地球空间信息科学的涵义

地球空间信息科学的涵义

地球空向信息是有关地球能量流、物质流和人流的性质、特征和欢态的表征与认知，它是依附乎能量流、物质流和人流而存在的，对地球信息的研究殆成地球空间信息科学。地球空向信息学是对地球空向信息的机珍信息的产生循息获取和处理方法以及信息传播规律进行研究。地球空间信息学定义如下：地球空间信息学（Geo-spatial information science简称Geomatics）是以全球定位系统(GPS)、地理信息系统（GIS)、遥感(RS)等空间信息技术为主要内容;并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑;用于采集、量测、分桥、存储、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。它是地球科学的一个前沿领域，是地球信息科学的重要组成部分，是数字地球的基础。

地球空间信息学不仅包含现代测绘科学的所有内容，而且体现了多学科的交叉和渗透，并特别强调计算机技术的应用。地球空间信息科学不局限于数据的采集，而是强调对地球空间数据和信息从采集、处理、量测、分析、存储、管理，到显示和发布的全过程。推动这门学科发展的动力有两个方面:一是现代航天、计算机和通讯技术的飞速发展为地球空间信息科学的发展提供了强有力的技术支持;另一方面全球变化和社会可持续发展日益成为人们关注的焦点，而作为主要支持技术的地球空间信息科学必然成为有限发展的领域。具体表现为:地球空间信息科学理论框架逐步完善，技术体系初步建立，应用领域进一步扩大，产业部门逐步形成。

自1975年法国大地测量与摄影测量学家Bernard Dubussion首次将法文“Geomatique用于科学文献以来，各国学者对这一科学术语给出了许多定义。如：加拿大学者Groot将其定义为：研究空间信息的结构与性质，信息的获取、分类与合格化以及存贮、处理、描绘、传播和确保其优化使用的基础设施科学技术。澳大利亚学者Trinder的定义是：用以表示测量，分析，管理、存储和显示给予地球数据（即通常所说的空间数据）的描述和位置的集成方法。它的应用覆盖所有依赖空间数据的科学，包括环境研究、规划、工程学、导航、地质学和地球物理学、海洋学、国土开发、土地经营和旅游学。西班牙国家团体给出的定义是：包括所有用计算机处理地理信息的各种科学与技术。它大地测量，地形学，遥感，摄影测量，地理信息系统（GIS），土地信息系统（LIS），自动测土和市政工程管理（AM/FM），重力测量，地震学，水文学，地籍学和其他地球科学。国际标准化组织（ISO）于1996年给出的定义是：“地球空间信息科学史一个十分活跃的学科领域，它是以系统方式集成所有获取胡管理空间数据的方法，这些方法是作为空间信息产生和管理过程中所进行的科学的，管理的，法律的和技术的操作的一部分。这些学科包括但不限于：地图制图，控制测量，数字制图，大地测量，地理信息系统，水文学，土地信息管理，土地测量，矿山测量，摄影测量与遥感。我国学者王之卓院士、陈述彭院士也给出类似的定义。综合以上讨论，可以给出如下定义：地球空间信息学（Geo-spatial information science简称Geomatics）是以全球定位系统(GPS)、地理信息系统（GIS)、遥感(RS)等空间信息技术为主要内容;并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑;用于采集、量测、分桥、存储、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。它是地球科学的一个前沿领域，是地球信息科学的重要组成部分，是数字地球的基础。

地球空间信息科学是一门新兴的交叉科学。它是地球科学发展到一个新的阶段,以及与一系列年轻的现代科学技术相互交叉、渗透和融合的产物。空间科学技术和信息科学技术的发展为地球科学注入了新的研究思路、新的研究途径和活力,无论从深度和广度上都极大地推动了其发展和研究的深化。地球空间信息科学包含了对地球系统,特别是与地球表层系统有关的空间信息的获取、检测、表达、辨识、度量、综合、提取、变换、传递、存储、检索、处理、分析、应用和决策以及整个信息系统的优化等方面的理论、方法和技术。可以认为,地球空间信息科学在科学技术体系上具有很强的综合性、系统性和复杂性。地球空间信息科学在学科体系上由地球空间信息论、地球空间信息技术和地球空间信息应用三大部分组成。建立和发展地球空间信息科学的目的是要从空间信息流的角度来揭示和认识地球系统,特别是地球表层系统的发生、发展和演化规律,相互作用和时空特征,以服务于资源、环境和人口的和谐以及区域的可持续发展。

地理信息科学(GI-Science)是当今最为活跃的学术领域,在某种程度上讲,它是一种地球新科学[1](Earth’s New Science)。但在其出现之初,无论是学术界还是GIS产业界,对其可能的影响程度并不清楚。作为多学科领域的学科延拓与集成,地理信息科学对于科学、技术与社会的影响正在不断突显。但在学术界,仍有不少

学者将地理信息科学仅仅看作是地理信息系统的同义名字,而不是一个严密的科学与智能领域。地理信息科学出现十多年后,本文旨在对学科的一些概念与认知问题作深入探索,对学科领域与智能范围界定的几种主张进行讨论与评述,推动地理信息科学的发展。

1 地理信息科学什么是地理信息科学?国际最为知名的地理信息科学家,Goodchild M F在20世纪90年代初提出地理信息科学新学科的论文中[2],明确将其定义为“信息科学有关地理信息的一个分支学科”,通过枚举地理信息科学主要研究命题的方式,勾画了地理信息科学的学科领域与范围。1994年底,一批知名的美国GIS学者,在Col-orado学术会议期间,提议建立一个新的GIS联合组织,并试图对已经开始蓬勃发展的GIS新学科领域作出界定。专家们对这个新生组织的名字进行了激烈的争论,几乎是对名称中的每一个字,通过投票表决的方式,最终一致同意将该新组织命名为“地理信息科学大学联盟(UCGIS)”,并为新的组织与学科领域界定了一个大家所能接受的解释性“间接”定义:“大学地理信息科学联盟致力于为理解地理过程、地理关系与地理类型而发展和利用新的理论、方法、技术和资料。将地理资料转换成有用的信息是地理信息科学的核心”[3]。1999年初,美国国家科学基金委员会(NSF)的一个工作组,在其向委员会的报告中提出了地理信息(GI)科学的一个“完整”定义:“地理信息(GI)科学是一为追求重新定义地理概念和在地理信息系统中成功应用的基本研究领域。地理信息科学研究地理信息系统对于社会与公众的影响,研究社会对于GIS的影响。地理信息科学将深入研究以空间信息为主要研究对象的一些传统科学,如地理学、地图学、大地测量学中的最基本命题,同时将结合在认知与信息科学中的一些最新发展;它也将与某些较为专门的研究领域,如计算机科学、统计学、数学、心理学等相互交叠,并继续对这些领域的发展作出贡献;它将支持在政治科学、人类学领域的研究,在地理信息和社会的研究中利用这些领域的知识”。NSF并没有完全采用这样一个定义来设定地理信息科学的基本研究领域。十余年来,北美、西欧、澳大利亚等很多西方国家,或许还应包括中国,出现了这样一种趋势,试图利用“地理信息科学”这一术语来泛指几乎任何一种涉及“地理信息系统”理论与应用的学术研究工作。地理信息科学作为一个正在发展中的新学科领域,具有显著的学科深度与广度;作为一个多学科的集成领域,它不是一个简单的GIS教育与应用的新名词。数十年来,GIS已被广泛应用而成为科学研究的重要工具,但它还不是GI科学的全体;利用GIS工具进行的研究,对于科学是重要的,对于发现与GIS相关的科学研究是重要的,但它也并不是GI科学本身。当然,毫无疑义,利用GIS进行的研究有可能为GI科学的讨论揭示重要的研究命题,有可能对GI科学的研究进程作出贡献。学科选定了名词,名词就应反映学科的内涵与本质。显然,从名词的直观词义看,地理信息科学应是信息科学的一个分支。一个好的信息科学定义必然能演绎出GI科学的确切定义;牛津英语词典(Oxford English Dictionary)对信息有多个定义解释最接近于GI科学描述、处理与研究对象的“信息”的定义是:“信息是通信的知识,涉及某些被通报或谈论的特殊的事实、对象或事件;与资料相反,信息是智力、新闻、说明、解释等”;对“信息科学”的定义则是:“信息科学是与信息,尤其是与技术的、或是科学的对象的信息进行存储、检索和传播的过程相关联的知识的分支”。从哲学思维与认知的角度,当一个智能主体的智力行为指向现实世界中的一个对象或事物时,信息就会产生;信息是智力行为内容的关键部分,尤其是智力行为内容的概念部分或可转换、通讯与传布部分是概念化、智能体、认知过程的联系与媒介。而信息科学,则是研究“在自然与人工系统中信息的特性与行为,研究信息从一个主体到其它主体的转换,转换过程、形式、机制”的科学。将“地理”这个单词作为限定词设置于“信息”的前面,显然这是对地理信息科学学科研究领域的合理定义。地理信息科学的内容和学科体系,从根本上说是信息科学分支的范畴,Goodchild对地理信息科学的这一定义,是对学科最为贴切的界定。

地球系统是由大气圈、水圈、生物圈和固体圈构成的复杂系统实体其中的生物圈是该系统的关键。而且地球系统内部具有较强的自我调节和自组织功能,生物调节着地球系统内的能量流、物质流以及地球化学循环。对地球系统的研究产生了地球系统科学,它是对地球系统内能量流、物质流以及人流循环的发生与发展过程进行研究。地球信息是有关地球能量流、物质流和人流的性质、特征和状态的表征与认知,它是依附于能量流、物质流和人流而存在的,对地球信息的研究形成地球信息科学。地球信息科学是对地球信息的机理、信息产生、信息获取和处理方法以及信息传播规律等进行研究。地球空间信息是地球信息中属于地球表层并与空间分布有关的地球信息,地球空间信息机理是其理论基础,“3S”技术、通信技术、计算机技术等现代信息技术为其技术基础,监测全球变化与区域可持续发展为其应用领域。对地球空间信息的研究就形成了地球空间信息科学,同时,它也是地球科学与现代信息技术以及系统科学交叉而形成的新兴学科,具有鲜明的时代特征。地球空间信息实质上反映了人类对于地球表层系统的运动规律的认识,它是人类保育地球表层系统的基础。地球空间信息所覆盖的空间范围上至电离层、下至莫霍面,其中在地球表层上的地理空间信息是地球空间信息的基础信息。正是地理空间信息的空间定位和空间关联性起到了连接地质信息、海洋信息和大气信息的作用,使得地质信息、海洋信息和大气信息得以通过地理空间信息而组合成为地球空间信息;而有关地理空间信息的处理技术———地理信息技术的数据获取、存储、空间分析和信息查询则为地球空间信息的模拟、分析和预测奠定了基础

参考文献：

《地球空间信息技术及其在国土资源调查中的应用》李德仁 马洪超《地球空火箭信息科学的兴起与跨世纪发展》李德仁 李清泉《地球空间信息科学之刍议》童庆禧论地球空间信息科学的形成》李德仁 李清泉《地理信息科学学科领域界定再思考》刘妙龙 周琳《地球空间中多源信息的融合》何磊 陈圣波