地理信息科学进展

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地理信息科学进展范文第1篇

近年来，环境信息科学(EnvironmentalInformationS。iences，或EnvironmentalInformaties，或Enviromatics)作为一门新兴的交叉学科得到了快速的发展，早期单一的工程方向“环境信息化”正在发展成为一门多学科理论交叉、多技术手段集成的新兴学科领域〔。国际环境信息科学学会(InternationalSocietyfo;EnvironmentalInformationSeienees，ISEIS)作为这一领域的学术组织，致力于发展信息技术在环境领域的应用，提供环境信息系统研究领域的多学科交叉，以促进环境信息系统研究领域的国际交流。国内在环境信息科学的一些主要论题包括环境信息系统、环境遥感、环境模型、环境可视化、环境信息处理等方面都开展了一些研究工作。20世纪90年代以来，环境信息化发展迅速，特别是从上至下的各级政府主管部门环境信息系统的建设极大地推动了这一工作的进展，环境地理信息系统则已成为实现环境信息化的主要途径。地理信息系统在环境领域的应用，正在从初期的信息管理、环境专题制图发展到Gls与环境模型集成陈、3S技术集成的多媒体环境系统、基于Gls的环境污染扩散模拟基于GIS的环境治理决策支持系统等。遥感技术在环境科学与工程领域有着广泛应用，一些主要领域包括大气污染遥感、水环境遥感、固体废弃物遥感监测、城市热岛效应与热环境监测、植被遥感、景观格局遥感监测、海洋环境监测等。环境建模与模拟一直是环境工程研究的重要内容，一方面，各种数学模型、物理模型、统计模型在环境信息科学中得到大量应用，另一方面，基于环境过程机理的计算机模拟模型、元胞自动机(CA)模型、智能体(Agent)模型等也在环境领域受到重视。数据挖掘与知识发现是从海量数据库中挖掘和提取对决策分析有用的、先前未知的隐含模式和规则的过程，笔者在1999年即面向环境信息化与数据挖掘技术的发展，试图将二者结合，提出“环境数据库中的知识发现”并进行了初步研究。可视化是表达和传输环境信息有效的形式，通过三维可视化、三维模拟实现环境现象、过程的真实感表达，能够更加逼真地传输环境信息。近年来，虚拟现实技术在环境科学与工程领域的应用中受到了研究人员的重视卿。“虚拟地理环境”是虚拟现实技术支持下地球科学研究的创新平台，依托这一平台，能够进行环境科学与工程相关的理论研究、技术开发、工程实践、模拟决策等活动。针对环境信息技术集成应用的趋势，聂庆华提出了“数字环境”的概念，数字环境是环境信息化的过程和结果，是三维显示的数字虚拟环境，包括环境信息数字化、环境信息传输网络化、环境分析模型化和环境空间决策的智能化、环境过程和管理可视化。尽管国内目前在环境信息科学各个分支方向的研究非常活跃，但缺乏整体性、系统性的认识和探讨。本文在分析环境信息科学研究进展的基础上，基于环境信息流和信息分析处理构建了环境信息科学的体系结构，并以煤矿区环境监测治理与管理为例，全面分析了环境信息科学理论、方法与技术的应用，以期促进环境信息科学研究及其在构建和谐社会、推进可持续发展中的应用。

2环境信息科学的体系结构及其在煤矿区的应用

2.1环境信息科学的体系结构尽管环境信息科学的概念提出已有近20年的时间，但从目前国内外研究的现状来看，对于环境信息科学的概念、学科体系还缺乏明显的定义。已有的一些环境信息科学研究计划中界定的范畴也不尽相同。因此，从促进环境信息科学研究的视角出发，首先需要对环境信息科学的体系结构进行界定。HuangGH等川提出的环境信息科学的构成要素及相互之间的关系，这是当前引用较多的环境信息科学体系结构。，环境信息科学是多学科集成的领域。传感器综合技术和通信技术的发展使得大尺度地面采样技术成为可能，处理不同特征、尺度和复杂性问题的模型综合成为新的挑战，包括不同模拟、优化、评价模型以及相关信息技术与平台的合并，不同技术输人与输出之间的联接，社会经济因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基础上，HuangGH等提出基于环境信息科学研究的环境决策支持系统计算机系统，USGS的研究报告’)中，将环境信息科学定义为:环境信息科学是为加强对不同复杂程度的环境现象的理解，并提出新的认识的，集成物理、生物学、计算机和信息科学的多学科方法的研发、试验和应用的学科。不同定义都强调环境信息科学的多学科交叉、以信息技术为支持、解决复杂环境问题的特点。Huang等川的观点显然更强调以遥感、地理信息系统和GPS技术为基础的空间信息技术与环境科学和工程的交叉，而USGS的定义则重点强调了现代计算技术、人工智能等在环境领域的应用，特别是USGS在其未来环境信息科学发展规划中重点强调了计算智能等技术的应用。基于以上观点以及国内外研究的进展，结合我们的研究实践与认识，以环境信息流和环境信息处理分析为主线，可以构建环境信息科学的体系结构环境信息科学的理论基础来源于面向环境科学与工程领域需求的多学科理论交叉，技术支持在于面向环境信息流的多技术手段集成，最终通过不同学科领域方法模型的综合，实现环境科学与工程各个阶段、各个过程的目标和任务。因此，需要从多学科理论交叉与多技术手段集成的角度推进环境信息科学研究。

2.2环境信息科学在煤矿区综合应用的研究从一定意义上来讲，环境信息科学并不是一门独立存在的新兴学科，而是诸多学科的交叉和集成。不同学科在研究过程中，特别是遥感与地理信息系统应用、资源环境规划与城乡管理、环境影响评价、信息科学、计算机技术等领域都从不同的角度开展着与环境信息科学密切相关的内容，这些学科的研究成果是促进环境信息科学发展的基础和关键。换言之，以前进行的研究工作往往是从环境信息科学的开展的相关论题研究，其重点还在于不同学科方向，但已经构成了环境信息科学研究的基础层。为了促进环境信息科学的研究，需要改变从外部到内部的“包围型”研究模式，努力推进从核心到的“拓展型”发展模式，即从环境信息流出发，组织和集成相关学科的研究，特别是在不同学科交叉链接的关键论题上开展深入研究，以便形成适应环境信息科学体系与研究需求的理论方法体系和应用技术系统。煤矿区作为1种以资源开采为驱动力发展起来的特殊地理区域，由于煤炭资源开采(以下仅涉及地下开采矿区)破坏上覆岩层原始应力状态，导致地下水流失、地面塌陷，进而引发土壤污染、水土流失，矿山排研形成的研石山压占大量土地，堆积物导致严重大气污染和土壤损害，甚至引发各种地质灾害。因此，煤炭区是1种典型的由于矿山开采导致的景观破坏、环境污染、生态退化的复杂区域，煤矿区的环境问题具有明显的复杂性。目前，对于煤矿区生态环境主要的研究视角包括:(l)从煤矿开采损害角度出发研究开采沉陷与地表变形预计、监测与治理;(2)从煤矿区土地资源管理角度出发研究煤矿区土地利用/覆盖变化与生态响应;(3)从煤矿区地质环境角度出发研究矿区地质环境评价与地质灾害预防，(4)从煤矿区水资源环境角度出发研究矿井水害、水污染与水资源调控;(5)从景观格局生态学角度出发研究煤矿区景观格局;(6)从地理环境演变角度出发研究煤矿区地理环境演变与模拟;(7)从遥感与GIS应用角度出发研究矿区资源环境遥感与信息系统;(8)从大气污染角度出发研究煤矿区大气污染评价与控制;(9)从经济学角度出发研究煤矿区环境经济评价;(10)从管理学与可持续发展角度出发研究煤矿区环境规划、环境管理与可持续发展决策;等等。对以上不同视角的研究进行综合分析，可以看出多主题、多要素的时空环境信息是其中的关键，任何视角的研究都需要充分的信息和数据的支持、需要环境信息和背景信息的集成、需要计算机信息系统和分析工具的支持、需要环境知识和其它领域知识的交叉和集成。因此，从环境信息科学的角度出发，可以集成现有的研究工作，充分应用相关学科已有研究成果，通过成果整合与集成，在推进环境信息科学研究的同时，也进一步推动相关领域的研究。实现整合的关键在于不同研究视角之间的关联关系构建、链接边界选择、信息传输反馈、系统相互作用。按照该研究框架，煤矿区环境信息科学的重点在于多学科研究的交叉点，主要包括:(l)基于采矿环境影响机理的模型建立、参数获取;(2)各种环境模型的建立、参数提取与模型验证(面向环境系统分析的环境评价、污染扩散、环境演变模型和面向环境管理决策的规划模型、优化配置、动态演变模型以及环境保护治理与生态重建方案设计);(3)面向环境监测的遥感信息源选择与图像处理、环境信息提取与分析，以及组织、集成与管理多种环境相关信息的数据库设计与建立;(4)环境信息系统、地理信息系统平台下的模型解算与解释、分析结果可视化与应用;(5)集成信息、模型、数据库、系统、知识的环境决策支持系统(专家系统)构建。(6)资源一环境一人类一计算机系统中的信息流与信息应用。

地理信息科学进展范文第2篇

关键词：GIS；水文学；水资源管理

中图分类号：P407 文献标识码：A

地理信息系统，简称GIS，是一种结合了地球科学、空间科学、信息科学3种混合交叉的综合学科，主要应用信息科学和管理的计算机技术。地理信息系统能够搜集、存档、分析和提档各种信息。GIS既能整合属性数据，还可以整合空间数据，建立起地理的空间模型，再把模型存储入计算机，日后能够及时、方便的查询到有用的地理信息，方便描述、模拟和预测。

1 地理信息系统的简介和发展历程

地理信息系统，英文简称GIS，从20世纪60年代出现，历经了数十载，已经发展成一门新兴地理科学。GIS能够综合考虑地域因素、地理分析、前景动态，做出主观判断，因此，常称GIS为地理学科的第3种语言。地理信息系统拥有信息收集、存储、分析、对比、解释和输出等功能。由于这种系统的特点鲜明，所以在世界范围内应用的很广泛，发展十分迅速。现在，就我国来说，地理信息系统主要应用在城市建设、国土规划、森林监察、农作物管理和水土资源管理等方面。

地理信息系统以计算机技术和传感技术为基础，以建立空间信息模型为表现形式，对整个地域的地理信息进行全方位的掌控。地理信息系统会分析数据、分析结果，及时更新数据库里的信息，同时应用传感技术对特殊的影像进行高精度的测量，又构建模拟的数学模型。地理信息系统会编码每个点的坐标，形成先定位，后定性的搜索模式。地理信息系统还能进行多层次的数据分析，结合传感器的反馈数据，自动制图。能够处理空间数据是地理信息系统与其他系统区别的标志，也是地理信息系统的技术要点。

2 GIS在水文学及水资源管理中的应用

2.1 GIS在水文模拟中的应用

许多水文学的案例都具有三维空间特点，所以水文模拟一般采用三维空间分配模型。GIS在水文模拟中的应用，主要指的是获得、显示和操作与分配模型有关的空间数据和实验结果，进而细化水文模型，得到水文学的实质，深入了解水文学。GIS其实由2个单独的实体构成，只有把2者结合才能得到科学的地理数据，所以通过加强2个实体间的结合来改造水文模拟。最新的方法是把统计分析技术和数学方法结合，在水文模拟中取得了不错成就，例如洪水预测、水污染预估和水文分析等。

2.2 GIS在水文数据管理中的应用

水文数据的结构较复杂，GIS的使用，使水文数据的管理变得轻松。一般水文数据的管理包含地理数据的管理、矢量和标量数据的管理、传感数据的管理和水文模拟数据的管理等。

在我国，GIS主要用于管理水质数据、供水数据和传感数据等。因为水质部门对水质数据的准确度要求高，所以GIS在水质部门的应用力度在逐年攀升。由于目前GIS技术的发展，水文工作者可以进行深层次的研究，结合现代的制图软件和自动制图工具，GIS的利用率已经很高。GIS不仅实现了数据管理和分析的能见性，还把传统的数据管理层次提高了。

2.3 GIS在水资源和环境管理中的应用

全球变暖等气候问题和环境保护问题一直是世界范围内的热点问题，其中水资源和环境管理是其一部分内容。GIS在水资源和环境管理中的主要作用引导决策者做出最科学的判断、对水资源管理制定目标、进行规划和透明化技术等。

由于GIS在水资源管理中是灵活性较大的技术，所以它可以打破传统管理中的束缚。外国在这方面提前做出表率，已经在GIS的基础上建立了各种不同尺度的计划，有的国家已经应用GIS对水资源管理系统做出模拟预判，有很好的发展前景，为以后国家水资源的管理政策的制定提供了合理的方向。GIS同样广泛地应用于区域水资源和环境管理中。例如，英国利用沿岸植物品种数据的多变量生态分析来识别英国河流的环境优化程度，将GIS综合到数据管理系统中，把可视化、扩散模拟和地域分析结合起来产生实际的或模拟的环境优化程度，求得由植物品种信息得出的与环境优化程度密切相关的成果。

我国从20世纪90年代就建成了国家级的地理信息系统，在全国水资源规划管理中同样有着举足轻重的作用。例如，南水北调工程在计划之初就做好了各种模拟和预判。在国内，上海市环境管理部门于20世纪80年代末开始GIS的应用研究，并建立了黄浦江流域水环境地理信息系统，系统具有动态监测显示、水污染过程模拟及取水口水环境管理功能，并可对水质进行快速的预测分析。

3 结语

由于21世纪是信息化的时代，计算机的应用可以对信息做出快速和准确的预判。GIS拥有很强的数据管理和分析能力，可以为水文学和水资源管理做出很大贡献。水资源管理会涉及到许多方面，在对水资源进行管理时，需要应用合理的系统，再结合科学的方法和计算机技术来进行管理。GIS正在朝着人工智能的方向发展，水资源管理者的任务正在减轻，所以，只有建立起完善的水资源管理系统，才能对水资源进行现代化的管理。

参考文献

[1] 魏文秋，于建营.地理信息系统在水文学和水资源管理中的应用[J].水科学进展.1997，8（3）.

[2] 李相明.遥感和地理信息系统在水资源管理中的作用[J].枣庄师专学报.2001，18（2）.

地理信息科学进展范文第3篇

关键词：Web-GIS；北海老街；虚拟旅游

1 概述

随着旅游行业的高速发展和“互联网+”的兴起，虚拟旅游的研究已经逐渐成为热点。GIS （地理信息系统）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，Web-GIS（网络地理信息系统）是Internet技术应用于GIS开发的产物。

北海老街（珠海路）是北海市历史文化名城的核心开发街区，对北海的旅游产业起着支撑作用。珠海路历史悠久，商业传统优良，是北海历史和风俗及市民生活的浓缩地带。旅游产业规模不断扩大，经济效益日益突出，然而一些问题也日益凸显，对外宣传力度不够，不能及时的旅游信息和进行旅游咨询活动，市场潜力未得到充分开发。应用Web-GIS等技术实时旅游信息、实现数据共享，使游客能够直接通过互联网实现数据访问，实现空间数据浏览、查询，对促进北海老街的旅游发展具有非常重要的意义。

2 Web-GIS概述

网络地理信息系统（Web Geographic Information System，Web-GIS），是指基于Internet平台，运用在Internet上的地理信息系统，包括Web-GIS浏览器、Web-GIS服务器、Web-GIS编辑器、Web-GIS信息四个部分，是地理信息技术和互联网技术结合的产物。Web-GIS与传统GIS相比具有如下优势：全球化服务应用、分布式动态系统，良好的可扩展性、良好的兼容性等。

Web-GIS主要具有如下几个功能：

（1）在全球范围内通过多种手段获取地理信息，把已存在的图形数据转化为 Web-GIS 的基础数据，提高数据共享和传输效率；

（2）不同地区的客户端利用浏览器的交互能力，实现图形及属性数据的查询检索；

（3）实时完成在服务器端为浏览器端提供模型参数的分析与计算，并即时将计算结果以图形或文字等方式返回至浏览器端；

（4）将Internet上空间分布的信息进行组织管理，为客户端提供基于空间分布的多种信息服务，提高资源利用。

计算机软硬件和网络技术的快速发展，地理空间信息科学的飞速发展以及人们对信息需求的不断增加，这些都给Web-GIS的开发和应用提供了非常广泛的空间：如与多媒体技术、虚拟现实技术的结合，基于移动端Web-GIS的研发，基于网格计算的Web-GIS系统模式等。Web-GIS将为电子商务、电子政务等多种信息化建设提供巨大的技术支持平台。

3 虚拟旅游系统的功能设计

依据北海老街旅游的基本情况，将系统功能分为三大模块：空间数据管理模块，系统查询模块，系统维护模块。

3.1 空间数据管理模块

该模块对空间数据库中的数据进行分析，需要具备动态管理功能，能够及时根据北海老街基础设施更新、景点内部扩建和改建动态更新数据库信息。（1）图形显示模块：完成图形的大小缩放、显示全图等基本图形处理功能。（2）空间分析模块：使用Web-GIS便捷的空间分析能力可以在地图上简单的实现半径查找，如通过Web-GIS分类查找老街景点情况，以及商店、饭店等功能性设施。（3）多媒体显示模块：借助多媒体，实现路线漫游跟踪和快速显示，并可以对各主要景点进行多媒体演示，通过图像、视频、音频等多媒体信息全面介绍老街的最新旅游风貌。（4）虚拟三维显示模块：虚拟现实（Virtual Reality）利用计算机生成模拟环境，给用户提供现场多感觉通道，根据不同的使用需求，探寻一种最佳的人机交互方式，使游客通过特殊交互设备身临其境，实现虚拟旅游，获得身临其境的感受。

3.2 系统查询模块

该模块为用户提供多种查询功能，按照查询对象类型的不同，分为以下几个部分：（1）景区地理信息查询：查询从北海主要地标（如：北海站、福成机场、南珠汽车站、银滩、北部湾广场等）到达景区的路线。（2）景区景点分布查询：用户可以根据需要查询各类景点的位置，如基督教堂，博物馆等。（3）功能性查询：查询餐饮娱乐信息，并完成餐饮住宿的在线预订。

3.3 系统维护模块

实现快捷方便的系统维护和数据升级，提供可靠的旅游信息供用户准确的下载，为游客和旅游管理人员提供有力的信息支持。

4 Web-GIS的构造模型

本系统采用当前主流的浏览器服务器（B/S）模式，该模型为三层结构体系：数据库服务器、Web-GIS应用服务器和客户端。数据库服务器和Web-GIS应用服务器被区分开来，客户端采用通用的Web浏览器。相对于传统的两层结构，客户端在该模式下可以使用通用的浏览器，支持多种操作系统，具有操作简单、使用和开发成本低等特点。另一方面，数据库服务器、Web-GIS应用服务器的分离，大大降低了服务器的负载。

用户通过Web浏览器向Web-GIS应用服务器发出请求， Web-GIS应用服务器接收到请求后从数据库服务器中读取数据， Web-GIS应用服务器根据用户请求，或直接在服务器端处理数据并将结果发送到客户端，或者将数据发送到客户端由客户端自行处理。浏览器服务器三层结构如图1所示：

5 结束语

北海作为国内著名的沿海旅游城市，拥有独特的自然和人文景观，由于北海市旅游信息的封闭性，阻碍了北海旅游业的发展。经过多次的实地调查和数据采集，我们开发设计了北海老街虚拟旅游信息系统，旨在探索一种全新的旅游模式。

本系统的特点主要体现在，使用Web-GIS技术，采用浏览器服务器三层结构实现浏览、查询、缩放、测量等功能，客户端采用通用web浏览器访问系统资源，操作性大大提高，同时降低了服务器的负载。

参考文献

[1]贺媛媛，张颖.Web GIS 的发展现状及前景[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2008.

[2]闫丽洁，秦奋，余明泉. 基于WebGIS的旅游信息系统的设[J]. 聊城大学学报（自然科学版），2006.

[3]黄国倩.北海老街（珠海路） 调查研究[J].老区建设，2012.

[4]李世佳，梁优.北海老街的保护与开发现状及其问题探讨[J].钦州学院学报，2014.

[5]舒永刚. WebGIS旅游信息搜索功能研究及应用[D].浙江工商大学，2012.

地理信息科学进展范文第4篇

关键词　地球信息科学；全球环境变化；系统研究方法

 

1 引言

全球环境变化是当今环境研究的热点，也是地球信息科学的应用问题之一。土地利用变化通过与气候、生态系统过程、生物地球化学循环、生物多样性和人类活动的相互作用来影响全球变化，它是全球环境变化的主要驱动力之一，也是全球变化研究的中心内容。在全球尺度，土地覆盖变化是土地利用变化长期积累的结果。因为这些变化影响气候、土壤、植被、水资源和生物多样性等人类赖以生存的主要自然资源，所以它们在陆地生态系统中与可持续发展问题密切相关。

为了分析土地利用变化过程、景观空间异质性动态、人类对土地覆盖变化的反应，我们至少需要以下两个方面的数据：①过去各个历史时期的景观综合图和其它土地覆盖的间接证据；②反映近期土地变化的遥感数据。

为了整理来源于遥感和景观综合图等的有关信息，并在一个公用的空间框架中为地理、文化、政治、环境和统计数据提供输入、储存、处理、分析和显示能力，我们需要地理信息系统。

为了预测地球系统的变化趋势，数学模型是必不可少的。土地利用变化的数学模型包括基于变化格局外推的诊断模型和基于土地利用变化过程的动态集成模型。现有的数学模型综合了景观变量和变化的近因，可以进行短中期预测。

全球变化的长期预测需要分析土地覆盖变化在不同地理和历史背景下的主要人文驱动因素，分析气候变化和全球生物地球化学因素对土地利用和土地覆盖的影响。这些分析需要综合土地利用动态的案例研究，通过运用地学信息图谱对这些大量典型案例研究的对比分析，在区域尺度得出土地利用变化的一般结论。为了使这些研究从区域尺度上升到全球尺度，我们必须进一步分析空间异质性、技术创新、政策变化和城乡动态等问题[1]。

在全球环境变化方面我国已有很多研究成果[2～4]，同时也已产生了许多研究方法。例如，叶笃正等提出了全球变化的预研究方法[5]；张新时等改进了 holdridge 模型，并据此研究了气候变化对中国森林植被的可能影响[6]；李克让等开发了气候—森林响应动力学模型[7]。本文主要从地球信息科学的角度，讨论我们对全球环境变化系统研究方法的一些认识。

2 数据获取

第一手数据对全球环境变化研究是非常重要的，如果第一手数据有问题，那么下面的所有分析和预测都将是建立在沙滩上的空中楼阁[8]。早在 1960 年代初，作者之一（陈述彭）利用海南岛航空像片对包括坡度、土地利用、植被、土壤、坡向、地貌和地质多要素解译及地面实况进行了三级比例尺验证。在航空像片综合利用与农业综合制图的实验中，主张以地理的综合方法作为解决热带航空像片分析与农业制图的基本途径，即：按照地面控制考察与航空像片分析相结合的原则，从研究区域自然综合体的自然历史过程着手，摸清各种自然要素之间相互依存、相互制约的关系，综合利用航空像片，相互阐明，彼此印证。根据像片判读和量测的可能性，试制了大北部试点地区的 6 种基本自然条件与土地资源图：微地貌结构图、坡度组合图、植被图、土地利用图、土壤土质图和农用地形图[9]。

1978～1980 年间，中国科学院组织全国 80 多个单位，在云南腾冲地区首次进行了大规模的综合航空遥感试验。这次遥感试验分为 33 个专题进行，包括地质、农林、水资源、测绘制图等各个专业的解释制图工作，以及各种遥感仪器检验和波谱测试工作。在土地管理方面，根据地物波谱特性和遥感图像的亮度系数，对土壤进行聚类。通过彩色红外片的色散分析，鉴别主要森林树种，利用遥感图像解译立地因子，回归估算森林材积量和评价宜林地。利用彩色红外像片，从图像上直接解译 20 多种土地利用类型和土壤特性，确定植被覆盖率、森林和各类植被的覆盖面积，划分植被类型，确定森林植被的郁闭度、分层和高度等数量指标，分析生态环境条件并分出优势树种。在这次试验过程中，通过地面实况观察和航空像片解译，编制了试验区的自然景观图；结合应用土壤、植被、水分等参数，通过航测地形图的数据量测，建立了腾冲地区数字地形模型[10]。

1981 年，在渡口—二滩开展的第二步试验中，以航空遥感资料为基础，从土地覆盖和环境污染着手，试验多源的数据采集与空间配准的方法，探索了信息专题化和数字化的技术途径[11]。其试验内容包括：①彩色红外正射影像地图的编制；②土地覆盖图的编码；③社会经济统计数据的

自

1970 年代末以来，遥感技术在我国得到了较广泛的应用，例如：大地构造学理论与板块学说的验证，水、气动力学现象与自然历史轨迹的分析和生态系统的监测与环境科学的应用[12]，陕北黄土高原地区遥感应用研究[13]，资源环境动态遥感与模型分析试验研究[14]，三北防护林遥感综合调查研究[15]，城市遥感[16]和中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[17]。

遥感图像和数据是现代地理信息的重要来源之一[18]。遥感图像是一种综合性的地理信息源（包括各种地理要素），同时，又是一种空间信息，为地理现象的空间分布提供了定位、定量的数据。遥感数据比地图更进一步强化了地理综合体的形象和概念，它提供了具有全息性质的交织在一起的可见景观实体影像。人地关系错综复杂，难解难分，通过其中相互依存、相互制约的关系，人们可能由此及彼、由表及里，超越直接的形象，借助于间接的标志，从中获取极其丰富的二次信息。因此，遥感是一种运用物理手段、数学方法和地学规律相结合的数据获取技术。在 20 世纪和 21 世纪之交的今天，遥感技术不再是孤立的系统，已达到了与全球定位系统、地理信息系统和网络技术紧密结合的水平，可以为全球环境变化研究提供多维和动态的网络数据。

3 地理信息系统

地理信息系统的发展可划分为 4 个相互重叠的阶段[19]：1950 年代到 1970 年代中期是地理信息系统的开拓阶段，1970 年代中期到 1980 年代初期是政府资助研究和正式试验阶段，1980 年代初期到 1980 年代后期是地理信息系统的产业化阶段，自 1980 年代后期以来地理信息系统进入工作台站网络化和多媒体阶段。我国自 1960 年代初期跻身于地理信息系统的探索、试验和发展以来，在研究方面基本上保持着与国际同步发展的水平[20]。

从历史发展来说，地理信息系统脱胎于地图[21]。地图和地理信息系统都是地理学的信息载体。其所以称为地理信息系统，是因为它的特定性质属于空间型，以区别于其它统计型的信息系统。它的主要特点是，每个数据项都按地理坐标来编码，即首先是定位，然后是各种定性、定量属性。以这些定位数据库为基础而发展起来，具备愈来愈完善的分析功能的信息系统，则统称为地理信息系统[22]。它的基本构成包括三部分，①地理基础：按经纬度、地形图格网或行政区划、流域等来建立格网的或多边形的地理坐标；②标准化和数字化：将统计数据、地图或影像加以规格化和数字化，以适应计算机输入和输出，以便于人文与自然要素之间的对比与相关分析；③多维结构：实现三维的空间信息结构并按时间序列延续，从而具备信息存储、更新和转换的能力[23]。地理信息系统是具有多层次数据结构、多功能综合分析能力的空间型信息系统，可把全球或地球的大量自然因子和人文要素的属性，按照地理位置建成关系数据库，再加上遥感卫星的周期性大范围扫描数据以及结合经济统计的实时传输，使数据保持在经常的更新状态之中。因此，我们可以根据地理系统建立空间分析模型，对全球环境变化进行动态模拟和预测[24]。

4 数学模型

建立新一代空间动态模型是全球变化研究面临的主要挑战[1]，而总结和评价现存的有关模型是新一代模型必不可少的基础。为此，我们自 1998 年 7 月开始进行数学模型文档库建设。由于资源环境数学模型的复杂性，有关模拟系统质量的隐含和明确假设对模型用户常常并不是不言自明的，所以，标准化数学模型文档库中的每一个模型包含有 6 个层次的信息，它们所包含信息的详细程度逐渐提高。即：①注册信息层：包括有关模型的整体信息，例如摘要、作者联系地址和参考文献等；②科技信息层：包含层次 1 中的所有信息以及模型的详细科技信息，例如，模型的数学方程、参数变量、隐含假设和资源环境背景等；③数学信息层：包含层次 2 中的所有信息及模型的数学基础；④过程信息层：包含层次 3 中的所有信息及模型的构建过程或论证过程；⑤程序信息层：包含层次 4 中的所有信息及模型的原程序；⑥案例信息层：包含层次 5 中的所有信息及模型的应用案例。

通过比较分析文档库中的模型，对现存建模方法的局限性和尚待创建的数学模型有了一个全面的认识，并因此派生了具有创新意义的模型。例如，以综合生物多样性模型[25]为核心的景观空间异质性动态模型体系，以生态系统稳定性模型[26]、连通性模型和基于植被指数的土地生产力模型为核心的土地利用变化过程模型体系，以数据挖掘模型[27]为核心的气候变化模型体系和以土地管理虚拟系统[28]为核心的人类对土地覆盖变化的反应模型等。

5 地学信息图谱

发展和完善一种方法来反演 (backcasting) 土地利用

和土地覆盖变化的过去和预测 (forec asting)其未来，是全球变化研究的具体目标之一[1]。地学信息图谱正是迎合这一研究目标的有效可选方法之一。

地学信息图谱是在继承中国传统研究成果的基础上，运用卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统和信息网络等当代先进技术和现代科学理论发展起来的，它是一种图谱生成过程智能化的系统理论。地学信息图谱吸收了景观综合图简洁和数学模型抽象的特点，它的发展经历了景观制图实验[29]、图谱概念的提出[30]、图谱方法的

应用[31、32]和地学信息图谱理论[33]的形成 4 个阶段。地学信息图谱由征兆图、诊断图和实施图组成。征兆图是信息提取模型对有关数据的运行结果，可为我们进一步研究提供线索和依据[28]；诊断图可表达为各种基础图的不同组合，可反映资源环境动态的变化与发展趋势[34]；实施图以诊断图为依据，通过改变各种边界条件，分析推理不同控制条件下的决策方案，可为进行规划实验提供依据和预案[35]。

图谱是一种源远流长的中国传统方式，主要运用图型语言进行时间与空间的综合表达与分析；地学信息图谱则是应用地学分析的系列多维图解来描述现状，并通过建立时空模型来重建过去和虚拟未来[33]。也就是说，地学信息图谱不仅应用于数据采集和数据开发利用，而且服务于科学预测与决策方案的虚拟。地学信息图谱具有以下 4 个重要功能：①借助图谱可以反演和模拟时空变化，即可反演过去、预测未来；②可利用图的形象表达能力，对复杂现象进行简洁的表达；③多维的空间信息可展示在二维地图上，从而大大减小了模型模拟的复杂性；④在数学模型的建立过程中，图谱有助于模型构建者对空间信息及其过程的理解[35]。

6 讨论

事实上，许多科学家已经认识到了全球环境变化系统研究方法的重要性。例如，一些专家认为[36]，为了解决全球环境变化亟待解决的问题，必须重视以下几个最重要的方面：①优化卫星观测系统和地面监测网；②建立有效的地理信息系统，集成源于野外工作、航空照片、卫星影像和地图的有关数据；③构建和发展地球物理与生物过程模型、优化气候模型中的生物圈参数，以分析卫星观测的时间序列数据；④发展基于卫星观测数据、地理信息系统和分析模型的全球变化预测理论。有的专家

提出[37]，重建过去的生态景观过程、模拟当前的景观动态、分析其驱动因素、发展典型案例研究支撑的地理信息系统是最有前途的全球环境变化研究方法，数字影像处理、地理信息系统和数学模型的集成为我们更准确全面地监测和预测环境变化提供了新的可能性。

因为我们目前还没有精确、详细的全球尺度空间数据，所以空间抽样研究是全球变化研究的一个重要手段[1]。例如，根据土地覆盖变化的生态和社会经济敏感性以及我们现有的数据基础，我们可以首先对全球变化有重要意义的以下 4 个热点地区进行深入研究。

（1）黄河三角洲：它位于渤海湾和莱州湾的湾口，地处 37°20′～38°10′n、118°7′～119°10′e，属温带半湿润季风气候区。地下蕴藏着丰富的油气资源和其它沉积矿床，已建成我国第二个最大的石油工业基地。地面农业资源多种多样，拥有丰富的水沙资源、土地资源、草场资源和广阔的滩涂，生产潜力很大。但由于对黄河三角洲地区特殊的自然环境缺乏全面的认识，以及旱、涝、盐碱等不利因素的影响，生态平衡一度遭到破坏。为了为黄河三角洲的可持续发展建立遥感监测系统和资源与环境信息系统，1985 年 10 月国土资源卫星协调小组将黄河三角洲列为试验区之一[38]，到目前为止，已形成了较完整的时空动态遥感数据系列。

（2）珠江三角洲：珠江三角洲位于广东省中南部，濒临南海，是我国南亚热带最大的冲积平原。自 1978 年以来，成为我国层次最高、发展最快的改革开放先行地区[39]。未来的珠江三角洲将是一个经济快速发展、城乡融为一体的经济区和城市密集区[40]。为了保证珠江三角洲的可持续发展，我国即将启动珠江三角洲地区的 1∶1 万基础地理数据库建设，并运用 1m 分辨率以上的各种卫星数据，建立包括 1m 分辨率的资源、环境、社会和经济方面的多分辨率数据库。

（3）黄土高原：黄土高原水土流失非常严重，它不仅破坏了当地的生态环境，而且给黄河下游的海防带来了很大的威胁。为了全面了解土壤侵蚀状况和水土保持工作的进展情况，为综合治理和合理开发提供科学依据，1985 年我国起动了“黄土高原遥感系列制图”课题。根据调查结果将黄土高原分为剧烈侵蚀区、强烈侵蚀区、高强度侵蚀区、强度侵蚀区、中度侵蚀区和轻度侵蚀区、建立了黄土高原 1∶100000 资源与环境遥感调查数据库[41]。

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地理信息科学进展范文第5篇

【关键词】双语教学高等教育遥感地理信息系统

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)3-0059-01

随着世界经济的一体化趋势,高等教育的国际化成为重要趋势。在这种情况下,国家强调要在高校开设双语教学,特别是一些国家急需的专业领域,如信息技术专业。随着空间技术、计算机技术的发展,地理信息学科已逐步融入信息科学范畴,新技术的使用使得地理信息学科在国民经济建设和社会发展中发挥着越来越大的重要作用。而在地理信息系统专业(GIS)开展双语教学,可使学生更快地了解地理学科方面国外的先进技术、发展状况;在选用原版教材的过程中,教师可了解国际上新的教学体系、内容。这对培养具有国际交流能力的高素质地理信息人才、加快地理信息新技术的引入和创新也具有十分重要的意义。

在地理信息学科中,遥感是获取地理空间信息的主要方法,在建立国家空间数据基础设施中有重要应用。这门课程也是地理信息系统专业的主干专业技术课,因此进行该课程的双语教学实践,对提高教学质量和人才培养质量,有着现实而深远的意义。但是双语教学是我国高校教学的一个崭新的发展趋势,遥感也是一门发展中的新学科,因此在教学中存在很多新鲜点和困难点,对双语教学的理解、教学模式的设计、双语教学实践环节的加强以及双语教材的编著等关键问题进行研究十分必要。

一、关于双语教学中重点问题的几点体会

1.双语教学的理解

目前对双语教学的理解还不够深入,有的老师将双语教学当成是专业外语的替代品,还有的老师将外语学习摆在了专业学习之前。而学生对双语教学的理解更多样化,有的同学认为专业学好就可以了,不必学习双语,也有同学将双语等同于专业词汇学习,甚至有的同学认为双语教学太难,种种负面情绪导致学习兴趣降低或目标不端正。

针对这种情况,首先需要提高任课老师的专业素养,明确本专业双语教学的目的和实际需要,并将这种思想及时传输给学生。针对《遥感技术》一课来说,由于该课程形成较晚,其基础内容在国内外都还在不断更新;而且相关软件、最新进展大多为英文方式,双语可以极大的提高遥感学习的高度,增加学生的专业竞争力。在实际教学中,仍应以专业知识学习为主,对于特别枯燥、深奥的部分基础理论,可以适当的降低难度,减少英文教学量。

2.教学模式的设计

高校现在的教学现状是外语学习与专业理论学习脱节,很多学生学习外语是为了考级,不少学生对于一般的外文文献、操作手册仍不能很好理解,也无法利用外语进行专业领域的探讨,必须针对学生的情况采取适当的双语教学方法。当前的双语课程模式还在探索中,普遍的问题是在教学内容的组织和安排上模式较单一,方法较呆板,偏重知识的传授、轻视了学生的参与。想要达到英语学习和学科学习相辅相成、互相促进的双赢效果,就必须加强教学模式的设计和改进。

遥感技术课程采用的教学模式设计包括两部分。首先,课堂教学模式的设计:主要目的是要将英文学习和专业知识达到完美的结合,而不是侧重于英语学习,因此,教学模式的设计应注意既不能让英语学习干扰到专业知识体系的建立,又要达到课程结束后学生能够达到一定的专业英语水平。模式分为三大块进行,即课堂内容提要(中文)、英文关键词讲解(英文)和课堂内容正文(中英结合)。其次,构建互动式教学:课堂上,每个单元讲授完毕后,要征求学生意见,调查教学效果,如果难度太高要及时调整,鼓励学生根据自身需要提出合理建议。课外通过网络训练与教师构成互动教学。

二、关于如何深入双语教学的几点思考

1.加强双语教学实践环节

目前采用的遥感双语教学,内容选取上偏重理论知识、实践环节重视不够,应该从一个合理的体系构建的角度综合考虑专业学习、实践环节的结合并达到鼓励创新的效果。遥感课程设计是该课的重要组成部分,大部分学生都反映通过毕业设计才真正理解了遥感并喜欢上遥感,因此,如何将课程设计融合到双语教学中是一个重要内容。《遥感技术》尝试以遥感课程设计所使用的英文软件ERDAS IMAGINE为突破口,结合实际科研项目,实现实践教学的双语化并激发学生对遥感创新的兴趣。

2.注重双语教材的编著

教案的准备与组织是保证课程正常开展的基础。目前已有多所高校开设了遥感双语教学课程,但是还未见公开出版的自编双语教材,而国外权威的本科英文原版教材,普遍厚度在16开700页以上,而且内容难度较深,不符合地理信息专业本科生的实际需求。目前还找不到既符合学生英文水平,又能表达英文原版精髓,并且能很好表现专业核心内容、体系完整的优秀遥感双语教材。因此,如能够与实际教学经验、国内主要教材和国外权威教材相结合,在整理现有教案的基础上,进行遥感双语教材的编写是比较可行的。教材的编写,是尽量利用国外教材的表达方式构建出国内权威教材的体系,使学生可以中英文对照学习而依然能得到英文原著精髓。

3.注意双语教学方法

首先,教学准备工作:要针对学生的英文水平,展开网上训练平台的搭建,要求学生课前进行网上自学,以达到良好上课效果。其次,对教学语言的组织:需要展开循序渐进的教学方法,从开始的以中文为主的讲解,随着学生对课程的熟悉和接受,最终达到英文讲解占80%左右。在长期的探索中,找到最适合的教学方法和模式。最后,课堂教学的进行方法:采用幻灯、录像等方式达到遥感影像的良好展示效果,并结合国外最新研究实例进行讲解,将专业最新进展和英语教学合理结合起来,激发学生兴趣。

参考文献

1 王树根.当代摄影测量双语教学的研究与实践.测绘信息与工程,2008.33(4):46～48