淺談地球信息科學(xué)與技術(shù)中物理學(xué)的應(yīng)用

黃彬桓

摘 要：在地球科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，國家需要具有扎實專業(yè)理論知識的人才，地球信息科學(xué)的發(fā)展符合國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，能夠在資源勘探、環(huán)境治理及城市規(guī)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(guān)人才的培養(yǎng)。這門學(xué)科必須要掌握的一門知識就是物理學(xué)，物理學(xué)是相關(guān)分支學(xué)科的基礎(chǔ)。本文對地球信息科學(xué)與技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，并分析了物理學(xué)在地球信息科學(xué)與技術(shù)中的主要應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地球 信息科學(xué)與技術(shù) 物理學(xué)

1 地球信息科學(xué)與技術(shù)概述

地球信息科學(xué)是近年來發(fā)展起來的專業(yè)方向比較明確的一門學(xué)科，它主要培養(yǎng)學(xué)生的空間信息采集與分析能力，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，并將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，引導(dǎo)學(xué)生對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化應(yīng)用，并學(xué)習(xí)開發(fā)空間系統(tǒng)。該學(xué)科旨在培養(yǎng)能夠掌握全方位的地球信息技術(shù)人才，對學(xué)生的數(shù)學(xué)與物理能力要求較高，需要學(xué)生掌握信息科學(xué)、地球物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等基本的理論以及必備的整理分析數(shù)據(jù)的技能[1]。對學(xué)生的創(chuàng)新能力也有一定的要求。地球信息科學(xué)與技術(shù)主要涉及地球動力學(xué)、空間測地學(xué)、電子計量學(xué)等，各個主干學(xué)科之間緊密相連，該項技術(shù)在環(huán)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(yīng)用，促進(jìn)空間地理信息的發(fā)展和遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步[2]。

2 地球信息科學(xué)涉及的主要技術(shù)

2.1地球空間信息工程

在2018年公布的軟科世界一流學(xué)科排名中，地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心的支撐學(xué)科均排名世界第一，該中心的主要成員分別是清華大學(xué)的通信工程、北京航空航天大學(xué)的航天航空工程以及武漢大學(xué)的遙感科學(xué)專業(yè)，在2018年6月，該中心完成了我國首個夜光遙感衛(wèi)星珞珈一號科學(xué)實驗室衛(wèi)星01星的發(fā)射，這顆衛(wèi)星能夠?qū)Φ孛孢M(jìn)行觀測，并增強(qiáng)了衛(wèi)星的導(dǎo)航功能，是地球信息科學(xué)與技術(shù)的重大研究成果[3]。

2.2 3S集成技術(shù)的應(yīng)用

3S集成技術(shù)在中國數(shù)字地球建設(shè)方面有很重要的應(yīng)用，該技術(shù)主要包含三項應(yīng)用，分別是GPS（全球定位系統(tǒng)），GIS（地理信息系統(tǒng)）以及RS（遙感技術(shù)），這三種技術(shù)相互補(bǔ)充，共同促進(jìn)地球信息技術(shù)的發(fā)展。3S集成技術(shù)在軍隊訓(xùn)練、城市規(guī)劃等方面起到很大作用，“沙漠風(fēng)暴”戰(zhàn)役就是利用此項技術(shù)獲取空間地理坐標(biāo)，利用紅外采集影像，為軍事戰(zhàn)役提供了保障[4]。

2.3空間數(shù)據(jù)的無線傳輸

地球信息系統(tǒng)的正常運(yùn)作離不開數(shù)據(jù)的收集和傳輸，首先探測儀器應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將其傳送到處理終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲，最后顯示終端將處理分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，無線傳輸數(shù)據(jù)能夠適當(dāng)加快數(shù)據(jù)的傳輸速度，盡量節(jié)省傳輸數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)傳輸以及寬頻共纜傳輸，根據(jù)不同的地理環(huán)境和傳輸速度的要求選擇不同的傳輸方式。

2.4空間數(shù)據(jù)信息可視化

在地球信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用中，最后數(shù)據(jù)的分析結(jié)果是需要通過圖形等形式在顯示終端上進(jìn)行顯示的，所以空間數(shù)據(jù)信息的可視化應(yīng)用是很重要的一個環(huán)節(jié)，能夠使得空間地理坐標(biāo)分析結(jié)果更直接地向用戶展示出來，以便進(jìn)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(diǎn)圖、氣泡圖和熱力圖的形式進(jìn)行空間位置的標(biāo)注，與手機(jī)GPS功能相聯(lián)系，從而進(jìn)行單車的精確定位。

3 物理學(xué)在地球信息科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 GPS技術(shù)與物理學(xué)的主要關(guān)系

GPS又稱作衛(wèi)星定位系統(tǒng)，顧名思義它能夠?qū)臻g地理位置進(jìn)行精確的劃分，現(xiàn)階段這項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、衛(wèi)星領(lǐng)域等，在GPS衛(wèi)星設(shè)備中主要涉及了天體物理學(xué)、地球物理學(xué)，這是GPS軌道衛(wèi)星的理論基礎(chǔ)，通過對牛頓運(yùn)動定律和天體及地磁場作用的掌握，不斷擴(kuò)充和完善該項技術(shù)。而在GPS成像過程中主要運(yùn)用了基本的光學(xué)原理，包括光的折射和反射，在衛(wèi)星成像過程中運(yùn)用熱輻射差別還原圖像。

3.2遙感技術(shù)中涉及到的物理學(xué)

遙感技術(shù)的物理學(xué)基礎(chǔ)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(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，才能夠?qū)b感技術(shù)進(jìn)行深入研究，最終得到的處理數(shù)據(jù)能夠?qū)Φ匚锾卣鬟M(jìn)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(yīng)用于遙感技術(shù)，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(shù)和成像過程中都有重要應(yīng)用。

3.3無線傳輸技術(shù)對物理學(xué)的應(yīng)用

無線傳輸能夠適當(dāng)提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，在地球信息科學(xué)的發(fā)展過程中，這項技術(shù)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(jié)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(jìn)行傳播的，通過電磁能量進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸送，電磁波頻譜也有固定的頻率，電子信號沿著發(fā)射器到達(dá)天線，在傳播過程中，電磁波會發(fā)生反射、衍射和散射，形成多種信號。

結(jié) 語

綜上所述，物理學(xué)是地球信息科學(xué)與技術(shù)最基礎(chǔ)的學(xué)科，無論是遙感技術(shù)還是地球空間科學(xué)，都是圍繞物理學(xué)展開的，在遙感技術(shù)中主要運(yùn)用到電磁波相關(guān)理論知識，而在GPS，GIS等技術(shù)中涉及到天體物理學(xué)、地球物理學(xué)、光學(xué)以及熱力學(xué)。也就是說，物理學(xué)是地球信息科學(xué)的主要理論支撐，只有對物理學(xué)進(jìn)行足夠的鉆研，才有可能發(fā)展地球信息科學(xué)與技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳柯，王賢敏，楊葉濤.淺談大數(shù)據(jù)時代下地球信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展[J].教育現(xiàn)代化，2017（46）.

[2] 諸云強(qiáng).論地球數(shù)據(jù)科學(xué)與共享[J].國土資源信息化，2015（1）.

[3] 郭華東，王力哲.科學(xué)大數(shù)據(jù)與數(shù)字地球[J].科學(xué)通報，2014（12）.

[4] 苗茹.基于云計算的地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享研究與實踐[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2014（2）.