? 全球观测系统（GOS） ? 生物多样性计划 2）全球变化研究
? 全球变化的时间尺度
? 几百万年－几十亿年：主要是金属核与地幔和岩石圈分离、生命演化及大气化学成
分的演
化的时间尺度；
? 几千年－几十万年：主要是土壤发育和生物种类分布的时间尺度；
? 几十年－几百年：是气候变化、大气成分变化、地表干燥度或酸度变化及地球和海
洋生物
系统变化的时间尺度；
? 数天－数个季度：是天气现象、洋流中的涡旋、地表风化、地震及火山爆发等的时
间尺
度；
? 几秒－几个小时：陆地、海洋、大气和生物的质量、动量和能量通量的时间尺度。 4）地球系统的区位理论
? 区位理论：说明和探讨地理空间对各种经济活动分布的影响和研究生产力空间组织
的一种学说。 ? 基本法则
? 距离衰减法则
? 空间相互作用原理 ? 中心地学说
? 分类（按研究对象来划分） ? 农业区位论 ? 工业区位论 ? 运输区位论 ? 市场区位论 1、耗散结构定义
? 耗散结构：是指远离平衡态的开放系统，通过系统与外界进行物质和能量的交换，
形成的一种动态稳定的有序化结构，即由原来混浊无序的状态转变成一种在空间上、时间上或功能上的有序状态。
? 耗散结构是系统远离平衡态时的相变现象。
? 耗散：是系统维持这种新型结构需要外界输入能量和物质 。 负熵的意义：熵是一个系统中大量分子运动的无序程度的量 度，熵越大，越无序。因此，对开放系统而言，如果通过与 外界进行物质或能量的交换引入了负熵流，则系统就有可能 进入更加有序的状态，并有可能出现新的有序结构。 2、耗散结构的特征
? 耗散结构发生在开放系统中，它要靠外界不断地提供能量或物质才能维持。 ? 只有当控制参量（即阈值）达到一定临界值时，耗散结构才会出现。
? 它具有时间或空间的结构，其对称性低于耗散结构发生前的时空均匀状态。 ? 耗散结构是稳定的，它不受任何小扰动的破坏。 ? 耗散结构是一种非线性现象。 3、耗散结构形成的条件
? 系统必须是开放的。
? 系统内部必须存在非线性相互作用机制：系统动力学方程为非线性的。
? 系统存在扰动（涨落）现象即远离平衡态：普里高津：“非平衡是有序之源。” 4、地球系统的耗散结构现象
? 高温处不断向低温处扩散； ? 高压强度向低压扩散；
? 高位能和高势能向地处流动。 四、地球系统的自组织理论 1、自组织理论
? 是在耗散理论的原理上发展起来的。
? 自组织：系统在无外界强迫条件下的，自发形成的有序行为，即系统自动从无序到
有序的过程。
? 哈肯（Harmann Haken）（协同论的创始人）强调特别强调：自组织指的是系统在
没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构和功能，它具有内在性和自主性。
? 自非组织：系统在无外力影响下的，由于本身的原因产生从有序变为无序或系统结
构自动破坏的过程，即系统自动从有序到无序的过程。
2、自组织三要素
? 自组织三要素
? 功能：由物理、化学和生物过程产生的能量或动力； ? 结构：由不稳定引起的系统的时间－空间结构状态； ? 扰动（涨落）：系统的状态在局部上经常与宏观平衡态有暂时的偏离称为涨落，是
引起不稳定的动力。 ? 自组织机制的特征
? 非平衡系统失稳，导致产生新结构的内部依据是非线性机制和随机扰动的存在； ? 非线性机制的发挥，以非平衡约束为存在的条件；
? 随机扰动的放大，以非线性机制和非平衡约束为存在的条件。 ? 非线性三个特点：相干性、非加和性、多重选择性 3、地球系统自组织的Gala假说
? Gala假说：地球系统中，生物调节着地球系统内的能量流、物质流控制着大洋的温
度、盐度、酸度及元素的地球化学循环的机制。
? Gala假说认为：地球系统的自组织功能主要归功于生物圈的存在，生物圈起到了保
护地球系统的稳定作用。
五、分形维与自相似理论 1、分形
? 定义：客观世界的某一现象或过程的局部与局部，局部与整体在形态、功能、信息、
时间和空间等方面具有形态自相似性或统计自相似性和概率上的相似性特征。 ? 不规则形体的内在规律：
? 自相似性：不相同的物体之间存在一种内在的统一性或同一性。 ? 层次性：不同尺度条件下具有不同层次的相似性的表现形式。
? 仿射变换的相似性：分形体的局部做拉伸、平移、旋转、压缩和放大等，可和整体
相似且可以重替。 ? 分形的特性：
? 具有无限精细的结构
? 局部与整体的相似性
? 具有非拓扑维数，并且它大于对应的拓扑维数 ? 具有随机性
? 在大多数情况下，分形可以用非常简单的方法确定，可能由迭代产生。 2、分形维数
1） 维数：描述系统状态所需要的独立坐标的个数。
2） 在欧氏空间中：点---0维；线---1维；面---2维；体---3维；时空---4维；高维抽象空间---n维（n>4，为整数）。
3） 拓扑维数：图形经过拓扑等价变换，即拉长、压缩、扭曲后仍然不变的称为拓扑
维数。
4） 自相似结构可以用分形维数来表达。 3、分形、分维数的特点
1） 分形集都具有精细结构；
2） 分形集不能用传统的几何语言来描述； 3） 分形集具有自相似性的特征；
4） 分形维数一般大于它的拓扑维数；
5） 分形集可由非常简单的方法定义，可以变换的迭代产生；
6） 自然界的分形是一种具有自相似特征、随机特征的、无规则的几何形状； 7） 自然分形的自相似性层次是有限的。 一、数字地球的内涵 1、数字地球的内涵
1） 数字地球是一个全局性的长远的战略思维，其核心在于： a）用数字化手段统一性地处理地球问题； b）最大限度地利用信息资源。
2) 数字地球在不同历史时期又有特定的目标；目前，应当建立多比例尺、多应用层面的数字化地球、数字化地区或数字化城市，能够更广泛、深入地为社会可持续发展提供服务。 二、对数字地球框架的理解 1、国外对数字地球框架的理解
? 2005年5月国际地球观测组（GEO）提出了全球空间数据基础设施框架： ? 管理组织的体制与机制； ? 政策与规范； ? 标准与规范；
? 天基、空基及地基的数据获取和处理技术； ? 网络技术； ? 分发与共享； ? 应用示范。
2、国家发改委的国家空间信息基础设施（ NSII ）规划
1) NSII的分级管理规划：
? 土地、经济、社会按行政区划分为国家、省（区市）、县区和乡4级管理； ? 水资源按国家、大流域和省级3级管理；
? 测绘、海洋、森林资源按国家、大区和省级3级管理； ? 交通按国家、省、城市3级管理；
? 气象、矿产、环保和人力资源按国家、省（区市）两级管理。 2) NSII的框架体系：
国家公用地理空间信息获取、处理系统和通信网络体系； 国家地理空间信息网；
标准与规范、政策与法规、安全与保密； 管理体制与机制。 NSII的近期目标
重点开展国家地理空间信息交换网络建设；
以国家级的对地观测数据中心和地理数据中心为重点进行信息资源开发及应用服务体系建设，建立与完善10－15个基础地理空间信息系统及信息中心； ? 建立NSII的建设和运行标准与规范；
? 加强信息资源的开发与应用，建立稳定的信息资源获取的保障体系； ? 重点支持一批应用示范工程，促进应用和相应产业的发展； ? 促进NSII的关键技术的研发与产业化。 三、中国数字地球框架体系的思考
1 亟待解决的问题与对策
? 健全领导体制与机制建设，做好顶层设计与统筹规划，建立全国协调中心； ? 建立科学的政策与法规、标准与规范、安全与保密的规章与制度； ? 实现单位与单位之间的互联互通，实现共享；
? 建立国家地理信息交换中心，实现并落实信息资源共享；
? 遥感、卫星定位及地理信息系统等必须要统筹兼顾、统一规划，加强领导； ? 加强信息资源的开发和共享，制定强制性的政策与法规。 2 NSII会后发展的工作重点
? 分布数据库及其网络集成Web GIS和GIS service和共享的规划和标准的制定； ? 建设国家级的地理空间信息交换中心及各分中心和共享体系； ? 支持地理空间信息关键技术的研发、创新及产业化； ? 应用示范，促进传统产业改造。
第二章 数字地球的信息基础设施
一、网络技术进展综述 1、Web1.0
? 特点：通过浏览器获取信息，以编辑为特征。
? web1.0时代是一个群雄并起，逐鹿网络的时代，虽然各个网站采用的手段和方法不
同，但第一代互联网有诸多共同的特征.
2、Web2.0
? Web2.0是2003年之后互联网的热门概念之一，是相对Web1.0的新的一类互联网
应用的统称。
? 特点：更注重用户的交互作用，用户既是网站内容的消费者（浏览者），也是网站
内容的制造者。
3、Web3.0
? Web3.0是建立在Web2.0的基础之上，并且实现了更加“智能化的人与人和人与机
器的交流”功能的互联网模式。
? 主要特征（从广播电视媒体网络化角度出发 ）： A 微内容（Widget）的自由整合与有效聚合。 B 适合多种终端平台，实现信息服务的普适性。
C 良好的人性化用户体验、以及基础性的个性化配置。 D 有效和有序的数字新技术。
? ? ? ? 3) ? ?
4、IPV6
1) IPv6是用于替代现行版本IP协议Ipv4－的下一代IP协议，通常被称作“IPng”(下一代互联网协议)。
2) 特点：使用者和网上商业公司可以在没有互相合作的情况下独立地更新IPv6，它是由8个16进制数来表示，中间用“:”分隔，地址总数为1632个。 3) 描述了三类IP地址 ：
a 单播地址 ：一个主机到其它主机，目的为单个主机；
b 广播地址 ：一个主机到最近的多个主机，目的端为给定网络上的所有主机 ； c 多播地址 ：一个主机到多个主机，目的端为同一组内的所有主机。 3) 优点：
a. 地址充足：IPv6超越IPv4最明显的提高在于其IP地址从32位延长到128位。这个IP地址的延长缓解了网络地址的日益缺乏，预示着将来因特网相当可观的增长。
b. 加速网络运行速度 ：通过简化固定的基本报头、采用64比特边界定位、取消IP头的校验和域等措施，以提高网络设备对IP报文的处理效率。
c. 扩展为先：引入灵活的扩展报头，按照不同协议要求增加扩展头种类，按照处理顺序合理安排扩展头的顺序，其中网络设备需要处理的扩展头在报文头的前部，而需要宿端处理的扩展头在报文头的尾部。
d. 层次区划：IPv6极大的地址空间使层次性的地址规划成为可能，同时国际标准中已经规定了各个类型地址的层次结构，这样既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，缩减IPv6路由表大小，降低网络地址规划的难度。 4） 优点：
即插即用； 贴身安全；。服务质量 （QoS）考虑； 移动便捷； 5 第三代移动通信技术（3G）
1） 第一代移动通信的缺点：手机的体积较大；频率利用率低；支持的用户数量十分有限；通信的保密程度也很低；此外，当时世界上有许多种移动通信的制式，相互之间不能够兼容，给移动手机的漫游带来很大的麻烦。
2） 第二代移动通信的缺点：数据功能很低；不能支持多媒体业务；此外，世界上不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用的频率也不一样，因此，全球漫游比较困难。
3） 技术特点：在室内、室外和移动的环境中能够分别支持2Mbps(兆字节/每秒)、384kbps(千字节/每秒)以及144kbps的传输速度。
4） 技术标准：国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》(简称IMT-2000)中。
5） W-CDMA ：即WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多
重存取，是日本提出的。
6） CDMA2000 ：也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩
托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。 7） TDS-CDMA ：该标准是由中国独自制定的3G标准，并于1999年6月29日，中
国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向国际电信联盟提出的。
6 第四代移动通信技术（4G）
1） 技术特点：能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。 2） 网络结构：可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层.