地理信息科学概念范文
时间：2023-12-15 17:34:53
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篇1
目前，我国基础教育的质量远远不如外国对教育的重视，大大降低了我国综合国力和人才竞争力，因而党和国家决定对基础教育实施具体措施，将基础教育的课程改革作为增强综合国力和积蓄人才储备的战略实施。高中地理作为一门复杂的高中教学，为了对其更好地进行推行，改善教学的不良现状，本文针对新课标理念下高中地理概念的教学研究进行粗浅探讨。
关键词：
新课标理念；高中地理；教学研究
新课标理念下的高中地理在文科范围内其教学内容的概念性较强，但是概念不仅是文科学生基础的组成部分，更是教学中理解知识点的具体阐述。因而，在新课标理念下，对高中地理的概念性教学要求有所增加，但其中存在的问题更需要我们积极地寻找应对的办法。
1.新课标理念下的高中地理概念教学存在的问题
1.1学生对高中地理概念的理解模糊不清
调查研究显示，大多数的高中生在面对高中地理概念的学习过程中，无法做到科学的概念理解。高中地理概念学习的本身是学生在其拥有的知识基础之上主动构建概念学习的过程，因而需要学生对地理概念进行科学的把握和清晰的理解，使其思维向具体化的方向形成。但是通过调查得出，近七成的学生机械的学习导致对高中地理概念的理解模糊不清。
1.2学生的概念学习逻辑思维能力存在不足
当代的高中生从小就缺乏逻辑思维的教育，使之做事情毫无条理，而高中地理的概念教学又是一门逻辑性很强的学科，概念教学的学习不仅能够培养高中生逻辑思维的能力，更能够锤炼其概括的能力。然而，在高中教学中有大约八成以上的高中生没有意识到高中地理概念教学的重要性，并且把它定义为地理学习中最难攻克的一关。
1.3学生对概念学习主观能动性差
高中地理的学习是文科中最具有考验性的一门学科，其中地理的概念教学更为困难，因而高中生的地理概念学习则必然与其主观能动性有着紧密的联系。主观能动性的选择对高中生地理概念学习有着直接影响，但很大一部分学生对其仅存在着基本感知，而非期望通过地理概念学习地理知识，解决现实问题，如此一来，不良的学习动机导致大部分高中生对高中地理概念学习程度的一般。
2.新课标理念下的高中地理概念教学的运用方法
新课标理念下的高中地理概念教学方法是值得借鉴和运用下去的，这些多样化的教学形式不仅增进学生对地理概念的认知，更能深化其对概念的掌握，因而为了进一步提升新课标理念下高中地理概念的教学，需要教师选择更为适宜的教学方法。
2.1实际观察教学
高中地理的知识内容多为自然状况、地理位置及社会经济状况等，高中地理教学中的概念多为具体的语言阐述，因而若教师在教学中对其进行具体的实际考察则会使之最直观地将教学内容生动的展现在学生的眼前，如此一来这要是最容易理解记忆的一种教学方法。
2.2关键词教学
基于新课标理念下的高中地理概念教学多用复杂的语言阐述，各种主谓宾定状补语态的相互结合使用，更会使理解能力差的学生感觉到云里雾里。因而，对于这一类的地理概念，教师应当在教学活动中引导学生学会抓住语句中的关键词，并学会在一长段话中提炼出重要的信息，化繁为简，这对于学生的理解和认知能力的提升有很大的帮助。
2.3类比教学
随着学习阶段的不同，需要掌握的概念也会逐渐增多，同时概念与概念之间也会造成混淆。例如对于水蒸气凝结降落到地面这一现象，存在着“降雨”与“降水”这一不同且易混淆的概念，这时教师要一边对于易混淆的概念进行针对性的实例列举，另一边引导学生对这一类问题进行归纳与总结，如此一来在教学中积极地运用类比教学方法就能很好的化解这一问题，能够让学生对于相似的概念做出准确的区分。
3.新课标理念下的高中地理概念教学发展规划
为了能更好的改善新课标理念下的高中地理概念教学中存在的问题，教师应当对其教材进行演习，并针对不同学生的学习状况进行分析、制定合理适当的教学措施，其中最重要的就是要强化概念教学在高中地理教学中的重要地位。
3.1教科书的运用
教师要学会运用教科书这一固定准确的引导材料，在对学生进行知识的讲解时，先对知识点进行下定义，其次再以概括的形式对知识进行具体的表述，最后通过实际的举例或类比的运用对知识点进行整体把握。一方面引导了学生对概念教学的呈现，另一方面又有抽象性的概括材料加以理解。
3.2板书的运用
书写板书作为一种最古老的教学方式沿用至今，虽计算机教学的应用对其带来很大的冲击，但是仍不能否定板书结构化的应用使高中地理概念教学更加的清晰和富有逻辑性，更能保证概念教学环环相套、稳定有序。
3.3自主教学的运用
再好的教学方法也不如学生自己对概念的研究与探讨，教师要学会运用抛出问题的策略对学生进行自主教学。如此一来，学生会对教师抛出的概念问题进行假设和分析，最终下定论，这一过程很好地为学生学习概念提供了自主的学习空间，有利于创造性思维的培养。
4.结语
基于新课标理念下的高中地理概念教学虽备受争议，但仍在发展和改进，为了强化概念教学在高中地理教学的重要地位，需要各个地理老师在不断总结经验的基础上做出更多努力。
作者：张陈凤 单位：福建省浦城县第一中学
[参考文献]
篇2
1（略）
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9]、35技术集成的多媒体环境系统、基于Gls的环境污染扩散模拟t‘’，‘“1、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见图l，这是当前引用较多的环境信息科学体系结构。由图1可见，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，其结构（图略）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及主要技术方法（图略）。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。煤矿区环境信息科学综合研究与应用体系框架（图略）。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。
篇3
地理科学类下设四门专业：地理科学、自然地理与资源环境、人文地理与城乡规划和地理信息科学。这四门专业可分为理论型和应用型，地理科学理论偏多，自然地理与资源环境、人文地理与城乡规划、地理信息科学注重实用性。地理科学类毕业生在国土资源、生态环保、城市规划、旅游规划、房地产开发、综合咨询、信息管理和教育等行业均有不俗表现。当然，作为基础学科，部分地理科学类专业的毕业生也会选择继续深造。
地理科学
地理科学是相对传统的专业，除了部分重点大学在该专业上重点培养地理科学基础研究人才，一般院校的地理科学多为师范类专业，主要培养现代地理科学基础理论扎实、基本知识全面、基本技能熟练，教学能力，适应现代地理教学发展需要，能在高等院校和中等学校从事地理教学、教学研究和其他教育工作，也能在科研机构、相关管理部门和企业从事科研、管理、规划与开发的高素质复合型专人才。地理科学的主干学科是地理学和教育学，核心知识领域是天文学、地质学、自然地理学、人文地理学、区域地理学、3S（遥感、地理信息系统、全球定位系统）技术、地理教学论。通过自然地理野外实习、人文地理野外实习、地理教学实习等主要实践环节，要求学生掌握地理科学的基本理论、基本知识和基本技能。
与地理科学类其他三门专业相比，地理科学是一门能够让学生全面掌握地理科学知识、理论和技能的专业。该专业的全面性在毕业生的工作中也能体现出来，比如学生毕业后可以成为一名称职的专业地理教师，或是从事地区综合分析研究的专业人士，抑或是城市区域规划旅游规划的专才等。当然，对旅游有兴趣的毕业生完全可以成为一名职业的旅行家，至少可以是旅游咨询师或旅游体验师！
自然地理与资源环境
自然地理与资源环境是从资源环境与城乡规划管理这门专业拆分而来的，主要培养具备自然地理与资源环境的基本理论、知识和技能，具有一定的开展科学研究的能力，立足于地球表层特征及其变化、自然资源管理、环境保护，能在科研教育单位、相关政府部门、企事业单位从事自然地理过程、环境变化研究和资源管理、环境保护或应用的高素质复合型科技专门人才。自然地理与资源环境的主干学科是地理学和环境学，核心知识领域为自然地理学类、资源类、环境类、地图与测量学类、数学与信息类。通过地质学基础野外实习、自然地理野外实习、专业综合实习或区域地理综合实习等实践环节，要求学生能够掌握自然地理与资源环境领域的基本理论、基本知识和基本技能。学生毕业后能从事国土资源整冶、自然资源开发利用与规划管理、环境保护与治理、生态环境规划以及城市规划与管理等方面的科研及管理工作。
国内开设自然地理与资源环境的学校较多，专业的培养方向自然大不相同。高考生如果对自然资源、环境检测保护、土地资源、房地产等情有独钟，应该在填报志愿前了解一下欲报考院校的该专业的实际培养方向，比如南京大学该专业偏向于土地、旅游、水、海洋等资源的开发利用、规划保护管理；中山大学该专业专于水资源和供排水规划设计；中国矿业大学该专业的培养方向分为数字城市规划与管理、资源环境与计算机应用；广州大学该专业的研究重点是国土资源。
人文地理与城乡规划
人文地理与城乡规划是以人口、资源、环境与区域可持续发展的研究、应用、管理为内容的基础性与应用性相结合的专业，涉及地理科学、人文科学、城乡建设规划、地理信息系统等多个领域。它培养具备人文地理学与城乡规划管理的基本理论、知识和技能，立足于宏观、中观区域规划和土地管理，从事城乡建设与区域经济发展规划的研究、教学、开发或应用的高素质复合型专业人才。人文地理与城乡规划的主干学科是地理学、规划类，核心知识领域为地理学类、数学与信息类、规划类、管理类、环境类。通过专业综合实习、人文地理野外实习、区域地理野外综合实习、城市规划实务与图件设计综合实习等主要实践性教学，要求学生掌握人文地理与城乡规划的基本理论，基本知识和基本技能。毕业生就业方向为各级政府规划管理部门、国土管理部门、环境保护部门、建设部门，从事规划设计、国土资源评价及资源信息化管理、环境评价及管理等方面的公司及研究机构。也可进一步深造，报考地理学、城乡规划和区域规划、土地利用规划和管理等学科硕士研究生。
与自然地理与资源环境类似，除了传统设有地理系的大学开设人文地理与城乡规划，诸如南京邮电大学、浙江工商大学等都有开设，但是考生要注意各个学校该专业的培养方向。一般来说，设有地理系的大学该专业的师资较强，如北京大学、中山大学专于经济地理学、城市与区域规划；华东师范大学偏于城市与区域规划管理；广州大学的方向则是不动产分析与管理、区域物流规划设计等。
地理信息科学
地理信息科学是一门集地理学、计算机技术、地图学、遥感技术于一体的交叉学科，是研究地理信息采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用的一门科学。地理信息科学实用价值巨大，已经广泛地应用于城市规划、交通规划、自然资源开发与保护、环境监测与保护、城市水煤气电的基础设施网络监测与管理、自然灾害监测和预防等领域，是信息产业的重要组成部分。地理信息系统的各种优势使其全面地应用于国民经济的各个部门，渗透到公众生活中的各个方面，深刻影响着人们获取信息的能力和方式，例如，大家现在手机使用的高德地图、百度地图等。此外，微博、微信、大众点评等手机应用软件都广泛采用GIS技术 。
地理信息科学前身为地理信息系统，它培养具备地理学基础知识，掌握地理信息系统的基础理论、基本知识和基本技能，能在科研、教学、企事业单位和政府相关部门从事地理信息科学的研究、教学、开发或应用的高素质复合型科技专门人才。其主干学科是地理学、计算机科学与技术、遥感，核心知识领域为地理信息系统理论与应用、遥感科学与技术、地理学、地图学、空间数据库、卫星导航定位原理与应用。通过测量学与地图学实习、面向对象程序设计、空间分析方法与应用、遥感图像处理等主要实践性教学，要求学生掌握地理信息系统理论、技术。毕业生可在与城市、区域、资源、环境、交通、人口、住房、土地、基础设施和规划管理等领域的相关部门从事与地理信息系统有关的应用研究、技术开发、生产管理和行政管理等工作，也可在科研机构或高等学校从事科学研究或教学工作。
篇4
关键词：GIS应用,问题,创新,发展
引言
GIS是地理信息系统（Geographical Information Systems）的英文缩号，是构建“数字城市”和“数字地球”的核心技术。不论是地理信息系统、地理信息软件，还是地理信息科学、地理信息服务，其英文缩写都是GIS，但每一个概念的形成到发展都差不多经历了十年，GIS学科的形成与发展非常巧地与GIS中的“S”内涵丰富联系在一起。美国环境系统研究所公司（简称ESRI公司成立于1969年），是全球最大的GIS技术和服务提供商，她的ArcGIS解决方案已经迅速成为提高政府部门和企业服务水平的重要工具。目前Arc GIS系列产品已遍布全球200多个国家和地区，超过百万个用户单位、涵盖几乎所有的GIS应用领域，其中包括美国最大的200个城市中几乎所有的政府部门，超过2/3的500强企业和7000余所高等院校。而目前我们经常在使用的各种GIS软件也是在其基础上再次开发延伸。
1目前GIS问题存在与解决
GIS是一门综合交叉的空间信息科学，它与古老的地理科学以及测绘科学
有着千丝万缕的联系。目前GIS已经发展成为一门集计算机科学，地理学、测绘科学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等多门科学为一体的新兴的综合性边缘学科。作为一门新兴的边缘、交叉学科、GIS具有独特的理论基础、知识结构、技术体系，以及功能特征，成为当代科学的前沿和一个跨学科的科学领域。但同时由于我国各部门各行业的管理体制以及教育体制等因素，造成很多学校和单位不管条件如何，为了跟风设置GIS专业多、人员多、设备投入多，而研究产生的数据资料成果质量不高，且还各自封锁，造成重复投入，各成体系，浪费惊人，“高投入、低产出”，缺少真正的核心技术。因而当务之急亟需纠正浮躁作风，针对性地集中力量开发和解决社会对GIS技术真正需求。
2GIS的应用、创新
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关
数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。我国的GIS技术经过20世纪七八十年代的启蒙，80年代未90年代的发展推广，以及新世纪以来的全面应用和普及，从最初的空间数据管理与应用发展为广泛的地理空间信息服务，GIS的应用已经渗透到国民经济的各个领域，GIS技术与产业获得了迅猛发展，国际与国内相关的交流与合作也日趋频繁。而在测绘领域的“3S”技术中GIS是核心，为此也对GIS提出了挑战——需要创新。
2．1 GIS学科创新
创新是一个民族发展壮大的灵魂，创新也是一门学科保持旺盛生命力的源泉。而GIS从上世纪60年代萌芽开始，已超过半个多世纪的历程，一些基本理论与技术问题已解决。随着计算机软硬件、“3S”等技术的发展，GIS经历了面向数据处理，面向空间分析两个阶段；目前，简单的空间数据表达，已不能满足各行业对海量空间和非空间数据进行数据挖掘，从而进行辅助决策的要求，空间信息工程正进入面向空间辅助决策阶段。同时，新一代计算机网络、网格和通信息技术发展，也为空间信息系统的深层应用提供了条件和环境，地理信息科学正面临着新的发展机遇，传统的以空间信息处理为主体的GIS，正逐步被以空间信息为载体，海量（天量）空间与非空间数据挖掘和处理为主体的新的空间信息工程所取代，地理信息正在进入以大技术、大平台、大共享、大应用为特征的现代地理信息系统工程新阶段。。
2．2 GIS理论创新
没有理论创新，技术不会有根本的突破、现代的GIS理论与技术根本上是基于传统的地图模型，即利用坐标串来描述和表达空间信息。这种静态的基于地图模型的传统GIS空间数据模型面向的是空间数据，尤其是地图数据而不是直接面向空间信息，也就是空间信息必须用某种算法从空间数据中导出。在网格等新技术背景下，基于这种模型的空间信息共享面临着“空间数据的基准不一致，空间数据的时态不一致，语义描述的不一致以及数据贮存格式的不一致”等四大障碍，这即是导致“空间信息孤岛”产生的根源。目前，主要还是利用开放的空间数据标准来解决；要从根本上解决这个问题还需要研究新的数据模型理论，例如基于哲学认知的本体理论就是一个研究的热点。传统2维的空间数据模型，主要以简单的符号化方法来表现空间信息，具有很大的局限性；3维数据模型则以仿真手段为主，真实地还原空间信息本身的空间特性，但3维的空间数据模型和数据结构要比2维复杂得多，有关3维空间数据模型与数据结构的研究是目前学科前沿研究的热点和难点之一。。
2．3 GIS技术创新
技术创新在GIS学科领域占有十分重要的位置。计算机软硬件技术的发展，直接导致了GIS的诞生，将计算机技术应用于空间数据管理就产生了GIS；基于传统的地图2维空间数据模型，经典的集中式结构GIS利用空间数据文件和关系型属性空间数据库相结合的方式，管理、存储、表达（可视化）和推演（空间分析）空间信息是GIS最为成熟的技术。计算机网络技术的发展，导致了分布式网络GIS的产生；基于局域网技术，人们发展了基于客户端服务器（C/S）结构的GIS，开创了分布式GIS的先河； C/S结构实现了客户端服务器端的计算平衡，并使空间信息的共享达到了一个前所未有的水平；随着Internet的飞速发展，人们很快在C/S结构的基础上，发展了多层的浏览器/服务器（B/S）结构（WebGIS）,这种结构克服了C/S结构中“胖客户端”的弊端，无论在哪里，只要有一个普通的浏览器，就可以登录WebGIS系统，用户和数据彻底分开，结构上更加松散，但目前WebGIS技术还很不成熟，在很多方面亟等发展，例如；浏览器通过中间件与应用和数据服务器进行通信和连接，那么有关GIS的各种中间件，包括控件、组件和智能体技术研究十分火热；为便于网络传输空间数据的解压缩技术研究十分关键；分布式数据与数据仓库技术（实现图形数据、属性数据、影像数据、DEM数据、专题数据和统计数据的一体化、档案化管理）基于空间数据仓库的知识挖掘技术，分布式空间数据共享技术、空间信息的Web服务技术，浏览器端的空间数据可视化技术，基于WebGIS的辅助空间决策技术等都是WebGIS的技术前沿领域。
现代大科学的一种发展趋势就是科学技术化，技术科学化，科学技术一体化。这种特点在地理空间信息科学中表现得尤为明显。如上述所提到的空间数据模型、空间信息共享、空间数据挖掘、虚拟地理环境等，理论与技术的特点都很明显，且二者密不可分，这就要求现代高级的GIS人才，要同时具有较强的理论与技术创新能力。。
3结束语
随着GIS技术的不断发展，目前世界上常用的GIS软件已达400多种、我
国的GIS软件也由2004年的51个、05年的66个一直在逐年增加。它们大小不一，风格各异，各种GIS专业应用中的电子地图、多媒体电子地图、网络电子地图、移动设备导航电子地图等多种地图可视化系统应运而生，用户范围也更加大众化。而今后更应从空间数据挖掘和知识发现研究、虚拟现实技术的实用化、地球空间信息网格技术、空间数据不确定性与数据质量控制等需要进一步推进GIS技术的创新，并对目前GIS爆炸式的发展更应引起我们足够的注意、研究与理性的思考。
主要参考文献：
﹝1﹞刘南、刘仁义· Web GIS原理及其应用﹝M﹞·北京：科学出版社2002.6.
﹝2﹞ 边馥苓·我国高等GIS教育:问题、创新与发展﹝J﹞地理信息世界2007.2.
篇5
关键词:地理信息系统(GIS);森林火灾;扑救
中图分类号:S717 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 01-0000-01
地理信息系统GIS(GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM)是从20世纪60年代中后期发展起来的一个新兴的科学技术领域。利用计算机存贮、处理地理信息的一种技术与工具,是一种在计算机软高程基准、硬件支持下,把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标,以一定格式和分类编码输入、处理、存贮、输出,以满足应用需要的人机交互信息系统。它通过对多要素数据的操作和综合分析,方便快速地把所需要的信息以图形、图像、数字等多种形式输出,满足各应用领域或研究工作的需要。
一、GIS的发展概况
地理信息系统概念的提出,要追溯到50年代。1956年,奥地利测绘部门利用电子计算机建立了地籍数据库,随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统(LIS)用于地籍管理。
1963年,加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出地理信息系统这一术语,并建立了世界上第一个GIS--加拿大地理信息系统(CGIS),用于自然资源的管理与规划。
70年代,GIS技术朝实用化方向发展。一些发达国家建立了许多专业性的土地管理信息系统和地理信息系统。与此同时,GIS技术受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视,成为一个引人注目的领域。
80年代是GIS普及和推广应用的阶段。随着图形工作站和PC机性能价格比的大为提高,计算机和空间信息系统在许多部门被广泛应用。GIS软硬件的发展使GIS应用从空间数据管理向空间决策支持分析迈进。GIS软件研制和开发也取得了很大成绩,涌现出一些有代表性的GIS软件。
90年代,主要是制定GIS互操作与数据共享标准;利用RDBMS存储GIS数据;GIS系统正迅速走向构件化。
二、GIS种类及迅速发展状况
1.GIS种类
(1)全国性的综合系统。是以一个国家为研究和分析对象的系统,如日本的“国土信息系统”、加拿大的“国家地理信息系统”等,都是按全国统一标准、存贮包括自然地理和社会经济要素的全CCD像机(数字像机)面信息,缩处理后,形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。
(2)区域性的信息系统。它是以某个地区为其研究和分析对象的系统。
(3)专题性信息系统。它是以某个专业、问题或对象为主要内容的系统,也是发展最多、最为普遍的系统。
2.GIS的迅速发展
因遥感、遥测等新技术的应用和迅速发展,使资源与环境信息的数量激增。社会上对这些信息的需求日趋迫切,对质量的要求也越来越高。从定性分析发展到定性、定量和定位相结合,从单一要素发展到多要素、多时空的综合分析,传统的方法已不能适应资源与环境信息科学管理和综合开发的需要,必须充分从现代科学技术中吸取营养。
因信息科学、计算机科学、网络技术、人工智能特别是数据库技术的发展,促进了数字测图技术和制图自动化技术的发展,使资源与环境信息的数字化采集、存贮、处理、显示和自动输出成为可能。
随着信息时代以多学科跨领域为特征的科学思维的发展,使社会发展和国家宏观决策更趋向于从纵观全局的高度进行系统分析,必须把自然界和人类社会作为一个整体,将资源与环境作为一个巨大的系统来对待。这就促进了各种类型的经济信息系统与自然环境信息系统相结合的综合性信息系统的相继建立。
地理信息系统的广泛运用,大大提高了资源与能源的利用率,带来了巨大的经济效益和社会效益。
国际上有关学术组织的诞生,也是促进GIS迅速发展的重要原因之一。
三、GIS在森林资源上的应用
(一)GIS技术在森林防火中的应用现状
随着气象科学、遥感技术、电子计算机、激光、通讯和航空航天技术的蓬勃发展,加上现代科学管理的渗透,都为森林防火提供了先进的手段和技术条件。如林火监测、火险预报、林火行为研究以及计算机林火管理系统等新技术的应用,为有效地控制森林火灾的发生,把森林火灾的损失降低到最低限度提供了保证。近年来,计算机技术也正在逐渐向我国森林防火管理中渗透。防火工作已逐步由经验型向科学管理型转变,并制定全国森林火灾评估办法,完成全国森林火险等级区划,试验和应用飞机化学灭火、生物防火等。这些研究和开发为GIS在森林火灾管理中的应用做出了积极的探索。
(二)ArcGIS系列软件
ArcGIS系列软件是由美国环境系统研究所公司(ESRI,Environmental Systems Research Institute)所开发的地理信息系统平台。ArcGIS是一个完整的地理信息系统软件产品家族,其软件产品构成了一个完整的GIS。它基于一个称为ArcObjects的共享GIS软件组件公共库。ArcObjects是独立于平台的组件集,用C++编写的,提供支持桌面系统肥客户端和瘦客户端应用以及服务器应用等开发服务。ArcGIS系列软件主要分为四部分。
图1 ArcGIS软件结构图
基于ArcGIS Serve的企业级GIS系统可以分为3个主要层次:表示层,应用层和数据层。见图2所示。
图2ArcGIS Server系统的体系结构图
(三)功能设计
系统主要实现六个子模块,即基本地图操作、火点定位、火场蔓延、辅助决策、综合查询和业务分析,功能架构如图3所示。
图3 功能架构
系统对林火行为模拟、火场损失预评估和最佳扑火路径的分析,实现科学的辅助林火扑救、决策工作。系统充分体现了GIS领域中的客户机/服务器技术、空间数据库管理技术和COM开发技术,实现多用户实施操纵、海量地理数据的管理,使先进的信息技术较好的服务与森林防火项目。GIS与WEB相结合应用于林火预测预报(主要有林火防御和林火行为预测)已成为研究热点。GIS、RS及GPS集成在林火探测与扑救和林火损失评估方面上的应用受到关注。系统可以全天候实时监测林火状况,并可以预测林火行为,提供关于火情的遥感图像信息以及扑救现场的实时图像信息,为森林火灾扑救指挥工作作出科学的决策。
四、结论
在GIS基础上建立森林防火专家系统市林业系统一个崭新的研究领域,GIS的作用是管理,存贮空间数据,进行空间分析;专家系统是对只是表示和利用知识进行推理。从而实现有传统的管理模式向科学管理模式的转变,全面提升火灾扑救工作的科学化和智能化。为我国林火管理科学技术的进步起到了推进作用。
参考文献:
[1]赵霈生,杨崇俊.WebGIS的设计与实现,中国图形图像学报,2000,1
[2]晓魏.俄罗斯林业近况.世界林业研究,1995,8(4):70-71
篇6
关键词：地理信息系统 区域商业环境 区域经济发展 区域营销战略
信息和信息技术加剧了全球化进程、塑造了新的生产方式、改变了商业规则，自然也影响到区域经济发展的策略、规划和实施。随着地理信息技术的广泛应用和地理数据的长期积累，地理信息和地理信息系统在区域性商业和经济活动中，将越来越重要。据估算，超过80%的商业和经济数据具有空间特性或与位置有关；有效地开发和利用这些空间性的数据，可以优化配置资源，降低商业运行成本，并规划、监测、改善区域商业和经济环境。地理信息系统可以应用到社会经济数据的管理、分析、描绘，为解决复杂的区域经济问题提供地图表现、区域营销、空间决策支持、空间规划等服务。本文从理论上探讨地理信息、商业环境和区域经济发展间的关系，并结合中国广东的区域发展状况，系统地分析地理信息和地理信息技术在商业和区域经济中的应用，旨在改善区域商业环境，提高区域经济竞争力和塑造区域形象，为区域经济的持续增长创造条件。
1 从区域商业和经济的角度看地理信息系统
学术界对于地理信息系统概念的理解是比较多样化的。地理信息系统(GIS)是一门新技术，在其产生后短短的三、四十年的历史中得到了迅速的发展，一个十分重要的原因在于GIS集数据库、制图、空间分析功能为一体，并以对空间数据进行分析的功能为其特色。GIS的出现为各行各业繁杂的数据管理、多源的成果表达形式和空间数据分析提供了最为快速、方便、准确的方法和手段。地理信息系统是一门多学科的边缘综合性学科，其核心技术是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。在应用领域中，它和遥感系统(RS)、全球定位系统(GPS)密切结合，更加发挥出它的巨大作用，使其在调查、分析、决策、管理和控制等方面显示了它的不可替代的支持功能。
地理信息系统在研究、开发和市场化方面取得了很大的进展，主要表现在四个方面:①地理信息系统的组织结构，从单用户的桌面系统和专业化的部门系统，转向融入业务流程的企业级系统，以及基于Internet的公众参与系统；从单一的结构层次和客户机-服务器模式二层结构，转向基于Web技术的三层结构。②地理信息系统的认识论、方法论和实际应用方面的研究越来越多样化，传统的以数据、技术和应用为主体的信息系统，强调空间数据模型、空间分析、空间可视化、智能信息技术等；以信息学、地理学和社会学理论为基础的地理信息科学，着重研究使用地理信息和地理信息技术背后的一系列技术和理论问题。③强调开放型的地理信息系统，即基于Internet的、可互操作的、可公众参与的地理信息系统，目的是为开发商提供一系列地理信息标准和地理信息技术方案，最终为社会提供廉价的地理信息和相应的应用服务。④地理信息市场正日益扩大，正逐渐从以政府部门为主的专业用户市场，转向以私人机构为主的商业用户市场，地理数据正直接或间接地渗透到包括商业和经济在内的各种社会活动中。
地理信息系统使用多种空间模型，如点—场模型、网格模型、拓扑模型、对象模型等，并配合关系型或对象型数据库管理系统，来表现不同尺度的自然和社会现象，广泛地应用于空间数据管理、空间规划、空间决策、资源分配、区域营销等方面。很多商业组织，包括政府医疗部门、零售商、直销商等，越来越对带有位置信息的社会经济数据感兴趣。由于希望减少决策方面的不确定性和风险，人们总是倾向于掌握更多的信息，倾向于规划和控制未来的行为；地理信息和地理信息技术，将会随着相关工具研究和开发的成熟，逐渐渗透到经济活动的很多方面。从空间经济角度看，地理信息系统是一个能够改变空间经济体系的重要元素之一。在区域经济发展过程中，地理信息技术是(现有的或潜在的)广泛应用于战略决策、方案评估和决策实现的重要技术手段之一。在日常商业和经济活动中，大规模地使用地理信息和地理信息系统，似乎并不遥远；工业界的微软公司正在研究将数字地图技术嵌入到日常办公软件中，Open GIS联盟正致力于定义和开发标准化的可互操作的开放式地理信息系统 。
2 从地理学看区域商业环境
改善投资和商业环境，吸引区外和国外的直接投资，不仅被发展中国家，也被发达国家用来作为区域经济发展的重要手段之一。二战后，在美国、英国和荷兰等西方国家中，一个重要的城市经济发展目标就是营造良好的企业运行环境，从而吸引外国投资。当今中国的经济发展正处于资源驱动的成熟期和投资驱动起步期，吸引资本是区域经济发展的重要手段之一。为制定“适当”的区域经济发展政策，政府需要及时地理解、评估、监测本地的商业运行环境和变化趋势，为投资人提供宏观的指导和服务。商业环境的概念对于处在经济转型期的需要引入市场机制的中国，具有特别重要的意义。
定义什么是商业(投资)环境并不是一件容易的事情，因为精确地定义商业的概念也是困难的。不同的学科背景，不同的学者对商业环境的认识也有差别。简单地理解，商业环境是商业组织所处的外部环境，包括背景性的环境和运行性的环境。从国际商业的角度，商业环境指一个公司之外的，影响到公司的全部要素之和。为了便于“管理”商业环境，学者们提出了一些模型，如国内模型、国际模型和工业模型。
空间性是商业环境的重要特征之一。考虑到有多种多样的因素影响到整个商业活动，不同的区域具有不同的商业环境。即使对于同一地理区域，不同的商业组织，由于其业务范围的差异，将形成多个主观性商业环境认知。随着商业目标的变化和商业决策的调整，企业也需要重新调整对于外围环境的认识。另一方面，在不同尺度的地理区域中，商业环境的概念具有明显的差异；对于不同空间尺度的商业环境的研究，例如全球和国际性的宏观区域、国家和区域性的中观区域、城市和本地性的微观区域，强调的重点往往是不一样的，研究目的也不相同。
研究区域商业环境对于中国的区域经济发展具有重要意义。理解商业空间特征，把握空间变化趋势，监测商业环境的变化，宏观上和中观上可以为区域经济发展提供战略决策信息，制定总体规划，微观上也可为投资者提供指导和服务。从本地政府的角度，研究本地区域性的商业环境，可以帮助本地企业家和潜在的投资者，为他们提供决策信息，分析市场范围和价值，有利于制定公司远期发展目标。
3 地理信息系统与区域营销战略
简单地理解，区域营销(Place-marketing)“理论”主要是从城市规划理论和市场营销理论相结合而发展来的。一个地方或区域，具有一定数量的“资源”，如基础设施、房地产、公园、大学、博物馆、海滩、居民等。区域营销理论将地方或区域资源当作是产品，将这些区域内的投资者、游客等买家当作是消费者。区域营销的发展策略包含两大要素：区域规划、开发和产品营销。区域规划、开发主要是为了改善本地的硬件和软件环境；区域产品营销，一方面着重分析本地的市场状况，以市场构成指导地方的规划和建设，另一方面，通过多种手段，塑造本地形象，吸引消费者。区域营销在不同的社会背景、不同的发展目标和不同的发展阶段，有不同的方式和策略。
区域营销作为区域发展策略在北美和西欧的一些城市的实施相对比较成功，但也存在一些不足的地方。传统的区域营销理论着重从本地角度研究区域的“产品”、“消费者”和“市场”，以此作为振兴区域城市经济、塑造区域形象、选择样板项目、销售本地产品和服务的基本依据。以区域营销作为区域规划工具有一定的局限性，也往往有不少误区。第一，将营销学的概念引入区域发展策略时，并不容易有效地鉴别区域的消费者，依此制定的目标和战略规划存在一定的不确定性。第二，区域营销注重本地的发展，往往可能和相邻的区域在竞争方面产生冲突，若多个地区同时竞争相同的资源和客户，可能会产生一些负面效应。第三，地理的空间要素，虽然在一些区域营销理论的论述中提到，但很少深入地讨论。第四，信息技术，特别是地理信息技术，与区域营销间的关系，也几乎没有理论方面的讨论和实践方面的验证。
地理信息系统正逐渐被营销学接受，成为营销管理的重要工具之一；它可以应用到以营销学为基础的区域营销战略中，改进传统的区域营销手段。一方面，地理空间是经济的重要因素之一，Krugman认为“跨越空间的交易存在费用，生产中存在规模经济”；专长于空间信息管理和分析的地理信息系统，是区域经济管理的重要工具。另一方面，基于地理位置的人口统计和社会经济数据统计，很大程度上改变了以往的市场分析方法，也为商业带来了新的营销手段。从地理信息科学的角度，重新审视区域营销策略，提供新的区域营销工具，可以在一定程度上弥补传统区域营销理论的不足。
基于地理信息和地理信息系统，区域营销的内容、目标、手段、数据和技术有了进一步的扩充和提高。如果存在小尺度空间上的人口统计数据、社会经济统计数据、基本的地理区域数据、适当的消费行为调查数据和研究模型，地理信息系统可用来方便地分析市场的组成结构和空间形态，从而为本地的设施管理和公共服务(如健康服务、交通和通讯设施服务、紧急情况服务、土地利用管理、城市空间规划等)提供有效的决策支持信息。基于Internet网络的多媒体信息技术和地理信息系统，可以打破区域空间限制，在全球范围内塑造区域形象和组织“促销”。区域营销需要的技术和数据在美国已经基本成熟，低价位的软件工具和空间数据，已形成一定的市场规模，很多官方和私人机构的网站上也已经有相当多的数据供应。在中国，计算机化的数据积累比较少，地理信息系统也相对昂贵，区域营销的手段还比较单一；但随着中国内部和国际间区域竞争的加剧，环境与资源问题的突出，地理信息系统有很广阔的应用潜力，将成为区域经济发展的重要工具。
4 适应区域营销战略的区域地理信息系统（以广东为例）
广东区域经济发展面临不少问题，如环境和资源的矛盾比较突出，地区经济水平很不平衡，特别是持续经济增长动力不足等。从区域营销战略的思路出发，本节着重从三个层次探讨适应区域营销战略的区域地理信息系统：①将已有数据资源空间化，建立基于地理空间的社会经济数据库系统；②建立基于Internet网络的数据交换中心，供应廉价或免费的空间数据；③地理信息系统技术开发和应用推广。
社会经济数据库系统是区域经济决策的重要依据之一。传统的社会经济系统，其数据结构主要以关系型的数据库为主，按专题和时间序列设计成数据表格，在某种意义上，是将传统的印刷年鉴资料数字化，便于学者统计分析和建立区域经济分析模型。比较新的趋势是（很多国家的统计部门）直接出版数字化的统计和抽样资料，并引入地理空间概念。在地理信息系统的支持下，用户可以根据自己的专业概念和应用目的，将这些统计数据按照一定的框架、方法、模型进行显示、模拟、聚集、抽象、转换。但是，建立详尽的社会经济数据库系统不仅需要比较多的资源，而且尚有一定的技术难度。一个比较实际的做法是充分利用现有的统计资料，建立标准化的地理编码，将现有的统计数据和地理数据合成。
建立基于Internet网络的空间数据服务中心的最终目的，是为各种各样的用户供应廉价或免费的空间数据。建设空间数据服务中心，首先要建立或引用一套空间数据质量标准、交换标准和描述标准；然后在区域性的信息基础设施上建立基于Web站点的空间数据仓储，使用户能够检索到数据储备，并了解数据的主题、空间范围、质量、版权等；如果有需要，用户还可以方便、快速地获得所需的数据。初级的数据仓储，主要是将区域性的地理和社会经济数据，采用几种常见的数据格式，存储于Web服务器，用户可以通过专门网页进行数据查询和下载。再进一步，建立专门的空间数据仓储和数据交割中心，加上比较完备的元数据和目录索引技术(如ANSI NISO的Z39.50标准)，构成空间数据基础设施。用户可以使用普通的数据引擎，使用关键字检索所需的空间数据。美国的大多数州已经建成了这样的数据服务中心。更先进的空间数据服务中心，是建立在“互操作”概念上的空间数据的共享、地理信息工具的共享；它的核心内容是分布式数据管理、协同计算，但这种理想的系统仍处于研究和开发的初级阶段。
区域地理信息系统的应用开发非常多样化，如:①规划用于基础设施、教育、研究开发和医疗服务方面的公共投资；②理性地分配自然资源和控制土地使用；③服务于商业机会的寻找、筛选和战略决策；④分析人口、社会经济活动的空间分布，模拟市场的空间分割；⑤为商业公司和政府部门提供决策信息等。这样的应用系统在中国目前还很少见或仅是原形系统，如服务于“招商引资”的京九铁路沿线投资环境信息系统。在美国已经有了一些应用的例子，如Economic Development Administration，Department of Commerce的Economic development geographic information systems，用于支持商业扩张和制定经济发展政策。开发多种多样的地理信息应用是区域营销战略成功的关键之一。
5 初步结论
面向商业和经济发展的地理信息系统仍然是一个比较新的概念，因而在实际应用中，会有很多不能确定的问题。其中两个最重要的问题是空间数据的缺乏和技术推广的困难。在中国，空间数据库的积累比较少，即使有一些数据存在，数据结构和格式也往往难于交换和共享；数据的积累需要消耗比较多的投资，这与中国的资金短缺相矛盾。同时，设计和实现可运行的、廉价的面向商业和经济发展的地理信息系统，对于现有的技术，也是一个很大的挑战。当前的GIS，仅只是“界面友好”，不是“应用友好”，只对GIS专业人员而言具有强大的功能，普通的用户却难于了解和掌握它。面向商业和经济发展的地理信息和地理信息技术，对经济的影响是长期性的，对于塑造灵活的、具有竞争能力的商业，在组织生产、营销、决策等方面具有一定的帮助作用；但另一方面，它需要高额资金投入，也要培养相应的专业人材，这些对于发展中国家并不是一件容易的事情。发展中国家的空间数据基础设施，几乎还没有启动，最多处于建设初期，空间信息仓储仍有待建立，更谈不上廉价的地理信息供应和地理技术服务。这些都会阻碍地理信息和地理技术的传播和推广。
地理信息系统与商业和经济(作为一般性的题目)和地理信息系统与基于区域营销的经济发展(作为一个子题目)，都是复杂的研究课题，本文只是一个初步总结，还有很多课题需要深入地研究。在技术层次上，需要结合中国的经济和技术现状，积累数字化的地理信息，利用已经存在的数据，逐步建立空间数据基础设施和空间信息仓储，并向社会提供廉价的地理信息和地理信息技术。在区域商业和经济发展层次上，仔细考虑空间在商业和经济活动中的重要性，将地理信息系统作为区域发展的战略工具和可以降低商业运行(生产、运输、营销和零售)成本的日常工具。从经济学的角度，空间经济只是经济的一个侧面，地理信息和地理信息技术应当和其它经济工具协调使用、相互补充。在中国的现实状况下，如何有效地积累地理空间数据，推广地理信息技术，建设有效的空间信息服务体系，如何将之溶入企业和政府的管理、评估、规划和决策业务中，如何合理使用稀有资源、降低交易成本等，都需要更深入的研究。
参考文献
[1]邹伦，刘瑜等.地理信息系统原理、方法与应用[M].北京:科学出版社，2001.
[2]陈才.区域经济地理学[M].北京:科学出版社，2001.
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[4] 张钢，朱文隽.地理信息系统在区域经济问题研究中的应用，上海电机学院学报，2005年第2期
篇7
关键词: 地理时空本体; 时间本体; 空间本体
时间与空间永远是人类永恒的话题, 也是一直困扰着各学科的少数共同概念之一. 对于地理学而言, 其所有的研究对象都与时间和空间密切相关.地理信息具有区域性、多维结构特征和动态变化特征. 地理信息系统的出现, 使其以地理信息世界来表达地理现实世界, 来真实、快速地模拟各种自然过程和思维过程. 传统的地理信息系统中只考虑了地物的空间特性, 忽略了其时间特性. 而在许多应用领域, 这种动态变化规律在问题的求解过程中起着十分重要的作用. 因此, 近年来对g is 中时态特性的研究十分活跃, 即所谓“时空系统”. 时空语义对于在建立真实世界和地理信息系统的联系起极其重要的桥梁作用. 但是, 受到研究理论和技术制约, 目前对于时空g is 的研究进展仍十分缓慢. 随着g is 的智能化、网络化和大众化的发展必然趋势, 对g is 理论和技术上的创新也提出了更高的要求.
为此, 将本体论作为新的理论和方法引入时空g is 的研究中具有十分重要的意义. 论文由于本体技术对于地理信息科学研究的重要性以及地理信息科学中时空的重要性, 地理本体必须包含一个对于世界的全面的时空观点, 成了地理时空本体研究的重要背景. 本文介绍了时空本体的相关概念、表示模型等, 综述了目前时空本体的研究进展, 并对目前研究中存在的一些问题及发展方向进行了探讨.
1 时空本体的起源基础
本体最初为哲学概念, 是指关于存在及其本体和规律的学说, 是关于世界某个方面的一个特定的分类体系. 本体论发展到后来, 演变成了一种“借用”或“承诺”. 后来被引入人工智能领域后, 本体被认为是共享的概念模型的明确的形式化规范说明[ 1 ]. 在地理信息领域, 虽然目前还没有达成共识的地理本体的概念, 但一致认为地理本体应该包含哲学本体和信息本体的内涵.
时空地理本体的研究是建立在前人对时间本体和空间本体的大量研究成果之上的. 毕业论文这里简要介绍时间本体以及空间本体的基元、属性以及表示模型等.
1. 1 时间本体
心理学和哲学领域通常把时间分为3 种, 即自然时间( natu ral t im e )、习俗时间( conven t ional t im e) 和逻辑时间( logic t im e) [ 2 ]. 在人工智能领域,由于应用领域的复杂性, 需要使时间概念更加明确. 因而时间本体的建立一般是基于时间基元( tempo ral p rim it ive) 的, 时间基元的选择对于表示时间概念的时间模型尤其重要. 目前对于时间基元主要有两种对立的观点, 即时间点( in stan t s o r po in t s) 和时间段(periods o r in tervals). 有些学者认为时间基元可以同时包含二者. 此外, 也有学者并不基于纯粹的时间基元建立时间本体. 例如moen 等人便从语言学角度出发, 研究了基于原因、结果等概念上的时间本体[ 3 ].
时间本体的属性主要涉及次序、结构和界限性等问题. 时间的次序性问题主要为: 时间流是线形、分支还是循环的? 时间的结构是密集的、离散的还是连续的? 时间是有限的还是无限的? 线性时间是最普遍的模型, 而分支模型考虑了将来可能发生的多种可能性, 循环时间可以看作是线性时间的特殊形式. 密集型时间与有理数集(q ) 同构, 离散时间与整数集(z) 同构, 而连续时间则与实数集(r ) 同构. 时间的无限延展可以发生在连续的线性时间和循环时间中, 却不能发展在离散的线性或分支时间里; 在时间系统里引入度量关系就可以转化为一个日历系统.
决定时间关系类型以及时间表现形式的时间约束有基于定性时间关系的和基于定量信息的, 也有将二者融合进行约束的. 定性关系主要有a llen的时间区间代数[ 4 ]、m atu szee 等人的基于时间段端点的局部信息方法[ 5 ]、f rek sa 基于邻近概念的半区间方法[ 6 ]等. 定量关系中最简单的例子是根据日期或其他准确的数值形式获得时间信息. kau tz和l adk in[ 7 ]等人提出了把时间的定性和定量关系相结合的方法来处理不同精度时间知识的可得性.
时间关系的表示模型很多, 根据它们所采用的时间本体的基元不同可以大致分为两类, 即以时间点为时间基元的表示模型和以时间段为时间基元的表示模型. 在人工智能早期的研究中, 多数的工作是以时间点为时间基元的, 例如状态演算(situat ional calcu lu s) [ 8 ]、b ruce 的ch rono s 系统[ 9 ]以及时间专家系统( t im e specialist) [ 10 ]等. 但是在后来的研究中, 以a llen 为首的许多学者认为时间段比时间点更能体现人们常识中的时间概念.a llen 提出, 由于时间段是表示属性(p ropert ies) 和事件(even t s) 的最好概念, 因而它应该是唯一的时间基元. 此后, 许多学者都以此为依据建立一些模型. 也有学者提出过包含两种基元的时间模型, 例如v ila[ 11 ]等人.
1. 2 空间本体
对于空间本体的基元, 主要有基于点和基于区域两种选择[ 12 ]. 最初的空间数学理论中, 把点作为基本空间实体, 并用点把区域定义为点的集合. 在q sr (定性空间表示) 中, 更趋向于把区域作为基本空间实体. 尽管本体的出现意味着为多数空间和几何概念建立新的理论, 但是多数学者仍认为区域是本体基元.
除了基元问题外, 空间本体还要考虑空间的性质, 即它是同维的还是混合维的、离散的还是连续的、有限的还是无限的.硕士论文 这些问题引发了允许什么样的基元“计算”的问题. 即相当于逻辑理论中什么样的简单非逻辑符号在没有定义而只是被某个公理既约束条件下可以被承认. 另一个本体问题就是多维空间的建模问题, 一个方法是通过分别考虑每个维来进行空间建模, 但这种方法仍非常不完备.
由于空间关系可以分为3 类, 即拓扑关系、方位关系和度量关系. 因而, 其表示模型可以分为拓扑模型、方向模型和度量模型. 空间拓扑模型有点集拓扑和区域拓扑两类, 影响较大的是rcc 模型[ 13 ] , 它是以区域作为空间基元的. 方向模型研究中, 使用了点和区域两种基元, 例如f rank 的“锥形法”和“投影法”[ 14 ]以及f rek sa 的“双十字模型”[ 15 ]等都是针对点对象的; 而goyal 和egenhofer 的mbr 法则[ 16 ]依据于区域. 度量关系模型中多以点为空间基元, 定量度量关系通常使用欧氏距离来进行量算, 偶尔也采用曼哈顿距离等; 而定性度量关系则常用远、近、中等等来表示距离. 在定位时, 度量关系往往需要和方向关系进行结合.
2 时空本体的研究进展
现实世界中时间和空间是紧密联系、不可分割的. 因而, 人们日益认识到真实世界的时空模型的重要性和必要性. 目前, 有两种建立时空模型的思路, 其一是利用已有的时间模型和空间模型; 其二是试图重新建立统一的时空模型. 前者主要是在已有的时态模型的基础上添加对空间的支持能力; 或在已有的空间模型的基础上添加对时态的支持; 或者是将时态模型和空间模型作正交组合. 后者则将时空看作原子实体, 以此为基础建立新的时空统一模型. 两种思路各有千秋, 从实现难度看, 前者与现有研究基础结合比较紧密, 更易于实现; 而从理论角度看, 后者则更为完美. 总的说来, 目前从本体角度对时空关系进行研究仍处于探索阶段, 尚无十分成熟的理论和技术方法.
2. 1 主要研究趋向
目前孤立研究时间关系或空间关系的学者较多, 但是将二者结合起来, 并明确提出从本体角度研究时空关系的学者仍比较少, 主要有a uf rank, b it tner t , p ierre grenon 等. f rank 最早开始在对时空数据库的基础本体的研究中提出了一个5 层的本体, 每层都应用不同的规则. 他把自然事实看作一个四维场模型, 构造公式a= f (x , y , z , t) 来表示一个只有唯一值的函数, 该公式表明只有唯一的时空世界[ 17 ]. 此外他还从语言学和认知角度研究了时空g is 中的本体的一致性[ 18 ].
但也有学者认为时空本体并非是唯一的, 单一四维模型不能有效的表达现实世界的时空关系.b it tner[ 19 ]首先提出了建立两种时空本体, 即sna pon to logy (快照本体) 和span on to logy (时段本体) , 前者认为永久的实体处于特定的时刻之中, 后者认为实体持续存在于完整的时间之中. 并且他提出了粒度的概念来分解空间和时间, 分别建立对应的本体论. grenon[ 20 ]定义的时空本体在时空表示方面也区分了两种对象: 持续对象(endu ran t) , 可以在给定时刻存在的物质、性质、关系、功能等; 连续对象(perdu ran t) , 对应某个过程, 并不在某个给定时刻存在, 而是作为整体存在于一段时间之内.这两种对象分别对应e2本体和p2本体. 持续对象可以作为连续对象的组成部分, 参与连续对象对应的过程. 他还给出了时空本体的20 条公理. 在随后的工作中, grenon 和sm ith[ 21 ] 针对地理现实的动态性, 进一步提出一个好的本体应该既能表示同时发生的现实又能表示历史事实, 针对这两个不同的任务他们提出了用当代哲学本体中的三维和四维相结合的办法来解决, 他们建立了一个包括两个成分的形式本体sna p 和span , 一个是针对地理对象, 一个针对地理过程. sna p 处理三维实世界, 包括它们所处的空间区域以及所有的性质、功率、功能、角色以及其他从一个时刻到下一个时刻保持一致的实体. span 则适于处理包括持续实体在内的过程以及这些过程发生的时空体( spat io tempo ralvo lum es). 国内也有学者[ 22 ]将其分为tsoo (时空对象本体) 和tspo (时空过程本体) , 其观点与grenon 观点实质相同.
虽然目前对于时空本体的形式化尚未取得一致性意见, 但是有一些学者提出了自己对建立时空本体的规范性要求的看法. galton[ 23 ] 在在回顾了地理学以及地理信息科学范围内的多种现象种类后, 确定了3 个可以全面、适当处理这些现象的时空地理本体所必要条件, 一个这样的本体必须:①提供合适的表现和操作形式以适当处理基于场和基于对象的世界视点间的丰富的相互连接的网络; ②把基于场和基于对象的模型, 以及用来处理这些模型的表现形式扩展到时间领域; ③提供一种方法来发展时空范围以及范围内存在的现象的不同模型, 尤其是对于那些诸如暴风雪、洪水、野火等似乎既表现为对象性又表现为过程性的双重性的现象.
2. 2 时空本体库
由于时间与空间都属于常识范畴, 是重要的常识概念, 因此, 任何重要的上层本体都必须考虑时间和空间的问题. 目前已有的时空本体库里一般是将时间本体与空间本体分开建立. 比较大型的本体库有斯坦福大学的p ro tégé本体库[ 24 ]、cyc 上层本体库[ 25 ] , ieee 的标准上层本体工作组开发的sumo 本体[ 26 ]等. 其中p ro tégé本体库中涉及到时间和空间本体的有na sa 开发的sw eet( sem an t ic w eb fo r earth and environm en tal term ino logy ) 本体系统; o gc (open g is con so rt ium ) 的地理标记语言o gc 本体系统; iso的owl 本体中包括地理信息空间框架( iso 19107: 2003)、地理信息时间框架( iso 19108:2002)、地理信息空间坐标参考( iso 19111: 2003)、地理信息空间地理标记参考( iso 19112: 2003) 等.比较常用的是以语言命名的daml 时间本体和空间本体. 也有学者尝试着对建立统一的时空本体提出了自己的构想, 如胡鹤在其博士论文中利用owl dl 对daml 时间本体和空间本体进行结合建立了统一的时空本体框架[ 27 ]. 此外, 还有一些小的时间本体、空间本体以及时空本体的存在.
2. 3 研究热点
2. 3. 1时空本体建模的形式化语言与推理
f rank 认为本体需要形式化语言来描述, 并且这种语言应该具有客观的形式、明确的声明性、类型化、自动的一致性检验机制以及可执行性[ 17 ]. 研究时空本体的传统方法主要是逻辑的方法. 且使用较多的是以一阶谓词逻辑为基础, 引入其他非经典逻辑的方法. 例如,wo lter 等人[ 28 ] (2000) 采用语义的方法, 将时态模型t 和空间模型s 结合成一个多维时空结构. 他们把时空解释成时间和空间结构的迪卡尔乘积, 并基于brcc - 8 进行时空表示, 构造st 0、st 1、st 2 这3 个时空逻辑. 对st i 应用模态算子、得到stb i, 在stb i 上添加时间区域项得到stb i+ . wo lter[ 29 ]等人(2002) 构造了一阶时空逻辑(fo st ) , 并指出在基于无限时间流的拓扑时态模型中, 由于时态操作符和作用于区域变量上的量词导致fo st 的可满足问题是不可判定的, 他们将brcc- 8 嵌入到双模态逻辑s4u 中(可判定的) , 然后再把s4u 嵌入到一阶逻辑单变量子集中(n p- 完全的) , 构造出命题时空语言(pst ) , 有关任意拓扑模型中的pst 公式可满足性问题的计算性质还有待研究. 通过在brcc- 8 中加入区间时态逻辑(all - 13) 得到arcc- 8 逻辑. arcc- 8公式在时态拓扑模型中是n p 完全的. bennet t 等人[ 30 ] (2002) 将命题时态逻辑ptl 和空间模态逻辑s4u 结合起来, 形成了“二维”时空逻辑pstl.
pstl 是否可判定, 仍然是未解决的问题, 但通过嵌入pstl 到rcc8 空间逻辑, 能得到一些可判定的子系统. m u ller[ 31 ] (2002) 把时间和空间看成同质(homogeneity) 的, 以时空区域(时空历史) 为基本实体, 在扩展a sher 的空间逻辑公理集基础上,定义了时序关系和时空约束, 建立了一阶时空逻辑模型, 并基于该逻辑提出了有关运动的推理理论.随着更易被人和机器理解的描述逻辑(dl ) 的出现与发展, haarslev 在alc (d) 的基础上对描述逻辑进行了扩展. 他研究了alcrp (d ) 理论作为地理信息系统领域的知识表示和查询操作的基础, 通过具体领域和一个角色形成谓词算子的结合, 把时间推理加入了空间和术语推理中, 克服了过去alc(d) 只能进行概念推理或只能进行空间定性推理的局限性. 并且haarslev 还证明了alcrp (d ) 在具体的时空领域应用中具有明显的优势[ 32 ]. 该方法后来被sw iss 国家基金委o fes 支助的部分欧洲know ledgew eb 和d ip 项目所采用.
2. 3. 2时空本体的粒度问题 粒度是构成完整的空间和时间数据所必需的, 粒度问题是影响时空不确定性的关键因素. 大量的应用要求事实以及其时空背景一起存储, 这就需要根据合适的粒度来表示. 并且, g is 中时空数据可以用不同的粒度来记录和查询. 因此需要在不同粒度之间进行转化与合并. 目前已经有许多学者分别研究了时间粒度和空间粒度的问题. bet t in i[ 33 ] 等人提出了形式化表示的时间粒度——日历代数(calendar a lgeb ra) , 并把它应用到时间数据库、时间csp、时间数据挖掘等领域. 他将时间划分为日历法中的年、月、日、小时、分钟等不同粒度. wo rboys[ 34 ]等则研究了空间的粒度问题. b it tner (2000) 采用了一个基于粗糙集理论的时间或空间粒度理论, 提出用大致位置的方法来表示近似空间区域[ 35 ] 或时间段[ 36 ]. stell[ 37 ](2003) 对时空粒度的定性外延进行了研究. 但是这些工作都没有形式化理论来解决时空信息的多时空粒度问题. b it tner 的理论只适合解决单一的时间或空间问题, 而stell 只进行了描述, 没有给出明确定义和操作.ith 和b rogaard[ 38 ] 于2002 年在对l ew is 提出的个体与个体和的部分- 整体关系的分类进行总结的基础上提出了粒度划分(granu lar part it ion). 该方法以集理论和部分- 整体理论为其理论基础, 可作为形式化本体的工具和人类认知表现结构. 随后sm ith 和b it tner 又提出了粒度划分的形式化理论[ 39 ] , 并针对时空本体sna p和span 提出了粒度时空本体sna p 和span [ 40 ].国内也有部分学者提出了自己的观点, 王生生等人[ 41 ]提出了一个对于时空数据模型通用的支持多粒度和不确定性时空粒度的理论. 他主要是使用了时间粒度和空间粒度的乘积空间来表示时空粒度.也有人[ 22 ]提出了用于g is 整合的时空语义粒度,即时空对象粒度本体与时空过程粒度本体, 二者都可以根据粗糙程度进一步细分为良性粒度和粗糙粒度.
2. 3. 3时空本体的应用 由于时空问题普遍存在于各领域中, 因而时空本体的研究对于解决不同时空表示系统之间的交互、集成、共享、重用等有着重要的意义. 医学论文 目前, 时空本体已经引起了生物信息化、g is、常识库建造以及语义w eb 领域学者的广泛关注, 并且在一些应用领域已有一些实证研究. 但是,目前对于地理时空本体的应用研究仍然处于探索阶段, 主要用于时空推理方面, 例如, kaupp inen 和hyv nen 等[ 42 ]建立20 世纪到2004 年的芬兰的时间区域本体, 他们使用了本体的时间序列模型来进行推理以解决与历史相关的数据库中的信息查询问题, 该方法成功的表示了芬兰历史地理区域随时间演变的过程.
3 结论与展望
总的来说, 目前对于时空地理本体的研究, 仍然处于起步阶段, 因而很多研究领域都存在亟待解决的问题.
(1) 地理时空本体基元的选择. 不同基元的选择受人们对时空现象认知的影响, 反过来, 基元的选择对于时空本体的形式化表示至关重要, 以不同基元为基础的时空本体会影响人们对世界的进一步认知以及知识的交流. 目前对于时空本体基元的选择仍未有统一看法.
(2) 地理时空本体的形式化表示以及时空本体的建立. 目前对时空本体采用的形式化工具多是基于一阶谓词逻辑的基础上的, 而使用描述逻辑定义时空本体的工作仍较少. 因此应该进一步研究时空本体的形式化方法, 建立良性的形式化时空本体, 使得所建立的时空本体更适合于人们对时空常识的理解. 此外, 如何在建立的时空本体之间进行转化, 尤其是如何在以不同基元为基础的时空本体之间进行转化与无缝结合也是个值得探索的问题.
(3) 地理时空本体粒度的研究. 粒度的变化影响人们对地理时空的认识, 不同粒度下, 人们认知的时空范围大小与层次有所不同. 如何选择适合人们不同视点需求并且易于在g is 中表达的粒度是值得进一步研究的课题.
(4) 地理时空本体与实际应用. 时空本体是可应用于各学科领域的顶级本体, 因此, 可以表达地理学领域与时空相关的一切地理现象. 但是, 目前对于地理时空本体的实际应用研究尚不多, 工作总结 仍然处于探索阶段. 因而, 应该积极探索地理时空本体的广泛应用领域, 并建立与具体应用领域相关的推理规则, 推理模型等, 以解决领域中的实际问题. 参考文献:
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篇8
[关键词]地理信息系统 设计与开发 地方院校 教学质量
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）16-0042-03
地理信息系统（Geographical information system，简称GIS）融合了地理学、测绘学、信息科学、计算机科学等学科知识，是一门交叉学科，具有强大的生命力。随着计算机科学的高速发展，地理信息系统展现了超凡的学科融合能力，应用的深度和广度迅速提升。到目前为止，地理信息系统已经应用在国土、测绘、气象、地震、林业、军事、水利、环境、交通、环保等领域，全社会对GIS专业人才的需求迅速增长。[1]据统计，全国共有350多所高等学校近800个专业开设地理信息系统课程。[2]矢量化与建库、空间数据处理与分析、GIS软件开发与系统管理分别是GIS工作人员应具备的三个层次技能。GIS软件开发是GIS专业毕业生的主要就业途径，占GIS从业人员的32.01%。[3]各高校GIS专业越来越重视学生GIS开发能力培养。[4]地方院校GIS专业毕业生主要服务于地方社会经济发展需要，GIS设计与开发以行业结合应用型为主。故地方院校地理信息系统专业的GIS设计与开发课程以培养学生从事GIS应用项目设计与开发能力为目标，具有很强的实践性。地方院校受生源、基础设施以及师资条件等影响，GIS设计与应用教学效果普遍不尽如人意。GIS设计与开发需要教师具有丰富的行业设计与开发经验，同时需要丰富多彩的实例演示，这就对教师提出了很高的要求。GIS设计与开发需要学生具有很强的逻辑思维能力，并具备一定的数学和计算机功底。地方院校特别是地方师范类院校地理信息系统专业女性比例较高，其计算机基础和数学功底相对薄弱。鉴于此，笔者结合自己的教学实践，对GIS设计与开发教学内容与手段等方面进行探讨，以期为提高GIS设计与开发教学质量提供借鉴。
一、GIS设计与开发课程教学特点
地理信息系统开发目前以组件式开发为主流。[5]通过专业地理信息系统平台提供的可视化开发组件，可以快速便捷地搭建自己的GIS应用程序，嵌入常见地理信息系统功能，为进一步与应用行业融合提供接口。目前，各高校GIS设计与开发大都采用组件开发，且一般选用ArcGis，SuperMap，Mapgis，Mapinfo的二次开发平台。
GIS设计与开发课程教学具有如下特征：1.实践性强。GIS设计与开发以应用开发为主，需要依靠大量项目实践来培养学生的动手能力。2.学科交叉性强。本课程融合了计算机科学、数学学科和具体应用行业学科知识，学科交叉性强，需要学生具有很强的学习能力、软件开发能力和逻辑思维能力，这样才能很好地将地理信息系统技术融入行业应用当中。3.教学方式灵活。GIS设计与开发是一门动手能力很强的课程，传统的以理论讲授为主的教学方式难以满足课程教学需要。GIS设计与开发常采用项目教学法[6]、分组教学法等，以增强学生在学习过程中的主体性、趣味性、能动性。因此，GIS设计与开发教学的重点不在于理论知识，而在于实践教学。[7]以实践操作深化理论知识，使得学生在不断掌握软件开发技能的同时，完成理论知识的顿悟。
二、GIS设计与开发课程教学优化模式探讨
（一）强化GIS设计与开发课程群设计
GIS设计与开发是GIS专业的一门主干课程，需要配套一系列课程构建GIS设计与开发课程群来辅助教学。其设计应遵循以下原则：1.理论与实践相结合，强化实践教学；2.因材施教，注重个性差异；3.坚持知识、能力、素养协调发展与综合提高原则[8]；4.注重系统性和完整性；5.以需求为导向，坚持课程可调整性原则。
基于当前对GIS设计与开发人才的需求以及地方院校课程设计情况，GIS设计与开发课程群应包括计算机组成原理、数据库概论、数据结构与算法、GIS算法与数据结构、程序设计、软件工程、软件设计模式、计算机图形学、地理信息系统概论、地理信息系统工程、GIS软件开发、WebGis开发等课程，囊括了GIS设计与开发过程中所需的大部分知识，全面反映了“概念―原理―方法―操作―应用”五位一体的特征。
（二）多模式的培养学生实践能力
目前，大部分GIS课程理论教学以教师讲授为主，且实验教学过程多采用学生被动学习的传统模式，即由教师进行程序演示与操作，再由学生进行模仿或根据实验指导书编程重现。在此模仿过程中，学生往往更多的关注了代码的书写，而未能主动思考，不能激起学生的主观能动性和创造性，大大降低了程序运行成果所获得实践成功的成就感。因此，应该采取多种教学模式激发学生的学习积极性，多角度培养学生的实践能力，具体如图1所示。
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图1 GIS软件设计与开发课程教学架构示意图
项目示范型。以教师科研成果作为典型案例，从项目的背景、需求、设计、编码、测试进行分析、讲解、示范以及实践，将学生带入学科前沿和具体工程实践中，加深学生对知识的理解，让学生直观地感受解决实际问题的快乐，激发学生学习兴趣，充分展现“读、想、练、用”的教学要素。
团队协作型。GIS设计与开发设计项目过程复杂，涉及面广，需要发挥团队精神，互补互助，达到最大工作效率。在实践教学中可以将全班学生分为几个小组，根据教学知识点假设项目背景拟定题目，教师担任指导，由学生分组自学、协作完成教学工作。小组中一人负责问题分析，担任项目甲方，负责提出需求；一人负责与甲方沟通，建立规范化需求清单；两人负责系统设计与系统原型快速构建；一人负责项目测试；建立系统设计之后，全组分工协作完成系统开发工作。
开发竞赛型。GIS开发大赛注重学生的知识综合运用以及解决实际问题的能力培养，从选题、需求分析、设计、编码到最后的测试，周期长、任务多样、难点多，能锻增强学生团队协作意识并磨炼学生意志，非常接近工作状态，能使学生尽早接受社会竞争。目前，除ESRI和SuperMap每年均会举办一次全国性GIS大赛外，很多高校会举办一些校内竞赛，其中GIS设计与开发均是其重要的竞赛项目，这为GIS设计与开发教学提供了很好的实践教学平台。
校企合作型。通过与相关GIS软件公司合作建立实习基地，让学生参与具体的项目，为学生提供进入社会和接触实际项目锻炼的机会，使学生在辅助完成项目的同时，熟悉项目流程、认清重点和难点、提升开发技能等。同时加强校企技术交流，邀请企业技术总监、项目经理举办不同类型的专题讲座，增强学生项目阅读能力。
软件测试型。通过对GIS系统进行黑白盒测试，发现GIS设计与开发中的关键点、难点以及常见Bug分布情况，可加深学生对知识的认知并提升软件设计与开发能力，避免自己在设计与开发过程中犯同类错误。
就业引导型。按照学生兴趣爱好以及就业意向进行应用行业分组，与相关行业企业、协会、就业指导中心建立联系，举办企业专题、行业发展前沿、就业指导等讲座以及到企业中参观学习业务流程、观摩企业成果，扩展学生学术视野与知识面，了解业界动态，建立行业发展与GIS应用交集，缩短学生与社会、企业之间的距离。
（三）围绕课程群打造教学团队
教学团队对教学质量起决定性作用，是学科建设与发展最重要的基础性资源。GIS设计与应用课程群学科交叉广泛，知识增长点众多，发展迅速，这就需要教师不断扩展学科领域和提升知识结构，以优化与提升整个教学团队。地方院校多数将学校定位为“教学为主型”，教研仅限同门或相似课程教师间的交流，根本谈不上团队建设。[9]众多实践表明，科学研究是团队建设的核心与抓手。科学研究可以以项目为纽带团结各层次、各学科人才，凸显学科带头人与技术骨干的作用，能形成良好的传帮带氛围，建立以点带面形成合力的局面。在项目资助与带动下，才能实现学科交叉融合、知识结构更新、人才交流，才能吸引高层次人才来校教学与研究，形成良性的“引进、培养、锻炼”长效发展机制。因此，可以有针对性的凝练研究方向，覆盖GIS设计与开发课程群，在科学研究中建立教学团队。
三、结语
GIS设计与开发能力很大程度决定了GIS专业学生的就业前景，是GIS专业培养的主要目标之一。GIS设计与开发具有很强的实践性，其能力的培养需要综合性、系统性、多学科的实践教学体系支撑。从GIS设计与开发课程群设计以及围绕课程群打造教学团队、多模式实践教学三个方面可丰富GIS设计与开发教学体系，促进学生由被动学习向主动获取转变，优化和提高教学质量。同时，我们应该认识到，GIS设计与开发教学质量优化提高是一个长期的过程，应在教学工作中不断摸索与总结，探索新的教学模式、教学方法和教学理论，促进教学质量稳固提升。
[ 注 释 ]
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关键词 遥感概论 教学策略 地理师范生
中图分类号：G424 文献标识码：A
0 引言
遥感概论是系统介绍遥感技术系统基本原理和方法的基础课程，其融合理论性、技术性和实践性的特点，在我国高等教育中，不仅是地理科学、地理信息科学、测绘科学等学科专业的核心基础课程，同时，在地理师范生教学体系中，尤其在推行免费师范生教育政策的六所部属高校的地理教学中，也是重要的基础理论课程之一。
随着我国对专业教师培养力度的加大，高等教育地理师范专业的培养方案趋于科学和规范。作为培养方案中的基础课程，遥感概论课程成为越来越多的地理师范生要面对的课程，以笔者所在的陕西师范大学旅游与环境学院的地理免费师范生为例，每年约有250个地理师范生要学习该课程，不仅要学，还要学好。然而，在该课程的实践教学过程中，由于地理师范专业的特殊性，笔者发现还存在诸多问题，极大地困扰着地理师范专业学生对遥感概论课程核心知识的理解与掌握，成为提高地理师范学科教育质量所亟待解决的问题。
1 遥感概论课程的“教”与地理师范生在“学”中存在问题
按照地理师范生教学大纲要求，该门课程需要学生掌握遥感的基本概念和基础理论，能力培养方面则要求了解并掌握遥感信息处理的基本原理和方法。然而，该学科是一门学科融合和交叉很强的学科，涉及测绘科学、空间信息科学、电子科学、物理学、计算机科学以及其他学科的相关知识。在针对师范生授课时，其教学内容和授课方式有别于传统的地理基础课程，在实际课堂教学过程中，笔者发现在教与学之间，存在诸多矛盾，诸如：学科交叉融合所形成的知识点众多与地理师范生基础知识储备不足的矛盾、学科知识体系与学生兴趣点不对接的矛盾、遵从科研实践案例引导教学还是遵从模式化课程体系引导教学的矛盾、海量遥感影像信息与单一课堂呈现模式的矛盾以及教学内容与师范生工作实践脱节的矛盾。
针对以上问题，笔者与学生积极互动交流，并通过抽样调查的方式，总结出针对以上矛盾的可行性较强的解决方案，以供参考。
2 解决方案探讨
2.1 深入浅出，教学初期避免提及过多专业术语
对于地理信息系统（GIS）专业学生而言，遥感概论课程的学习是建立在已经接受地图学、地理信息系统基本原理等基础课程学习的基础上的，教师使用专业术语有助于提高教学效率和增加专业素养培训。然而，在面对地理师范专业学生教授遥感概论课程时，很多的GIS专业老师忽略了知识储备层面上的差异，在教学初期，使用了大量的GIS行业术语，诸如：栅格数据、数据格式、解译等师范专业学生在日常所接触不多的术语，从而造成学生在知识理解上出现困难，产生学科交叉融合所形成的知识点众多，与地理师范生基础知识储备不足的矛盾。在与学生沟通时，很多学生均提到这一矛盾。鉴于此，希望教师在该课程授课初期，尽量避免提及大量的GIS行业的专业术语，在不可避免提到时，应尽量按照学生熟悉的理解方式，进行详尽深入的阐释，加强教学初期学生对专业术语的理解。调研结果显示超过95%的学生认可该看法。
2.2 注重PBL（Problem Based Learning）教学模式的应用，用实际问题激发学生学习兴趣
即使是GIS专业学生，在初次接触遥感概论课程时，最渴望获得解答的问题是遥感技术在实际生产生活应用和科学研究活动中，能解决什么问题。这一问题在针对师范生授课时，更加突出。如果教师不能合理地将解决问题的方法和原理告知学生，学生会失去对该学科的学习兴趣，从而出现学科知识体系与学生兴趣点不对接的矛盾。例如，对于地形起伏引起的像点位移问题，虽然经过原理解析和几何结算，但很多学生仍然存在困惑。笔者引入了在拍大头照和照镜子发现影像存在误差的生活小细节进行类比，起到了很好的教学效果。调研结果显示超过93%的学生认可该方法。
2.3 注重多媒体教学方法的使用，利用现代信息技术展示直观的数字遥感成果
遥感技术作为GIS学科中的数据采集模块，在教学过程中涉及大量的遥感影像数据，例如对于高光谱遥感原理的讲解，文字的描述显得极为乏力。因此，传统的教学手段不能很好地展示教学内容，这就要求教师必须熟练使用现代多媒体教学手段，通过数字化、全方位、立体化的展示，增加学生对遥感技术的理解和掌握。调研结果显示，几乎全部学生认可多媒体的使用。
2.4 注重科研反哺教学实践，灵活使用科研项目引导课堂教学方法
教学实践如若过分遵从模式化课程体系引导，势必会造成学生学习目的性丧失、盲从的结果。如果结合教师所从事的科研项目，按照科研项目引导教学的方式，在该课程教学中能收到很好的教学效果。笔者在实践教学中，进行了初步实验。针对在对归一化植被指数（NDVI）讲解时，结合自己的科研经历，向学生们详细讲解了如何利用该指数进行大规模的农作物估产，使学生认识到原理在实践中的应用，调研结果显示，超过85%的学生对该方式接受或认可。
2.5 寓“教”于学，注重学生教学技能的熏陶
地理师范生与GIS行业学生最大的不同，是大部分学生毕业后从事中小学的地理教学工作而非从事GIS工程或科研，从而产生教学内容与师范生工作实践脱节的问题。针对这一问题，笔者在课堂上尝试尽可能利用遥感原理去解释中学地理教材中的基本理论。例如，通过动态气象卫星数据监测洋流变化、通过热红外影像解释城市的热岛效应等，尽可能地顾及师范生的工作实践需求。调研结果显示，超过90%的学生对该方式接受或认可。
项目来源：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（GK 201102012）；江苏高校优势学科建设工程资助项目
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[关键词]地理信息系统(GIS)面向对象MapX组件技术
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110080-02
一、地理信息系统概念
地理信息系统(Geographic Information System,简称为GIS),是由计算机软硬件和不同方法组成的能够对海量的空间信息进行采集、存储、处理、分析、更新和显示的计算机应用系统。它是由地图制图学、地理学、测量学、遥感学与计算机技术相结合产生的边缘性学科。
作为一种主要处理地理空间数据的系统,地理信息系统(GIS)除了具有普通数据库(CDBS)的研究内容外,主要还包括关于空间数据的输入、存储、检索以及空间运算、空间分析等方面的研究内容。与传统意义上的信息系统相比,地理信息系统的优势在于:它不仅能够存储、分析和表达现实世界中的各类对象的属性信息,而且能处理、表达事物之间地理空间分布状况的空间关系,从空间和属性两个方面对现实世界进行综合、分析、管理,以方便地获取信息,满足应用和研究的需要,并将结果以图形或数字等多种手段直观的表达出来。
可见,地理信息系统以其混合数据结构和独特的地理空间分析功能而独树一帜,可以将地理信息系统理解为:GIS=CAD+DATABASE+SPATIAL OPEA
TION。
二、控件MapX简介
MapX是MapInfo公司向用户提供的具有强大地图分析功能的ActiveX控件产品,由于它是一种基于Windows操作系统的标准控件,因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境,如Visual C++、Visual Basic、Delphi、Power Builder等。编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言,轻松地将地图处理功能嵌入到应用程序中,并且可以编译成exe文件,脱离Maplnfo的软件平台运行。利用MapX,能够简单快速地在企业应用中嵌入地图功能,增强企业应用的空间查询和空间分析能力,实现企业应用的增值。MapX采用基于MapInfo Professional的相同的地图化技术,可以实现MapInfo Professional具有的绝大部分地图编辑和空间分析功能。而且,MapX提供了各种工具、属性和方法,实现这些功能是非常容易的。因此,MapX非常适合中小型的GIS应用开发。MapX主要有下面这些功能:
1.MapInfo格式地图的显示;
2.对地图的随意浏览功能;
3.专题地图制作;
4.数据绑定;
5.图层控制;
7.简单的地理数据、属性查询;
8.支持栅格地图图像;
9.自动和动态注释;
10.提供强大的远程数据库连接。
三、校园地理信息系统的发展现状
“数字地球”、“数字城市”是近几年来地球空间信息科学研究的热境。随着世界各国校园信息化建设的发展,“数字校园”的概念也相应出现。从广义上讲,数字校园是以网络为基础,利用先进的信息化手段和工具,实现从环境(包括设备、教室等)、资源(如图书、讲义、课件、信息等)、到活动(包括教学、管理、服务、办公等)的全部数字化。在传统校园的基础上构建一个数字空间以拓展现实校园的时间和空间维度,从而提升传统校园管理的效率,扩展传统校园管理的功能,最终实现教育过程的全面信息化。达到提高教学质量、科研和管理水平的目的。
随着信息可视化(Information Visualization)技术和GIS技术的发展及广泛应用,出现了另一种数字校园的理念,即在现实校园的基础上构建可视化的虚拟校园。这是一种基于地理坐标系建立的关于校园的空间信息模型,通过信息网络将现实校园的各种信息收集、整理、归纳、存储、分析和优化,进而对校园的各种资源、生态环境、社会环境、教学环境等方面的实体和现象进行模拟、仿真、表现、分析和深入认识网。现在许多高等院校都建立了自己的校园地理信息系统,将GIS技术与传统的管理信息系统相结合,利用GIS提供的空间管理和空间分析功能去解决常规管理方法难以解决的许多问题。但是建设数字校园是一项复杂而庞大的工程,它一方面需要学校内部多方面相互配合,理顺学校的内部管理机制;另一方面,建设过程应统筹规划、分期进行。因此,校园地理信息系统应该首先规划出分类管理模块和功能模块,然后逐一实现每个模块的功能,同时还要考虑各个模块间的相互关系和信息交互,实现系统化管理。目前,国内许多高等学校已经建成或在建各种类型、复杂程度不一的基于GIS技术的校园信息系统,如清华大学、中国地质大学、中科院研究生院、成都理工大学等。
四、校园地理信息系统研究的目的和意义
高等院校作为积极推广、使用高新技术的集中地,理应要求学校管理者掌握的信息现势性强,内容丰富准确,而且能进行快速查寻和综合分析,为学校的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠的依据。有鉴于此,开发基于GIS技术的校园管理信息系统是很有必要的。
校园地理信息系统(CGIS)的建立和应用,可从根本上改变目前无序的人工管理状态,节省大量的人力、物力;为管理、设计、决策快速准确地提供各种所需的图、文、声、像并茂的资料。将CGIS应用于学校后勤管理部门,可以提高学校后勤管理的水平;将CGIS搭乘上校园网络的快车,可以提高管理和决策的透明度,同时也将扩大CGIS的应用范围;将CGIS应用校务管理部门,可以有效的提高校务管理水平。
基于GIS的校园管理信息系统以电子地图的形式为平台,将学校的各种信息直观、形象地展现在人们的面前,可以为用户提供各种校园信息的双向查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出地图、平面图、专题图或统计表、分析图、文字说明等。高校校园地理信息系统的开发研究,是适应当前信息社会中对高校信息化管理的要求,也是建设“数字校园”,“校园办公自动化”的初期工作。
建立校园地理信息系统的意义归纳起来主要有以下几个方面:
1.有利于用电子数字产品全面地反映校园地理信息的现状,包括各类建筑物、管线的空间位置、分布及其相互关系。由于系统的空间信息和属性信息都实现了数据库管理,可以生成用户所需的各种数字化产品,同时可按各种条件生成和输出各种图表和报表。
2.有利于校园各种建筑物的有序化管理。可快速、准确地进行各类建筑物的检索查询和定位,为管理和设计规划提供准确而详细的数据,这种检索和查询是双向的,既可以根据图形查属性,又可以根据属性显示相应的图形。
3.有利于学生信息的有序化管理。将学生档案信息与地理信息相结合,可快速、准确地进行学生信息的检索查询和定位。
4.有利于校园资源的更加经济有效的利用。如将校园的地理位置信息与学生的选课信息相结合,可以进行各种统计分析和空间分析,实现教室资源的优化配置。
5.有利于建筑物、管网信息的维护、动态监测和更新,从而提高管理水平。
6.由于使用了计算机管理,使管理信息便于传输,适合一家建设,多家共享。使用网络分析工具来优化资源调配,作各种应急处理,提高了决策的科学性。
7.在校园地理信息系统的建设方面做进一步的开发与研究。可以为城市数字化做一些基础牲及实验性的工作。
五、校园地理信息系统研究的主要功能
校园地理信息系统将校园内的图形、属性结合在一起,加以空间分析功能,在可视环境下解决与校园空间信息有关的信息查询、信息、空间规划、信息管理等实际问题。一般来说,校园地理信息系统应具有如下功能:
1.分层显示综合校园地图或专题校园地图。它能向用户提供校园地形图、现状图、规划图等方面的信息,并能够输出不同类型的地图。
2.查询功能。利用属性表的相关属性(如房屋名称、建筑面积、使用面积、主要用途等)对图上校园实体进行查询(由表查图);利用信息工具查询路线距离、区域面积等基本几何信息;同时可直接查询图上对象的相关属性(由图查表)。
3.统计功能。系统可按属性表的相关属性进行统计,并能以直方图、饼图、密度图等专题图的形式输出。
4.将学生信息与地图相结合,实现学生信息和其宿舍地理位置等图上信息的互查及维护,从而改善学生档案信息的管理,实现学生档案信息的地理定位。
5.加入多媒体属性,使用户可以通过图象、声音、文本、影象等各种多媒体来更清楚、全面地了解地图上地形、地物的地理位置及相互关系。对多媒体属性可进行制作、编辑、查询显示、维护等操作。
6.实现缓冲区分析和最短路径查询等空间分析功能。为校园的规划设计提供一定的辅助分析功能。
数字校园是建设信息化高校管理的必然趋势,引入GIS技术的数字校园系统将成为校园新的信息源。它的特点就在于将地理信息系统应用于校园,将校园基础信息与地理信息系统相结合。它可以将校园内的平面图、图形、多媒体信息(如图像、声音、文本等)和属性资料有机结合起来进行综合管理。通过系统可对校园内地理信息的各种要素进行汇总、统计和分析,也可以在屏幕上进行不同格式的地图输出。
总之,实现校园的全面数字化是一项复杂而庞大的工程,它一方面需要学校内部多方面相互配合,理顺学校的内部管理机制;另一方面,建设过程应统筹规划、分期进行。因此,校园地理信息系统应该首先规划出分类管理模块和功能模块,然后逐一实现每个模块的功能,同时还要考虑各个模块间的相互关系和信息交互,实现系统化管理。在这方面更深入的理论和实践研究,地理信息系统工作者可谓任重而道远!
参考文献:
[1]龚健雅,地理信息系统基础,北京:科学出版社,2003.
[2]万剑华、曲国庆、王心众、丁宁,地理信息系统基础教程,东营:石油大学出版社,2001.
[3]齐锐、屈韶琳、阳琳,用MapX开发地理信息系统,北京:清华大学出版社,2003.
