GIS与数字地球
地理信息技术
五.全球定位系统
简称：全球定位系统（Global Positioning System，通常简称GPS）
主要功能？
精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中 GPS的增强系 统 工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量 勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到 导航： 武器导航：精确制导导弹、巡航导弹 车辆导航：车辆调度、监控系统 船舶导航：远洋导航、港口/内河引水 飞机导航：航线导航、进场着陆控制 星际导航：卫星轨道定位 个人导航：个人旅游及野外探险 定位： 车辆防盗系统 手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统 儿童及特殊人群的防走失系统 农业勘测
五.全球定位系统
应用领域：
最初只是运用于军军事领域，目前已被广泛应用 于交通、测绘等许多行业。GPS的所有应用领域， 都是基于定位、或从定位延伸出去的，主要包括： 运动导航，轨迹记录、大地测量、周边信息查询 等。
六.目前常用的全球 定位系统的类型
美国的GPS系统 俄罗斯GLONASS系统 中国北斗星 欧洲伽利略
一.地理信息技术之三种技术？
地理信息技术即"3S"技 术，包括——地理信息系 统（GIS）、遥感（RS）、 全球定位系统（GPS）和 数字地球技术。
遥感系统由平台、传感、接收、处 理应用各子系统所组成，负责对探测 对象电电磁波辐射的收集、传输、校 正、转换和处理的全部过程，也就是 将物质与环境的电磁波特性转换成图 像或数字形式。遥感系统主要由以下 四大部分组成：信息源、信息获取、 信息处理、信息应用。
农业是遥感技术的重要应用领域。我国农业遥感应用工作起步较 早，从20世纪70年代末开始，原北京农业大学(中国农业大学的前身) 根据全国土壤普查和农业区划工作的要求，在国家计委、国家科委和 农业部的支持下，由联合国粮农组织(FAO)和联合国开发计划署 (UNDP)提供资助，聘请国外遥感专家，组织多期培训班，培训了一批 遥感应用科技人员，并于1983年5月成立了全国农业遥感培训与应用中 心。此后，遥感在农作物估产、农业气象、国土资源调查、灾情监测、 生态环境变迁等诸多领域的应用全面展开。
高中地理必修三第一章第二节地理信息系统 地理信息技术与数字地球
解析答案
12345
3.2013年1月，甲处发生了海洋风暴潮灾害，造成了当地海岸地貌的显著
变化。为了评估灾害损失，人们应采用( C )
①遥感 ②全球定位系统 ③地理信息系统
④数字地球
A.①②
B.③④
C.①③
D.②④
解析 评估灾害损失需要用到遥感技术与地理信息系统。
解析答案
12345
在未来的农业生产中，依托于地理信息技术，农民首先可定期获得农田长 势的影像资料，再经过系统分析，最后把杀虫剂、化肥施用到最需要的农 田，从而减少污染、提高产量。依据图文资料，完成4～5题。 4.这一过程中，依次使用的技术是( ) A.GPS—RS—GIS B.RS—GPS—GIS C.GIS—RS—GPS D.RS—GIS—GPS
读图回答(1)～(2)题。
(1)如果图中①③表示反馈影像信息处理结果，②⑥
表示提供影像数据的功能，④⑤表示提供定位信息
的功能。关于甲、乙、丙的说法，正确的是( B )
A.甲是RS
B.乙是RS
C.丙是GIS
D.甲是GPS
迁移应用
解析 ①③表示反馈影像信息处理结果，故判断甲为GIS技术；②⑥表 示提供影像数据的功能，故判断乙为遥感；④⑤表示提供定位信息功 能，判断丙为GPS技术。
第一章 第二节 地理信息技术在区域地理环境研究中的应用
课时2 地理信息系统 地理信息技术 与数字地球
学习目标
1.了解地理信息系统的概念和简要程序。 2.运用有关资料，掌握地理信息系统在城市管理等领域的应用。 3.理解“数字地球”的概念，并弄清“3S”之间的关系及其与“数字 地球”的关系。
内容索引
答案
右图为某专题研究建立的地理信息系统(GIS)图层。 据此完成(1)～(2)题。 (1)该专题研究可能是( A ) A.耕地分类和评价 B.工业分布与交通的关系 C.商业分布和规划 D.学校分布
构建数字地球的关键技术与流程解析
构建数字地球的关键技术与流程解析近年来，信息技术的飞速发展催生了一个全新的概念——数字地球。
数字地球是一种通过将地球上所有的物理空间和信息空间进行数字化整合，从而实现全球的信息共享、智能决策和可持续发展的概念。
构建数字地球的实现离不开一系列关键技术和流程的支持。
一、地理信息系统（GIS）地理信息系统是数字地球的基础。
它是将地理空间数据与属性数据进行整合的一种信息处理系统。
通过GIS，我们可以将地球上的所有空间信息进行数字化，实现对地理现象的深入分析和管理。
GIS技术的关键是地理数据采集、处理和可视化。
通过现代测绘技术、无人机遥感技术和卫星遥感技术等手段，我们能够快速获取地理数据，然后通过空间数据分析、数据挖掘和数据可视化等技术手段，将这些数据以图形、表格等形式进行呈现，实现对地球上的各种地理现象的深入研究。
二、人工智能与大数据数字地球的建设需要处理和分析海量的数据。
而人工智能和大数据技术的发展为处理和分析数据提供了强有力的支持。
大数据技术能够帮助我们从海量数据中提取有价值的信息，进行数据建模和预测。
而人工智能技术则可以模拟人类的思维和决策过程，帮助我们做出智能化的决策。
例如，在数字地球中，我们可以通过大数据技术对全球气象数据进行收集和分析，进而实现对天气预测的精确度提升；同时，通过人工智能技术，我们能够模拟气象专家的决策过程，从而实现自动化的气象预测系统。
这使得气象预测能够更准确地为公众提供服务。
三、物联网技术数字地球离不开物联网技术的支持。
物联网是一种通过感知、传输、处理和交互技术连接地球上的一切物体，并通过网络进行信息通信的技术。
在数字地球中，通过物联网技术，我们能够实时获取各种设备传感器的数据，并将这些数据进行汇总和分析，从而实现对地球上的一切物体的智能监测和管理。
以智慧城市为例，通过在城市中布置传感器和终端设备，我们能够实现对城市交通、能源消耗、环境污染等各个方面的监测。
通过物联网技术，这些传感器将获取的数据传输到集中处理中心，然后通过数据分析和与人工智能算法结合，对城市的各方面进行实时分析和决策支持。
GIS名词解释
1.地理信息系统：GIS作为信息技术的一种，是以计算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说，GIS 就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，用于高效地采集、存储、更新、处理、分析和显示各种类型的地理信息。
2.地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
3.地理信息科学与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
4.地理数据：是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
5.地理信息流：即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
6.数据：是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
7. 信息系统：是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
8.四叉树数据结构：是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。
这样，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。
浅谈GIS在数字地球战略中的作用
数字 地球 需 要突 破的 重 要技 术 难题 。 ( 3) 高速网络 技术 数 字地 球上 的数 据分 布在 成千 上万 个机
构的数据 库里, 一旦 某个服务器 需要利用 这些 数据时, 就 要求能够迅 速地把所 需数据从 四面 八方调过 来。发展传 输能力在 1 000 万亿字 节 级的高 速宽 带网 络是 构建 数字 地球 必须解 决 的难题。
1 数字地球的产生背景 2 0 世纪 9 0 年代以 来, 随着全 球范围 内对
地观测系 统( EOS) 、国 家信息高 速公路( NI I ) 、 国家空 间数据 基础设 施( NSDI ) 等 重大计 划的 实施, 人类 对地球的 综合观测 能力以及 信息的 处理、传 输和应用能 力达到了 空前水平 , 并在 建设数字 地球所涉 及到的政策 、机构、 机制、 标准、技 术、数据和 人力资源等 诸方面做 了大 量工作。 在此大背 景下, 前美 国副总统 戈尔在 美 国 加 里 福 利亚 科 学 中 心 发 表 的 一 篇 名 为 “数字地 球: 对 21 世 纪人类星 球的理解 ”的演 讲中提出 了“数字 地球”的概 念[2]。数字 地球 由美国首 先提出是 美国空间 技术、信息 技术、 网络 通信 技术及 其应 用发 展到 一定 阶段 的产 物, 是 美国基 本解决 了因特 网传 输、数 据管 理标准化 、规 范化, 并 在网络带 宽、存储、管 理等 关键 技术开 发方 面取 得了 一系 列重 大突 破后 的新 一轮 发展 计划。 数字 地球 —— 地球 的信息化载体( 模型) 的出现, 可整合全球信息, 消除 信息“ 孤岛 ”, 从根 本上 满足知 识经 济对 信息的巨 大需求, 并解决信息 化社会所面 临的 海量数据 闲置与信 息饥渴同 时存在的 矛盾, 推 动经济的 发展。可 以说, 数字 地球是信 息社会 的必然 产物, 也是信 息社会 的发展 目标。
数字地球：地理信息系统与全球变化
GIS在全球土地利用变化研究中的应用
土地利用监测
• 通过GIS技术，对土地利用进行实时监测和评估，为
土地利用变化研究提供依据
• 为土地利用规划和管理提供科学支持
土地利用变化影响评估
• 通过GIS技术，对土地利用变化对农业、水资源等方
面的影响进行评估
• 为土地利用规划和管理策略制定提供科学依据
土地利用规划和管理策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供土地利用变化影响
的空间信息，辅助制定规划和管理策略
• 为实现土地资源可持续利用提供信息支持
05
数字地球与全球变化的未来发展趋势
数字地球技术的未来发展趋势
高性能计算技术
物联网技术
人工智能技术
• 随着计算机技术的发展，数
• 通过物联网技术，实现地球
• 将人工智能技术应用于数字
• 为生态系统保护和恢复提供科学支持
生态系统变化影响评估
• 通过GIS技术，对生态系统变化对农业生产、水资源等方面的影响进行评估
• 为生态系统保护和恢复策略制定提供科学依据
生态系统保护和恢复策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供生态系统变化影响的空间信息，辅助制定保护和恢复策略
• 为实现生态系统可持续发展提供信息支持
字地球技术将不断提高数据处
上各种信息的实时传输和共享
地球技术，提高数据处理和分
理和分析能力
• 为数字地球技术的发展提供
析的智能化水平
• 为数字地球技术的应用提供
新的机遇
• 为数字地球技术的发展提供
更强大的支持
新的思路
GIS在全球变化研究中的未来发展趋势
01
02
数字地球的原理及应用
数字地球的原理及应用什么是数字地球？数字地球是指通过计算机和通信技术，将地球表面的各种地理信息以数字的形式进行呈现、管理和分析的一种技术和应用模式。
它是一种将地球表面的自然、人文、社会等多种地理信息进行整合、分析和展示的工具，能够为各行各业提供支持和决策的依据。
数字地球的原理数字地球的实现依赖于多种技术和数据源的集成，下面是数字地球实现的基本原理：1. 地理信息系统（GIS）地理信息系统（GIS）是数字地球的核心技术之一。
GIS能够将地理数据与属性数据进行关联、整合和分析，并以地图的形式进行可视化展示。
通过GIS技术，我们可以将地球表面的各种地理要素（如地形、水域、道路、建筑等）进行数字化处理，从而实现对地球的全方位、立体化描述。
2. 遥感技术遥感技术是数字地球数据源中的重要组成部分。
借助于卫星、飞机等遥感设备，我们可以获取大范围、高分辨率的地球表面图像数据。
这些图像数据可以用来提取地表特征、监测环境变化、进行地理分析等，为数字地球提供了丰富的地理数据资源。
3. 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是数字地球的定位和导航基础设施。
通过接收来自卫星的定位信号，GPS能够准确地确定地球上任何一个点的位置坐标。
在数字地球中，GPS被广泛应用于位置服务、路径规划、车辆追踪等领域，为人们提供了准确定位和导航的功能。
4. 数据库技术数字地球需要处理大量的地理数据，因此数据库技术在数字地球的实现中起着重要的作用。
通过数据库技术，我们可以对地理数据进行存储、检索和管理，并实现数据的共享和集成。
数据库技术能够提高数据的处理效率和管理能力，为数字地球的应用提供强大的支持。
数字地球的应用数字地球在各个领域都有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：1. 城市规划与管理数字地球可以帮助城市规划师和管理者更好地了解城市的空间结构和发展趋势。
通过利用GIS技术和地理数据，可以进行城市土地利用分析、交通规划、设施布局等工作，为城市的规划和管理提供决策支持。
地理信息技术
地理信息技术包括-—地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和数字地球技术.地理信息系统定义地理信息系统(Geographic Information System或Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。
它是一种特定的十分重要的空间信息系统。
它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题.基本特点通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
2、GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。
空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。
3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。
4、GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。
大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS 中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展.地理学是GIS的理论依托。
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地理信息系统
3
1 地球信息科学的几个概念
近十几年来，随着遥感，全球定位系 统，地理信息系统以及计算机网络技术的发 展，出现了一系列新的、意义相近的、与地 理信息系统相关的名词。
China University of Geosciences
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地理信息系统
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信息流和地球系统内部物质流、 能量流和人流的关系图
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地球信息科学研究的内容
地球信息科学的本质是从信息流的角度来揭示地球系 统的发生、发展及其演化规律，从而实现资源、环 境和社会的宏观调控，作为其理论核心的地球信息 机理研究包括： 1）地球信息的结构、性质、分类和表达； 2）地球圈层间信息传输机制、物理过程及其增益和 衰减以及信息流的形成机理； 3）地球信息的空间认识及其不确定性与可预见性； 4）地球信息模拟物质流、能量流和人流相互作用关 系的时空转换特征； 5）地球信息的获取和处理的应用基础理论等。
地理信息系统
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Geo-Information Science
随着以地理信息系统技术为核心的遥感、全 球定位系统等技术的发展以及其间的相互渗 透，逐渐形成了3S集成化技术系统，为解决 区域范围更广，复杂性更高的现代地学问题 提供了新的分析方法和技术保证。 七十年代以来，由于整个人类社会面临的人 口、资源、环境和发展等各方面的问题，逐 渐开始重视全球变化（Global Change）以 及可持续发展（Sustanable Development） 等方面的研究，这两个方面的推动，最终促 成了地球信息科学的产生。
地理信息系统
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RS,GPS…
WebGIS-DB Internet 地学空间数 据仓库以及 交换站 OpenGIS
计算机仿真、 虚拟现实
数字地球技术的基本框架示意图
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数字地球的基础理论
数字地球的技术体系
数字地球的应用领域
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地球信息科学以信息流的手段研究地球系统 内部的物质流、能量流和人流的运动状态和 方式，它由三部分组成，“地球信息学”是 其理论研究的主体，“地球信息技术”是其 研究手段，“全球变化和区域可持续发展” 是其主要应用领域。[陈述彭]
EOS
理 论
数字地球学科分支框架
(
)
基础理论研究
• 地球系统的信息理论 • 地球系统的系统理论 • 地球系统的非线性与复杂性特征 • 国家信息基础设施（NII） • 国家空间信息基础设施（NSDI） • 对地观测系统（EOS） • 全球观测信息网络（GOIN） • METADATA • 标准与规范、法规 • 系统安全 • 空间数据智能获取 • 海量数据的存取技术 • 网络数据库、信息系统及分布式计算技术 • 数据仓库、交换中心及知识挖掘 • 多种数据融合与立体表达 • 仿真与虚拟技术 • 虚拟地球系统模型 • Open GIS标准与互操作技术
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地理信息系统
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2.1 DE产生的背景
数字地球的科学背景，包括地理信息科学， 地球信息科学等一系列学科，这些学科的发 展，为数字地球的产生打下了理论基础；对 地观测系统以及计算机网络的发展为数字地 球提供了技术支持；全球变化和可持续发展 的研究对数字地球的出现起到了推动作用。
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地理信息系统
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数字地球的基础技术，由遥感、遥测、 地理信息系统、因特网等组成，遥感、遥测 等提供获取数据的手段，地理信息系统进行 数据的管理、存储、分析和表现，通过因特 网实现数据的传输发布，这样构成了数字地 球技术系统的基本框架。
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China University of Geosciences 地理信息系统 19
与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics 等一系列学科概念以及遥感、GPS、因特网 等技术名词相比，数字地球更象是一项技术政 策，在一定程度上涵盖了上述的领域，“更加 通俗易懂，是一个面向社会的号召，实质地说， 数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字 化”[陈述彭]。
地理信息系统
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这些概念提出的时间还都不长，其含义 存在交叉，目前国内对其确切的译名有些也 存在着争论，下面介绍地理信息科学，地球 测量的概念以及地球信息科学的概念和内容。
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6
1.1 Geographical Information Science
地理信息系统
GIS与数字地球 GIS与数字地球
中国地质大学
1
内容提要
1 地球信息科学的几个相关概念： Geographical Information Science, Geomatics, Geo-Informatics, Geo-Information Science. 2 数字地球与GIS： Digital Earth的产生背景； 数字地球的基本概念； 数字地球核心技术综述
地理信息系统
4
地理信息科学 (Geographical Information Science) 地球测量（Geomatics，地球信息学[宫鹏]，地 球空间信息学[李德仁]） 地球信息学（Geo-Informatics） 地球信息科学（Geo-information Science）
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参考文献
邬伦. 地理信息系统-原理方法和应用[M] 邬伦. 地理信息系统-原理方法和应用[M] 李德仁.论GEOMATICS的中译名[J] 陈述彭，数字地球百问[M] 承继成,李琦,易善桢.国家空间信息基础设 施与数字地球[M] 承继成,林珲 周成虎.数字地球导论 林珲,周成虎 数字地球导论[M] 承继成 林珲 周成虎 数字地球导论
2.3 DE核心技术综述
为了解决数字地球中的数字化、信息化 以及应用问题，需要研究以下关键技术：科 学计算、海量存储、宽带网、卫星数据获取、 元数据、互操作等等[戈尔]。下面对这些相 关关键技术进行简单的描述。
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26
1) 高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术 卫星遥感是数字地球获取数据的主要手 段，包括不同高度、不同分辨率的陆地卫 星系列、海洋卫星系列、气象卫星系列以 及小卫星系列，其分辨率从1米到4000米。 遥感数据的处理包括辐射纠正、几何纠正、 增强、特征提取、自动分类、自动成图、 数据压缩等等，高分辨率卫星每天都要产 生大量的数据，对这些数据的自动的、快 速的处理以实时、准确地提取信息是实现 数字地球信息获取的关键。
1992年Goodchild提出的，与地理信息系统 相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门 科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究 在应用计算机技术对地理信息进行处理、存 储、提取以及管理和分析过程中提出的一系 列基本问题。 地理信息科学在对于地理信息技术研究的同 时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础 理论研究的重要性。
• 数字地球的数字神经系统
基础设施
数 字 地 球
核心技术 技术系统 前沿研究
• 数字地球的网络生活方式 • 数字地球的进化机制与地学智能体 • Cyberspace • Infosphere • Modeling Earth
应用示范
• 中国数字地球 • 数字中国 • 应用示范 ------数字农业 ------数字交通 ------数字海洋 ------数字虚拟学校 ------数字城市 ------数字长江 ------数字海南
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1）分布式计算 2）地理信息的认知 3）地理信息的互操作 4）比例尺 5）空间信息基础设施的未来 6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析 7）GIS和社会 9）地理信息系统在环境中的空间分析 10）空间数据的获取和集成 etc.
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2) 地球空间数据的存储和处理 为了能够将地球上的信息进行数字化，除了 要存储和处理大量的遥感数据之外，还包 括图形数据，属性数据等等。实现对这些 数据的查询检索，需要海量数据存储管理 以及快速处理技术。目前分布式数据存储 是海量数据管理的趋势，可以避免集中式 系统带来的管理困难以及网络拥塞；而通 常采用超大型计算机或者并行计算以实现 快速处理。
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地理信息科学
地理信息系统 全球变化
Geomatics
遥感、GPS 等 测绘技术
数字地球
可持续发展
地球信息科学
地球信息技术 计算机技术 （网络，虚拟 现实…） 技术支撑 政策 其它
地球系统科学
学科理论
应用
数字地球和其它理论以及技术的关系图
数字地球的框架结构(据承继成等) 数字地球的框架结构(据承继成等)
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数字 地球 学科 分支 框架
数字 交通 数字 长江
数字 地球
信息 理论