地理信息系统

　　什么是信息?
　　信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征。信息向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理、经营、分析和决策的依据。信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。

　　什么地理信息?
　　地理信息是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。从地理实体到地理数据，再到地理信息的发展，反映了人类认识的巨大飞跃。地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，它具有区域性。地理信息又具有多维结构的特征，即在同一XY位置上具有多个专题和属性的信息结构。例如在一个地面点位上，可取得高度、噪声、污染、交通等多种信息。而且，地理信息有明显的时序特征，即动态变化的特征，这就要求及时采集和更新它们，并根据多时相的数据和信息来寻找随时间变化的分布规律，进而对未来作出预测或预报．

　　什么是地理信息系统?
　　地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。在计算机发展史上，计算机辅助设计技术（CAD）的出现使人们可以用计算机处理像图形这样的数据，图形数据的标志之一就是图形元素有明确的位置坐标，不同图形之间有各种各样的拓扑关系。简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系。简单的图形元素如点、线、多边形等；点有坐标（x，y）；线可以看成由无数点组成，线的位置就可以表示为一系列坐标对（x1，y1），（x2，y2），……（xn，yn）；平面上的多边形可以认为是由闭合曲线形成范围。图形元素之间有多种多样的相互关系，如一个点在一条线上或在一个多边形内，一条线穿过一个多边形等等。好，让我们展开想象，把这个点看成首都北京，把线看成京九铁路，把这个多边形看成河北省的省界，发生了什么？京九铁路从北京出发，穿过河北省！这里，“首都北京”就是这个点的属性，“京九铁路”就是线的
属性，而“河北省”就是多边形的属性。用计算机把这些数据管理起来，就成为一个超简单的地理信息系统的雏形。在实际应用中，一个地理信息系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形、几万条线、上万个点，还要计算和管理它们之间各种复杂的空间关系……。但是这个例子说明了什么是地理信息系统，就是可对空间数据进行组织、管理、分析、显示的系统，它由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统人员组成。

　　地理信息系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。我国GIS的发展较晚，经历了四个阶段，即起步(1970-1980)、准备(1980-1985)、发展(1985-1995)、产业化(1996以后)阶段。GIS已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统公共汽车调度等方面得到了具体应用。国内外已有城市测绘地理信息系统或测绘数据库正在运行或建设中。一批地理信息系统软件已研制开发成功，一批高等院校已设立了一些与GIS有关的专业或学科，一批专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。些外，还成立了“中国GIS协会“和“中国GPS技术应用协会“等。

全球定位系统

　　什么是全球定位系统？
　　全球定位系统是由一系列卫星随时提供高精度的世界范围的定位和导航信息。准确地说，它是由24颗沿距地球12000公里高度的轨道运行的NAVSTAR GPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置。 GPS接收器同时收听3～12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。GPS接收器利用GPS卫星发送的信号确定卫星在太空中的位置，并根据无线电波传送的时间来计算它们间的距离。等计算出至少3～4个卫星的相对位置后，GPS接收器就可以用三角学来算出自己的位置。

　　全球定位系统的精度
　　能尽管拥有高精度的原子钟，定位过程中仍旧潜伏着一些误差。( SA)是美国国防部为非军方GPS用户提供的程序，出于安全方面的考虑，它把定位精度略微降低了一些。当SA起作用时，你的定位的精度在50m～100m之间。即使没有SA，其他一些误差也是要考虑的。最明显的误差是由于地球电离层的变化引起的，它们对GPS的无线电波的速度有影响。另外一个引起误差的原因是大气中的水蒸汽。不过这些误差都是极小的。目前GPS的精度也可通过DGPS的功能来提高。

　　全球定位系统的用途
　　军事上GPS主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。
商业领域GPS主要用在勘测制图，航空、航海导航，车辆追踪系统，移动计算机和蜂窝电话平台等方面。勘测制图由一系列的定位系统组成，一般都要求特殊的GPS设备。在勘测方面的应用有：结构和工程勘测、道路测量和地质研究。收集到的数据可以以后再估算，也可以在野外实时使用。制图过程中使用大量的GIS数据库的数据，还有纸质地图的数据。 许多商业和政府机构使用GPS设备来跟踪他们的车辆位置，这一般需要借助无线通信技术。一些GPS接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端来适应车队管理的需要。消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等，它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕上实时跟踪你的位置或自动导航。

　　遥感系统
　　它是通过多光谱摄影及时获取丰富的地面信息。当代遥感的发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和多时相特征。当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分。近年来，由于航空遥感具有的快速机动性和高分辨率的显著特点使之成为遥感发展的重要方面。遥感信息的应用分析已从单一遥感资料向多时相、多数据源的融合与分析，从静态分析向动态监测过渡，从对资源与环境的定性调查向计算机辅助的定量自动制图过渡，从对各种现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。

数字地球

　　什么是“数字地球”？
　　数字地球（Digital Earth）最早是美国副总统戈尔于98年1月在美国加利福尼亚科学中心发表的题为“数字地球：二十一世纪认识地球的方式”的讲演中提出来的，戈尔在他的文章里指出“我们需要一个‘数字地球’，即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示，可以在其上添加许多与我们所处的星球有关的数据”。在科技界目前对“数字地球”还没有确切的学术的定义，一般认为“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一的数字化的认识，是以因特网为基础，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，具有三维界面和多种分辨率浏览器的面向公众开放的系统。正如戈尔在他的文章描绘的一个小孩在一个地方博物馆参观数字地球的场景：“当她戴上头盔时，她便可以看到与从太空看到的一样的地球。然后，通过数据手套她可以对所看到的影像进行放大，这样通过越来越高的分辨率她便可以看到各大洲以及不同的地区、国家、城市等内容，甚至最后还可以看到具体的房屋、树木以及其他的自然或人造的对象。”
　　通常认为数字地球主要由三部分组成：
　　1、 不同分辨率尺度下的地球三维可视化的浏览界面（与目前普遍使用的GIS不同）。
　　2、 网络化的地理信息世界，为用户提供公用信息和商业信息，为各类网络用户开辟一个认识“我们这个星球”的“没有围墙的实验室”。
　　3、 多源信息的集成和显示机制，就是融合和利用现有的多源信息，并将其“嵌入”数字地球的框架，进行“三维的描述”和智能化网络虚拟分析。
　　数字地球将在农业、环境、资源、人口、灾害、城市建设、教育军事、政府决策和区域的可持续发展等领域起到巨大作用。

　　“数字地球”与政府决策有何关系？
　　数字地球具有三维和不同分辨率的浏览界面，广泛和易访问使用的全球地理空间数据，以及由于虚拟现实技术的应用，将对政府部门的决策起到巨大作用。数字地球利用虚拟技术，可以在军事与外交领域的决策得到广泛应用。数字地球的数据具有统一的标准和全球范围内的数据，这对政府部门获得资源与环境方面的信息，科学地执行可持续发展战略具有重要作用。98年我国洪水、黄河断流已引起社会的广泛关注。数字地球可以从更宏观和整体的角度提供多分辨率和三维的浏览界面，使决策者具有身邻其境的感觉，这样为政府部门对中国环境问题的决策提供了更科学的依据。数字地球还可以在国家大型工程决策方面具有重要的参考价值。例如利用数字地球的方法，虚拟大型水库建成后库区周围和上下游的环境变化，一方面可以为水库修建与否提供依据，同时对水库修建后可能出现的问题也有比较清楚的了解，从而制订相应对策。另外，数字地球也为政府对城市的管理提供依据。美国加利福尼亚的盐湖城，通过GIS分析犯罪模式和帮派活动，以减少了该市青年人的持枪犯罪，通过收集犯罪分布和频率分析，城市已可以重新分配警力资源了。

　　数字地球与全球战略
　　数字地球的提出有其全球战略的考虑,正如江泽民主席所说:“世界各国都在抓紧制定面向新世纪的发展战略,争先抢占科技、产业和经济的制高点”(载自1998年8月10日《光明日报》《江泽民同志在接见两院院士的讲话》)。针对数字地球,中国科学院的陈述彭院士也认为:“数字地球”并非是一个孤立的科技项目或技术目标,而是一个整体性的、导向性的战略思想,美国提出‘数字地球’这一战略思想,绝非偶然,有着深远的政治意义和经济背景。”数字地球是美国全球战略的延续和发展，是战后国际地缘政治的继续和发展，是后冷战时期全球经济“大战”在科学技术上的表现。冷战以后,美国面临经济政治两方面的可持续发展的挑战。与苏联的对峙和军备竞赛曾极大地促进了美国科技和经济的发展,强大的苏联压力极大地增强了美国社会整合度,从而在政治上极易达成共识,随着苏联的解体，美国成为世界唯一的一个超级大国,因而缺少一个全民的共同目标共同压力。而从经济上来说,当今是金融危机四伏的时代,国家竞争主要是经济竞争,而经济竞争基础是科技实力的竞争。美国经济生产力50%得益于科学和技学创新,为了确保美国在信息时代的领导地位,“数字地球”的提出是在美国结束星球大战计划,积极推动全球对地观测计划(CEOS)和推出新一代因特网(Internet-Ⅱ)之后的国家发展战略,是继信息高速公路知识经济之后,各发达国家政府高度重视发展的战略思想。因此,从美国国内政治社会、经济方面来说,数字地球的提出是必然的。冷战结束后,能源、全球环境等问题成为世界政治和外交斗争的焦点。曾在调解波黑三方边界争端和中东海湾战争方面起到了重要作用；涉及跨国公司、区域重组等全球经济事务的美国,重视发展这种能覆盖全球热点地区和战略要点的技术，而“三维数字地图”必然向“数字地球”发展，“数字地球”的发展又将进一步增强美国
对全球事务的快速反应能力和对国际热点问题的发言权。“数字地球”将深远地影响世界自然社会资源的分配,在未来社会中起着举足轻重的作用。