智慧地球时代的测绘地理信息学—李德仁
李德仁-21世纪遥感与GIS的发展
李德仁-21世纪遥感与GIS的发展随从来着计算机技计、空计技计和信息技计的计展～人计计计了空中和太空计计和感知人计计以生存的地球的理想～能所感知到的计果通计计算机计在全球流通～计人计的生存、繁计和可持计计展服并将网计。
在20世计后半～感和地理信息系计作计一计新计的科和技计～迅速地成计起。
叶遥学来一、感技计的主要计展计计遥1.航空航天感计感器据计取技计计向三多;多平台、多计感器、多角度,和三高;高空遥数计分辨率、高光计分辨率和高计相分辨率,空中和太空计计地球计取影像是从20世计的重大成果之一～短短十年～感据计取手几遥数段迅猛计展。
感平台有地球同步计道计星;遥35000km,、太同步计星;阳600-1000km,、太空计船;200-300km,、航天计机;240-350km,、探空火箭;200-1000km,～且计有并高、中、低空计机、升空球、无人计机等～计感器有幅式光相机、计隙、全景相机、光气框学机计描计、光计计描计、CCD计计、面计计描计、微波散射计雷计高计、激光计描计和合成孔雷等达径达～它几气窗计乎覆盖了可透计大口的所有计磁波段。
三行CCD计列可以同计得到3个角度的计描成像～EOS Terra计星上的MISR可同计从9个角度计地成像。
计星感的空计分辨率遥从Ikonos ?的1m～计一步提高到Quckbird;快计,的0.62m～高光计分辨率已到达5-6nm～500-600个国波段。
在计的美EO-1高光计感计星～具有遥220个波段～EOS AM-1;Terra,和EOS PM-1;Aqua,计星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光计计。
计计分辨率的提高主要依计于小计星技计的计展～通计计射地球同步计道计星和合理分布的小计星星座～以及计感器的大角度计斜～可以以1-3d的周期计得感计趣地的感影区遥像。
由于具有全天候、全天计的特点～以及用INSAR和D-INSAR～特计是天计双INSAR计行高精度三位地形及其计化计定的可能性～SAR雷计星计全世界各所普遍计注。
论天地一体化对地观测网与新地理信息时代_李德仁
论天地一体化对地观测网与新地理信息时代_李德仁论天地一体化对地观测网与新地理信息时代李德仁邵振峰武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北省武汉市洪山区珞瑜路 129 号，430079摘要：本文回顾我国测绘学科50年的发展历程，阐述了天地一体化大测绘的组成及其特性，剖析了天地一体化对地观测网环境下测绘面临的挑战，阐述了天地一体化对地观测网需要解决的关键问题，并对新地理信息时代进行了展望。
关键词：信息化测绘，空天地一体化，对地观测，传感器网络，新地理信息时代。
1. 引言测绘科学50 年的发展经历了模拟法、解析法和数字化测绘的三个阶段，已经进入信息化测绘时代，测绘科学也从几何科学发展成为地球空间信息科学。
进入21 世纪以来，伴随着航天技术、通信技术、传感器技术和信息技术的飞速发展，人们将可以从各种航天、近空间、航空和地面平台上，用紫外、可见光、红外、微波、合成孔径雷达、激光雷达、太赫兹等多种传感器获取目标的多种分辨率影像和非影像数据，其空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率得到了极大的提高。
基于天地一体化观测网的测绘是大测绘，即从最初的几何、角度量测的科学发展成采用各种电磁波探测与传感技术、摄影测量与遥感对地观测技术、卫星导航定位技术、卫星通信技术和地理信息系统等为主要手段，研究地球空间目标与环境参数信息的获取、分析、管理、存贮、传输、显示和应用的一门综合和集成的信息科学和技术。
随之而来的是信息处理的手段从人工的、分布式的多工序的发展成自动/半自动的、分布式的网络化实时处理系统。
天地一体化对地观测网是执行地球观测任务的（地理）空间观测网，利用观测网这种新型数据采集、查询、处理方法和系统来进行基于科学目的与应用的环境事件的地球感知，从而促进空间数据获取、处理、分发和应用。
人类不仅可以基于天地一体化对地观测网生产4D 产品，而且可以提供定制化、实时的灵性服12务。
例如，NASA 使用观测网耦合 MODIS、EO-1、UAV 进行了森林野火突变监测与快速反应实验，并成功应用于2008 年南加州森林火灾的监测，使观测规划、处理、评估从以前的30 天提高到目前的 7 天；欧盟的 SANY(Sensor Anywhere) 使用观测网耦合地面传感器，进行了地质灾害、水资源安全的监测与预警；国际对地观测组织GEOSS 把基于观测网的卫星星座观测作为未来 10 年的核心计划，并已成功应用于 2007 年的非洲洪水监测及 2008 年的缅甸洪灾监测。
GIS读书报读书报告：地球空间信息学与数字地球告
读书报告：地球空间信息学与数字地球引言：最近有幸拜读了中国科学院院士、中国工程院院士李德仁的文章《地球空间信息学与数字地球》，感觉颇受教益。
李德仁教授，中国科学院院士，中国工程院院士，主要从事地理信息系统、摄影测量与遥感等领域的教学和科学研究工作。
代表成果：高精度摄影测量定位理论与方法；GPS辅助空中三角测量；SPOT卫星像片解析处理；数学形态学及其在测量数据库中的应用；面向对象的GIS理论与技术；影像理解及像片自动解译以及多媒体通信等。
地球空间信息科学(Geo-Spatial Information Science——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、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关的数据的一门综合和集成的信息科学和技术。
地球空间信息科学是以“3S”技术为代表，包括通讯技术、计算机技术的新兴学科。
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。
美国副总统戈尔在《数字地球——认识21世纪我们这颗星球》的报告中阐述了数字地球的概念。
所谓“数字地球”，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。
其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们想要了解的有关地球的信息，其特点是嵌入海量地理数据，实现对地球的多分辨率、三维描述，通俗地说就是虚拟地球。
内容概述：叙述了地球空间信息学和数字地球的基本概念。
讨论了地球空间信息学的形成、理论基础和技术体系，以及数字地球的关键技术和应用。
分析了两者的相互关系，提出空间数据基础设施是数字地球的基本建设，发展数字地球为传统测绘行业带来了一个极好的发展机遇和一系列的挑战。
1 地球空间信息学1.1 地球空间信息学的形成空间定位技术、航空和航天遥感、地理信息系统和互联网等现代信息技术的发展及其相互间的渗透，逐渐形成了地球空间信息的集成化技术系统。
永不停歇的思考——李德仁
程费用。现在中国的模式则是应试学习，学一门，考
一门，忘记一门，这是死读书。
如此读大学
1、不迷信书本，不迷信权威，读大学期
珍惜大学时代
间我就敢于对教科书上的公式大问号。 这也是王院士喜欢我的原因。 2、我总是第一个进图书馆，最后一个出 来，没钱买书，我就做大量读书笔记，
大学生都基本成人，他们的世界观、价 值 观趋于成熟和稳定，思想活跃、精力充沛、 记忆力强，是学习的最佳时期。大学校园优 美，图书资料丰富，有现代化的教学手段， 没有理由不努力学习，抓住人生最好的时机， 苦学成才，不至于白白浪费自己。 ——李德仁
“也许我比我的学生们看得远一点， 站的高一点，但在每一个具体的问 题上，我都不如他们专研的那么深， 他们才是真正的专家” ——阿克曼教授
读书心得圈点，纠正不成熟之处，肯定 他的创新，鼓励他考研，留他任助教， 推荐他到国家测绘总局测绘科学研究所， 力荐他出国深造。
“李德仁现在已经学成，他是一个世界级的科学家，他回去可以减轻你 的负担。你可以放下你的担子了，李可以来接你的事了”。 ——阿克曼教授对王之卓院士说。
遥感技术的 主要发展趋势
GIS技术的 主要发展趋 势
不停歇的思索
“不上课，不是不学习的时候”
寒暑假是不上课的时间，但绝对不是不
什么时候去学习？
学习的时间。二十岁左右是一个黄金年 龄，应当利用这个时候的充沛精力去好
好学习。我当学生的时候学的是工科的
高等数学，但是我自学了理科的高等数 学，这个不是老师要求的，后来我才发 现这些学习对我以后的理论成果有很大 建议：在德国，学生在开学之前一个礼拜考试。如果 考得不好，可以把考试成绩扔到垃圾箱，重新学习这 门课程。考试通过而且个人满意后，才去注册缴纳课 的影响。国外学生正真的假期是圣诞到 元旦，这期间所有人都不学习，家庭一 起庆贺新年。其他时间，特别是暑假， 有的去打工，有的去补习，有的去实验 室实习。总而言之，抓住学习不放。
21世纪遥感与GIS的发展---李德仁
21世纪遥感与GIS的发展---李德仁随着计算机技术、空间技术和信息技术的发展，人类实现了从空中和太空来观测和感知人类赖以生存的地球的理想，并能将所感知到的结果通过计算机网络在全球流通，为人类的生存、繁荣和可持续发展服务。
在20世纪后半叶，遥感和地理信息系统作为一门新兴的科学和技术，迅速地成长起来。
一、遥感技术的主要发展趋势1.航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率）从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一，短短几十年，遥感数据获取手段迅猛发展。
遥感平台有地球同步轨道卫星（35000km）、太阳同步卫星（600-1000km）、太空飞船（200-300km）、航天飞机（240-350km）、探空火箭（200-1000km），并且还有高、中、低空飞机、升空气球、无人飞机等；传感器有框幅式光学相机、缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。
三行CCD阵列可以同时得到3个角度的扫描成像，EOS Terra卫星上的MISR可同时从9个角度对地成像。
卫星遥感的空间分辨率从Ikonos Ⅱ的1m，进一步提高到Quckbird（快鸟）的0.62m，高光谱分辨率已达到5-6nm，500-600个波段。
在轨的美国EO-1高光谱遥感卫星，具有220个波段，EOS AM-1（Terra）和EOS PM-1（Aqua）卫星上的MODIS具有36个波段的中等分辨率成像光谱仪。
时间分辨率的提高主要依赖于小卫星技术的发展，通过发射地球同步轨道卫星和合理分布的小卫星星座，以及传感器的大角度倾斜，可以以1-3d的周期获得感兴趣地区的遥感影像。
由于具有全天候、全天时的特点，以及用INSAR和D-INSAR，特别是双天线INSAR进行高精度三位地形及其变化测定的可能性，SAR雷达卫星为全世界各国所普遍关注。
李德仁：测天下，绘生活
是否应该全面禁止使用农药的辩论辩题正方观点，应该全面禁止使用农药。
首先，农药对环境和人类健康造成了严重的危害。
据世界卫生组织的数据显示，农药残留在农产品中会导致食物中毒、癌症等严重疾病。
而且，农药在土壤和水源中的残留会破坏生态平衡，对生态系统造成长期的危害。
其次，农药的过度使用也会导致农作物品质下降。
农药对土壤和植物生长环境的破坏会导致农作物的产量和质量下降，从而影响食品安全和人类健康。
此外，农药的使用也会导致农民的健康受到威胁。
长期接触农药会导致农民患上各种职业病，对他们的身体健康造成严重影响。
名人名句，爱因斯坦曾经说过，“我们不能解决现有问题的方法，不能解决未来的问题。
”这句话告诉我们，我们不能继续沿用现有的农药使用方法，否则会对未来的健康和环境造成更大的危害。
经典案例，美国加州的一家农场在停止使用农药后，农作物的产量和品质都有了明显的提升，这表明全面禁止使用农药是可行的。
反方观点，不应该全面禁止使用农药。
首先，农药的使用可以提高农作物的产量和质量。
在现代农业中，农药的使用可以有效地防治病虫害，保障农作物的产量和质量，从而保障食品安全。
其次，农药的使用可以提高农民的收入。
农药的使用可以减轻农民的劳动强度，提高农作物的产量，从而增加农民的收入。
此外，农药的使用可以有效地防治农作物病虫害，保障粮食安全。
如果全面禁止使用农药，可能会导致农作物产量下降，从而影响粮食供应。
名人名句，农业专家诺曼·博拉格曾经说过，“农药是农业生产的重要手段，可以提高农作物产量，保障粮食安全。
”这句话告诉我们，农药的使用对于农业生产至关重要。
经典案例，在中国福建省，某农场使用农药有效地防治了农作物病虫害，保障了粮食供应。
这表明农药的使用对于粮食安全至关重要。
综上所述，全面禁止使用农药可能会对农作物产量、质量和粮食安全造成影响，因此不应该全面禁止使用农药。
李德仁 数字地球加上物联网将走向智慧地球
李德仁数字地球加上物联网将走向智慧地球随着科技的不断发展，数字地球和物联网的融合让我们逐渐迈向智慧地球的新时代。
数字地球作为一种信息可视化的技术和工具，通过将地球上的各种数据整合在一个虚拟平台上，为我们提供了方便快捷的信息查询和分析方式。
而物联网则是指利用传感器或其他方式将各种设备、物品与互联网相连，实现智能化的互联和交互。
数字地球与物联网的融合使得我们能够更好地利用信息资源，推动社会各个领域的发展。
首先，数字地球的出现为城市规划和管理带来了革命性的变化。
通过数字地球平台，城市规划者可以实时了解城市的各种数据和信息，如人口流动、交通拥堵等，从而制定更为精确和科学的规划方案，提高城市的整体运行效率和居民的生活质量。
同时，数字地球加上物联网的发展使得我们的交通系统变得更加智能化。
通过物联网技术，交通设施和交通工具可以实现互联和智能管理。
例如，交通信号灯可以根据实时交通情况进行智能调节，使得交通拥堵减少、交通效率提高；车辆之间可以实现实时通信，避免交通事故的发生。
这些智能化的交通系统使得我们的出行更加便利、安全和舒适。
除了城市规划和交通系统，数字地球和物联网的结合也给环境保护和资源管理带来了巨大的改变。
通过数字地球平台，我们可以实时监测各地的空气质量、水质、土壤质量等环境指标，及时采取措施保护环境和资源。
而物联网技术可以将各种环境监测设备与互联网相连，实现实时数据采集和共享，提高环境监测的精确度和效率。
智慧农业也是数字地球和物联网融合应用的一个重要领域。
通过数字地球平台，农民可以获取到土壤、气象、水源等各种农业信息，科学种植、施肥和灌溉。
而物联网技术可以将农业设备、温室和农田中的传感器与互联网相连，实现实时监测和智能控制。
这样，农业生产将更加精确、高效，农产品的质量和产量也将得到提升。
值得一提的是，数字地球和物联网的结合对于教育和科研也具有重要意义。
通过数字地球平台，学生和研究人员可以进行虚拟实验和模拟研究，更好地理解和探索自然现象。
信息化测绘体系的定位与框架_李德仁
第32卷第3期2007年3月武汉大学学报 信息科学版Geo matics and Informa tion Science of W uhan U niver sity V ol.32N o.3M a rch 2007收稿日期:2007-01-28。
项目来源:国家973计划资助项目(2004C B318206)。
文章编号:1671-8860(2007)03-0189-04文献标志码:A信息化测绘体系的定位与框架李德仁1 苗前军2 邵振峰1(1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉市珞喻路129号,430079)(2 武汉大学遥感信息工程学院,武汉市珞喻路129号,430079)摘 要:基于信息化测绘体系建设的重要意义和战略前景,详细研究了信息化测绘体系的定位,并结合其发展趋势,探讨了信息化测绘体系的构成框架,在此基础上对测绘体系发展要实现的5个阶段进行了比较分析。
关键词:信息化测绘体系;地理信息产业;数字导航地图;普适化中图法分类号:P208;P237 信息化测绘体系建设是当前测绘事业发展和地理信息资源共享与数字中国的热点问题。
和空间数据基础设施建设相一致,信息化测绘体系建设主要是体现在技术和服务上。
测绘和地理信息产业关系到经济社会发展和国防建设;在信息化时代,基础测绘的重要性越来越明显。
推进“数字中国”地理空间框架的建设,需要加快信息化测绘体系建设,提高测绘保障服务能力。
国家“十一五”测绘事业发展需要实现以下5个目标:①依法行政水平明显提高;②基础地理信息资源更加丰富;③科技创新能力显著增强,信息化测绘技术体系基本形成;④测绘保障服务迈上新的台阶;⑤地理信息产业健康快速发展。
这标志着信息化测绘体系建设步入了一个快速实施阶段。
同时,也把测绘的地位和作用提升到了前所未有的高度,充分说明测绘的发展步入了最有突破、最有超越的历史机遇期,也必然会促进整个测绘体系的又一次改变和升级,即信息化测绘体系。
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1.
智慧城市的应用 智慧安防\环保\能源\医疗养老
生存繁衍
2.
3. 4. 5.
智慧国土规划\社区\城管\家居
经济发展 社会交往 文化享受 智慧制造\物流….. 智慧交通\购物\社会综合管理 …. 智慧户外流媒体\教育\旅游….
二、智慧地球的特性
1、智慧地球建立在数字地球 的基础框架上
智慧地球需要依托数字地球建立起来的全 球地理空间框架和与空间位置的各种信息
2、位置云
卫星定位系统
基于卫星定位 基于无线信号定位 基于传感器定位 混合定位
无线信号
传感器
加速度计
陀螺仪 电子罗盘 手机摄像头 RFID/ NFC
蓝牙 WLAN
智能手机
蜂窝网络& 无线数字电视信号
室内与地下导航定位
基于智能手机采集图像的室内定位
在室内移动时, 拍两张连续的影像 (x’ 和 x), 可以 得到前进的方向 (相机-陀螺仪)和 前进的距离(相 机-里程表)。相机里的摄像头相当于两个传感器， 陀螺仪和里程表. 摄像头不受无线信号中断的限制 ，例如卫星信号和蓝牙信号
7 trillion wireless devices serving 7 billion people by 2017（国际权威机构预测）
二、智慧地球的特性
3、智慧地球面向应用和服务
自动采集数据并交由云计算进行实时分析和处 理，获得详尽而准确的数据、信息、知识和决 策反馈，并将其实时推送给需要这些信息的用
Security / Surveillance
• Radar/Satellite • Environment
Devices: Voting booths information cards, Scanners, Public infrastructure, etc.
Devices: Weapons, Vehicles, Soldiers, Unmanned drones, etc.
• Implants • POC
Infrastructure
• Fueling stations • Nav. systems • Traffic control & Hway sys.
• Single family • Multi-family
• POC • Lab diagnostics
Devices: MRIs, PDAs, Implants, Surgical equip., Pumps, Monitors, Telemedicine, etc.
Electronics/Semicon
Misc. Infrastructure
• Facility mgmt. • Infrastructure
Lab
• Process equip. • Product diagnosis
Devices: HVAC, Vertical Transport, Fire & Safety, Lighting, Security & Access, etc.
• Semicon - Semi tools machines - Wafer hand • Simple / - Test systems standard • Electronics machines - T&M - Comp • Placement & board assbly Devices: Pumps, Valves, Vats, Conveyors, Pipelines, Motors, Drives, Switches, Machines, etc.
Devices: TVs, VCRs, DVRs, Dishwashers, Washer/Dryers, Refrigerators, Lights, Computers, etc.
Legislature
• Docs •Records • Voting • Polling • Other
Public Safety
无所不在的测绘 地理信息学
测 绘 成 果 共 享 方 式
从纸质复印-文件拷贝-网络共享 -面向服务架构的服务发布。
纸质复印
文件拷贝
数据库共享
基于云计算的 注册服务
1970s 1980s 1990s 2000s 2010s
SOC 面向领域 面向服务
面向过程
面向对象
面向构件
大型机
小型机
个人电脑 和局域网
• Cars/trucks • Aircraft • Watercraft • Construction
Government / Security
Industrial
• Process
- Semi Fabs - Chemical - Pharma - Refining • Pulp/Paper
Home / In Vivo
• Equip. & personnel - Police, - Fire -Regulatory
Public Infrastructure
• Equip. & personnel - Water -Wastewater - Other
Lab
• Water
treatment • Building environ. • General environ.
计算设施
桌面互联网 移动互联网
1960s
1970s
1980s
1990s
2000s
从以计算机为中心，到以网络为中心，再到以人为中心
出现了基于云计算的空间信息服务
互联网资源配置的变迁
服务器集群和虚拟化 服务器托管形成市场
虚拟服务
服务器托管
数据服务器 邮件服务器 搜索服务器
…
安全服务器
视频服务器
服务器井喷
户
以计算机为中心
以网络为中心
以用户为中心
二、智慧地球的特性
4、智慧地球与现实地球融为一体
随着传感器和控制器种类和数量的不断增 加，将电子世界直接融入到现实地球的基 础设施中，自动地控制相应的基础设施， 自动监控地球的环境变化和人类的各种活 动，实现智能化
现实世界
+
电子世界
智慧地球
二、智慧地球的特性
新一代信息技术对 城市信息系统的综 合集成与整合应用
“智慧城市”的发展和早期的信息基础设施及“数字城市”的建设一脉相 承，但更注重信息资源整合集成，更强调城市管理协调统筹，是信息化 城市和数字城市建设的更高级阶段
中国智慧城市的动力与目标
城镇化 工业化 信息化
智慧城市
低炭 绿色 可持续
中国梦
智慧城市的应用
Appliance
• Laundry • Kitchen •Environmental • Information • Lighting • Security • Climate
Entertainment
• Audio • Video • Gaming
Mobile
• Audio • Video Communication • Multi-purpose
5、智慧地球能实现自主组网 和自维护
网络应具备维护动态路由的功能，保证整 个网络不会因为某些节点出现故障而导致
整个网络瘫痪
自主组网
自维护
三、智慧地球时代的测绘地理信息学
智慧地球时代学科发展的趋势
小测绘 --- 大测绘 --- 智慧测绘
工业化 光机电 2维地图 数据 信息化 计算机+网络 3维网络服务 信息 工业化+信息化 物联网+云计算 4维智能服务 知识
Supply
• Generation • Transmission
Demand
• Distribution (Utility) • Residential • Industrial • Commercial Devices: Central plants, Distributed resources
（自然、人文、社会等）的内在有机联系
和关系，并在此基础上增加实时传感、控慧地球包含物联网和云计算
智能传感网 智能安全网 云计算智能处理 智能控制网
智慧地球=数字地球+物联网+云计算
智慧地球架构
物联网设备层：
传感器节点、 射频标签、手机、 个人电脑、PDA、 家电、监控探头
智慧城市=数字城市+物联网+云计算
智慧城市的发展历程
信息化城市 数字城市 智慧城市
1993
“信息高速公路” 的提出标志着 城市信息化建 设开始起步
1998
“数字化舒适社区 建设”标志着城 市信息化开始步 入“数字城市” 建设新阶段
2006
物联网、云计算等
2009
IBM提出了“智慧城 市”新理念，标志着 城市信息化开始迈向 “智慧城市”建设新 阶段
无所不在的物联网
Buildings
Commercial / Institutional
• Office • Education • Retail • Hospitality • Healthcare • Grocery • Airports • Stadiums • Data Centers
Consumer
专业服务导致 服务器多样化
浏览器/服务器 客户机/服务器
更多任务由服务器承担
服务器登场
三、智慧地球时代的测绘地理信息学
1、4维时空基准
1）从3维位置到位置、速度与加速度； 2）从3维到4维 (X，Y，Z，t)；
3）从高斯-马尔可夫模型到高斯-马尔可夫过程；
4）从空间分析到时空分析。
中国GPS地基增强系统（CORS）