觀測臺站網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，獲取與處理信息的手段有很大改進(jìn)，從而所取得的地球信息資源極大豐富，為地球信息圖譜的建立提供了很好的信息基礎(chǔ)。第9頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1.1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)（2）地理信息圖譜的發(fā)展基礎(chǔ)地球系統(tǒng)科學(xué)和地球信息科學(xué)為地球信息圖譜的發(fā)展奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

A.隨著地球系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，對地球表層復(fù)雜巨系統(tǒng)的認(rèn)識不斷深入，為地球信息圖譜的建立提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。B.地理信息系統(tǒng)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)以及虛擬技術(shù)都為地球信息圖譜的建立提供了強(qiáng)有力的技術(shù)方法和手段。其中包括三維、多維和動態(tài)變化的可視化，各種智能化分析應(yīng)用軟件、多媒體電子地圖與互聯(lián)網(wǎng)地圖制作技術(shù)等，為地球信息圖譜的建立和發(fā)展創(chuàng)造了條件。第10頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)2地球信息圖譜的定義和內(nèi)涵3地球信息圖譜的建立與傳輸理論4地球信息圖譜的應(yīng)用第11頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2地球信息圖譜的定義和內(nèi)涵2.1地理信息圖譜的定義地球信息圖譜是由遙感、地圖數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)與數(shù)字地球的大量數(shù)字信息，經(jīng)過圖形思維與抽象概括，并以計(jì)算機(jī)多維與動態(tài)可視化技術(shù)，顯示地球系統(tǒng)及各要素和現(xiàn)象空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與時(shí)空變化規(guī)律的一種手段與方法。同時(shí)這種空間圖形譜系經(jīng)過空間模型與地學(xué)認(rèn)知的深入分析，可進(jìn)行推理、反演與預(yù)測，形成對事物和現(xiàn)象更深層次的認(rèn)識，有可能總結(jié)出重要的科學(xué)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上為經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃決策與環(huán)境治理、防災(zāi)減災(zāi)對策的制定，提供重要的科學(xué)依據(jù)與明確的具體結(jié)論。第12頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜在時(shí)間演化過程的系統(tǒng)中，能同時(shí)表達(dá)空間差異的地圖，都可以稱為地學(xué)圖譜。從嚴(yán)格的意義講，地學(xué)圖譜是指按照一定指標(biāo)遞變規(guī)律或分類規(guī)律排列的一組能夠反映地學(xué)空間分布規(guī)律的地圖、圖表、曲線或圖像等。它具有圖譜的一般特征，即通過圖形反映內(nèi)在規(guī)律，是對地理空間格局的真實(shí)表達(dá)，并可借助于其規(guī)律來推測未來。圖譜借助于計(jì)算機(jī)可視化與虛擬技術(shù)，能多維地、動態(tài)地顯示地球各類現(xiàn)象的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與時(shí)空演變規(guī)律。第13頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜①大地構(gòu)造圖譜。除常規(guī)大地構(gòu)造圖的內(nèi)容外，還可表示不同構(gòu)造體系的時(shí)空動態(tài)變化，并且總結(jié)歸納出各種構(gòu)造模式，按一定規(guī)則排序。②地震圖譜。除常規(guī)地震震中分布外，可增加地震成因類型(同地質(zhì)構(gòu)造與活動斷層關(guān)系等)與時(shí)空變化規(guī)律。同時(shí)總結(jié)出各種地震模式,按一定規(guī)則排序。

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2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜③水系圖譜。表示除詳細(xì)水系與水網(wǎng)密度外，還增加不同水系結(jié)構(gòu)特征及時(shí)空演變過程,以及河流流量的時(shí)空變化規(guī)律，并將各種水系(水網(wǎng))模式按一定規(guī)則排序。④熱帶氣旋圖譜。不只表示各月熱帶氣旋(臺風(fēng))的路徑或典型熱帶氣旋形成過程,而且可根據(jù)熱帶氣旋形成條件、演變過程與運(yùn)行路線,將各種熱帶氣旋有規(guī)則地排序,并歸納不同類型熱帶氣旋模式,作為預(yù)測預(yù)報(bào)的依據(jù)。第15頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜⑤垂直帶譜。表示不同氣候帶、不同干濕區(qū)及不同地形的垂直變化形成的自然景觀與生態(tài)、環(huán)境的垂直結(jié)構(gòu)變化(包括地形、氣候、植被、土壤、土地利用、農(nóng)業(yè)等特征)并且有規(guī)則地排序。⑥植物圖譜。不只表示不同氣候帶、不同干濕區(qū)的植被類型,而且還顯示植被時(shí)空演變及復(fù)原植被，并以一定規(guī)則排序。第16頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜地學(xué)圖譜反映的是研究對象整體所具有的共性，即概括了所有個(gè)體特例后，所歸納出的共性，具有通用性。地圖的主要功能是現(xiàn)象的載體，而圖譜則表達(dá)有效的信息，更突出地反映出事物和現(xiàn)象的時(shí)空變化規(guī)律。第17頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（1）地學(xué)圖譜

地學(xué)圖表可以用來描述現(xiàn)象的現(xiàn)狀，表達(dá)其有序的空間格局，是一種宏觀規(guī)律的外部表現(xiàn)，多為可感知的現(xiàn)象。地學(xué)圖譜則需要經(jīng)過推理、演化得到，它反映內(nèi)在規(guī)律，地學(xué)圖表表現(xiàn)的是靜態(tài)現(xiàn)象特征，而地學(xué)圖譜則表現(xiàn)動態(tài)現(xiàn)象特征，包括方向性、動態(tài)性等。地學(xué)圖表表現(xiàn)空間單元特征，地學(xué)圖譜則表現(xiàn)事件發(fā)生與發(fā)展的起點(diǎn)和過程。第18頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（2）地球信息圖譜地球信息圖譜是在現(xiàn)代空間技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，對通過遙感、計(jì)算機(jī)制圖與地理信息系統(tǒng)得到的大量地球信息的空間分析與地學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ)上，經(jīng)過圖形思維與抽象概括，并以計(jì)算機(jī)多維和動態(tài)可視化技術(shù)，揭示出地球系統(tǒng)及其各要素和現(xiàn)象的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與時(shí)空演變規(guī)律的信息圖譜形式。

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2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（2）地球信息圖譜地球信息圖譜是按照一定指標(biāo)遞變規(guī)律或分類規(guī)律排列的一組能夠反映地球科學(xué)空間規(guī)律的數(shù)字地圖、圖表、曲線或圖像。一般由三部分多組成：一是系列圖；二是描述性參數(shù)（數(shù)字、符號等）和數(shù)學(xué)模型；三是在建?；A(chǔ)上對地物特征的重組和虛擬。地球信息圖譜是采用圖形思維中的抽象概括方法和信息發(fā)現(xiàn)中的數(shù)據(jù)挖掘方法，對大量的地球科學(xué)信息進(jìn)行分析加工的成果結(jié)晶。第20頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（2）地球信息圖譜地球信息圖譜是形、數(shù)、理的有機(jī)結(jié)合，其宗旨是：用比較簡單的圖形——模式——模型規(guī)律去理解、表達(dá)和虛擬復(fù)雜的地學(xué)現(xiàn)象。

形

是指地圖、圖像和表格等；數(shù)

是指定量化的模型與方法，理是指機(jī)理、規(guī)則和知識等。地球信息圖譜理論不僅包括地球信息的表達(dá)、表現(xiàn)形式的研究，信息獲取、分析、分解、綜合和解譯的數(shù)理解析方法的研究，信息的發(fā)生、傳輸、認(rèn)知的機(jī)理機(jī)制的研究，也包括上述表現(xiàn)形式、數(shù)理解析方法和機(jī)理機(jī)制的關(guān)系研究。第21頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異

地球信息圖譜是由地圖和地學(xué)圖譜進(jìn)一步發(fā)展而來的，是屬于信息時(shí)代的產(chǎn)物。從一定意義上講，它不僅是一種比現(xiàn)有地球信息產(chǎn)品（地圖）更高一層次的產(chǎn)品，也是一種全新的信息研究和表達(dá)手段。

第22頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異①地學(xué)圖譜是以地圖、遙感影像、調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料為主，而地球信息圖譜具有極其豐富的數(shù)字化的信息來源。鑒于對地觀測系統(tǒng)的建立，3S技術(shù)的提高，圖像與各種信息分析處理技術(shù)與軟件的改進(jìn)，遙感、臺站網(wǎng)絡(luò)、調(diào)查統(tǒng)計(jì)、電子地圖以及GIS、數(shù)字地球?yàn)榈厍蛐畔D譜提供豐富的、源源不斷的各種數(shù)字化的信息源，為地球信息圖譜的建立創(chuàng)造了良好的條件。第23頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異②地學(xué)圖譜以抽象概括的二維圖形或以系列圖形式表示事物和現(xiàn)象的動態(tài)變化，而地球信息圖譜通過計(jì)算機(jī)可視化，顯示事物和現(xiàn)象抽象概括的三維圖形及空間動態(tài)變化，或隨時(shí)間的多維圖形連續(xù)序列變化。

即使圖譜采用地貌暈渲或透視寫景方法顯示三維立體效果，但只能固定一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)透視方向，而信息圖譜可顯示任一透視方向。第24頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異③地學(xué)圖譜在顯示事物和現(xiàn)象的時(shí)空分布規(guī)律時(shí)，只能補(bǔ)充有限的插圖、圖表、數(shù)據(jù)，而地球信息圖譜擁有數(shù)據(jù)庫作依托，可通過查詢檢索獲取更多的相關(guān)信息與各種數(shù)據(jù)。第25頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異④地學(xué)圖譜只能表示最終結(jié)果，修改與更新資料比較困難，而地球信息圖譜可以通過交互式操作系統(tǒng)（人機(jī)對話），改變分類、分級，或改變數(shù)學(xué)模型與變量參數(shù)，或設(shè)定不同的邊界條件，選擇最佳決策方案。而且在數(shù)據(jù)庫與計(jì)算機(jī)條件下，地球信息圖譜的資料更新與圖譜的修改也比較容易。第26頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

（3）地學(xué)圖譜與地球信息圖譜的差異⑤地球信息圖譜可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，借助于較多的分析應(yīng)用軟件，提出各種具體明確的應(yīng)用方案，而且可以進(jìn)行動態(tài)模擬分析、地理過程分析，反演過去，預(yù)測未來。2.2地球信息圖譜與地學(xué)圖譜區(qū)別第27頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.3地球信息圖譜建立過程與步驟地球信息圖譜的設(shè)計(jì)與建立的過程，實(shí)際是一個(gè)分析研究和探索的過程，比地圖的編制要復(fù)雜和困難得多。地圖信息傳輸模式與地球信息圖譜的生成與傳輸模式對比：第28頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.3地球信息圖譜建立過程與步驟地圖信息傳輸模式

第29頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.3地球信息圖譜建立過程與步驟地學(xué)信息圖譜的生成與傳輸模式第30頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.3地球信息圖譜建立過程與步驟地球信息圖譜建立的步驟：①根據(jù)圖譜設(shè)計(jì)和建立的要求，從各類數(shù)據(jù)庫中提取所需信息，或采取某些手段補(bǔ)充獲取新的信息。并進(jìn)行分類、分級，必要時(shí)建立新的分類與分級體系。②找出所有分布的類型，然后按信息圖譜類型的定性與定量指標(biāo)進(jìn)行綜合集成，并確立各類圖譜的分布范圍與界線。第31頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.3地球信息圖譜建立過程與步驟③在進(jìn)一步抽象概括的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型，以便圖形思維與模型分析相結(jié)合，進(jìn)行信息挖掘、知識發(fā)現(xiàn)及地學(xué)認(rèn)知，找出規(guī)律，或根據(jù)需要，制定供選擇的應(yīng)用方案。④進(jìn)行信息圖譜的多維與動態(tài)可視化設(shè)計(jì)。以更好地顯示空間與時(shí)間的分布規(guī)律和動態(tài)變化，反映己認(rèn)知的規(guī)律或具體明確的應(yīng)用方案。⑤建立信息圖譜的數(shù)據(jù)庫和建立各項(xiàng)指標(biāo)的查詢檢索系統(tǒng)。第32頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.4地球信息圖譜的分類與展望地球信息圖譜的內(nèi)容主要是反映事物與現(xiàn)象的分類系統(tǒng)、空間格局、發(fā)展過程與成因機(jī)制及相互關(guān)系。因此可按地球信息圖譜的性質(zhì)區(qū)分為：分類系統(tǒng)（按性質(zhì)劃分類型）圖譜，如動物圖譜、植物圖譜、昆蟲圖譜、土壤圖譜等；空間格局圖譜（區(qū)域格局），如地質(zhì)構(gòu)造圖譜、山地垂直帶圖譜、水系圖譜、海岸帶圖譜、交通（運(yùn)輸）網(wǎng)絡(luò)圖譜等；發(fā)展過程圖譜（時(shí)空變化），如熱帶氣旋圖譜、環(huán)境污染圖譜、城鎮(zhèn)發(fā)展圖譜等。

（1）按信息圖譜的對象與性質(zhì)分類第33頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.4地球信息圖譜的分類與展望地球信息圖譜涉及從全球到較小的區(qū)域，尺度相差很大，從而所反映的時(shí)空分布規(guī)律差異很大。因此有必要?jiǎng)澐值貙W(xué)宏觀信息圖譜（大尺度）、中觀信息圖譜（中尺度）和微觀信息圖譜（小尺度）。（2）按信息圖譜尺度分類第34頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

2.4地球信息圖譜的分類與展望征兆信息圖譜反映事物和現(xiàn)象的狀況及異常變化或存在的問題，為進(jìn)一步分析與推理提供基礎(chǔ)信息與格式化數(shù)據(jù)；診斷信息圖譜針對怔兆信息圖譜所反映的問題與征兆，借助于各種定量化分析模型與工具，找出問題的癥結(jié)，并進(jìn)行分類處理，即把過去對某一區(qū)域的認(rèn)識，通過圖形綜合分析，以圖譜形式實(shí)現(xiàn)區(qū)域診斷；實(shí)施信息圖譜是以診斷信息圖譜為依據(jù)，通過改變各種邊界條件，提出不同調(diào)控條件下的決策與實(shí)施方案。（3）按信息圖譜的應(yīng)用功能分類第35頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)2地球信息圖譜的定義和內(nèi)涵3地球信息圖譜的建立與傳輸理論4地球信息圖譜的應(yīng)用第36頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3地球信息圖譜的建立與傳輸理論地球信息圖譜的設(shè)計(jì)與建立的過程實(shí)際上是一個(gè)分析研究和探索的過程，需要綜合采用地學(xué)機(jī)理探索、地學(xué)信息的時(shí)空分析和規(guī)律挖掘、計(jì)算機(jī)模式識別、地學(xué)信息的可視化，以及信息重組和虛擬現(xiàn)實(shí)等各種技術(shù)，產(chǎn)生具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的地學(xué)信息產(chǎn)品。第37頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3地球信息圖譜的建立與傳輸理論首先，表現(xiàn)對信息圖譜進(jìn)行廣泛的收集與深入的分析，對圖譜的研究對象（地學(xué)要素、地學(xué)現(xiàn)象、地理區(qū)域）進(jìn)行深入研究與認(rèn)識，掌握其時(shí)空格局和規(guī)律；其次，進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的抽象和概括，即從研究對象中抽象出基本的組成單元，逐個(gè)描繪這些單元不同的形態(tài)圖形并盡量列舉，形成圖譜；再次，建立定性定量指標(biāo)體系與數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)多維與動態(tài)可視化設(shè)計(jì)，使圖譜具有計(jì)算機(jī)模式識別和虛擬現(xiàn)實(shí)的功能；最后，在建立數(shù)據(jù)庫和檢索體系的基礎(chǔ)上，形成完整的圖形譜系。

第38頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3地球信息圖譜的建立與傳輸理論地球的許多現(xiàn)象非常復(fù)雜,一是現(xiàn)象本身時(shí)空演變過程與機(jī)制非常復(fù)雜,二是在發(fā)生發(fā)展過程中,它又受許多因素的影響和作用。圖譜不只是反映現(xiàn)象的空間分布特征與區(qū)域差異,而且揭示出與本身成因機(jī)制、演變過程同形態(tài)結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的更深層次的規(guī)律。第39頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型地球信息圖譜與數(shù)學(xué)模型是從不同側(cè)面對地理事物進(jìn)行描述的不同方法。圖譜形象直觀，而數(shù)學(xué)模型抽象精確。圖譜容易發(fā)揮人的形象思維能力，借助于圖形可以將多維的空間信息展現(xiàn)與2維地圖上，并通過譜又將它聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)降維，有助于對模擬的地理事物及其過程的理解，進(jìn)而改進(jìn)抽象的數(shù)學(xué)模型；而數(shù)學(xué)模型可以克服圖譜想象思維精確性的不足。因此，地球信息圖譜是傳統(tǒng)的圖譜和數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)一體。第40頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型圖譜和數(shù)學(xué)模型都具有反演時(shí)空變化的功能。圖譜是從形象思維的角度進(jìn)行，而數(shù)學(xué)模型是從抽象思維的角度開展的。數(shù)學(xué)模型是眾多模型類型中的一種，是對所研究內(nèi)容中最重要問題的數(shù)學(xué)表達(dá)。模型可以說是用物理或數(shù)學(xué)術(shù)語對一些問題基本要素的規(guī)范化表達(dá)。（1）地球信息圖譜的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)第41頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型數(shù)學(xué)模型由5部分組成：①外部變量：影響系統(tǒng)的外部性質(zhì)，其中可以控制的變量稱為控制變量；②狀態(tài)變量：描述系統(tǒng)的狀態(tài)；③數(shù)學(xué)方程：用來描述生物和自然過程及其空間動態(tài)，表達(dá)外部變量和狀態(tài)變量之間的關(guān)系；④參數(shù)：在過程的數(shù)學(xué)表達(dá)中，起著參數(shù)的作用；⑤通用常數(shù)：通過大量的案例研究確定的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，不隨時(shí)空尺度發(fā)生變化。第42頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型數(shù)學(xué)模型一般說來，可分為8大類：①經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停河糜诒磉_(dá)一個(gè)系統(tǒng)的行為而不解釋其因果關(guān)系的模型；②解釋模型：通過系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能要素來闡明一種過程的模型；③靜態(tài)模型：用于描述某一時(shí)間系統(tǒng)特定現(xiàn)象；④動態(tài)模型：通過微分方程來描述狀態(tài)變量；⑤確定性模型：不包含隨機(jī)變量的模型；⑥隨機(jī)模型：包含隨機(jī)變量而且運(yùn)行結(jié)果不確定的模型；⑦解析模型：有定解的模型；⑧模擬模型：只有數(shù)值解的模型。第43頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型與地球信息圖譜理論中的征兆圖譜、診斷圖譜和實(shí)施圖譜對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的研究重點(diǎn)集中于變化探測模型、綜合評價(jià)模型和發(fā)展探測模型。（2）與地球信息圖譜理論相對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型第44頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型變化探測模型所謂變化探測可定義為通過分析一個(gè)對象或現(xiàn)象在不同時(shí)期的狀態(tài)，來提取有關(guān)變化信息的過程。

自20世紀(jì)70年代以來，已有許多此類模型問世。如單變量圖像區(qū)別模型，圖像比例模型，后分類比較模型，直接多期分類模型，植被指數(shù)區(qū)別模型，變化向量分析模型，背景消除模型，圖像回歸模型，變化信息集成模型，和基于曲線論的變化探測模型等。第45頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型總和評價(jià)模型

綜合評價(jià)模型包括兩方面的內(nèi)容。以生態(tài)系統(tǒng)綜合評價(jià)為例，一方面，生態(tài)系統(tǒng)綜合評價(jià)被看作是環(huán)境影響評價(jià)的延伸，環(huán)境影響評價(jià)是預(yù)測和評價(jià)一個(gè)行動對環(huán)境沖擊的過程，其結(jié)論被用作決策的依據(jù)；另一方面，戰(zhàn)略環(huán)境評價(jià)是與可持續(xù)發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的，如為了保證可持續(xù)發(fā)展，土地利用絕對不能超過土地的承載能力，而為了保證土地利用不超過土地承載能力，就必須進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)綜合評價(jià)。

第46頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.1地球信息圖譜模型發(fā)展預(yù)測模型預(yù)測是決策活動的不可缺少的組成部分。當(dāng)決策者確定了其目標(biāo)和目的之后，要對環(huán)境因素進(jìn)行預(yù)測，再采取相應(yīng)的措施以保證既定目標(biāo)和目的的實(shí)現(xiàn)。預(yù)測一般分為短期、中期和長期等。預(yù)測模型可分為定性預(yù)測模型和定量預(yù)測模型兩種。第47頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.2地球信息圖譜發(fā)展歷程地球信息圖譜是一種地理時(shí)空分析方法論。它是現(xiàn)代技術(shù)和方法與我國傳統(tǒng)研究成果相結(jié)合的產(chǎn)物，它的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段：景觀制圖實(shí)驗(yàn)，圖譜概念的提出，圖譜方法的應(yīng)用和地球信息圖譜理論的形成。第48頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.2地球信息圖譜發(fā)展歷程1955－1956年，在太湖東西洞庭山進(jìn)行了綜合景觀制圖實(shí)驗(yàn)，將景觀綜合圖劃分為相互補(bǔ)充的3類：景觀類型圖，景觀分區(qū)圖和景觀綜合剖面圖。試驗(yàn)結(jié)果表明：“景觀制圖是一個(gè)有希望、有困難，然而是有辦法解決的地理科學(xué)問題。雖然由于這一時(shí)期的技術(shù)和方法的發(fā)展水平所限，還沒有提出一套完整的理論體系，但己看到了景觀綜合圖發(fā)展的光明前途。（1）景觀制圖實(shí)驗(yàn)第49頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.2地球信息圖譜發(fā)展歷程1961年，通過對地圖學(xué)發(fā)展的分析，提出了圖譜的概念。綜合地圖集的編制要求經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，并按照類型區(qū)劃的方法加以分析，制定出可以反映區(qū)域地理特征的技術(shù)指標(biāo)，使地圖集能夠反映自然、社會經(jīng)濟(jì)要素和分布現(xiàn)象的相互制約、相互聯(lián)系及其區(qū)域歷史發(fā)展的過程。通過地理分布規(guī)律和歷史發(fā)展過程兩條線索，把地圖貫穿、交織起未，使它們成為反映區(qū)域全貌和區(qū)域特征的圖譜。（2）圖譜概念的形成第50頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.2地球信息圖譜發(fā)展歷程1964年對圖譜方法的應(yīng)用作了初步總結(jié)。自然或經(jīng)濟(jì)區(qū)域綜合體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，既存在垂直地帶譜的變化，又具有水平地帶的不同形式的組合；圖譜不僅可以反映區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其分異規(guī)律，而且可以檢驗(yàn)和論證區(qū)域原則和指標(biāo)的準(zhǔn)確性。（3）圖譜方法的應(yīng)用第51頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

3.2地球信息圖譜發(fā)展歷程地球信息圖譜是在繼承中國傳統(tǒng)研究成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用衛(wèi)星遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)等當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)理論發(fā)展起來的，它是一種地理時(shí)空分析方法論。圖譜是一種源遠(yuǎn)流長的中國傳統(tǒng)方式，主要運(yùn)用圖形語言進(jìn)行時(shí)間與空間的綜合表達(dá)與分析；地球信息圖譜則是應(yīng)用地學(xué)分析的系列多維圖解來描述現(xiàn)狀，并通過建立時(shí)空模型來重建過去和虛擬未來。

（4）地球信息圖譜理論的形成第52頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容1地球信息圖譜產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)2地球信息圖譜的定義和內(nèi)涵3地球信息圖譜的建立與傳輸理論4地球信息圖譜的應(yīng)用第53頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

“地球信息圖譜”是一新興的學(xué)術(shù)思想，目前還處于認(rèn)識階段，對它的理解尚不很成熟，需要更多的學(xué)者和更多的研究工作來完善對其的認(rèn)識.4.1數(shù)字地球與地球信息圖譜研究第54頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第55頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

(1)在數(shù)字地球上，進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢的信息，很大一部分與地理空間位置有關(guān)。同時(shí)，數(shù)字地球?qū)?shù)據(jù)的精度要求很高、數(shù)據(jù)量很大。因此，如此龐大而精確的地球空間信息數(shù)據(jù)是地球信息圖譜研究的重要信息源。(2)數(shù)字地球?yàn)榈厍蛐畔D譜研究提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。(3)實(shí)施數(shù)字地球戰(zhàn)略為地球信息圖譜研究提供了良好的機(jī)遇。4.1數(shù)字地球與地球信息圖譜的研究第56頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

(4)數(shù)字地球思想將深化地球信息圖譜的理論研究。隨著數(shù)字地球研究的不斷深入,可以為地球信息圖譜的研究提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)。目前興起的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)也是旨在通過對大量數(shù)據(jù)的分析,獲取新的知識,其理論方面的逐步成熟對地球信息圖譜的理論與技術(shù)的研究起到推動作用。所以,數(shù)字地球思想和數(shù)據(jù)分析與挖掘研究,也是地球信息圖譜研究的重要理論研究領(lǐng)域。(5)地球信息圖譜是數(shù)字地球分析、處理信息的重要手段，其理論研究必將推動數(shù)字地球應(yīng)用的深入發(fā)展。4.1數(shù)字地球與地球信息圖譜的研究第57頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一地學(xué)圖譜的典范：中國地學(xué)界的先驅(qū)李四光的大地構(gòu)造模式；竺可楨的五千年氣候變遷，更是膾炙人口的。地學(xué)信息圖譜發(fā)展：自1998年開始，陳述彭、周成虎、承繼成、閭國年、魯學(xué)軍、岳天祥、齊清文、駱劍承、李軍等先后從不同角度介紹了地學(xué)信息圖譜的理論、技術(shù)方法和應(yīng)用實(shí)例，囊括了到目前為止在地學(xué)信息圖譜領(lǐng)域中的主要學(xué)術(shù)成果。4.2地球信息圖譜的應(yīng)用領(lǐng)域第58頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一地球信息圖譜應(yīng)用領(lǐng)域地球信息圖譜在地學(xué)研究領(lǐng)域中，有著極為廣泛的應(yīng)用前景：全球環(huán)境變化研究；區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃；資源調(diào)查和評價(jià)；環(huán)境監(jiān)測；城市規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)。4.2地球信息圖譜的應(yīng)用領(lǐng)域第59頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一利用同一季節(jié)的時(shí)間系列的遙感圖像，提取伊洛河流域洛寧縣自1986年來土地利用演變過程，及其未來的發(fā)展趨勢之信息圖譜。4.3.1研究區(qū)的地理背景4.3.2土地利用/土地覆被圖譜模型4.3.320年來洛寧縣土地利用變化圖譜特征4.3.4洛寧縣土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)空變化分析4.3縣土地利用演化信息圖譜的建立第60頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一4.3.1研究區(qū)的地理背景4.3縣土地利用演化信息圖譜的建立實(shí)驗(yàn)區(qū)（2328.50km2）位于洛河中游，屬山地景觀，海拔高度276～2,094m。這種選擇主要考慮：（1）陸地衛(wèi)星TM的一景數(shù)據(jù)（125/36）正好覆蓋該區(qū)，無拼接；（2）地貌類型齊全，有精耕細(xì)作農(nóng)業(yè)區(qū)（河谷地）和大面積林地，農(nóng)業(yè)景觀類型多樣，一定程度上反映了全流域的總體情況，是流域的一個(gè)縮影；（3）進(jìn)行過多次實(shí)地調(diào)查，便于衛(wèi)星數(shù)據(jù)解譯。第61頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

4.3.2土地利用/土地覆被圖譜模型4地球信息圖譜應(yīng)用第62頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一4.3.2土地利用/土地覆被圖譜模型

在該模型中，起點(diǎn)為空心圓，表示在時(shí)間段T0～T1之間記錄的土地利用類型起始的時(shí)刻是未知的。所有地理單元(土地單元)原有的空間·屬性一體化狀態(tài)(即土地利用類型)都記錄在起始采樣時(shí)刻T0。從T0開始，將最鄰近的兩個(gè)時(shí)刻的空間·屬性一體化狀態(tài)采用地圖代數(shù)運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)融合-通過操作地理單元來實(shí)現(xiàn)，得到新的信息單元，它同時(shí)記錄著T0～T1，T1～T2，…兩個(gè)或者多個(gè)連續(xù)的時(shí)間段內(nèi)的空間·屬性一體化狀態(tài)(也就是屬性特征的時(shí)序變化態(tài)勢)，即各時(shí)間段內(nèi)的空間·屬性·過程一體化數(shù)據(jù)，按照這樣的記錄方式，很容易提取自己所研究的地理過程的變化方式及其空間分布狀況。

4.3縣土地利用演化信息圖譜的建立第63頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一4.3.320年來洛寧縣土地利用變化圖譜特征土地利用圖譜分析由三個(gè)部分組成：第一：不同時(shí)序單元的土地利用圖譜，它的每一個(gè)圖譜單元都記錄了該空間單元在這個(gè)時(shí)序單元中土地利用類型的起始和終止?fàn)顟B(tài)，圖譜單元類型是由該空間單元土地利用類型的變化決定的；第二：圖譜單元列表，即主要土地利用變化類型表，按其面積進(jìn)行大小排序，由圖譜運(yùn)算得到；第三：轉(zhuǎn)移矩陣，即一定時(shí)序單元內(nèi)各土地利用類型之間轉(zhuǎn)換的面積矩陣和概率矩陣，并可利用空間數(shù)據(jù)查詢到任一轉(zhuǎn)移變化發(fā)生的空間位置。注：第一部分是整個(gè)圖譜分析的核心。

4.3縣土地利用演化信息圖譜的建立第64頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

1987年、1996年和1999年三個(gè)時(shí)期洛寧縣TM影像土地利用/土地覆被圖譜結(jié)果。4地球信息圖譜應(yīng)用1987年1996年1999年第65頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一將符合要求的分類結(jié)果進(jìn)行疊加，經(jīng)過處理之后，得到土地利用/土地覆被類型相互轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系矩陣（表10-1、表10-2）和土地空間景觀特性數(shù)據(jù)（表10-3）。4地球信息圖譜應(yīng)用第66頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一第67頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一分別提取出不同的土地覆被類型，進(jìn)一步提取出農(nóng)業(yè)用地、未利用土地和林地轉(zhuǎn)換為其他土地覆被類型的有關(guān)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的空間圖譜表示出來。4地球信息圖譜應(yīng)用第68頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一得出：圖10-7分別較好的反映了1987年到1996年、1996年到1999年農(nóng)業(yè)用地、未利用土地和林地等三種主要土地覆被類型轉(zhuǎn)換為其他土地覆被類型的空間過程?？梢钥闯?987年到1996年發(fā)生最大變化的土地覆被類型是未利用土地，而1996年到1999年發(fā)生最大變化的土地覆被類型是林地。表10-1、表10-2更好的反映了1987年到1999年洛寧縣土地利用的具體變化過程。4地球信息圖譜應(yīng)用第69頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一

4.3.4洛寧縣土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)空變化分析

4地球信息圖譜應(yīng)用（1）土地利用程度變化分析將從洛寧縣TM影像中獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)分別代入土地利用程度綜合指數(shù)和土地利用程度時(shí)空演變模型的表達(dá)式，計(jì)算后得到相應(yīng)的結(jié)果。（2）土地利用動態(tài)變化分析利用從TM影像分類結(jié)果中獲取的洛寧縣土地利用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果為1987到1996年洛寧縣的土地利用變化動態(tài)度為14.86，為土地利用快速變化型；1996年到1999年洛寧縣土地利用變化動態(tài)度為11.32，為土地利用慢速變化型。第70頁，共84頁，2023年，2月20日，星期一