對(duì)地球信息科學(xué)的思考

1、對(duì)地球信息科學(xué)的思考周成虎魯學(xué)軍(中國(guó)科學(xué)院地理研究所，北京100101)提要作為地球科學(xué)一個(gè)重要分支的地球信息科學(xué)，在近10多年來已得到人們的廣泛關(guān)注與高度重視。本文以信息科學(xué)為基礎(chǔ)分析信息流的意義及其與物質(zhì)流和能量流的關(guān)系，闡述地球信息科學(xué)在地球科學(xué)中的地位及其內(nèi)涵，并從地球信息機(jī)理、地球信息技術(shù)以及地球信息科學(xué)的應(yīng)用三方面論述地球信息科學(xué)研究的主要內(nèi)容。關(guān)鍵詞信息流地球信息科學(xué)地球信息機(jī)理對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)信息高速公路地球信息科學(xué)(Geo-InformationScience)是90年代新興的地球科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，是在衛(wèi)星遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)等一系列現(xiàn)代

2、信息技術(shù)的高度集成以及信息科學(xué)與地球系統(tǒng)科學(xué)的交叉基礎(chǔ)之上所形成的科學(xué)體系。雖然其理論與方法還處于初步發(fā)展階段，其學(xué)科體系尚未完善，但它已得到國(guó)內(nèi)外科技界的普遍關(guān)注。近10年來，為了加強(qiáng)對(duì)于資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的系統(tǒng)調(diào)控和協(xié)調(diào)發(fā)展，許多國(guó)家都在積極發(fā)展地球信息科學(xué)，以之作為全球變化研究與區(qū)域規(guī)劃、管理與決策分析的現(xiàn)代化科技手段。本文擬從地球信息科學(xué)的起源、主要研究?jī)?nèi)容等方面來探討地球信息科學(xué)的內(nèi)涵及其研究框架。一孔之見，以期拋磚引玉。地球信息科學(xué)的緣起地球信息科學(xué)產(chǎn)生的技術(shù)背景作為一個(gè)現(xiàn)代的科學(xué)術(shù)語(yǔ)，地球信息科學(xué)的出現(xiàn)還不到10年。作為一門新興的交叉學(xué)科，人們對(duì)其的認(rèn)識(shí)又有多重含義，并出現(xiàn)了許多

3、相類似但又不相同的科學(xué)名詞，如地球信息技術(shù)(Geomatics)、地球信息機(jī)理(Geo-Informatics)、圖像測(cè)量學(xué)(Iconicmetry)、圖像信息(Iconic-Informatics)、地理信息科學(xué)(GeographicInformationScience)、地球信息科學(xué)(Geo-InformationScience)等。這些新的科學(xué)名詞的出現(xiàn)，都與現(xiàn)代信息技術(shù)，如遙感、數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)等的發(fā)展密切相關(guān)。法國(guó)大地測(cè)量與攝影測(cè)量學(xué)者BernardDubussion于1975年首先將地球信息技術(shù)(法文名為Geomatique)用于科學(xué)文獻(xiàn)。Gagnon將其定義為利用各種手

4、段，通過一切途徑來獲取和管理有關(guān)空間基礎(chǔ)信息的空間數(shù)據(jù)部分的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域1；Groot將其定義為：研究空間信息的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、信息的獲取、分類與合格化以及存貯、處理、描繪、傳播和確保其優(yōu)化使用的基礎(chǔ)設(shè)施科學(xué)技術(shù)2。這里，地球信息技術(shù)被狹義地定義為用于獲取有關(guān)地球狀況與特征的數(shù)據(jù)信息的技術(shù)科學(xué)，為地球科學(xué)與測(cè)量學(xué)的交叉學(xué)科。這點(diǎn)從一些學(xué)科設(shè)置的改名也可得到證實(shí)。例如加拿大的拉瓦爾(Laval)大學(xué)、卡爾加里(Calgary)大學(xué)將其與測(cè)繪有關(guān)的系名改為地球信息技術(shù)工程學(xué)系；同時(shí)加拿大礦產(chǎn)資源能源部的測(cè)繪局也于1994年6月改名為加拿大地球信息技術(shù)工程署(GeomaticsCanada)。荷蘭國(guó)際航

5、測(cè)與地學(xué)院(ITC)于1989年成立了地球信息專業(yè)，包括航天航空數(shù)據(jù)獲取與攝影測(cè)量、數(shù)字遙感、地圖制圖和數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)等部分。王之卓教授從學(xué)科發(fā)展的高度提出使用圖像信息學(xué)(IconicInformatics)來概括目前所有與測(cè)繪有關(guān)的一些學(xué)科，如攝影測(cè)量、地圖制圖、遙感技術(shù)等，并認(rèn)為地球信息機(jī)理(Geo-Informatics)所概括內(nèi)容比圖像信息學(xué)更廣3。地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用大大提高了人類處理和分析大量有關(guān)地球資源、環(huán)境、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的能力，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展則必須以地球信息機(jī)理理論為基礎(chǔ)。陳述彭在論述地理信息系統(tǒng)發(fā)展時(shí)強(qiáng)調(diào)了對(duì)于地球信息基礎(chǔ)理論的研究，并指出

6、地球信息基礎(chǔ)理論的實(shí)質(zhì)內(nèi)容：地理信息系統(tǒng)已不僅僅限于物質(zhì)流與能量流的信息載體，而且包括研究地學(xué)信息流程的動(dòng)力學(xué)機(jī)理與時(shí)空特征、地學(xué)信息傳輸機(jī)理及其不確定性(多解)與可預(yù)見性等；并認(rèn)為：Geo-Informatics不同于Geomatics,在于這個(gè)Info還包括很多地學(xué)規(guī)律，其分析模型必須以地學(xué)為基礎(chǔ)4。Goodchild于1992年提出地理信息科學(xué)(GeographicinformationScience)的概念5。地理信息科學(xué)主要研究在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)地理信息進(jìn)行處理、存貯、提取以及管理和分析過程中所提出的一系列基本問題,如數(shù)據(jù)的獲取和集成、分布式計(jì)算、地理信息的認(rèn)知和表達(dá)、空間分析、地理

7、信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、地理數(shù)據(jù)的不確定性及其對(duì)于地理信息系統(tǒng)操作的影響、地理信息系統(tǒng)的社會(huì)實(shí)踐等6,7。地理信息科學(xué)的提出是地理信息系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展到相當(dāng)水平后的必然要求,它是在人們不再滿足于僅僅利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來對(duì)地理信息進(jìn)行可視化表達(dá)及其空間查詢,而強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的空間分析和模擬能力時(shí)產(chǎn)生的；它在注重地理信息技術(shù)發(fā)展的同時(shí),還注意到了與地理數(shù)據(jù)、地理信息有關(guān)的其他一些理論問題,如地理數(shù)據(jù)的不確定性、地理信息的認(rèn)知以及社會(huì)對(duì)于地理信息技術(shù)運(yùn)用于實(shí)踐的認(rèn)可等。由此可見,地理信息科學(xué)在地理信息技術(shù)研究的同時(shí),還指出了對(duì)于支撐地理信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)理論研究的重要性。隨著遙感、全球定位系統(tǒng)、因持網(wǎng)(I

8、nternet)和地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展及其相互間的滲透,逐漸形成了以地理信息系統(tǒng)為核心的集成化技術(shù)系統(tǒng),為解決區(qū)域范圍更廣、復(fù)雜性更高的現(xiàn)代地學(xué)問題提供了新的分析方法和技術(shù)保證；同時(shí),這些現(xiàn)代信息技術(shù)的綜合發(fā)展及其應(yīng)用的日益深廣,最終促使了“地理信息科學(xué)”的產(chǎn)生。地理信息科學(xué)發(fā)展的應(yīng)用背景全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究已經(jīng)使得現(xiàn)代地球科學(xué)問題的研究發(fā)生了“質(zhì)”和“量”的變化。首先,現(xiàn)代地理科學(xué)問題的研究具有“綜合性、統(tǒng)一性”,“綜合性”表現(xiàn)在地球科學(xué)問題的研究日益要求多學(xué)科、多部門之間的攻關(guān)協(xié)作,“統(tǒng)一性”則表現(xiàn)在地球科學(xué)問題的研究既需要現(xiàn)代化技術(shù)手段的支持又需要基礎(chǔ)科學(xué)理論的指導(dǎo)；

9、其次,現(xiàn)代地球科學(xué)問題既強(qiáng)調(diào)對(duì)于不同時(shí)空尺度下的固體地球系統(tǒng)、流體地球系統(tǒng)和生物地球系統(tǒng)過程以及這些系統(tǒng)之間相互作用機(jī)制的理解與模擬,以揭示全球變化規(guī)律,又強(qiáng)調(diào)對(duì)于包括人類在內(nèi)的由巖石圈、土壤圈、水圈、大氣圈和生物圈等各相態(tài)物質(zhì)相互作用組成的地球表層系統(tǒng)的區(qū)域系統(tǒng)的研究,以揭示人類活動(dòng)與資源、環(huán)境相互作用的關(guān)系。圖1地理信息系統(tǒng)在地球隊(duì)系統(tǒng)科學(xué)研究中的作用Fig1TheroleofGISintheEarthSystemScience(After“EarthSystemScience”)美國(guó)國(guó)家航空和宇航管理局（NASA）在地球系統(tǒng)科學(xué)報(bào)告8中指出：認(rèn)識(shí)地球系統(tǒng)和全球變化戰(zhàn)略的重要組成部分是要在

10、最廣泛的意義上致力于數(shù)據(jù)和信息的管理，發(fā)展地理信息系統(tǒng)是其中心問題。沒有地理信息系統(tǒng)就沒有地球系統(tǒng)科學(xué)，其設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)地球系統(tǒng)本身的多變性和復(fù)雜性。因此，從地球系統(tǒng)科學(xué)的高度來認(rèn)識(shí)和理解地理信息系統(tǒng)，更有利于我們把握地理信息技術(shù)體系發(fā)展的框架。圖1表示了地理信息系統(tǒng)在地球系統(tǒng)科學(xué)研究中的作用8，由圖可見，地理信息系統(tǒng)在獲取地球觀測(cè)數(shù)據(jù)以后，能夠支持三項(xiàng)功能，并完成它們之間的轉(zhuǎn)換，即從“分析和解釋”到“概念化和數(shù)值模擬”，再到“預(yù)測(cè)和驗(yàn)證”的轉(zhuǎn)換，由此實(shí)現(xiàn)地球系統(tǒng)科學(xué)的研究工作。人類社會(huì)步入信息時(shí)代，有關(guān)地球科學(xué)問題的研究需要以信息科學(xué)為基礎(chǔ)，并以現(xiàn)代信息技術(shù)為手段，否則就不能適應(yīng)新的社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)

11、展水平。地球信息科學(xué)，作為地球科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科，將為地球科學(xué)問題的全球變化與區(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。而全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用研究也將極大地推動(dòng)地球信息科學(xué)的發(fā)展。地球信息科學(xué)的含義地球信息及其與數(shù)據(jù)、知識(shí)的關(guān)系地球信息是地球系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)流、能量流和人流的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式，它包括兩部分，一部分是有關(guān)物質(zhì)流、能量流和人流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即對(duì)于它們?cè)诘厍蚩臻g上所表現(xiàn)出來的區(qū)位特征，包括位置、形狀和屬性特征的描述；另一部分是有關(guān)物質(zhì)流、能量流和人流的運(yùn)動(dòng)方式，即對(duì)于它們的區(qū)位特征在時(shí)間上所呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)過程和變化規(guī)律的解釋。因此，地球信息實(shí)質(zhì)上反映了人類對(duì)于地球系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)

12、規(guī)律的認(rèn)識(shí)，它是人類保育地球系統(tǒng)的基礎(chǔ)。地球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信息是地球信息的基礎(chǔ)信息。正是地理信息的空間定位和空間關(guān)聯(lián)性起到了連接地質(zhì)信息、海洋信息和大氣信息的作用，使得地質(zhì)信息、海洋信息和大氣信息得以通過地理信息而組合成為地球信息；而有關(guān)地理信息的處理技術(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信息的模擬、分析和預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。我們知道，信息論作為應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法研究通信系統(tǒng)中信息傳遞和信息處理問題的科學(xué)，它規(guī)定信息是減少可能事件出現(xiàn)的不確定性的量度，信息量等于消除的不確定性的數(shù)量。對(duì)于認(rèn)識(shí)主體（人、生物或機(jī)器系統(tǒng)）來說，如果他（

13、它）在接受信息后，一點(diǎn)確定性都消除不了，那么信息量最?。ǖ扔诹悖?，若所有的不確定性都消除了，則信息量為最大9。當(dāng)衛(wèi)星傳感器采集到地球系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)后，在沒有應(yīng)用有關(guān)地球信息的分析方法（如地球信息的各種統(tǒng)計(jì)方法）去處理它們時(shí)，這些有關(guān)地球系統(tǒng)信息的符號(hào)記錄對(duì)于“人”這個(gè)認(rèn)識(shí)主體來說，其所包含的信息量等于零；當(dāng)在衛(wèi)星地面臺(tái)站對(duì)傳感器所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，這些數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)化為可被人利用的各種數(shù)據(jù)格式的地球信息，但此時(shí)，它們所包含的信息量仍然是有限的；這些信息進(jìn)入地理信息系統(tǒng)后，在信息處理過程中，它們的信息含量將逐漸增高，信息的使用價(jià)值隨之增大；特別是當(dāng)它們經(jīng)過各種專題地理信息系統(tǒng)的處理后，它們的信息

14、含量將大幅度地提高，信息的使用價(jià)值增值更快；經(jīng)過地理信息系統(tǒng)處理后的信息再進(jìn)入各種專題的空間輔助決策支持系統(tǒng)，信息又可以進(jìn)一步地轉(zhuǎn)化為更高級(jí)的信息形態(tài)知識(shí)。這里的“知識(shí)”是有關(guān)某一空間問題解決的“目的、計(jì)劃和策略信息”，即有關(guān)某一空間問題解決的“方案”。因此，這里的“知識(shí)”不是描述和解釋地球系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識(shí)，而是從人的需要出發(fā)，用于指導(dǎo)人類保育地球?qū)嵺`活動(dòng)的知識(shí)，可稱之為“方案知識(shí)”。方案知識(shí)的信息量最高，使用價(jià)值也最大。地球數(shù)據(jù)、地球信息和方案知識(shí)三者之間不是截然分開的，它們之間具有一定程度的重合性，這意味著地球數(shù)據(jù)的一部分（如地球?qū)ｎ}數(shù)據(jù)）可以是地球信息的一部分，而地球信息的一部分（如地

15、球?qū)ｎ}信息）可以是方案知識(shí)的一部分。地球系統(tǒng)信息流從數(shù)據(jù)到信息再到知識(shí)這一過程必須以物質(zhì)和能量為載體，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的傳輸需要數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，直至目標(biāo)、計(jì)劃和策略信息時(shí)，則需要地理信息系統(tǒng)、空間輔助決策支持系統(tǒng)的支持，而信息的傳輸則需要因特網(wǎng)的支持。正是由于數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)、空間輔助決策支持系統(tǒng)和因特網(wǎng)的支持，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)流到信息流再到知識(shí)流的“流變過程”。由于數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，一般所說的“信息流”包括了從數(shù)據(jù)流到信息流再到知識(shí)流的全過程。由于地球系統(tǒng)信息流是有關(guān)地球物質(zhì)流、能量流和人流的性質(zhì)、特征和狀態(tài)的表征與知識(shí)，它依附于物質(zhì)流、能量流和人流而存在

16、，即以物質(zhì)流、能量流和人流為載體，因此，可以通過研究地球系統(tǒng)信息流來認(rèn)識(shí)和理解地球物質(zhì)流、能量流和人流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并通過對(duì)于地球系統(tǒng)信息流的模擬來獲得對(duì)于物質(zhì)流、能量流和人流調(diào)控的科學(xué)依據(jù)（圖2）。胞曲僧R大弋伯息冃的、計(jì)崩和凰略佰息T惘血；LI（估息債）T權(quán)須:信總頊）:人腹；AjA迥成丸吒需嚇南水北iff狀丈循呼朮握南運(yùn)橫神臬轉(zhuǎn)禪等R能卞洋曼賣吐力栽屈油轉(zhuǎn)進(jìn)尊等L程蓉民人才鷹先居工理執(zhí)前歳庫(kù)艮丁亀耳勻圖2物質(zhì)流、能量流、人流與信息各自所包含的內(nèi)容Fig2Thecontentsoftheflowofmatieral,energy,peopleandinformation地球系統(tǒng)科學(xué)主要研究地

17、球系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)流、能量流、人流循環(huán)的發(fā)生與發(fā)展過程。地球系統(tǒng)的物質(zhì)流是指物質(zhì)資源在空間與時(shí)間上的重新分配，能量流指各種能量的傳輸，而人流則預(yù)示著社會(huì)的發(fā)展和變遷。它們形成的根本動(dòng)力在于地球系統(tǒng)中物質(zhì)、能量和人流分布不均而產(chǎn)生的位能、勢(shì)能和壓力差。通過對(duì)物質(zhì)流、能量流的研究，我們能夠深刻地理解諸如全球大氣環(huán)境模式、大洋環(huán)流、海陸水汽交換等各種自然現(xiàn)象過程；通過對(duì)人流的研究，我們可以認(rèn)識(shí)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治的發(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律。圖2表達(dá)了物質(zhì)流、能量流、人流和信息流它們各自所包含的內(nèi)容。顯然，認(rèn)識(shí)信息流與物質(zhì)流、能量流和人流的相互關(guān)系有助于理解地球信息科學(xué)之本質(zhì)。人類認(rèn)識(shí)外部世界的過程，實(shí)質(zhì)上就是不斷獲得外

18、部世界的信息并對(duì)這些信息進(jìn)行加工處理的過程，而人類保育世界的過程，則是把自己經(jīng)過加工處理所獲得的目的、計(jì)劃和策略信息（各種方案知識(shí)）反作用于外部世界，即不斷按照方案知識(shí)來規(guī)范自己的行為和引導(dǎo)外部世界的發(fā)展。地球信息科學(xué)的性質(zhì)和組成地球信息科學(xué)應(yīng)當(dāng)是一門交叉學(xué)科，是地球系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)和信息技術(shù)等的交叉和融合（圖4），是地球科學(xué)的一門新興的重要分支科學(xué)；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；它由三部分組成：“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（圖5）。

19、圖4地球信息科學(xué)與相鄰科學(xué)技術(shù)的關(guān)系Fig4TherelationshipamongtheGeo-InformationScienceandrelatedsciencesandtechnologies圖5地球信息科學(xué)的組成Fig5TheconstitutionofGeo-InformationScience地球信息科學(xué)的研究?jī)?nèi)容我們認(rèn)為，地球信息機(jī)理通過對(duì)地球圈層間信息傳輸過程與物理機(jī)制的研究來揭示地球信息機(jī)理，它是形成地球信息科學(xué)的重要理論支撐；而以對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、電子地圖與信息高速公路所構(gòu)成的以地理信息系統(tǒng)為核心的集成化技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了地球信息的獲取、分析與傳播；全球變化與區(qū)域

20、可持續(xù)發(fā)展則是地球信息科學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。圖6表示了地球信息科學(xué)的科學(xué)體系。下面，我們將就地球信息科學(xué)的理論、技術(shù)、方法與應(yīng)用的重要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行闡述。地球嘏氓程學(xué)椎直畫毀技*全球宦恆系蹴地球信息機(jī)理地球信息科學(xué)的本質(zhì)是從信息流的角度來揭示地球系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展及其演化規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境與社會(huì)的宏觀調(diào)控。作為其理論核心的地理信息機(jī)理的研究應(yīng)包括：地理信息的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分類與表達(dá)；地球圈層間信息傳輸機(jī)制、物理過程及其增益與衰減以及信息流的形成機(jī)理；地球信息的空間認(rèn)知及其不確定性與可預(yù)見性；地球信息模擬物質(zhì)流、能量流和人流相互作用關(guān)系的時(shí)空轉(zhuǎn)換特征；地球信息獲取與處理的應(yīng)用基礎(chǔ)理論等。地卻ffi息

21、機(jī)理地環(huán)塔6,時(shí)站構(gòu)海證.性質(zhì)與炭這覽議區(qū)層冋宦皿住輸機(jī)理雖過轡F咆爭(zhēng)愷九傳輪的平圖宦性與fli芻性醴球倍息直的動(dòng)力憚忸雷；理論應(yīng)用淮理信息樂堀空間埔血蟲ift最嫌貳駄可持道發(fā)展全球變優(yōu)K業(yè)*U#變化貳埋工業(yè)丸笑IS型圖6地球信息科學(xué)的科學(xué)體系（據(jù)陳述彭手稿修改）Fig6FrameworkofGeo-InformationScience（AfterChenShupengsmanuscript）地球信息技術(shù)地球信息技術(shù)包括：地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、地球信息模擬分析技術(shù)與地球信息傳播技術(shù)。3.2.1地球數(shù)據(jù)獲取技術(shù)用于從外部世界（相對(duì)于認(rèn)知主體人類來說）獲得記錄地球性質(zhì)和狀態(tài)的地球數(shù)據(jù)。遙感、全球定位系

22、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。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8。地球信息模擬分析技術(shù)用以將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地球信息，包括地球空間信息的加工、再生以及獲得有關(guān)某一地球空間問題解決的目的、計(jì)劃和策略信息，可分為地理信息系統(tǒng)、空間輔助決策支持系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是

23、一個(gè)能夠獲取、存貯、查詢、模擬和分析地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是一種能夠處理和分析大量地理數(shù)據(jù)的通用地理信息技術(shù)10，它匯集來自多方面的數(shù)據(jù)，按照地理空間框架進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、查詢與檢索，通過地球信息模擬和分析軟件包進(jìn)行地球信息的加工、再生，為空間輔助決策的分析打下基礎(chǔ)?？臻g輔助決策支持系統(tǒng)直接面向地球科學(xué)的問題領(lǐng)域，它的任務(wù)是在地理信息系統(tǒng)有關(guān)地球空間信息分析結(jié)果的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生人類行動(dòng)的目的、計(jì)劃和策略信息。因此，決策分析過程和其前面的信息處理過程是不可分割的，信息處理是決策的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)，決策分析是信息處理的目的和結(jié)果。地球信息科學(xué)的方法論在現(xiàn)代科學(xué)理論體系中，信息、控制和系統(tǒng)是三個(gè)具有時(shí)代特征意義

24、并且具有深刻內(nèi)在聯(lián)系的重要科學(xué)概念。信息論、控制論和系統(tǒng)論的結(jié)合導(dǎo)致了現(xiàn)代科學(xué)方法論的重大突破，促成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大變化8。在圖7中，地理信息系統(tǒng)通過對(duì)來源于地球系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行空間信息分析，而將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為信息流(目標(biāo)信息)；它實(shí)質(zhì)上完成了對(duì)于地球系統(tǒng)的了解和認(rèn)識(shí)，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)于這個(gè)復(fù)雜地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過程?？臻g決策系統(tǒng)通過對(duì)來源于地理信息系統(tǒng)的信息流進(jìn)行空間決策分析，而將信息流轉(zhuǎn)換為知識(shí)流(目的、計(jì)劃和策略信息流)；它實(shí)質(zhì)上模擬了對(duì)于地球系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制作用，即模擬了對(duì)于這個(gè)復(fù)雜地球系統(tǒng)的調(diào)控過程；而策略、方案實(shí)施則將知識(shí)流轉(zhuǎn)化為真正可供操作的調(diào)節(jié)和控制行為。地球信息科學(xué)的方法論表明，認(rèn)識(shí)

25、、分析地球系統(tǒng)和對(duì)于地球系統(tǒng)調(diào)控是不能截然分開的，它們是一個(gè)統(tǒng)一的連貫的過程：認(rèn)識(shí)是調(diào)控的基礎(chǔ)，調(diào)控是認(rèn)識(shí)的目的；認(rèn)識(shí)越深刻，調(diào)控就越成功，而調(diào)控越成功就會(huì)使認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化。而地理信息系統(tǒng)和空間決策系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)了人類對(duì)于客觀世界認(rèn)知能力的能動(dòng)性。地球信息科學(xué)的應(yīng)用地球信息科學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展，無論是從理論上還是從技術(shù)上都將為地球科學(xué)問題的全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究提供指導(dǎo)與支持。陳述彭先生用人的雙手形象地描述了地球信息科學(xué)的應(yīng)用：一只手看作是全球變化，其中每一個(gè)手指分別代表生物圈、水圈、大氣圈、土壤圈和巖石圈，五方面相互作用構(gòu)成全球變化研究主題；另一只手看作是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究，大拇指代表人流，

26、其余四指表示人與自然的關(guān)系4。結(jié)語(yǔ)遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)以及信息高速高路等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)地球信息機(jī)理基礎(chǔ)理論的研究提出了更高的要求，由此促進(jìn)了“地球信息科學(xué)”的產(chǎn)生。地球信息機(jī)理是地球信息科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，它是對(duì)地觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)以及信息高速公路三者之間的日益趨于綜合發(fā)展的共有基礎(chǔ)，而這些現(xiàn)代信息技術(shù)的融合發(fā)展則形成了地球信息科學(xué)的以地理信息系統(tǒng)為核心的集成化技術(shù)體系。地球信息科學(xué)是地球系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)三者之間融合而成的交叉學(xué)科，是地球科學(xué)的重要分支學(xué)科。地球信息科學(xué)將為地球科學(xué)問題的全球變化與區(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。而全球

27、變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用研究也必將極大地推動(dòng)地球信息科學(xué)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)(References)GagnonP,ColemanDT.Geomatics,anintegrated,systematicapproachtomeettheneedforspatialinformation.CISMJournal,1990,44(4)：377382.GrootR.EducationandtraininginGeomaticsinCanada.CISMJournal,1991,45(3)：365382.WangZhizhou.ThearisenGISsawbyamappingworker.LinHui

28、chiefeditor.TheDevelopmentandProspectoftheGIS.Beijing:SciencePress,1991.811.(InChinese)王之卓.從一個(gè)測(cè)繪工作者看GIS學(xué)科興起.林輝主編.地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與前景.北京：科學(xué)出版社,1991.811.ChenShupeng.Geographicalinformationscienceandregionalsustainabledevelopment.Beijing:MappingPress,1995.1.(InChinese)陳述彭.地球信息科學(xué)與區(qū)域持續(xù)發(fā)展.北京：測(cè)繪出版社,1995.1.Goodchi

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30、andGeographicInformationSystem,1996,23(3)：115127.8EarthSystemSciencesCommitteeNASAAdvisoryCouncil.Earthsystemscience.Acloserview.NationalAeronauticsandSpaceAdministration,1992.106107.XiaoKuntao.Onhistoryofscientificrecognition.JiangsuPeoplesPress,1995.647690.(InChinese)蕭錕燾.科學(xué)認(rèn)識(shí)史論.江蘇人民出版社,1995.647690

31、.ZhouChenghu.TheperspectiveofGIS.ActaGeographicaSinica,1995,50(Supplement)：114.(InChinese)周成虎.地理信息系統(tǒng)的透視.地理學(xué)報(bào),1995,50(Supplement)：114.PRELIMINARYDISCUSSIONONGEO-INFORMATIONSCIENCEZhouChenghuLuXuejun(InstituteofGeography,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101)Keywordsthestreamofinformation,geo-informa

32、tionscience,themechanismofgeo-information,theearthlyobservationsystem,geographicinformationsystem,informationhighwayAbstractGeo-informationScienceemergedrecentlyasanacceptedtermwiththepopularityofgeographicaltechnologiessuchasgeographicalinformationsystem,globalpositioningsystemandsatelliteremotesen

33、sing,andgreatdemandforeffectiveuseofthegeographicalinformationtodealwithcomplexissuesliketheregionalsustainabledevelopmentandglobalchange.ItmaybebelievedthatGeo-informationsciencewillgrowtobeanimportantbranchofEarthSystemScienceandplaywhenwestepintotheinformationageof21thcentury.Theauthorsattemptedt

34、oprobethefundamentalissuesandprincipalareaforGeo-informationscienceinthisarticleformitsoriginandmaincontentsandresearchtopics.Firstly,wediscussedtheGeo-informationsciencefromthetechnologicalandapplicationsets.Fromthepointofviewofthetechnologydevelopment,thereexistseveralrelevantandsimilartermssuchas

35、Geomatics,GeographicalInformationScience,Iconic-Informatics,whichwereadvancedfromdifferentprincipals,likephotogrammetry,remotesensing.Itwassaidthatalltheseprincipalsconcerningthegeo-informationcollecting,analysisandcommunicationpromotedandcontributed,tosomeextent,theemergencyofGeo-informationscience.Atthesametime,theresearchoftheglobalchange,regionalsustainabledevelopmentandothercomprehensiveandcomplexissuesconcerningtheearthsystemasksu