地理与资源科学以人类赖以生存的地理环境和资源环境为研究对象，研究与人类生存关系密切的地理环境各要素的变化规律与相互作用。地理科学是最古老的基础学科之一，既属于经典的基础研究，又与社会可持续发展有直接的联系。20世纪以来，人类社会处于迅速发展的新时期，全球变暖、臭氧层破坏、土地退化、物种灭绝和资源匮乏等一系列全球性环境问题不断涌现，人类与其赖以生存发展的自然环境之间的矛盾日趋尖锐，尤其表现在全球化和区域可持续发展两个方面。同时，地理与资源科学研究也不断引入新的技术和方法，以适应现代地学研究的要求。20世纪中期以来，在信息化技术快速发展的背景下，地理信息系统、遥感、全球定位系统等技术和手段先后出现，促进了现代地理与资源科学研究的形成。

一 地理与资源科学信息化概述

（一）地理与资源信息系统

为应对地理与资源领域对信息化手段的需求，20世纪60年代在加拿大诞生了地理信息系统。加拿大拥有广袤的森林，为了提高对森林的调查和管理能力，1962年加拿大政府森林与农村发展部开发了“加拿大地理信息系统”（Canada Geographic Information System，CGIS），这是第一个真正意义上的地理信息系统。此后，基于数值计算、数据库、可视化等计算机技术，形成了一套地理信息理论和工程方法，涵盖了地理空间数据结构、空间分析算法、不确定性理论、时空数据存储、多维地理空间可视化等方面。这些理论和方法很快被应用在更多领域，成为地理与资源科学各领域不可缺少的手段。

时空地理信息的表达、分析和可视化是地理信息系统的特点和难点。长期以来，地理与资源科学领域以地图作为重要的研究工具，但由于静态地图的信息量有限，只能够表达特定的抽取信息。地理信息系统以可缩放的动态图层为基础，组织、表达和管理地理要素，克服了传统地图的缺点。计算机的动态处理能力被应用于地理信息分析和计算，为实现地理与资源的定量化研究提供了基础。计算领域的一些方法和技术也被引入地理信息系统中，包括拓扑分析、图像模式识别、统计分析等，成为地理与资源领域重要的分析方法^[1]。

在早期地理信息系统中，数据存储以文件方式为主，20世纪80年代开始，数据库技术逐渐引入，形成面向桌面、网络等不同环境的地理空间数据库技术，为海量数据的存储提供了保障。地理信息系统的产业化得到了快速发展，特别是互联网的出现，带动地理信息软件的体系从单机环境、网络环境向面向服务体系（Service-Oriented Architectures，SOA）的方向发展。以此为基础，一些面向基础地理信息、自然资源调查等领域的大型数据库得以构建^[2]。

地理信息系统带动了相关产业的出现及高速发展：2001年世界地理信息产业市场产值已达到240亿美元，之后以每年12%左右的速度增长。近年来，我国大力发展卫星导航、三维地理信息系统、地理信息互操作、空间数据引擎、海量影像管理、地理信息公共服务等测绘高新技术，积极开展测绘科技成果转化^[3]。即使面对国际金融危机冲击，2009年我国地理信息产业仍继续保持超过20%的年增长率，产值达到750亿元。

（二）卫星观测、定位与应用

卫星观测数据具有较高的时空分辨率且覆盖范围广阔，其优势是传统野外观测无法比拟的，能为资源环境监测和地学研究提供重要信息源。1972年，美国发射了第一颗陆地卫星——Landsat卫星，搭载4个波段的MSS（Multispectral Scanner）传感器。此后，美国Landsat系列卫星、法国SPOT卫星等较高分辨率的对地观测卫星陆续发射，并被广泛应用于地学相关应用中，成为区域性资源环境和全球土地覆被变化研究中不可或缺的手段。我国也于20世纪最后一年发射了中巴资源一号卫星，拥有了自主的地理资源观测卫星。此后，北京一号（2005年发射）、环境减灾卫星（2008年发射）等国产卫星陆续运行，并在地理与资源科学研究中发挥重要作用。

由于缺乏有效且精确的手段，地理位置的确定问题长期困扰着地理与资源科学研究。20世纪冷战期间，美国先后发射了超过23颗卫星，构建了规模庞大的全球定位系统。随着冷战的结束，2002年美国将其面向民用开放。其米级精度的定位能力，为解决长期困扰地学研究和应用的定位问题提供了解决方案。高精度的地理定位信息促进了地学研究手段的转变，成为地理科学与资源研究和应用