文档介绍：地理信息科学
――天地人机信息一体化网络系统
马蔼乃
(北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所)
一、空间科学与航天技术
1957年苏联向太空发射成功第一颗人造卫星以来,空间科学与航天技术(Space Science and Technology)有了飞速的发展。外层空间的自然环境不仅限于物理,实际上还有化学、生命、以及人类如何在外层空间环境中生存的问题。因此,我们提出了外层空间圈的概念,它对地理科学是一个崭新的圈层概念。
空间科学—外层空间圈
空间科学研究的实际上是外层空间的自然环境,空间物理是空间科学中的基础理论研究。利用空间环境中的高真空、超洁净、在飞行器中获得的微重力等特殊条件(即空间资源),研究各种材料,生产出地面上不可能生产的产品,如玻璃金属、超薄膜、某些生物制品、培
育良种等。更为重要的是利用外层空间圈的高度资源,对地进行观测(EOS)。遥感卫星、遥测卫星、定位卫星、通讯卫星(包括中继卫星)对地进行军事侦察与民用监测。
当人造卫星进入太空之后的空间自然环境,就变成既有空间自然环境,又有空间人工环境了,而且对于外层空间来说,人类只能生存在太空中的人工环境之中,即便是人类走出太空舱,也需要生活在人工制造的小环境——太空服之中。正如人类要在海洋中生活,可以制造潜水艇,当人类从潜水艇走出来,探索海洋时,需要穿上潜水服一样,只是太空服比潜水服更加密封而已。在地球上,无论是陆地还是海洋,都已既是自然环境又是人工环境了,所以诺贝尔奖获得者司马贺(Simon)对应与自然科学提出了人工科学的命题[3],研究自然环境用自然科学,研究人工环境用人工科学。司马贺指出人工科学是复杂性科学,这从另一个侧面指出了,包括自然环境与人工环境的地理科学是复杂性科学。研究外层空间圈,不仅需要研究自然科学的空间物理,更为重要的是研究自然与人工结合的外层空间环境,并且毫不例外地需要用复杂性科学的观念来研究外层空间圈。
航天技术—人造卫星
至2005年之初,全世界大约已经有6000颗以上的航天器送入了太空,其中大部分是人造卫星。全球平均每年发射120个各种类型的航天器(包括探空火箭、人造卫星、航天飞机、人造行星等)。航天技术所获得的信息包括:
(1)遥感信息
遥感分成像过程与解译过程两部分[17],成像过程是物理现象过程,是唯一的、确定性的过程;解译过程是地理现象的认知过程,是复杂的不确定性的过程。遥感信息是数据信息、图像信息、光谱信息三者结合的数图谱信息,这在科学历史上是前所未有的信息,人们经过40多年的研究,在成像光谱仪器上的研究,取得了长足的进步,美国在遥感卫星EO-1上,已经获得了220个波段的影像数据;而在信息识别、提取、分类、解译等方面仍然处于初级阶段,图像处理系统的软件功能,主要还是以数理统计为基础的模式识别方法;遥感反演模型仍然是以简化的物理数学方程的方法;只有遥感信息模型
[18],才是集演绎逻辑、归纳逻辑、类比逻辑为一体的;物理方程、统计方程、模糊方程、灰色方程、分形方程为一体的辩证的复杂性模型。
遥感信息为地理信息提供了原数据、原图像、原光谱的信息,为建立遥感信息模型奠定了基础,如果没有遥感信息的发展,就没有建立地理信息科学的基础,也就没有建立地理科学的基础。
(2)遥测信息
如果说遥感信息是获得