第1章 從地理到地理信息科學課件

GeographicInformationScience（NanjingNormalUniversity）閭國年2020年7月《地理信息科學導論》第一章：從地理到地理信息科學地承千古人文精華理蘊萬世自然法則南京師范大學地理信息科學系01contents目錄0203地理現(xiàn)象的認知與表達地理信息科學的興起地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地承千古人文精華理蘊萬世自然法則地理現(xiàn)象的認知與表達ONEPART01地承千古人文精華理蘊萬世自然法則地理信息是一切與地理空間位置相關(guān)的信息。——以地理空間位置為核心從地理到地理信息科學概念PartOne從地理到地理信息科學概念PartOne地理信息是一切描述與表達地理事物與地理現(xiàn)象的信息?！缘乩硎挛锱c地理現(xiàn)象為核心信息表現(xiàn)形式是指信息內(nèi)容的表達方式。信息內(nèi)容包括時間、地點、人物、事物、事件、現(xiàn)象和場景。信息表現(xiàn)形式包括：文本、音頻、視頻、圖形、圖像等。地理信息表現(xiàn)形式包括：文本、音頻、視頻、圖像、地圖、圖表等。從地理到地理信息科學表現(xiàn)形式PartOne文本圖表圖像地圖音頻視頻文本圖表圖像音頻視頻地圖地理信息是人類各類活動所必需的基礎(chǔ)信息，是人類在長期生產(chǎn)實踐過程中對空間、時間、事件、人物、事物、現(xiàn)象和場景的抽象描述與表達。人類所掌握信息的80%以上屬于地理信息。它可以空間位置、地理事物、地理場景等來整合其他信息，是極其重要的信息資源。從地理到地理信息科學重要性PartOne

地理信息是經(jīng)濟活動的重要基礎(chǔ)

是全面提升信息化水平的重要條件是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要支撐

是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容

是維護國家安全利益的重要保障

李克強總理指出（2012）:美國勞工部將地理信息與納米、生物技術(shù)一起并列為本世紀勞動力就業(yè)高增長的三大產(chǎn)業(yè)地理信息是基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性重要信息資源從地理到地理信息科學重要性PartOne信息資源、實物資源和能量資源為現(xiàn)代文明的三大支柱，是當今世界經(jīng)濟建設(shè)的戰(zhàn)略資源。黨中央和國務(wù)院“關(guān)于加強信息資源開發(fā)利用工作的若干意見”中指出：“加強信息資源開發(fā)利用是推動社會經(jīng)濟全面發(fā)展的重要途徑，是增強我國綜合國力和國際競爭力的必然選擇”。地理信息資源的開發(fā)利用對國民經(jīng)濟的發(fā)展、綜合國力的增強、國家戰(zhàn)略的實施都具有十分重要的意義！黨的十八大報告指出：要“促進工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展”；信息化是“四化”的重要內(nèi)容，而且是其他“三化”同步發(fā)展的重要途徑。從地理到地理信息科學重要性PartOne跨國集團加劇搶占地理信息市場：IBM、谷歌、蘋果、微軟等已涉足地理信息服務(wù)領(lǐng)域。國際知名企業(yè)紛紛進軍中國地理信息市場：谷歌、微軟、美國通用以成立合資公司方式搶占中國市場。國內(nèi)金融資本大量涉足地理信息產(chǎn)業(yè)：北斗星通、超圖軟件等一批地理信息企業(yè)相繼登陸資本市場。國內(nèi)大型IT企業(yè)進入地理信息市場：互聯(lián)網(wǎng)搜索企業(yè)、電子商務(wù)提供商、通信服務(wù)提供商、汽車廠商等紛紛進入地理信息市場。我國地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，產(chǎn)值年增長率達20-25%以上。地理信息資源的開發(fā)利用引領(lǐng)全國數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)！自人類文明萌芽以來，人類就不斷探索著地理信息的采集、存儲、分析、表達、傳輸、應(yīng)用的技術(shù)與方法，從早期不精確象形文字的描述，到后來利用嚴密數(shù)學法則的圖形記錄，再到以現(xiàn)代科學技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化表達。從地理到地理信息科學地理現(xiàn)象的認知與表達PartOne巖畫地圖竹簡地圖絲帛地圖紙質(zhì)地圖肢體動作文字語音繪畫認知表達語言是人們進行交流溝通的各種表達符號。自然語言通常是指一種自然地隨文化演化的語言，如我國的漢語、蒙古語、藏語、維吾爾語等，國際上的英語、俄語、阿拉伯語、日語、西班牙語、法語等。從地理到地理信息科學自然語言表達——地理學第一語言PartOne最古老的文字，不論是埃及的圣書字，兩河流域蘇美爾、巴比倫人使用的楔形字，我國漢字；還是西方克里特的表形字，都是從形似方式開始的，然后才一步步簡化，最后才抽象成符號。而漢字則仍保持著象形字的特征。從地理到地理信息科學自然語言表達——地理學第一語言PartOne在認知地理現(xiàn)象的過程中，需要一種便于交流和傳遞地理信息的語言，以便表達和描述地理現(xiàn)象及其特征。自然語言便自然而然地擔當起了這個重任，成為地理學的第一語言。自然語言現(xiàn)實了現(xiàn)實地理空間到抽象思維空間的形態(tài)變換。從地理到地理信息科學自然語言表達——地理學第一語言PartOne日照香爐生紫煙，遙看瀑布掛前川。飛流直下三千尺，疑似銀河落九天。橫看成嶺側(cè)成峰，遠近高低各不同，不識廬山真面目，只緣身在此山中。殷文丁時卜辭中一旬間之氣象記錄（左圖為甲骨文原文，右圖為卜辭譯文）在古希臘，生活在公元前5世紀的希羅多德總結(jié)了前人游記、航海志等文字作品，從區(qū)域及其界限角度組織地理知識（圖1.7）；在公園元年前后，斯特拉波完成17卷本《地理學》，構(gòu)建了以區(qū)域的變化為核心的方法論。自然語言表達——地理學第一語言PartOne從地理到地理信息科學古希臘學者希羅多德古希臘學者斯特拉波《春秋》一書中記載了公元前722-公元前479年200多年間魯國的水旱情況；《禹貢》更是一部重要的古代地理著作，全書1200余字，分九州、導山、導水、五服4個部分，依據(jù)河流、山脈、海洋的自然分界將國土劃分為九州，表達了自然區(qū)劃思想的萌芽。從地理到地理信息科學自然語言表達——地理學第一語言PartOne明代地理學家、旅行家徐霞客更是通過親身經(jīng)歷，用生動的語言描述了祖國豐富的自然資源和地理景觀，他的名著《徐霞客游記》流傳至今?！缎煜伎陀斡洝穼懹刑炫_山、雁蕩山、黃山、廬山等名山游記17篇和《浙游日記》、《江右游日記》、《楚游日記》、《粵西游日記》、《黔游日記》、《滇游日記》等著作?！缎煜伎陀斡洝分饕慈沼浭鲎髡?613年至1639年間旅行觀察所得，對地理、水文、地質(zhì)、植物等現(xiàn)象，均做了詳細記錄。自然語言表達——地理學第一語言PartOne從地理到地理信息科學繪畫是一種可以共享的特殊語言。在文字出現(xiàn)以前，繪畫就已經(jīng)用于表達感情、記載事件了。巖畫就是石器時代的一種石刻文化。人類祖先以石器作為工具，以圖畫形式在巖壁上描繪、記錄當時的生活環(huán)境、生產(chǎn)方式或重大事件。1963年，考古學家在土耳其的一處史前遺址中發(fā)現(xiàn)了一幅巖畫，內(nèi)容是城鎮(zhèn)的平面圖。這幅巖畫全長約375厘米。根據(jù)放射性碳同位素C14年代測定，巖畫完成的時間約在公元前6200年，這比楔形文字的出現(xiàn)還要早2700年。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學土耳其新石器時代的巖畫地圖印度巖畫賀蘭山巖畫隨著文明的進程，原始的繪畫逐漸分化，一支演化成象形文字，一支成為美術(shù)的先驅(qū)，還有一支在測量技術(shù)方法支持下發(fā)展成平面圖和地圖。測量工具的發(fā)明和使用可追溯到人類文明初期。在中國古代神話中的人類始祖伏羲和女媧時代，就已經(jīng)有測量角度的規(guī)和丈量長度的矩了，規(guī)矩既是生產(chǎn)工具，也是社會秩序的象征。出現(xiàn)了繪制在木板上和絹帛上的地圖。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學長沙馬王堆三號漢墓出圖的繪制在絹帛上《長沙國深平防區(qū)地形圖》甘肅天水放馬灘秦墓出土的繪制在松木板上的地圖所有地理現(xiàn)象都有特定的時空位置。確定和表達地理事物與地理現(xiàn)象的時空位置是人類活動的基本需求。地名、地址和興趣點是最常用的一種確定地理位置的方法，在自然語言描述地理現(xiàn)象時廣為使用。地名是人們賦予某一特定空間位置上自然或人文地理實體的專有名稱，而地址則是地理實體的具體的空間位置。興趣點則是人們感興趣或特別關(guān)注的事物。每當提及一個大家熟知的地名時，它所包含的地理實體的文化內(nèi)涵和地理位置就會映現(xiàn)在人們的大腦中。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學地名地理實體的名稱名地址位置的描述址興趣點位置關(guān)聯(lián)的事物（名稱）事物（名）利用地名進行空間定位雖然直觀、易記，但是有時定位的不夠精確。如南京的江寧，可以江寧區(qū)、江寧區(qū)政府所在地；可以使江寧鎮(zhèn)、江寧鎮(zhèn)政府所在地；也可以是江寧街道、江寧街道政府所在地。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學為了準確地確定地理事物的位置，就需要建立具有嚴密數(shù)學基礎(chǔ)的坐標系統(tǒng)。早在公元前3世紀，埃拉斯托塞尼斯就認為地球是圓的，地球上的海洋實際是連成一體的，他第一個提出向西航行可以到達印度。公元2世紀的天文學家托勒密也提出地圓說。最早認為必須以經(jīng)緯度位置為基礎(chǔ)才能精確繪制世界地圖的是公元前2世紀時的古希臘學者希帕庫。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學1954北京坐標系參考橢球：Krassovsky橢球大地原點：前蘇聯(lián)普爾科沃天文臺Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標系ZXY地球質(zhì)心赤道JYD19681980西安空間直角坐標系參考橢球：1975國際橢球大地原點：陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標系地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學ZXY赤道CTPWGS84坐標系參考橢球：WGS-84橢球原點：地球質(zhì)心Z軸：BIH1984定義的協(xié)議地球極（CTP）X軸：BIH1984的零子午面與CTP赤道的交點Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標系WGS84坐標系CGCS2000（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000）是2000國家大地坐標系，屬于地心大地坐標系統(tǒng)，以ITRF97參考框架為基準，參考框架歷元為2000.0。咨詢沈飛地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學地球是一個不規(guī)則的橢球體，即便是假想為規(guī)則橢球體的數(shù)學曲面，也是不可展曲面。地圖投影（mapprojection）的實質(zhì)就是按照一定的數(shù)學法則，將地球橢球面上的經(jīng)緯網(wǎng)轉(zhuǎn)換到平面上，建立地面點位的地理坐標（B,L）與地圖上相對應(yīng)的平面直角坐標（X,Y）之間一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學公元2世紀，托勒密在希帕庫的經(jīng)緯度網(wǎng)基礎(chǔ)上，建立了地圖投影，利用已有的地理資料繪制了世界地圖。托勒密所著8卷本《地理學指南》是一部影響深遠的著作，其第一卷講的是地圖投影，第八卷是世界各部分的地圖。托勒密地圖投影方法為精確編繪地圖奠定了基礎(chǔ)。托勒密總結(jié)了希臘古代天文學的成就，把自希臘天文學家阿波隆尼以來用偏心圓或小輪體系解釋天體運動的地球中心說加以系統(tǒng)化和論證。地心體系，是認為地球靜止居于宇宙的中心，太陽、月球、行星和恒星都是圍繞地球轉(zhuǎn)動的學說，又稱“地球中心說”、“地心說”。地圖表達——地理學第二語言從地理到地理信息科學地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學正軸橫軸斜軸圓錐圓柱方位地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學16世紀，荷蘭出現(xiàn)了一位地圖發(fā)展史上劃時代人物墨卡托。墨卡托的主要貢獻是建立了墨卡托投影，這是一種將航海時重要的等角航線投影為直線的地圖投影；第一次將世界完整地表現(xiàn)在同一幅地圖上。地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學h＝H+N高程：表示地球上一點至參考基準面的距離，它和水平量值一起，統(tǒng)一表達點在三維空間的位置。高程基準：包括高程起算基準面和相對于這個基準面的水準原點(基點)高程。為了準確地確定地理事物的三維空間位置，還需要建立高程系統(tǒng)。補充一張全國的三維模型地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學我國常用高程基準1956年黃海高程基準依據(jù)1950-1956驗潮平均海面，原點在青島市象山，H＝2.289m1985國家高程基準以1952-1979驗潮資料，以青島驗潮站的平均海面重新計算，高程為H＝72.260m吳淞高程基準（長江流域使用）以一個比實測水位略低的高程為“0”高程－吳淞零點，民國10年在基準標石約300m處設(shè)立永久點，高程為5.1054m地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學中國古代人們的宇宙觀是“天圓地方”，這是古人對天和地觀察的直覺印象的概括。與托勒密同時代的裴秀提出了“制圖六體”和計里畫方理論，是中國古代地圖制圖發(fā)展的重要里程碑。南宋時期采用計里畫方繪制的“禹跡圖”。制圖六體是中國最早的地圖制圖學理論，它正確的闡明了地圖比例尺、方位和距離的關(guān)系，對中國西晉以后的地圖制作技術(shù)產(chǎn)生了深遠的影響。一為"分率"，用以反映面積、長寬之比例，即今之比例尺;二為"準望"，用以確定地貌、地物彼此間的相互方位關(guān)系;三為"道里"，用以確定兩地之間道路的距離;四為"高下"，即相對高程;五為"方邪"，即地面坡度的起伏;六為"迂直"，即實地高低起伏與圖上距離的換算。裴秀（224-271）禹跡圖（南宋）地圖表達——地理學第二語言PartOne從地理到地理信息科學美國前地理學家協(xié)會理事長，蘇珊、漢森在《改變世界的十大地理思想》一書中說地圖是改變世界的十大地理思想方法之一。它以科學的符號系統(tǒng)、地圖投影和綜合方法來表達復雜地理世界的空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系，成為人類文明史上的偉大創(chuàng)想。地圖構(gòu)建了世界，而非復制世界美國學者丹尼斯·伍德在《地圖的力量》一書中說：“地圖所賦予我們的現(xiàn)實，超出我們的視野、我們的掌握、我們的時間，那是一種我們別無他法可以獲得的現(xiàn)實。地圖使過去與未來得以呈現(xiàn)在我們面前，它使我們的生活成為可能?！钡貓D作為地理學的第二語言，具有數(shù)學語言的精確性和圖形語言可視性特點，現(xiàn)實了地理空間到形象空間的形態(tài)變換。地圖能夠準確表達地理現(xiàn)象的空間位置和格局，直觀反映空間分布及其變化。地理信息系統(tǒng)——地理學第三語言PartOne從地理到地理信息科學1939年，美國依阿華州立大學教授阿塔納索夫發(fā)明阿塔納索夫-貝利計算機（Atanasoft-BerryComputer，簡稱ABC），開啟了數(shù)字化時代的大門。隨后，馮·諾依曼與莫爾小組合作，在研制EDVAC計算機的同時，提出研制電子計算機的基礎(chǔ)性方案，被譽為計算機之父。20世紀50年代后期，美國華盛頓大學幾位學者開始嘗試利用電子計算機繪制地圖，并取得了成功。電子計算機的發(fā)明人約翰·阿塔納索夫（1903-1995）計算機的之父馮·諾依曼（1903-1957）地理信息系統(tǒng)——地理學第三語言PartOne從地理到地理信息科學1937年，美籍奧地利生物學家貝塔朗菲提出一般系統(tǒng)論原理，奠定了系統(tǒng)科學的理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上于20世紀50年代創(chuàng)立系統(tǒng)論。1948年和1949年，美國數(shù)學家香農(nóng)發(fā)表論文《通信的數(shù)學理論》和《在噪聲中的通信》，提出信息熵的數(shù)學公式，量化描述了信息的傳輸和提取問題，創(chuàng)立了信息論。1948年，美國應(yīng)用數(shù)學家維納出版《控制論——關(guān)于在動物和機器中控制和通訊的科學》，明確提出控制論的兩個基本概念——信息和反饋，揭示了信息與控制規(guī)律，創(chuàng)立了控制論。地理信息系統(tǒng)——地理學第三語言PartOne從地理到地理信息科學在計算機技術(shù)和信息論、控制論、系統(tǒng)論等科學思想推動下，一種新的表達地理現(xiàn)象的形式地理信息系統(tǒng)出現(xiàn)了。1963年，國際著名的地圖學家加拿大羅杰·湯姆林森博士為了更有效地存儲、分析和利用加拿大土地統(tǒng)計局收集的關(guān)于土壤、農(nóng)業(yè)、休閑、野生動物、水禽、林業(yè)和土地利用數(shù)據(jù)，開始開發(fā)第一個地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）。GIScienceGISystemGIService60年代誕生了第一個國家級GIS系統(tǒng)——加拿大CGIS，目的是將地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計算機處理和分析20世紀80年代20世紀90年代國際著名GIS軟件ArcGIS國產(chǎn)著名GIS軟件SuperMAP、MapGISGIS自誕生以來，就一直在地理學、地球科學、地球系統(tǒng)科學領(lǐng)域進行應(yīng)用地理信息系統(tǒng)——地理學第三語言PartOne從地理到地理信息科學地理信息系統(tǒng)是一種地理信息采集、存儲、處理、分析、表達、傳輸、共享的綜合性技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)被稱為地理學的第三語言，既具有數(shù)學語言的精確性、圖形語言的可視性，也具有空間分析的靈活性特點，現(xiàn)實了地理空間，到抽象思維空間，再到形象空間的變換。地理信息系統(tǒng)——地理學第三語言PartOne從地理到地理信息科學ServiceGIS三維GISWebGIS二維GIS移動GIS萌芽期過熱期低谷期復蘇期成熟期成熟度關(guān)注度2年以內(nèi)2~5年10年以上出現(xiàn)時間：AIGISVRGIS5~10年霧GIS大數(shù)據(jù)GIS物聯(lián)網(wǎng)GIS視頻GIS云GIS語義GIS區(qū)塊鏈GIS地理信息科學的興起TWOPART02地承千古人文精華理蘊萬世自然法則地理信息科學是一門非常年輕的學科，它繼承了地理學、地圖學、測繪科學等學科發(fā)展成果。計算機通信技術(shù)、航空航天等技術(shù)的發(fā)展，尤其遙感的出現(xiàn)，不僅拓展了測繪成圖、地理信息獲取的手段，而且成果可廣泛用于國民經(jīng)濟各行各業(yè)。最近幾十年，計算機與通信技術(shù)等現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，地理信息的時代到來了。地理學進入了定量化、模型化時代。這些，最終推動了地理信息科學這門新的學科的誕生與發(fā)展。地理信息科學的興起總體情況PartTwo地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo全球變化問題二戰(zhàn)以后，隨著科學技術(shù)的進步，全球經(jīng)濟發(fā)展促進了的工業(yè)化和信息化，但同時也遇到了一系列令人關(guān)注的全球性問題，如溫室氣體增加，氣溫升高、海面上升，人口增長過快、資源短缺、環(huán)境惡化，災(zāi)害頻發(fā)等。全球化的格局促使人類必須以全球視角來研究和解決面臨的問題。溫度距平(℃)年地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo地緣政治問題地理信息科學的興起學科發(fā)展需求自然災(zāi)害問題地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo環(huán)境污染問題地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo全球疫情與健康問題地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo為了應(yīng)對各種全球性的問題、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就需要觀測和研究全球資源環(huán)境狀況，提出應(yīng)對策略并對策略實施進行不斷監(jiān)控和修正。而地理學的相關(guān)理論和技術(shù)為解決這些問題提供了強有力的手段。地理信息分析處理、全球性對地觀測等技術(shù)被廣泛應(yīng)用。全球各國對地觀測衛(wèi)星地理信息科學的興起學科發(fā)展需求PartTwo現(xiàn)代地理學發(fā)展的需要三元世界的出現(xiàn)，地理學不僅要研究地理現(xiàn)象在物理世界、人文世界，還需要研究在虛擬世界的時空分布、演化過程和要素間的相互作用機制。46三元世界自然地理學自然地理要素要素關(guān)系自然地理綜合體物理世界人文世界自然科學人文社會科學地理學視角三元世界人文地理學人地關(guān)系人文地理要素地域綜合體互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)人機交互物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)信息世界信息地理學三元世界地理綜合體要素關(guān)系信息地理要素地理信息科學的興起學科發(fā)展需求地球系統(tǒng)科學：推薦優(yōu)先發(fā)展的7個項目之5：一個實施數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析和定量建模的信息系統(tǒng)重新發(fā)現(xiàn)地理學：GIS是地球系統(tǒng)的數(shù)字表述中，最活躍、最有影響力的焦點未來地球計劃：需要建立一個強大的信息系統(tǒng)，聚集幾世紀的數(shù)據(jù)和知識、新的觀測和模型模擬數(shù)據(jù)、并能夠提供一系列集成化、跨學科的數(shù)據(jù)集，指標化、可視化、場景化的信息產(chǎn)品有效支撐了地球系統(tǒng)科學的發(fā)展對美國地理學的復興起到了重要作用也將成為未來地球計劃的重要支撐地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照覆蓋的地理范圍：局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)。按照通信方式：有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。按照通信協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)、萬維網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)。按照應(yīng)用類型：政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、專線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等。地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇計算機網(wǎng)絡(luò)軟硬件體系結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)：C/S、B/S、WebService、GridService、Cloud、Web3.0集群與多核結(jié)構(gòu)：OpenMP、MPI、Map/Reduce、DryadGPU結(jié)構(gòu)：CUDA、CG、GLSL馮.諾依曼的計算機總線結(jié)構(gòu)地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇數(shù)據(jù)存儲管理1）文件系統(tǒng)

如：dxf；Esrifilegeodatabase2）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫/對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫如：PostGIS,Oraclespatial3）面向大數(shù)據(jù)的新型數(shù)據(jù)庫管理：如：NoSQL(如：MongoDB)、NewSQL(如：MySQLCluster）數(shù)據(jù)存儲硬件/介質(zhì)1）軟盤

容量：xM字節(jié)2）光盤容量：xG字節(jié)3）硬盤/移動硬盤容量：xT字節(jié)4）磁帶容量：xM～xT字節(jié)5）前沿DNA生物存儲高效、存儲量大、存儲時間長、易

獲取且免維護地理信息科學的興起圖像處理技術(shù)的發(fā)展新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇圖像處理實時化立體化智能化高分辨率植入芯片新理論新算法地理信息科學的興起圖形技術(shù)的發(fā)展新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇圖形計算（布爾運算等)圖形建模（體、表面）圖形分析模擬（聲音、氣流等）真實感圖形渲染圖形動畫圖形人機交互圖形處理技術(shù)圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇科學計算可視化地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇虛擬現(xiàn)實VR/增強現(xiàn)實AR/混合現(xiàn)實MR地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇云計算邊緣計算計算技術(shù)地理信息科學的興起人工智能技術(shù)的發(fā)展——專家系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇推理方法知識表達地理信息科學的興起人工智能技術(shù)的發(fā)展——深度學習新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起工業(yè)革命以前人類經(jīng)過漫長的演化，發(fā)展出來語言這種短距離、同時空的信息傳播技能，稍后各地區(qū)人類在語言和繪畫的基礎(chǔ)上發(fā)明了文字，信息具有了長距離傳輸與隔代傳輸?shù)墓δ埽浑S著電磁理論的技術(shù)逐漸成熟，有線電報、傳真、有線電話、廣播等的出現(xiàn)，信息網(wǎng)絡(luò)通信傳輸進入了模擬通信時代。1960年（回聲一號）第一顆通信衛(wèi)星的升空，信息網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)翻開了新的一頁，這一歷史創(chuàng)舉完成了衛(wèi)星通信得以實現(xiàn)、光纖傳輸?shù)靡园l(fā)明、數(shù)字通信開始實現(xiàn)的三大突破回聲一號新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)成了主要的信息傳輸?shù)闹饕绞?，信息傳輸進入數(shù)字通信時代。1G為模擬通信系統(tǒng)，主要制式有AMPS（AdvancedMobilePhoneService）、NMT（NetworkedMediaTank）、TACS（TotalAccessCommunicationsSystem），1987年我國在廣東全運會上正式啟動移動通信系統(tǒng)。如摩托羅拉8000X，即俗稱“大哥大”；1G于1999年正式關(guān)閉。新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起2G進入數(shù)字通信（蜂窩通信）系統(tǒng)，1995年進入了2G的通訊時代。主要制式有GSM（GlobalSystemForMobileCommunications）、TDMA（TimeDivisionMultipleAccess時分多址）、CDMA（CodeDivisionMultipleAccess碼分多址）、PDC（PersonalDigitalCellular）與iDEN（ntegratedDigitalEnhancedNetwork），相較而言，第二代移動通信具備高度的保密性，增加了系統(tǒng)容量，能實現(xiàn)手機上網(wǎng)。如諾基亞7110，支持WAP。2.5G是介于2G和3G之間，包括HSCSD、WAP、EDGE、藍牙(Bluetooth)、EPOC等技術(shù)。2.75G其實就是移動的EDGE網(wǎng)絡(luò)，它是從GPRS網(wǎng)絡(luò)平滑過渡而來的，能提供高達150Kbps的上網(wǎng)速度，但其仍然屬于GSM網(wǎng)絡(luò)。新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起3G是在新頻譜上制定的新標準，解決大數(shù)據(jù)傳輸速率過低問題。3G制式主要有WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess，寬帶碼分多址）、CDMA2000(CodeDivisionMultipleAccess2000)、TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，時分同步碼分多址）、WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）是第三代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數(shù)高、抗多徑能力強、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點。如蘋果、聯(lián)想、華碩等。4G是指第四代無線蜂窩電話通訊協(xié)議，能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)100+Mbps下載速度，主要制式有（LTELongTermEvolution，長期演進）、TD-LTE（TimeDivisionLongTermEvolution，分時長期演進）、FDD-LTE（TimeDivisionDuplexing-LongTermEvolution頻分雙工長期演進），目前全球運營商已經(jīng)廣泛部署。如Android、蘋果ios、windows移動設(shè)備。新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起5G是由國際電信聯(lián)盟組織（ITU）制訂的第五代移動通信標準，IMT-2020。5G將不再單純地強調(diào)峰值傳輸速率，而是綜合考慮峰值速率，用戶體驗速率，頻譜效率等八項技術(shù)指標。5G通信最關(guān)鍵的三個需求維度是時延、吞吐量及連接數(shù)，分別對應(yīng)1、10、100，即1ms的E2E時延，10Gbps的小區(qū)吞吐量，以及每平方公里100萬連接。5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達10Gbit/s，比4GLTE快100倍。網(wǎng)絡(luò)延遲低于1毫秒，而4G為30-70毫秒。新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——計算機通信技術(shù)帶來的機遇目前信息網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地理信息技術(shù)中。移動網(wǎng)絡(luò)的普及為地理信息技術(shù)提供了豐富的用戶與數(shù)據(jù)；光傳輸?shù)陌l(fā)展保障了海量的地理數(shù)據(jù)進行實時有效的傳輸；隨著遙感觀測硬件設(shè)備性能的快速提升和信息網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)的發(fā)展，對地高空間分辨率和高光譜分辨率的衛(wèi)星圖像拍攝以及調(diào)整率大容量觀測數(shù)據(jù)的傳輸不再是難點，對地觀測數(shù)據(jù)的增長也十分迅速。

衛(wèi)星空間運載工具宇宙飛船

航天飛機飛機遙感平臺空中運載工具

氣球遙感用汽車

地面運載工具地面塔、架遙感用艇船

普通相機

照相機條幅式相機全景相機

被動式多波段相機電子掃描儀

遙感器

掃描儀光學機械掃描儀電荷耦合器件

側(cè)視雷達真實孔徑雷達

主動式合成孔徑雷達

全景雷達

空間信息采集系統(tǒng)空間科學技術(shù)以航天技術(shù)為基礎(chǔ)，包括空間飛行、空間探測和空間開發(fā)等幾個方面。它不僅能揭示宇宙奧秘，而且也給人類帶來巨大的利益。二戰(zhàn)以后，隨著火箭技術(shù)的發(fā)展，人類對太空的觀測和研究更加活躍起來。空間科學與技術(shù)得到了快速發(fā)展。地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動國際衛(wèi)星體系：

氣象衛(wèi)星資源衛(wèi)星海洋衛(wèi)星導航衛(wèi)星通信衛(wèi)星軍事衛(wèi)星環(huán)境衛(wèi)星航天飛機宇宙飛船地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動我國的衛(wèi)星體系：氣象衛(wèi)星(風云一號極軌氣象衛(wèi)星A、B、C、D)(風云二號地球同步氣象衛(wèi)星A、B)資源衛(wèi)星（資源1號、2號，3號、4號）海洋衛(wèi)星（海洋1號）導航衛(wèi)星（北斗導航系列）通信衛(wèi)星（通信衛(wèi)星系列）軍事衛(wèi)星（JB1甲-16、JB2、JB3、JB4、JB5）環(huán)境與災(zāi)害衛(wèi)星（環(huán)保1-8）宇宙飛船（神州1-6）地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動請呂恒完成傳感器分類地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動請呂恒完成傳感器分類可見光波段的TM影像馬瑞馬力火場熱紅外影像2015年10月強臺風“彩虹”的紅外云圖高分三號衛(wèi)星獲取的雷達圖像地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動請呂恒完成傳感器分類物聯(lián)網(wǎng)：以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實現(xiàn)物與物（物與人、人與物）之間的信息交互，提供信息服務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)智能對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)（IEOS）的體系結(jié)構(gòu)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)即插即用組件與協(xié)議地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——空間科學技術(shù)的強勁驅(qū)動地理信息科學的興起新技術(shù)發(fā)展驅(qū)動——地理信息高新技術(shù)的形成請呂恒完成傳感器分類地理信息技術(shù)核心是3S技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS、定位導航技術(shù)GNSS。地理信息高新技術(shù)不僅采用3S技術(shù)，以及測量、制圖等地理信息技術(shù)，對地理信息資源進行采集、加工、開發(fā)、應(yīng)用，而且更廣泛利用了如航空航天技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件工程技術(shù)、高速通信技術(shù)、云計算大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)等當前高新技術(shù)中最前沿、最尖端的技術(shù)。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、空間定位導航技術(shù)、地球系統(tǒng)科學的發(fā)展，地理信息高新技術(shù)不斷突破。地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系THREEPART03地承千古人文精華理蘊萬世自然法則地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地理學地理信息科學最顯著的特征是時空特性，不僅可以有效地管理具有時空特性的各類地理數(shù)據(jù)，提供地理問題求解的技術(shù)支持，還可以對地理環(huán)境管理和地理工程實踐開展快速和可重復的測試分析和模擬分析，進行輔助規(guī)劃決策。地理信息科學是一門前沿學科、交叉學科，是在地球系統(tǒng)科學、空間科學、信息科學基礎(chǔ)上，不斷應(yīng)用現(xiàn)代制圖、數(shù)據(jù)庫、圖形學等新技術(shù)，廣泛服務(wù)于科學研究、城市管理、資源開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)保護、國防建設(shè)等領(lǐng)域，是當前計算機應(yīng)用領(lǐng)域與信息產(chǎn)業(yè)中最具活力、最有發(fā)展前景的學科。

遙感、定位、通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、

GIS等技術(shù)地理信息科學地理學與地球系統(tǒng)科學信息科學技術(shù)空間科學技術(shù)地圖/制圖數(shù)據(jù)庫計算機圖形/圖像交通管理資源開發(fā)城市規(guī)劃環(huán)境保護國防建設(shè)核心技術(shù)方法產(chǎn)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)理論社會服務(wù)災(zāi)害應(yīng)急民生保障地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地理學地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地理學地理學是地理信息科學的主要支撐學科，可以認為地理信息科學是地理學的二級學科；我國的地理學本科教育階段，下設(shè)了地理教育、自然地理與自然資源、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃、地理信息科學4個專業(yè)；在研究生教育階段，地理學下設(shè)有自然地理學、人文地理學、地圖學與地理信息系統(tǒng)3個專業(yè)。測繪科學與技術(shù)是研究地球和其他實體與時空分布有關(guān)信息的采集、存儲、處理、分析、管理、傳輸、表達、分發(fā)和應(yīng)用的科學與技術(shù)。測繪科學與技術(shù)的研究內(nèi)容：探測地球和其他實體的形狀與重力場，以及空間定位的理論與方法利用各種測量儀器、傳感器獲取地球及其他實體與空間分布相關(guān)信息制成各種地形圖和專題圖地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與測繪科學與技術(shù)地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系大地測量學是研究建立和維護高精度測繪基準與測繪系統(tǒng)而進行的確定空間點位置、地球形狀、重力場等及其隨時間和空間變化的理論和技術(shù)的學科。地理信息科學與測繪科學與技術(shù)地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系攝影測量與遙感是一門通過攝影手段，利用攝影測量系統(tǒng)對影像進行處理，在重建地表三維立體模型基礎(chǔ)上進行測量，從而獲得對被測物體的位置、形狀大小、屬性等性質(zhì)的學科。地理信息科學與測繪科學與技術(shù)地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與測繪科學與技術(shù)地圖制圖是研究地圖及其編制和應(yīng)用的一門學科。研究如何用地圖圖形反映自然界和人類社會各種現(xiàn)象的空間分布，相互聯(lián)系及其動態(tài)變化，包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾、地圖制印等。地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地球系統(tǒng)科學地球系統(tǒng)科學是從行星角度出發(fā)，將地球大氣圈、水圈、生物圈和固體地球看作一個相互聯(lián)系的有機整體——地球系統(tǒng)，綜合研究該系統(tǒng)形成機制和變化規(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)控方法的學科。地球系統(tǒng)科學研究的目：了解地球系統(tǒng)所涉及的過程；理解地球系統(tǒng)各組成部分之間的相互聯(lián)系與相互作用；維持對人類充足的自然資源供給；防御和減輕各類自然災(zāi)害；調(diào)節(jié)全球環(huán)境變化；獲取不同空間尺度的對地球系統(tǒng)的科學理解地球系統(tǒng)科學的研究方法：地理現(xiàn)象觀測、信息采集和數(shù)據(jù)積累；數(shù)據(jù)的分析和解釋，從物理、化學和生物學規(guī)律出發(fā)，建立有關(guān)地球過程的定量關(guān)系；概念模型和數(shù)值模型建立及模型驗證，并應(yīng)用于對未來的變化趨勢進行預測預報。地球系統(tǒng)科學的信息的可視化表達和虛擬現(xiàn)實呈現(xiàn)。地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地球系統(tǒng)科學2004年第二屆地球觀測部長級峰會如期在日本東京召開,一致通過了全球?qū)Φ赜^測系統(tǒng)(GEOSS，GlobalEarthObservationSystemofSystems)及9大發(fā)展目標：減少自然與人為災(zāi)害造成的生命財產(chǎn)損失;了解環(huán)境因素對人類健康和生命的影響;改善對能源資源的管理;認識、評估、預測、減輕并且適應(yīng)氣候變化;更好地了解水循環(huán)過程,改進水資源管理;改進氣象信息,天氣預報和預警;提高對陸地、海岸、海洋生態(tài)系統(tǒng)的保護和管理;支持可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展,減少荒漠化;了解、監(jiān)測和保護生物多樣性對地觀測的關(guān)鍵領(lǐng)域為:氣象領(lǐng)域,通過提高氣象信息和長期預報的精度獲取更大的成功。陸地、水體、氣候、冰和海洋：通過與國際減災(zāi)組織一致的國際觀測與早期預警系統(tǒng)，認識自然災(zāi)害。通過開展與世界氣候研究計劃(WCRP)和全球氣候監(jiān)測系統(tǒng)(GCOS)所支持的與聯(lián)合國氣候變化框架一致的氣候監(jiān)測認識和研究氣候。通過全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)進行海洋監(jiān)測、建模和預測。綜合地球觀測系統(tǒng)伙伴(IGOS-P)所提出的一系列觀測主題,包括:海洋、碳循環(huán)、水循環(huán)、地殼運動、海岸帶(含珊瑚礁)、大氣化學、以及陸地/生物圈。地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與地球系統(tǒng)科學地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與未來地球計劃自然科學與人文科學相脫節(jié)人類活動和社會發(fā)展對地球系統(tǒng)的強迫研究薄弱地球系統(tǒng)科學不完善科學研究與實際應(yīng)用相脫節(jié)用戶充分參與和成果應(yīng)用機制不健全科學研究與管理決策相脫節(jié)高層決策對科學研究的設(shè)計和成果應(yīng)用關(guān)注不夠科學研究與可持續(xù)發(fā)展相脫節(jié)科學研究對可持續(xù)發(fā)展支持不力可持續(xù)發(fā)展形勢依然嚴峻未來地球計劃地理信息科學與相關(guān)學科的關(guān)系地理信息科學與未來地球計劃DynamicPlanet:Understandingthesystem&predictingchangesGlobalDevelopment:addressingpressingshort-termneedsofhumandevelopmentTransformationtowardsSustainability:developinglong-termtransitions“未來地球”科學計劃三大研究主題地球動力學全球發(fā)展可持續(xù)性轉(zhuǎn)型八項重要能力：地球觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)地球系統(tǒng)模式發(fā)展地球系統(tǒng)科學理論綜合與評估能力建設(shè)與教育信息交流科學與政策溝