地球空间信息科学的定义

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地球空间信息科学的定义

2016-11-16 作者: xuzhiping 浏览: 2310 次

摘要: 1.地球空间信息科学是基于空间信息流的研究 地球空间信息具有双重含义:(1)由于地球表层上的地理实体具有空间分布特征,因此,包括实体的形状、尺度、位置及其属性在内的地球信息同样具有空间分布性;(2)主要的信息源来自于空间对地观测技术对以电磁波为载体的空间信息的...

1.地球空间信息科学是基于空间信息流的研究

地球空间信息具有双重含义:(1)由于地球表层上的地理实体具有空间分布特征,因此,包括实体的形状、尺度、位置及其属性在内的地球信息同样具有空间分布性;(2)主要的信息源来自于空间对地观测技术对以电磁波为载体的空间信息的探测。地球空间信息科学就是对地球表层上具有空间分布特征的电磁波谱信息,以地球的空间网格作为分布单元,在时空尺度上进行调制、归一、定量、集成和融合,由此揭示地球表层系统上地学现象的特征和运动规律。

地球空间信息是地球表层系统内部物质流、能量流和人流的一种运动状态和方式,它包括两部分,一部分是有关物质流、能量流和人流的运动状态,即对于它们在地球表层空间上所表现出来的区位特征,包括位置、形状和属性特征的描述;另一部分是有关物质流、能量流和人流的运动方式,即对于它们的区位特征在时间上所呈现的运动过程和变化规律的解释。因此,地球空间信息实质上反映了人类对于地球表层系统的运动规律的认识,它是人类保育地球系统的基础,而对地球空间信息的研究则必须以地球系统科学的基础理论为指导。

地球空间信息所覆盖的空间范围上至电离层,下至莫霍面,其中在地球表层上的地理信息是地球空间信息的基础信息。正是地理信息的空间定位和空间关联性起到了连接地质信息、海洋信息和大气信息的作用,使得地质信息、海洋信息和大气信息通过地理信息而组合成为地球空间信息;而有关地理信息的处理技术——地理信息技术的数据获取和存贮、空间分析和信息查询则为地球空间信息的模拟、分析和预测奠定了基础。

由于地球表层系统的空间信息流是有关地球物质流、能量流和人流的性质、特征和状态的表征与知识,它依附于物质流、能量流和人流而存在,即以物质流、能量流和人流为载体,因此,可以通过研究地球表层系统的空间信息流来认识和理解地球表层系统物质流、能量流和人流的运动规律,并通过对地球表层系统空间信息流的模拟来获得对物质流、能量流和人流调控的科学依据。空间信息流是认识地球系统、控制人口膨胀和资源浪费、能源净化、环境保护的前提,人类从空间信息流中贏得预测、预报时间,获得制控人流、物流和能流的科学依据,对于加强资源管理、环境规划、土地利用等基础建设,具有十分重要的意义。

显然,认识信息流与物质流、能量流和人流的相互关系有助于理解地球空间信息科学之本质。人类认识外部世界的过程,实质上就是不断地获得外部世界的信息并对这些信息进行加工处理的过程,而人类保育世界的过程,则是把自己经过加工处理所获得的目的、计划和策略信息(各种方案知识)反作用于外部世界,即不断按照方案知识来规范自己的行为和引导外部世界的发展。

2.地球空间信息科学是一门新兴的交叉学科

地球空间信息科学是一门交叉学科,是地球系统科学,面向地理空间研究领域的地理学、制图学、大地测量学,面向人类心智、行为和语言的认知科学、环境心理学、语言学,面向信息计算的计算机科学、信息科学,与面向信息应用的经济学、社会学、政治学等诸多领域学科的交叉和融合,是地球科学新兴的一门重要分支学科。

地球空间信息科学的研究对象位于行星地球的表层空间,包括资源、环境、生态和人地相互作用等。由于地球空间信息科学的多学科特性,因此,它能够为地球系统中各方面问题,特别是涉及许多学科领域的综合、大型地学问题的研究和解决提供了强有力的支持,以至于全新的研究和解决方案,例如,全球问题中的气候变化和海平面上升,区域问题中的环境污染、沙漠化和自然灾害的发生,地球空间信息科学与相邻科学技术增长、自然资源的不合理利用等。由于这些跨学科的大型地学问题总是具有相当的复杂性(通常跨越空间、时间域),因此,它们的研究向科技界提出了令人振奋的挑战,而地球空间信息科学尤其有利于这类大型、复杂地学问题的解决。

3.地球空间信息科学是多种空间信息技术的综合集成

从信息技术看,地球空间信息科学是多种空间信息技术,包括全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、电子制图、虚拟现实技术和一系列数字信息技术,如图像处理、计算机扫描、计算机绘图以及因特网等的综合与集成。

由此可见,从现代信息技术的角度来看,地球空间信息科学包含了对于地球表层系统中空间信息的检测、辨识、表达、度量、综合、提取、变换、传递、存储、检索、处理、分析、决策、显示、控制以及整个信息系统的优化等技术,而这些技术的理论支撑分别来自于信息论、控制论、系统论以及人工智能的范畴。在现代科学的理论体系中,信息、控制和系统在20世纪是三个具有时代特征意义并且具有深刻内在联系的重要学科,它们三者的相互结合导致了现代科学方法论的重大突破,促成了现代科学技术的巨大变化。信息论、控制论、系统论、人工智能理论与地球系统科学理论一起构成了地球空间信息科学的基础理论体系。

至此,我们可以看到,对地球空间信息科学的定义可以从两个方面进行,一方面从一般信息科学理论来描述,另一方面从空间信息技术加以定义。

综上所述,地球空间信息科学是在信息科学和空间信息技术发展的支持下,以地球表层系统为研究对象,以地球系统科学、信息论、控制论、系统论和人工智能的基本理论为指导,运用多种空间信息技术和数字信息技术,来获取、存贮、处理、分析、显示、表达和传输具有空间分布特征、时空尺度概念和空间定位含义的地球空间信息,以研究和揭示地球表层系统各组成部分之间的相互作用、时空特征和变化规律,为全球变化和区域可持续发展研究服务。

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