地球和空間科學(xué)論文

　　空間是與時(shí)間相對(duì)的一種物質(zhì)客觀 存在形式，但兩者密不可分，小編整理了地球和空間科學(xué)論文，歡迎閱讀!

　　地球和空間科學(xué)論文篇一

　　地球空間信息及其獲取技術(shù)

　　【摘 要】本文敘述了地球空間信息科學(xué)的形成背景與基本定義，討論了地球空間信息的理論內(nèi)涵，總結(jié)了獲取地球空間信息數(shù)據(jù)的三種最主要的方法：地圖數(shù)據(jù)采集、遙感(RS)數(shù)據(jù)采集和GPS數(shù)據(jù)采集。

　　【關(guān)鍵詞】地球空間信息科學(xué);地球空間信息;遙感(RS);全球定位系統(tǒng)(GPS);數(shù)據(jù)采集

　　1 地球空間信息科學(xué)

　　地球空間信息科學(xué)(Geo-Spatial Information Science，簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)為主要技術(shù)支撐，用于采集、量測(cè)、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應(yīng)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(xué)和技術(shù)。地球空間信息科學(xué)是地球科學(xué)的一個(gè)前沿領(lǐng)域，是地球信息科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，將為地球科學(xué)問(wèn)題的監(jiān)測(cè)和全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究提供理論指導(dǎo)與技術(shù)方法的支持[1]。同時(shí)，地球信息科學(xué)也是一門應(yīng)用科學(xué)，它以信息流為手段研究地球系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流和人流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式，其科學(xué)學(xué)科體系正在成型、發(fā)展、定位中，主要研究?jī)?nèi)容：基礎(chǔ)理論研究$地球機(jī)理、地球信息獲取和處理技術(shù)、地理信息數(shù)字集成技術(shù)系統(tǒng)研究、地球信息共享、服務(wù)體究、產(chǎn)業(yè)化政策和運(yùn)做研究、應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)研究。“地球信息機(jī)理”是其理論研究的主體，“地球信息技術(shù)”是其研究手段，“全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展”是其主要應(yīng)用研究領(lǐng)域。

　　2 地球空間信息內(nèi)涵

　　地球空間信息實(shí)質(zhì)上反映了人類對(duì)于地球表層系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，它是人類保育地球表層系統(tǒng)的基礎(chǔ)。地球空間信息所覆蓋的空間范圍上至電離層、下至莫霍面，其中在地球表層上的地理空間信息是地球空間信息的基礎(chǔ)信息。有關(guān)地理空間信息的處理技術(shù)――地理信息技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、空間分析和信息查詢則為地球空間信息的模擬、分析和預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

　　美國(guó)于1992年開(kāi)始建立“國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)”，這和前幾年美國(guó)發(fā)展“信息高速公路”具有同樣重要的戰(zhàn)略意義，SD在中國(guó)常稱為“地球空間信息”?？臻g數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(SDI)從體系上來(lái)講主要包括4個(gè)部分：①地球空間關(guān)系數(shù)據(jù)集，它主要包括空間點(diǎn)位(三維+重力場(chǎng)參數(shù))、地形、水系、植被、道路、居民地、土地利用、地籍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù);②上述數(shù)據(jù)獲取、儲(chǔ)存、更新和交換的技術(shù)(模擬的和數(shù)字化的)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn);③上述數(shù)據(jù)的交互網(wǎng)絡(luò)體系，包括該體系的硬件、軟件、空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)字化空間數(shù)據(jù)的通訊交互網(wǎng)絡(luò);④空間數(shù)據(jù)的管理、維護(hù)、服務(wù)機(jī)構(gòu)和設(shè)施[2]。

　　3 地球空間信息獲取

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、光電子技術(shù)、航天航空技術(shù)的不斷發(fā)展，空間信息獲取的技術(shù)手段和方法也發(fā)生了根本性的變化，已由傳統(tǒng)的地基、手工、單點(diǎn)、單要素向空基、全自動(dòng)、面域、全要素方向發(fā)展，空間信息技術(shù)的應(yīng)用也從傳統(tǒng)的測(cè)繪領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到更加廣泛的領(lǐng)域。這些新興的應(yīng)用反過(guò)來(lái)又對(duì)空間信息技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求。

　　地球空間數(shù)據(jù)，即地球空間實(shí)體的空間位置數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。遙感、全球定位系統(tǒng)等地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)形成覆蓋全球的監(jiān)測(cè)運(yùn)行系統(tǒng)，建立起從航天觀測(cè)到深度探測(cè)的多層次、立體對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，是快速獲取和更新地球數(shù)據(jù)的主要技術(shù)手段[3]。美國(guó)國(guó)家航空與宇航管理局制定了一個(gè)循序漸進(jìn)的數(shù)據(jù)獲取和管理的戰(zhàn)略性計(jì)劃――行星地球計(jì)劃，以向科學(xué)家提供與地球系統(tǒng)科學(xué)有關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其核心部分為地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)，其目的是提供能夠長(zhǎng)時(shí)間控制的數(shù)據(jù)記錄，以幫助科學(xué)家區(qū)分人類活動(dòng)和自然力對(duì)地球系統(tǒng)的多種影響。下面介紹地球空間數(shù)據(jù)的獲取三種主要方法：地圖數(shù)據(jù)采集、全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)等。

　　3.1 地圖數(shù)據(jù)采集

　　地圖數(shù)據(jù)的采集有兩種方法：一種方法是手扶跟蹤自動(dòng)化，此法對(duì)簡(jiǎn)單的地圖還可以，而對(duì)于復(fù)雜的地圖就較麻煩，根本問(wèn)題是速度慢，幾乎同手工繪制一幅地圖所需要的時(shí)間差不多，而且精度相對(duì)較低。另一種方法是地圖掃描數(shù)字化，對(duì)于經(jīng)過(guò)掃描的地圖(數(shù)字地圖圖像)，既可以用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)屏幕上采集，也可以在屏幕上半自動(dòng)化采集，顯然這種半自動(dòng)化方式的速度相對(duì)快一些。目前，地圖掃描數(shù)字化的手工方式在許多商品化軟件中已經(jīng)具備，如MapInfo等。地圖掃描數(shù)字化的半自動(dòng)方式國(guó)內(nèi)外也有不少這類軟件，這些軟件的主要問(wèn)題是自動(dòng)化程度不高，可靠性和穩(wěn)定性較差。地圖掃描數(shù)字化的半自動(dòng)方式，其核心技術(shù)是數(shù)字地圖圖像的識(shí)別，目前采用的基本理論與方法主要有數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法等。

　　3.2 遙感(RS)數(shù)據(jù)采集

　　RS源于航空攝影測(cè)量，歷史悠久。20世紀(jì)60年代初，美國(guó)海軍研究局的伊・普魯伊特(Eretyn Pruitt)第一次提出“遙感”這個(gè)術(shù)語(yǔ)?，F(xiàn)在遙感技術(shù)已發(fā)展成為多光譜、多平臺(tái)、多波段、高分辨率和全天候的一種對(duì)地觀測(cè)技術(shù)。遙感圖像的空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率，以及對(duì)遙感圖像自動(dòng)判讀的精確性、可靠性和定量量測(cè)的精度都會(huì)有極大的提高。多光譜傳感器獲取從陸地到海洋和外層空間信息。高分辨率可提供到米級(jí)、厘米級(jí)空間信息。航空遙感和海洋高頻地波雷達(dá)具有的快速機(jī)動(dòng)性可提供多時(shí)相(準(zhǔn))實(shí)時(shí)級(jí)空間信息。遙感影像處理智能化專家系統(tǒng)將遙感信息的應(yīng)用分析從單一遙感資料向多時(shí)相、多數(shù)據(jù)源的復(fù)合分析過(guò)渡，從靜態(tài)分析向動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)渡，從對(duì)資源與環(huán)境的定性調(diào)查向計(jì)算機(jī)輔助的定量自動(dòng)制圖過(guò)渡，從對(duì)各種現(xiàn)象的表面描述向軟件分析和計(jì)量探索過(guò)渡。

　　遙感技術(shù)作為獲取環(huán)境數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(特別是面狀信息)的重要手段，具有許多優(yōu)點(diǎn)[4]：①通過(guò)地球觀測(cè)衛(wèi)星或飛機(jī)從高空觀測(cè)地球，可進(jìn)行大面積同步監(jiān)測(cè)，獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，并具有綜合性和可比性;②利用遙感技術(shù)獲取環(huán)境信息，具有獲取資料范圍大、信息手段多、信息量大、速度快、周期短和受條件限制少等特點(diǎn)。遙感獲取的環(huán)境動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)GIS快速處理和分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境的變化;③遙感與傳統(tǒng)的環(huán)境信息獲取方法相比，可以大大節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前遙感技術(shù)正經(jīng)歷著從定性向定量從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的發(fā)展變化。

　　4 GPS數(shù)據(jù)采集

　　GPS(global positioning system)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國(guó)的子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即多普勒定位系統(tǒng))，它是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電測(cè)時(shí)定位導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數(shù)據(jù)。GPS包括三大組成部分，即空間部分，由衛(wèi)星星座組成;地面支撐部分，由地面主控及監(jiān)測(cè)注入系統(tǒng)組成;用戶設(shè)備部分，由用戶接收機(jī)組成。GPS定位的實(shí)質(zhì)是根據(jù)GPS接收機(jī)與其所觀測(cè)到的衛(wèi)星之間的距離和所觀測(cè)衛(wèi)星的空間位置來(lái)求取接收機(jī)的空間位置，而這些又是根據(jù)GPS衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文計(jì)算出的包括位置、偽距、相位和星歷等原始觀測(cè)量，通過(guò)計(jì)算來(lái)完成的。

　　GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位到局部與廣域差分，從事后處理到實(shí)時(shí)定位與導(dǎo)航，從絕對(duì)和相對(duì)精度到米級(jí)、厘米級(jí)乃至亞毫米級(jí)，可提供高精度地圖坐標(biāo)圖數(shù)據(jù)(三維)，建立三維高次模型，提高RS幾何校正精度。空基和星基衛(wèi)星定位技術(shù)和實(shí)時(shí)三維(數(shù)字)地面影像獲取技術(shù)將為監(jiān)測(cè)各種地球空間中的動(dòng)態(tài)自然現(xiàn)象和部分人文現(xiàn)象的信息提供了手段。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]王家耀，苗國(guó)強(qiáng)，成毅.空間信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取[J].海洋測(cè)繪，2004，3.

　　[2]李清泉.關(guān)于我國(guó)空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J].地理信息世界，2004，8.

　　[3]李德仁，李清泉.論地球空間信息科學(xué)的形成[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1998，13(4)：319-326.

　　[4]宮鵬，史培軍，浦瑞良，等.對(duì)地觀測(cè)技術(shù)與地理系統(tǒng)科學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1996.

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