浅谈地球信息科学与技术中物理学的应用

黄彬桓

摘 要：在地球科学技术不断发展的今天，国家需要具有扎实专业理论知识的人才，地球信息科学的发展符合国家经济建设的需要，能够在资源勘探、环境治理及城市规划方面起到非常重要的作用，所以教育部门越来越重视相关人才的培养。这门学科必须要掌握的一门知识就是物理学，物理学是相关分支学科的基础。本文对地球信息科学与技术进行简单介绍，并分析了物理学在地球信息科学与技术中的主要应用。

关键词：地球 信息科学与技术 物理学

1 地球信息科学与技术概述

地球信息科学是近年来发展起来的专业方向比较明确的一门学科，它主要培养学生的空間信息采集与分析能力，对收集到的数据进行无线网络传输，并将分析后的数据进行可视化展示，引导学生对空间数据进行合理化应用，并学习开发空间系统。该学科旨在培养能够掌握全方位的地球信息技术人才，对学生的数学与物理能力要求较高，需要学生掌握信息科学、地球物理学、计算机科学等基本的理论以及必备的整理分析数据的技能[1]。对学生的创新能力也有一定的要求。地球信息科学与技术主要涉及地球动力学、空间测地学、电子计量学等，各个主干学科之间紧密相连，该项技术在环境的治理、资源的勘探以及空间信息的测量等方面都有重要应用，促进空间地理信息的发展和遥感技术的不断进步[2]。

2 地球信息科学涉及的主要技术

2.1地球空间信息工程

在2018年公布的软科世界一流学科排名中，地球空间信息技术协同创新中心的支撑学科均排名世界第一，该中心的主要成员分别是清华大学的通信工程、北京航空航天大学的航天航空工程以及武汉大学的遥感科学专业，在2018年6月，该中心完成了我国首个夜光遥感卫星珞珈一号科学实验室卫星01星的发射，这颗卫星能够对地面进行观测，并增强了卫星的导航功能，是地球信息科学与技术的重大研究成果[3]。

2.2 3S集成技术的应用

3S集成技术在中国数字地球建设方面有很重要的应用，该技术主要包含三项应用，分别是GPS（全球定位系统），GIS（地理信息系统）以及RS（遥感技术），这三种技术相互补充，共同促进地球信息技术的发展。3S集成技术在军队训练、城市规划等方面起到很大作用，“沙漠风暴”战役就是利用此项技术获取空间地理坐标，利用红外采集影像，为军事战役提供了保障[4]。

2.3空间数据的无线传输

地球信息系统的正常运作离不开数据的收集和传输，首先探测仪器应对相关数据进行采集，将其传送到处理终端对数据进行分析和存储，最后显示终端将处理分析后的数据进行可视化展示，无线传输数据能够适当加快数据的传输速度，尽量节省传输数据的时间。无线传输方式共有六种，分别是微波传输、双绞线传输、视频基带传输、光纤传输、网络传输以及宽频共缆传输，根据不同的地理环境和传输速度的要求选择不同的传输方式。

2.4空间数据信息可视化

在地球信息系统技术的应用中，最后数据的分析结果是需要通过图形等形式在显示终端上进行显示的，所以空间数据信息的可视化应用是很重要的一个环节，能够使得空间地理坐标分析结果更直接地向用户展示出来，以便进行更深层次的分析和处理。2018年摩拜单车在报告中涉及到了空间信息可视化的研究，采用了分组散点图、气泡图和热力图的形式进行空间位置的标注，与手机GPS功能相联系，从而进行单车的精确定位。

3 物理学在地球信息科学与技术领域的应用

3.1 GPS技术与物理学的主要关系

GPS又称作卫星定位系统，顾名思义它能够对空间地理位置进行精确的划分，现阶段这项技术已经广泛应用于军事领域、卫星领域等，在GPS卫星设备中主要涉及了天体物理学、地球物理学，这是GPS轨道卫星的理论基础，通过对牛顿运动定律和天体及地磁场作用的掌握，不断扩充和完善该项技术。而在GPS成像过程中主要运用了基本的光学原理，包括光的折射和反射，在卫星成像过程中运用热辐射差别还原图像。

3.2遥感技术中涉及到的物理学

遥感技术的物理学基础是电磁波理论，不同物体对电磁波的反射能力是不同的，只有理解了地物反射特性及其对遥感数据产生的影响，才能够对遥感技术进行深入研究，最终得到的处理数据能够对地物特征进行精确反演，电磁波有很多种类，并不是所有形式的电磁波都能应用于遥感技术，波长小于0.01微米的电磁波会直接被大气吸收，在遥感中并不适用，而紫外线、红外线及微波光段在遥感技术和成像过程中都有重要应用。

3.3无线传输技术对物理学的应用

无线传输能够适当提高数据的传输速率，在地球信息科学的发展过程中，这项技术所占的分量越来越高，这种传输方式更加灵活，不需要电缆，也节约了一定的成本，所有的无线电信号也是通过电磁波的方式进行传播的，通过电磁能量进行数据的输送，电磁波频谱也有固定的频率，电子信号沿着发射器到达天线，在传播过程中，电磁波会发生反射、衍射和散射，形成多种信号。

结 语

综上所述，物理学是地球信息科学与技术最基础的学科，无论是遥感技术还是地球空间科学，都是围绕物理学展开的，在遥感技术中主要运用到电磁波相关理论知识，而在GPS，GIS等技术中涉及到天体物理学、地球物理学、光学以及热力学。也就是说，物理学是地球信息科学的主要理论支撑，只有对物理学进行足够的钻研，才有可能发展地球信息科学与技术。

参考文献

[1] 吴柯，王贤敏，杨叶涛.浅谈大数据时代下地球信息科学与技术的发展[J].教育现代化，2017（46）.

[2] 诸云强.论地球数据科学与共享[J].国土资源信息化，2015（1）.

[3] 郭华东，王力哲.科学大数据与数字地球[J].科学通报，2014（12）.

[4] 苗茹.基于云计算的地球系统科学数据共享研究与实践[J].地球信息科学学报，2014（2）.