地球信息科学体系的融合发展

——敬贺陈述彭院士80寿辰傅肃性张崇厚曹桂发(中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101)(中国科技促进经济投资公司,北京,100080)21世纪迎来了一个崭新的空间时代和信息社会.
在我们居住的星球上,时间与空间尺度的巨大变化,给人们带来了真正的"地球村",更好地认知地球家园,积极地解决人口、资源与环境问题,实现新纪元经济腾飞,振兴中华的宏图.
这正是陈述彭教授探索地学的宿愿.
对于地球信息的技术系统,陈述彭教授认为,它是以数字集成(整合)为核心技术,涉及卫星应用,遥感技术、地理信息系统、电脑制图、互联网络……等诸多方面的信息系统工程[1].
科学实践表明,地图学、遥感、地理信息系统和全球定位系统的发展为地球信息科学的建立奠定了基础[2].
上述学科的发展与其融合集成正是推进地球信息科学崛起的重要前提和必然趋势.
1地球信息图谱是地图学创新体系的核心地图学是与世界最早的文化一样悠久的古老学科.
我国铸造在九鼎上的和传说中的,距今已有2500多年的历史,追溯到刻画在陶片上的巴比伦地图,约是4500前的图史了,但地图的学问,只有当古代东方的大河流域诞生了农业以后,才有较明显的发展.
回顾历史,地图学是随着科技生产力的进步而发展的.
地图学的功能也是因此伴着时代而向前飘移的.
对此,陈述彭教授曾科学地概括了地图学重点时代——古代(16世纪以前)、近代(16~19世纪)、20世纪和21世纪的功能飘移的图谱(作者稍作简化).
由图1可知,地图学的发展标志着不同时代的生产力与生产水平.
同时,也反映出由农业、工业经济时代正迈向新世纪的知识经济时代.
地球信息图谱是将地球信息通过分析综合以地图、图像及图表等形式反映事物与现象空间结构特征模式与时空序列的发展变化规律.
据此陈述彭教授于20世纪90年代首次提出了地图信息图谱.
这是地图学知识创新体系的重要组成部分.
这对全方位地表达地理现象,实施地理空间布局及区域规划提供了必要的科学依据.
重点时代信息获取分析加工可视化产品图1地图学功能飘移示意图可见,地图信息图谱可明晰客观地反映出地球信息客体的空间分布规律.
例如,地质构造的图谱,往往是地质工作者用以分析判别矿藏赋存的地质环境.
就冀北火山盆地的环形构造地图来说,在其百余个火山环形构造分布中,其中,许多中、小型环形构造呈串珠状,足见,它是受线形构造带控制所致;而一些大中型火山环形构造多分布于不同方向第1期2000年3月地球信息科学GEO-INFORMATIONSCIENCENo11Mar1,20001995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.
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火山岩浆-构造带的交叠部位,它反映出不同级火山岩浆活动中心的展布特征.
从中可通过其分析与成矿的关系,揭示出该区火山机构与铀、钼矿化的空间分布.
又如,河北迁西的金厂峪、龙湾一带所展布的"多"字型线形信息图谱,它们往往是地质工作者用以金矿分析预测的依据[3].
从上不难看出,地球信息在地图上的表征,往往遵循着一定的地理客体的空间分布规律.
比如,江岸变迁动态分布图,就可揭示一种江岸演变与凹凸岸及其横向变形强度的趋势关系.
于是地理工作者就能从该图谱中,研究其江岸摆动的趋势及其强度.
由此可分析江岸的稳定程度,进而为整治江岸提供科学依据.
所以,地球信息图谱的研究,对现代地图学的创新具有深远的科学和重大的生产意义.
在地图学不断创新的征途中,陈述彭教授是勇于开拓的著名地图学家.
2知识投入是遥感应用的特色70年代,我国遥感事业开始走上了自己的路子.
这正是1972~1977年间,陈述彭教授先后考察了墨西哥、英国、瑞典等遥感技术后,总结报告提出的一个呼吁,并殷切希望建立起我国自己的航天遥感技术体系,且提出研制发射地球资源卫星及其观测应用的建议.
回顾我国遥感事业的发展及遥感应用的成就,我们就会铭记起陈述彭教授的这样一个哲理:中国遥感应用的一个特色就是地学、生物学知识的投入.
遥感是60年代新兴的高新技术,是一门很有生命力的学科.
因此,在我国遥感的应用中,迅速涉及到农林、土地、水利、地矿、自然灾害、环境保护、全球变化和区域可持续发展等领域[4],而且很快发展为一种高新产业.
在诸多领域的应用中,取得了新的突破和特长.
这其中很重要的一个因素,是知识的投入.
我们知道,在一定的区域范围里,地理环境中的各种自然景观、地理要素之间存在着相互依存、互相制约的关系.
一种新事物的出现,往往反映了另一种事物的存在或产生,因此,它们可以相互揭示,因为其间常有一种因果关系.
例如,1985年美国宇航局利用遥感预报疟疾传染病获得了成功.
当时加里福尼亚州、新墨西哥州乡村流行一种疟疾传染病.
此前,专家们在卫星图像上发现了大片水稻田、湿地中的影像特征有异常现象.
从中分析是蚊子生长可能成为影像色调变异的缘由,后经实地调查,证实其因.
从而做出该分布区可能发生疟疾传染病的预报.
从中可知,美国专家利用遥感图像预测疟疾病并非是从图像上识别出疟疾病毒,而主要是依据蚊子适于湿地生境及其媒体作用的地理相关原理.
足见,地学、生物学知识的投入是其遥感预报疾病的重要标志.
再如,山西高中低产田遥感识别制图中,就是依据地理相关理论,考虑到中、低产田主要是受区域分异及其区域内自然要素,诸如土壤内部各因子不相协调,生产设施(如灌溉等)不配套、生态环境不良、耕作措施或布局不当等因素所影响.
据此,它们对高中低产田,按照其地形地貌特征,引入水浇地、盐碱地、坡耕地等因素进行分区[5]:如冲积平原高产农田区、盐渍化土壤中低产农田区、冲积平原中低产农田区、黄土台地中低产农田区、土石丘陵山地低产农田区和土石山低产农田区.
这种先分区后分类,然后进行合并的复合分层分类方法,提高了识别制图的精度.
诸如此法,在分类中,除了以地物波谱特性按一定的模式识别算法外,研究地理系统中地物要素成像机理关系的功能和特性,考虑其地理相关因素是不容忽视的.
陈述彭教授将这类区域参数,称作是空间信息识别模式应用中的区域校正系数[4].
其功能旨在最大限度地提高空间遥感信息智能识别分类与制图的质量和精度.
这就是其一贯重视遥感技术与生产实践相结合,并致力于遥感信息成像机理基础理论研究的宗旨.
综上可知,陈述彭教授不论在我国第一次独立开展大规模、多学科、综合性航空遥感技术应用,还是主持国家自然科学基金重大项目--遥感信息成像机理的研究中,在遥感系统工程设计、遥感技术应用、区域分析与综合方法的运用等方面,都创造出一系列新的理论方法和先进的技术途径.
它总是从宇宙高度,实现空间科学遥感技术对地观测的新境界.
他始终推动着我国遥感事业向高层次方向发展,走向国际先进水平.
3地理信息系统的基础研究是地球信息科学随着地理信息系统的全方位、深层次的发展,地·04·地球信息科学2000年3月1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.
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理信息系统产业化的形成,其要求理论的支持,要求形成新的学科领域,因此,地球信息科学就应运而生[6].
早在1995年,于西北大学召开的中国地理学会地图学与地理信息系统专业委员会学术讨论会上,陈述彭教授因势利导,提出我国"地球信息科学"的发展问题,并创办了《地球信息科学》杂志,以推进该学科的发展.
陈述彭教授提出,地球信息科学是属于地球科学、信息科学、系统科学和非线性科学之间的横向科学、交叉科学和全新的科学.
所以,地球信息科学是地球科学的一个重要组成部分.
地理信息系统是建立在地球科学、信息科学和系统科学等基础上的边缘学科.
其研究的主要内容是地球系统内的信息流.
为此,陈述彭教授科学总结提出,地理信息系统的理论基础是地球信息科学.
显然,新世纪深化地理信息系统的基础理论研究,是促进地理信息系统发展的根本.
对此陈述彭教授将地球信息科学的的研究内容概括如下:·加强地球信息形成机理的基础理论研究;·深化应用地理信息系统的自组织理论、整体性与分异性理论、空间结构与空间功能理论、突变与混沌理论等的应用基础理论研究;·提高面向对象理论、空间信息模型、信息综合模型理论和空间关系理论等技术基础的研究;·开展地球信息采集、处理技术,地球信息数字集成技术系统及地球信息共享研究;·地球信息科学技术的产业化的软科学研究,(包括机-星-地快速反应系统技术的政策).
通过上述前沿课题的研究,势必积极地推动我国实现社会信息化、国家信息化和国民经济信息化的巨大发展.
它不仅为资源、环境、社会、经济等具有时空分布特征的信息,实现快速传输、分析和辅助决策,而且还为实现信息资源化、信息共享创造必要的条件.
诚然,这将对区域可持续发展起到积极地促进作用.
回顾中国地理信息系统事业的发展,从陈述彭教授组建设计与实施我国第一个GIS国家实验室乃至推及全国,并形成理论技术体系,逐步走向信息产业化,无不留下他那永不磨灭的丰功伟绩:从50年代初,他掀起的地图创作新潮,70年代跨入宇宙空间科学-遥感新世界,80年代迈向地理信息系统的信息社会,乃至90年代的地球信息科学和数字地球,他始终追随着知识经济时代,为地图、遥感、地理信息系统和数字地球技术系统的融合体系而不遗余力地贡献着自己的智慧.
4地球信息科学体系的融合发展地球信息科学是以地球(电离层-莫霍面)为平台,以人地关系为主题,以服务于全球变化与区域可持续发展为目标,将卫星应用、遥感技术、地理信息系统、电脑辅助设计与制图、多媒体与虚拟技术、互联信息网络为主体的高速全息数字化集成的科学体系,形成能对人流、物流、能流进行时间与空间分析与宏观调控的战略技术系统[6].
进入新世纪的空间时代和信息社会,实现包括资源、环境、社会、经济的地球科学或地球系统科学的信息化乃至国家信息化是一个重要的目标.
对此,地图、遥感、地理信息系统和全球定位系统等融合的综合体系是实现快速、大容量、传输存贮、处理分析和应用管理地球空间信息的重要技术保证.
它也是数字地球的重要之平台.
陈述彭教授,高瞻远瞩,治学严谨,思维敏锐,开拓创新,孜孜追求从一个学科到另一个学科再跨向新的学科,循序渐进,按时代的脉搏,社会的科技进步永往直前,创造出辉煌的业绩!
如今,他依然马不停蹄地迈入21世纪知识创新的时代,指引着开拓数字地球.
参考文献[1]陈述彭1地球信息科学的推进与交流1《地球信息》,1997(2)[2]廖克121世纪的地球信息科学及其在地理学中的应用,《地球信息》,1998(3,4)[3]京津唐地区国土卫星资料应用研究组1国土普查卫星资料应用研究(I)1科学出版社,1988,209~211[4]傅肃性,世纪之交地理信息系统的理论与应用发展,地球信息科学,1999(2)[5]赵锐、刘玉机、傅肃性主编1中国环境与资源遥感应用1气象出版社,1999,113~164[6]陈述彭、何建邦、承继成1地理信息系统的基础研究,地球信息11997(3)·14·1期傅肃性等:地球信息科学体系融合之理论与技术发展1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.
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