淺談地球信息科學與技術中物理學的應用

黃彬桓

摘 要：在地球科學技術不斷發展的今天，國家需要具有扎實專業理論知識的人才，地球信息科學的發展符合國家經濟建設的需要，能夠在資源勘探、環境治理及城市規劃方面起到非常重要的作用，所以教育部門越來越重視相關人才的培養。這門學科必須要掌握的一門知識就是物理學，物理學是相關分支學科的基礎。本文對地球信息科學與技術進行簡單介紹，并分析了物理學在地球信息科學與技術中的主要應用。

關鍵詞：地球 信息科學與技術 物理學

1 地球信息科學與技術概述

地球信息科學是近年來發展起來的專業方向比較明確的一門學科，它主要培養學生的空間信息采集與分析能力，對收集到的數據進行無線網絡傳輸，并將分析后的數據進行可視化展示，引導學生對空間數據進行合理化應用，并學習開發空間系統。該學科旨在培養能夠掌握全方位的地球信息技術人才，對學生的數學與物理能力要求較高，需要學生掌握信息科學、地球物理學、計算機科學等基本的理論以及必備的整理分析數據的技能[1]。對學生的創新能力也有一定的要求。地球信息科學與技術主要涉及地球動力學、空間測地學、電子計量學等，各個主干學科之間緊密相連，該項技術在環境的治理、資源的勘探以及空間信息的測量等方面都有重要應用，促進空間地理信息的發展和遙感技術的不斷進步[2]。

2 地球信息科學涉及的主要技術

2.1地球空間信息工程

在2018年公布的軟科世界一流學科排名中，地球空間信息技術協同創新中心的支撐學科均排名世界第一，該中心的主要成員分別是清華大學的通信工程、北京航空航天大學的航天航空工程以及武漢大學的遙感科學專業，在2018年6月，該中心完成了我國首個夜光遙感衛星珞珈一號科學實驗室衛星01星的發射，這顆衛星能夠對地面進行觀測，并增強了衛星的導航功能，是地球信息科學與技術的重大研究成果[3]。

2.2 3S集成技術的應用

3S集成技術在中國數字地球建設方面有很重要的應用，該技術主要包含三項應用，分別是GPS（全球定位系統），GIS（地理信息系統）以及RS（遙感技術），這三種技術相互補充，共同促進地球信息技術的發展。3S集成技術在軍隊訓練、城市規劃等方面起到很大作用，“沙漠風暴”戰役就是利用此項技術獲取空間地理坐標，利用紅外采集影像，為軍事戰役提供了保障[4]。

2.3空間數據的無線傳輸

地球信息系統的正常運作離不開數據的收集和傳輸，首先探測儀器應對相關數據進行采集，將其傳送到處理終端對數據進行分析和存儲，最后顯示終端將處理分析后的數據進行可視化展示，無線傳輸數據能夠適當加快數據的傳輸速度，盡量節省傳輸數據的時間。無線傳輸方式共有六種，分別是微波傳輸、雙絞線傳輸、視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網絡傳輸以及寬頻共纜傳輸，根據不同的地理環境和傳輸速度的要求選擇不同的傳輸方式。

2.4空間數據信息可視化

在地球信息系統技術的應用中，最后數據的分析結果是需要通過圖形等形式在顯示終端上進行顯示的，所以空間數據信息的可視化應用是很重要的一個環節，能夠使得空間地理坐標分析結果更直接地向用戶展示出來，以便進行更深層次的分析和處理。2018年摩拜單車在報告中涉及到了空間信息可視化的研究，采用了分組散點圖、氣泡圖和熱力圖的形式進行空間位置的標注，與手機GPS功能相聯系，從而進行單車的精確定位。

3 物理學在地球信息科學與技術領域的應用

3.1 GPS技術與物理學的主要關系

GPS又稱作衛星定位系統，顧名思義它能夠對空間地理位置進行精確的劃分，現階段這項技術已經廣泛應用于軍事領域、衛星領域等，在GPS衛星設備中主要涉及了天體物理學、地球物理學，這是GPS軌道衛星的理論基礎，通過對牛頓運動定律和天體及地磁場作用的掌握，不斷擴充和完善該項技術。而在GPS成像過程中主要運用了基本的光學原理，包括光的折射和反射，在衛星成像過程中運用熱輻射差別還原圖像。

3.2遙感技術中涉及到的物理學

遙感技術的物理學基礎是電磁波理論，不同物體對電磁波的反射能力是不同的，只有理解了地物反射特性及其對遙感數據產生的影響，才能夠對遙感技術進行深入研究，最終得到的處理數據能夠對地物特征進行精確反演，電磁波有很多種類，并不是所有形式的電磁波都能應用于遙感技術，波長小于0.01微米的電磁波會直接被大氣吸收，在遙感中并不適用，而紫外線、紅外線及微波光段在遙感技術和成像過程中都有重要應用。

3.3無線傳輸技術對物理學的應用

無線傳輸能夠適當提高數據的傳輸速率，在地球信息科學的發展過程中，這項技術所占的分量越來越高，這種傳輸方式更加靈活，不需要電纜，也節約了一定的成本，所有的無線電信號也是通過電磁波的方式進行傳播的，通過電磁能量進行數據的輸送，電磁波頻譜也有固定的頻率，電子信號沿著發射器到達天線，在傳播過程中，電磁波會發生反射、衍射和散射，形成多種信號。

結 語

綜上所述，物理學是地球信息科學與技術最基礎的學科，無論是遙感技術還是地球空間科學，都是圍繞物理學展開的，在遙感技術中主要運用到電磁波相關理論知識，而在GPS，GIS等技術中涉及到天體物理學、地球物理學、光學以及熱力學。也就是說，物理學是地球信息科學的主要理論支撐，只有對物理學進行足夠的鉆研，才有可能發展地球信息科學與技術。

參考文獻

[1] 吳柯，王賢敏，楊葉濤.淺談大數據時代下地球信息科學與技術的發展[J].教育現代化，2017（46）.

[2] 諸云強.論地球數據科學與共享[J].國土資源信息化，2015（1）.

[3] 郭華東，王力哲.科學大數據與數字地球[J].科學通報，2014（12）.

[4] 苗茹.基于云計算的地球系統科學數據共享研究與實踐[J].地球信息科學學報，2014（2）.