【導讀】遂古之初，誰傳道之？物類之起，必有所始。在當時條件下，古代天文學家創(chuàng)建了天體測量學和哥白尼日心學說，認識到太陽系。作出了重要貢獻。代奠定必要的科學基礎?？諅刹鞕C、哈勃太空望遠鏡、宇宙探測器和人類登月，避免了地球大氣干擾和局限。面有宇宙大爆炸學說多種模型問世。在人類從星系層次加深對動態(tài)宇宙的認識方面是劃時代。銀河系內不同星體間的運動也存在復雜的情況。年就穿越銀道面一次。域內尚待進一步驗證。年左右，離銀河系則有幾十億至上百億光年之遙，稱為河外星系。麥哲倫星云等30個星系組成一個規(guī)模較小的集團，稱為本星系群。根據(jù)星系中特定原子發(fā)射的光的譜線與地球上實驗室內同種原子發(fā)射的光。速膨脹約10100倍，密度相應降低。但在1秒鐘之內溫度仍高達1032K至1010K以上，原子和。分子均無法存在。當時宇宙中的物質存在形式和行為目前無法在實驗室模擬，推測可能存在

　　

【正文】 的要數(shù)美 國宇航局 (NASA)提出的 “ 行星地球使命 ”(MTPE) 計劃，該計劃集當代空間遙感技術之大成， 應用了當前發(fā)展的最新型的對地觀測技術系統(tǒng)。要實現(xiàn)這樣的計劃，將會在近 15 年里發(fā)射多 顆不同性質、不 同用途、不同目的的對地觀測衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星平臺上將會安裝上數(shù)以百計 的各種不同的傳感器，用于對從地面到太空不同目標物的多維觀測。各種商業(yè)化的遙感計劃 是近年來多方力爭出臺的新事物，更為遙感領域錦上添花。這類計劃是市場需求推動的結果 ，它們具有： ① 地面的高分辨率 (最高可達 1m)； ② 靈活方便； ③ 投資少收益快；④ 小衛(wèi)星集 群； ⑤ 多角度遙感； ⑥ 重訪周期短等特點。 2． 3 地理信息系統(tǒng) (GIS)方面 地 理信息系統(tǒng) (GIS)作為集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、信息 科學和管理科學為一體的新興 邊緣學科迅速地興起和發(fā)展起來。GIS 研究計算機技術與空間 地理分布數(shù)據(jù)的結合，通過一系列空間操作和分析方法，為地球科學、環(huán)境科學和工程設計 乃至企業(yè)經營提供對規(guī)劃、管理和決策有用的信息，并能回答用戶所提出的有關問題。 地理信息系統(tǒng) (GIS)是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 )與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)的空間信息 系統(tǒng)。由于地球是人們賴以生存的基礎，所以GIS 是與人類的生存、發(fā)展、進步密切關聯(lián)的 一門信息科學與技術，受到人們愈來 愈大的重視。 GIS 技術的目前發(fā)展一方面是基于 Client/Server 結構，即客戶機可在其終端上調用在 服務器上的數(shù)據(jù)和程序。另一方面是通過互聯(lián)網絡發(fā)展Inter GIS 或 WebGIS，可以實現(xiàn) 遠程尋找所需要的各種地理空間數(shù)據(jù)，包括圖形和圖像，而且可以進行各種地理空間分析， 這種發(fā)展是通過現(xiàn)代通訊技術使 GIS 進一步與信息高速公路相接軌。 2． 4“3S”集成方面 “3S” 集成，是指將遙感、空間定位系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)這三種對地觀 測新技術 (嚴格地 說，還應包括現(xiàn)代通訊技術 ，只有這樣才能在信息高速公路上實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和通訊 ) 有機地集成在一起。這里所說的集成，是英文 Integration 的中譯文，它指的是一種有機的 結合、在線的連接、實時的處理和系統(tǒng)的整體性。 GPS、 RS、 GIS 集成的方式可以在不同技術 水平上實現(xiàn)?！?S” 集成具有重大的意義，也具有相當?shù)碾y度。 最簡單的辦法是三種儀器分開而由用戶綜合使用，進一步是三者有共同的界面，做到表面上 無縫的綜合，數(shù)據(jù)傳輸則在內部通過特征碼 (識別 )相結合。最好的辦法是整體的集成，使之 成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，不僅具有自動、實時地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能 夠智能地分析和運用數(shù)據(jù)，為各種應用提供科學的決策咨詢，并回答用戶可能提出的各種復 雜問題。顯而易見，其中勢必要借助于專家系統(tǒng)等理論和技術，需要研究的是如何設計這種 綜合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)管理、模型分析等問題，使其能有效地處理各種不同 來源、不同精度的空間數(shù)據(jù)。對此國內外都有一些嘗試，例如面向對象數(shù)據(jù)模型 (ObjectOr iented Data Model)的引用，認為可很好地支持各種不同格式的數(shù)據(jù)，也有人使用超圖數(shù)據(jù) 結構 (Hypergraph Based Data Structure，縮寫為 HBDS)，認為是建立一體化數(shù)據(jù)結構的重 要理論基礎，但很有效地用于生產實踐，還有待于進行大量的研究工作。 3 研究內容 具體來講，基礎理論方面以研究地球空間信息機理入手，從信息流的角度，探討地球表層系 統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展及其演化規(guī)律，從而實現(xiàn)資源、環(huán)境與社會的宏觀調控；技術方面，結合國內 外 3S 技術的最新發(fā)展，解決發(fā)展過程中的若干重要理論問題和 3S 及其集成技術應用過程中的 一些共性的基本問題，以及若干3S 集成應用系統(tǒng)的建立。從而實現(xiàn)地球空間信息科學理論體 系的完善和 應用的發(fā)展。 地球空間信息機理研究 地 球系統(tǒng)內部要素交互作用與影響，其空間信息以能量流、物質流和人流的方式進行時空轉 換，其運動狀態(tài)和方式具有客觀性和可認知的特性，根本動力在于地球系統(tǒng)中物質、能量和 人流分布不均而產生的位能、勢能和壓力差。地球空間信息機理作為形成地球空間信息科學 的重要理論支撐，它是通過對地球圈層間信息傳輸過程與物理機制的研究來揭示的，主要研 究內容包括： (1) 地球空間信息的結構與性質； (2) 地球空間信息的認識與分類； (3) 地球空間信息獲取與處理 的應用基礎理論。 3． 2 全球定位系統(tǒng)理論與應用研究 GPS 技術一直是沿著衛(wèi)星系統(tǒng)性能改進、接收機性能改進和導航定位方法完善三個方向發(fā)展 的， GPS 應用除了傳統(tǒng)的測繪系統(tǒng)和軍事應用外，車載 GPS 導航、GPS 地震監(jiān)測系統(tǒng)、 GPS 氣象 學、 GPS 捕魚業(yè)、 GPS 放牧、 GPS 狩獵、 GPS 登山旅游以及 GPS 農業(yè)等將形成 GPS 普及應用的新局 面，因此，全球定位系統(tǒng)理論與應用研究是解決 GPS 技術的迅速發(fā)展，應用不斷擴大過程帶 來的理論和技術問題，如：新定位方式、高精度、高動態(tài)、多用途，具體包括： (1) 新型 GPS 定 位服務系統(tǒng)關鍵技術； (2) GPS 快速實時定位理論和關鍵技術； (3) 各種 GPS 集成系統(tǒng)理論和關鍵技術； 3． 3 遙感理論與技術研究 當代遙感的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的多傳感器、高分辨率和多時相特征。 (1） 多傳感器技術。已能全面覆蓋大氣窗口的所有部分。光學遙感可包含可見光、 近紅外和 短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長可從 8～ 14 靘，微波遙感觀測目標物電磁波的輻射和散 射，分被動微波遙感和主動微波遙感，波長范圍為 1～ 1000 mm。 (2) 遙感的高分辨率特點。全面體現(xiàn)在空間分辨率、 光譜分辨率和溫度分辨率三個方 面，長 線陣 CCD 成像掃描儀可以達到 1～ 2 m 的空間分辨率，成像光譜儀的光譜分辯率可以達到 5～ 6 nm 的水平。熱紅外輻射計的溫度分辨率可從 K 提高到 K 乃至 K。 (3) 遙感的多時相特征。隨著小衛(wèi)星群計劃的推行，可以用六顆小衛(wèi)星，實現(xiàn)每 2 ～ 3天對地表 重復一次采樣，獲得 2～ 3 m的高分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)，多波段、多極化方式的雷達衛(wèi)星， 將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時對地觀測，通過衛(wèi)星遙感及其與機載和車載遙感 技術的有機結合，是實現(xiàn)多時相遙感 數(shù)據(jù)獲取的有力保證。 在遙感技術飛速發(fā)展的同時，也產生了許多理論和技術及其應用方面值得研究的問題： (1) 各種遙感傳感器的機理； (2) 衛(wèi)星遙感圖像三維處理技術及測圖技術； (3) 衛(wèi)星遙感圖像智能識別和數(shù)據(jù)處理技術； (4) 合成孔徑雷達 (SAR)數(shù)據(jù)成像處理技術； (5) 多時相、多遙感器資料匹配和融合技術； (6) 遙感信息的定量化； (7) 面向對象可視化開發(fā)平臺若干關鍵技術； (8) 遙感圖像準無損壓縮技術； (9) 高光譜遙感圖像的處理技術； (１０ ) 新型理論 (分形、小波與人工神經網絡 )應用； (１１ ) 測高衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)綜合應用技術。 3． 4 地理信息系統(tǒng)理論與技術 GIS 的發(fā)展具有技術導引和應用導引的兩大特點，它們之間相互作用，共同促進 GIS 的發(fā)展， GIS 理論的發(fā)展和完善為 GIS 技術的進一步發(fā)展創(chuàng)造條件。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，特別 是計算機硬件價格性能比的進一步提高和Inter 的迅速普及，給 GIS 的發(fā)展帶來了機遇和 挑戰(zhàn)，許多理論和技術問題急需進行研究，具體包括： (1) 地理信息的認知； (2) 地理現(xiàn)象的描述與數(shù)據(jù)模型； (3) 空間 數(shù)據(jù)的采集、集成與更新； (4) 空間數(shù)據(jù)的表達與顯示； (5) 空間數(shù)據(jù)精度不確定性； (6) 空間數(shù)據(jù)的建模與應用； (7) 網絡 GIS 理論和實現(xiàn)技術； (8) 空間數(shù)據(jù)基礎設施 (SDI)的設計理論； (9) GIS 與社會可持續(xù)發(fā)展。 [LM] 3． 5 3S 集成理論、技術及應用 在 3S 集成應用中： GPS 主要用于實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺 ( 車、船、飛機、衛(wèi)星等 )的空間定位； RS 主要用于實時地或準實時地提供目標及其環(huán)境的語 義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變 化，及時地對 GIS 進行數(shù)據(jù)更新； GIS 則是對多種 來源的時空數(shù)據(jù)進行綜合處理、集成管理、動態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基本平臺，并為 智能化數(shù)據(jù)采集提供地學知識。一方面集成過程本身的理論和技術問題需要解決，另一方面 基于集成系統(tǒng)的應用帶來的理論和技術問題也需要解決，具體包括： (1) 3S 集成系統(tǒng)的實時空間定位； (2) 3S 集成系統(tǒng)的一體化數(shù)據(jù)管理； (3) 語義的非語義信息的自動提取理論方法； (4) 基于 GIS 的航空、航天遙感影象全數(shù)字化智能系統(tǒng)及對 GIS 數(shù)據(jù)庫快速更新的方法； (5) 3S 集 成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊與交換； (6) 3S 集成系統(tǒng)中可視化技術理論與方法； (7) 3S 集成系統(tǒng)的設計方法及 CASE 工具的研究； (8) 3S 集成系統(tǒng)中基于客戶服務器的分布式網絡集成環(huán)境； (9) 若干 3S 集成的典型應用，如 3S 技術用于精細農業(yè)、 GPS＋ CCD 車載動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系 統(tǒng)、 GPS/INS＋ CCD＋斷面掃描集成低空實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 4 展望 地球空間信息科學的產生與發(fā)展是當代地球科學發(fā)展的必然產物，它從許多方面改變或 提高了人們觀察地球的能力，如觀察方法、準確性、全面性，為人們作出正確的 判斷和決策 提供大量可靠的信息，必將成為信息科學的主流，并以超出人們想象的速度向前發(fā)展。 推動地球空間信息科學發(fā)展的動力有兩個方面：一方面是現(xiàn)代航空、航天、計算機、通訊技 術的飛 速發(fā)展為地球空間信息科學的發(fā)展提供了強有力的技術支持 。另一方面，全球變化和社會可 持 續(xù)發(fā)展日益成為人們關注的焦點，而作為其主要支撐技術的地球空間信息科學必然成為優(yōu)先 發(fā)展的領域。可以肯定，隨著技術進步和社會需要的推動地球空間信息科學將會迅速發(fā)展、 成熟起來，并將對社會的發(fā)展產生巨大的作用。 我國在地球空間信息科學 領域的研究工作經過不懈努力取得了許多優(yōu)秀成果，培養(yǎng)了一些 國際知名的學者和一大批具有較高素質的中青年學術骨干，為學科的發(fā)展做出了自己的貢獻 。但是我們必須清醒地認識到，由于在傳感器、計算機、通訊以及綜合國力等方面與先進國 家存在較大差距，使得在相當長的一段時間內在地球空間信息科學的若干方面將落后于國際 先 進水平。因此，只有發(fā)揮自己的優(yōu)勢，不斷努力，才能逐步縮小與國際先進水平的差距，為 我國的經濟建設和社會發(fā)展做出自己的貢獻。 主要參考文獻 [1] 王之卓 從一個測繪工作者看 GIS 學科的興起 見：林輝 主編 地理信息系統(tǒng) 的發(fā)展與前景 北京：科學出版社， ～ [2] 陳述彭，曾杉 地球系統(tǒng)科學與地球信息科學 地理研究， 1996， 15(2)： 1～１０． [3] 李德仁．當前國際 GIS 的研究和應用現(xiàn)狀， RS、 GIS、 GPS 的集成與應用．北京：測繪出 版社，１９９５． 24～ 43． [4] 李德仁．關于地理信息理論的若干思考．武漢測繪科技大學學報， 1997，２２（２）：９３～９５． [5] 李德仁．論地理信息學的形成和發(fā)展．武漢測繪科技大學學報，１ 995，２０（增刊）：18～２２． [6] 周成虎，魯學軍．對地球信息科學的思考．香山科學會議交流材料， 1997．３～１１ ． [7] 楊崇俊，趙霈生．從地球信息技術的發(fā)展趨勢看地球信息科學產生的必然性．香山科學會議交流材料， 1997,12～ 15． [8] Goodchild F. 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