地球和空間科學論文

　　空間是與時間相對的一種物質客觀 存在形式，但兩者密不可分，小編整理了，歡迎閱讀!

　　篇一

　　地球空間資訊及其獲取技術

　　【摘 要】本文敘述了地球空間資訊科學的形成背景與基本定義，討論了地球空間資訊的理論內涵，總結了獲取地球空間資訊資料的三種最主要的方法：地圖資料採集、遙感***RS***資料採集和GPS資料採集。

　　【關鍵詞】地球空間資訊科學;地球空間資訊;遙感***RS***;全球定位系統***GPS***;資料採集

　　1 地球空間資訊科學

　　地球空間資訊科學***Geo-Spatial Information Science，簡稱Geomatics***是以全球定位系統***GPS***、地理資訊系統***GIS***、遙感***RS***為主要內容，並以計算機和通訊技術為主要技術支撐，用於採集、量測、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應用與地球和空間分佈有關資料的一門綜合和整合的資訊科學和技術。地球空間資訊科學是地球科學的一個前沿領域，是地球資訊科學的一個重要組成部分，將為地球科學問題的監測和全球變化與區域可持續發展研究提供理論指導與技術方法的支援[1]。同時，地球資訊科學也是一門應用科學，它以資訊流為手段研究地球系統的物質流、能量流和人流的運動狀態和方式，其科學學科體系正在成型、發展、定位中，主要研究內容：基礎理論研究$地球機理、地球資訊獲取和處理技術、地理資訊數字整合技術系統研究、地球資訊共享、服務體究、產業化政策和運做研究、應用技術系統研究。“地球資訊機理”是其理論研究的主體，“地球資訊科技”是其研究手段，“全球變化與區域可持續發展”是其主要應用研究領域。

　　2 地球空間資訊內涵

　　地球空間資訊實質上反映了人類對於地球表層系統的運動規律的認識，它是人類保育地球表層系統的基礎。地球空間資訊所覆蓋的空間範圍上至電離層、下至莫霍面，其中在地球表層上的地理空間資訊是地球空間資訊的基礎資訊。有關地理空間資訊的處理技術――地理資訊科技的資料獲取、儲存、空間分析和資訊查詢則為地球空間資訊的模擬、分析和預測奠定了基礎。

　　美國於1992年開始建立“國家空間資料基礎設施***NSDI***”，這和前幾年美國發展“資訊高速公路”具有同樣重要的戰略意義，SD在中國常稱為“地球空間資訊”。空間資料基礎設施***SDI***從體系上來講主要包括4個部分：①地球空間關係資料集，它主要包括空間點位***三維+重力場引數***、地形、水系、植被、道路、居民地、土地利用、地籍等靜態和動態的資料;②上述資料獲取、儲存、更新和交換的技術***模擬的和數字化的***和相應的標準;③上述資料的互動網路體系，包括該體系的硬體、軟體、空間資料庫系統和數字化空間資料的通訊互動網路;④空間資料的管理、維護、服務機構和設施[2]。

　　3 地球空間資訊獲取

　　隨著計算機技術、網路技術、通訊技術、光電子技術、航天航空技術的不斷髮展，空間資訊獲取的技術手段和方法也發生了根本性的變化，已由傳統的地基、手工、單點、單要素向空基、全自動、面域、全要素方向發展，空間資訊科技的應用也從傳統的測繪領域迅速擴充套件到更加廣泛的領域。這些新興的應用反過來又對空間資訊科技的發展提出了更高的要求。

　　地球空間資料，即地球空間實體的空間位置資料及相應的屬性資料和拓撲關係資料。遙感、全球定位系統等地球資料獲取技術的發展已經形成覆蓋全球的監測執行系統，建立起從航天觀測到深度探測的多層次、立體對地觀測系統，是快速獲取和更新地球資料的主要技術手段[3]。美國國家航空與宇航管理局制定了一個循序漸進的資料獲取和管理的戰略性計劃――行星地球計劃，以向科學家提供與地球系統科學有關的觀測資料，其核心部分為地球觀測系統***EOS***，其目的是提供能夠長時間控制的資料記錄，以幫助科學家區分人類活動和自然力對地球系統的多種影響。下面介紹地球空間資料的獲取三種主要方法：地圖資料採集、全球定位系統***GPS***、遙感***RS***等。

　　3.1 地圖資料採集

　　地圖資料的採集有兩種方法：一種方法是手扶跟蹤自動化，此法對簡單的地圖還可以，而對於複雜的地圖就較麻煩，根本問題是速度慢，幾乎同手工繪製一幅地圖所需要的時間差不多，而且精度相對較低。另一種方法是地圖掃描數字化，對於經過掃描的地圖***數字地圖影象***，既可以用滑鼠在計算機螢幕上採集，也可以在螢幕上半自動化採集，顯然這種半自動化方式的速度相對快一些。目前，地圖掃描數字化的手工方式在許多商品化軟體中已經具備，如MapInfo等。地圖掃描數字化的半自動方式國內外也有不少這類軟體，這些軟體的主要問題是自動化程度不高，可靠性和穩定性較差。地圖掃描數字化的半自動方式，其核心技術是數字地圖影象的識別，目前採用的基本理論與方法主要有數學形態學方法、神經元網路方法等。

　　3.2 遙感***RS***資料採集

　　RS源於航空攝影測量，歷史悠久。20世紀60年代初，美國海軍研究局的伊・普魯伊特***Eretyn Pruitt***第一次提出“遙感”這個術語。現在遙感技術已發展成為多光譜、多平臺、多波段、高解析度和全天候的一種對地觀測技術。遙感影象的空間解析度、光譜解析度和時間解析度，以及對遙感影象自動判讀的精確性、可靠性和定量量測的精度都會有極大的提高。多光譜感測器獲取從陸地到海洋和外層空間資訊。高解析度可提供到米級、釐米級空間資訊。航空遙感和海洋高頻地波雷達具有的快速機動性可提供多時相***準***實時級空間資訊。遙感影像處理智慧化專家系統將遙感資訊的應用分析從單一遙感資料向多時相、多資料來源的複合分析過渡，從靜態分析向動態監測過渡，從對資源與環境的定性調查向計算機輔助的定量自動製圖過渡，從對各種現象的表面描述向軟體分析和計量探索過渡。

　　遙感技術作為獲取環境資料和動態監測***特別是面狀資訊***的重要手段，具有許多優點[4]：①通過地球觀測衛星或飛機從高空觀測地球，可進行大面積同步監測，獲取環境資訊資料快速準確，並具有綜合性和可比性;②利用遙感技術獲取環境資訊，具有獲取資料範圍大、資訊手段多、資訊量大、速度快、週期短和受條件限制少等特點。遙感獲取的環境動態觀測資料，通過GIS快速處理和分析，能及時發現環境的變化;③遙感與傳統的環境資訊獲取方法相比，可以大大節省人力、物力、財力和時間，具有很高的經濟效益和社會效益。目前遙感技術正經歷著從定性向定量從靜態向動態的發展變化。

　　4 GPS資料採集

　　GPS***global positioning system***是美國第二代衛星導航定位系統***第一代衛星導航系統是美國的子午衛星導航系統，即多普勒定位系統***，它是以衛星為基礎的無線電測時定位導航系統，可以為航空、航天、陸地、海洋等方面的使用者提供不同精度的線上或離線的空間定位資料。GPS包括三大組成部分，即空間部分，由衛星星座組成;地面支撐部分，由地面主控及監測注入系統組成;使用者裝置部分，由使用者接收機組成。GPS定位的實質是根據GPS接收機與其所觀測到的衛星之間的距離和所觀測衛星的空間位置來求取接收機的空間位置，而這些又是根據GPS衛星發出的導航電文計算出的包括位置、偽距、相位和星曆等原始觀測量，通過計算來完成的。

　　GPS衛星定位和導航技術與現代通訊技術相結合，從靜態到動態，從單點定位到區域性與廣域差分，從事後處理到實時定位與導航，從絕對和相對精度到米級、釐米級乃至亞毫米級，可提供高精度地圖座標圖資料***三維***，建立三維高次模型，提高RS幾何校正精度。空基和星基衛星定位技術和實時三維***數字***地面影像獲取技術將為監測各種地球空間中的動態自然現象和部分人文現象的資訊提供了手段。

　　【參考文獻】

　　[1]王家耀，苗國強，成毅.空間資訊系統資料的獲取[J].海洋測繪，2004，3.

　　[2]李清泉.關於我國空間資訊產業發展的思考[J].地理資訊世界，2004，8.

　　[3]李德仁，李清泉.論地球空間資訊科學的形成[J].地球科學進展，1998，13***4***：319-326.

　　[4]宮鵬，史培軍，浦瑞良，等.對地觀測技術與地理系統科學[M].北京：科學出版社，1996.

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