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篇1

[關(guān)鍵詞] 地圖制圖 地理信息 空間數(shù)據(jù)庫 可視化 數(shù)據(jù)挖掘 網(wǎng)格

地圖制圖學(xué)與地理信息工程是研究利用圖形科學(xué)、抽象概括地反映自然地理和社會經(jīng)濟各種要素和現(xiàn)象的空間分布、相互聯(lián)系、空間關(guān)系及其動態(tài)變化，并對空間地理環(huán)境信息進行獲取、智能抽象、存儲、管理、分析、處理和可視化，建立相應(yīng)的空間信息系統(tǒng)，以圖形和影像方式傳輸空間地理環(huán)境信息的科學(xué)。

隨著計算機、遙感技術(shù)的發(fā)展以及多學(xué)科理論的相互滲透，以地理空間信息數(shù)據(jù)庫、計算機地圖制圖、地理信息系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主體的數(shù)字化地圖制圖，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)手工地圖制圖，并正向以地理空間信息綜合服務(wù)為核心的信息化地圖制圖與地理信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，地理空間信息獲取的天、空、地一體化、信息處理的智能化、信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化正在成為信息時代地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的新特征。當(dāng)前，我省地圖制圖與地理信息系統(tǒng)工程的技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展與全國先進省份相比，還存在一定的差距。因此，進一步總結(jié)我省地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r，分析所面臨的挑戰(zhàn)和機遇，明確今后一段時期的發(fā)展方向，是十分必要的。

1 地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得的進展

地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科有其特殊的社會任務(wù)和科學(xué)任務(wù)。它的社會任務(wù)是：從社會需求出發(fā)，設(shè)計和制作不同種類的地圖，建立各類空間數(shù)據(jù)庫和專題地理信息系統(tǒng)，為資源調(diào)查與開發(fā)、工程建設(shè)與規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害治理、宏觀管理與社會應(yīng)用等服務(wù)。它的科學(xué)任務(wù)是：為完成其它任務(wù)提供一系列理論、方法和技術(shù)支持，如地圖空間認(rèn)知理論、地圖自動綜合理論和方法、空間數(shù)據(jù)不確定性理論和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)、空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)方法、空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、基于網(wǎng)格的地理空間信息管理與服務(wù)技術(shù)等。近年來，我省地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得了一些重要進展。

1.1 地圖制圖生產(chǎn)進一步實現(xiàn)了由手工模擬地圖制圖向現(xiàn)代計算機數(shù)字制圖的轉(zhuǎn)變

“十五”期間，我省地圖制圖生產(chǎn)基本實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的手工地圖制圖技術(shù)向現(xiàn)代計算機數(shù)字制圖技術(shù)的跨越式發(fā)展，地圖制圖與出版的數(shù)字化與一體化已成為我省地圖制圖生產(chǎn)的基本技術(shù)手段，基本改變了地圖制圖技術(shù)的落后狀況，提高了成圖速度，縮短了成圖周期，適應(yīng)了經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的需求。目前，常見的地圖制圖數(shù)據(jù)模型有兩種：面向計算機地圖制圖的數(shù)據(jù)模型和面向GIS的建庫數(shù)據(jù)模型。前者以滿足地圖制圖規(guī)范與圖式要求為核心，強調(diào)要素的符號化，以制圖效率與質(zhì)量作為評價標(biāo)準(zhǔn)，適合于地圖制圖；后者以地理空間對象（包含圖形信息、高程信息和空間關(guān)系信息）的表達為核心，不強調(diào)物理特征的符號化表達，以檢索查詢和空間分析效率作為評價標(biāo)準(zhǔn)，適合于計算機識別、空間分析和計算（簡燦良，2008）。有的專家提出一種同時面向地圖制圖和GIS的數(shù)據(jù)模型，將矢量地理信息與符號化地圖圖形數(shù)據(jù)進行有機融合，在統(tǒng)一平臺上一次性地完成地理信息的生產(chǎn)和更新、地圖制作及圖形信息再現(xiàn)。

1.2 初步構(gòu)建了我省基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)索引技術(shù)研究進一步深入

繼建立我省l:25萬、1:5萬數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫等之后，又建成了我省1:1萬數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫( 葉榮青，2007 )。各設(shè)區(qū)市l(wèi):2000、1:1000、1:500基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫也在建設(shè)之中，基本建立了福建省地理空間基礎(chǔ)框架，為我省區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)、科學(xué)管理和重大工程建設(shè)提供了及時可靠的基礎(chǔ)地理空間信息保障。但海量空間數(shù)據(jù)的組織與快速檢索仍是空間數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的一個重要問題。一種大數(shù)據(jù)量森林場景組織及其實時繪制方法（李建微、陳崇成等，2007），針對森林場景建模的復(fù)雜性和大數(shù)據(jù)量等特點，并在對比分析各種場景組織算法的基礎(chǔ)上，闡述了采用八叉數(shù)結(jié)構(gòu)(Octree)來組織森林場景的流程，提出了層次包圍盒+線性邊緣檢測的預(yù)裁剪算法，并將該算法應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量森林場景的實時繪制；通過實驗結(jié)果進行分析，得出了八叉樹結(jié)構(gòu)對場景不同劃分深度對繪制效率影響的規(guī)律，對大數(shù)據(jù)量的組織管理，進行有益探索。

1.3 省、市地圖集的編纂出版水平有了新的提高

20世紀(jì)70年代以前，由于受制圖技術(shù)手段、印刷工藝的制約，地圖產(chǎn)品多數(shù)為手工繪制或單色機器印刷的單張圖，地圖表現(xiàn)形式單調(diào)，內(nèi)容簡單。地圖集（冊）的編制出版工作也受技術(shù)制約，發(fā)展緩慢。1962年，我省編制出版了第一本《福建省地圖集》，直到1989年才編制出版第二本《福建省海岸帶與海涂資源綜合調(diào)查地圖集》。1995年之前，編制出版全國范圍的地圖冊一本，全省范圍的地圖冊兩本。上述圖集（冊）均為手工繪制，地圖符號、線劃較為粗糙，色彩表現(xiàn)力不強，內(nèi)容詳盡程度也受到一定影響。90年代后期，計算機技術(shù)的快速發(fā)展和四色印刷技術(shù)的應(yīng)用，地圖集（冊）的編制和出版也有了新的提高。相繼編制出版了《福建省農(nóng)業(yè)地圖集》（1995）、《福建省海島資源綜合調(diào)查地圖集》（1997）、《福建省自然地圖集》（1998）、《福建省普通地圖集》（1999）、《福建省歷史地圖集》（2004）、《福建省文物地圖集》（2007）、《福建省行政區(qū)劃地圖集》（2007）、《中國精品地圖冊》（2007）、《中國高速公路營運里程及城鄉(xiāng)公路網(wǎng)地圖集》（2007）、《中國城市間快速行車指南地圖集》（2007）、《福建省情地圖集》（2008），編制出版了全國性、區(qū)域性和?。ㄊ小⒖h）地圖冊幾十種。此外，還與臺灣大輿出版社聯(lián)合編制出版了《臺灣省地圖冊》。同時，還編制出版了福州、廈門、泉州市多媒體電子地圖。地圖集（冊）的編制呈現(xiàn)多方位、多品種、形式多樣、內(nèi)容豐富、信息量大的發(fā)展態(tài)勢，其應(yīng)用已涉及到各行各業(yè)，在國民經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、政府輔助決策中發(fā)揮了重要作用。

1.4 電子地圖和地理信息系統(tǒng)技術(shù)緊跟國內(nèi)先進水平，地理信息服務(wù)形式更加多樣化

隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計算機地圖制圖技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，各種專業(yè)應(yīng)用GIS中的電子地圖、多媒體電子地圖(地圖集)、網(wǎng)絡(luò)電子地圖、導(dǎo)航電子地圖等多種地圖可視化系統(tǒng)應(yīng)運而生。例如，福建省地圖出版社編制出版的《福州市電子地圖》（2001）、《泉州市多媒體電子地圖》（2003）、《福建省城市三維電子地圖》（2007）；福建省基礎(chǔ)地理信息中心研制的《福建省三維電子地圖》（2007）；福州市勘測院編制《福州之窗電子地圖》（2004）等。與此同時，用戶范圍也更加大眾化。

近年來，我省地理信息系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展，緊跟國內(nèi)先進水平。福州大學(xué)參與研究的國家863 計劃“面向網(wǎng)絡(luò)海量空間數(shù)據(jù)處理的大型GIS 開發(fā)”項目立足技術(shù)創(chuàng)新，在解決面向空間實體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲與索引、分布式計算等關(guān)鍵技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、可支持國家級空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大型地理信息系統(tǒng)（GIS）基礎(chǔ)軟件平臺?？臻g數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和空間應(yīng)用服務(wù)器可以在Unix/Linux 大型服務(wù)器上運行，具有TB 級空間數(shù)據(jù)處理能力、安全級別達到B2 級，可以支持局域、廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下空間數(shù)據(jù)的分布式計算，可供國家級空間數(shù)據(jù)處理與交換中心以及大型GIS 應(yīng)用工程使用。此外，福州大學(xué)還在國內(nèi)率先成功研究開發(fā)了基于XML Web Services技術(shù)、SOA體系架構(gòu)和SaaS運行模式的城市空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，通過對地理信息內(nèi)容和GIS 功能的集中管理，并為應(yīng)用開發(fā)人員提供基于Web Services 的二次開發(fā)接口，實現(xiàn)與各種Web 應(yīng)用的快速集成，從而為地理空間信息的應(yīng)用提供了基于GIS信息與應(yīng)用的公共服務(wù)平臺，為我國“數(shù)字城市”、政府和企業(yè)信息化建設(shè)提供了一種經(jīng)濟適用的地理空間信息應(yīng)用解決方案。地理信息系統(tǒng)研究結(jié)合福建省情，立足解決區(qū)域發(fā)展的實際問題，在不同行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

3S 綜合應(yīng)用與服務(wù)體系。福州大學(xué)通過開展二期國家863課題研究，以多時相、多類型的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（包括微波雷達遙感數(shù)據(jù)和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)）為信息源，以國產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟件為分析和管理工具，以全球定位系統(tǒng)為空間定位手段，以寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為信息傳輸，開展面向福建省國土資源、農(nóng)業(yè)、海洋環(huán)境和林業(yè)動態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)更新、信息管理和共享服務(wù)應(yīng)用示范系統(tǒng)的研究和開發(fā)；開發(fā)了省級、行業(yè)級和縣市級等不同空間尺度和主題層次的業(yè)務(wù)運行示范系統(tǒng)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)運行的面向用戶的數(shù)據(jù)交換、互操作和應(yīng)用服務(wù)。建立了“省―地（市）―縣”三級國土資源環(huán)境和林業(yè)專題應(yīng)用示范系統(tǒng)；開發(fā)區(qū)域海洋區(qū)劃和省級海洋監(jiān)測集成與服務(wù)系統(tǒng)；開展網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)在“3S”應(yīng)用系統(tǒng)中的集成，面向林業(yè)監(jiān)測應(yīng)用的多源遙感數(shù)據(jù)融合算法、面向林業(yè)或海洋應(yīng)用的數(shù)據(jù)挖掘、空間信息的表達、網(wǎng)絡(luò)共享與服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。如福建省林業(yè)信息共享服務(wù)平臺中的信息共享方案設(shè)計（梁娟珠、涂平，2006），以“數(shù)字林業(yè)”建設(shè)為背景，針對信息共享服務(wù)平臺建設(shè)中的信息共享體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫共享方案、數(shù)據(jù)交換體系三個主要方面提出福建省林業(yè)信息共享方案，并對信息安全問題進行了論述。基于?。厥校h信息共享平臺的大型3S 綜合應(yīng)用與服務(wù)體系，其成果先后獲得福建省科技進步一等獎和國家科技進步二等獎。

省級政務(wù)信息共享平臺。福州大學(xué)通過國家863課題開展省級政務(wù)信息共享平臺開發(fā)與應(yīng)用研究。建立 “?。兀ㄊ校h”政務(wù)信息寬帶網(wǎng)絡(luò)之上的信息共享服務(wù)樞紐。實現(xiàn)了分布式政務(wù)信息的訪問、查詢、轉(zhuǎn)換、下載、交換和集成，并提供用戶管理、安全管理、數(shù)據(jù)目錄管理、異構(gòu)數(shù)據(jù)共享和交換、協(xié)同辦公服務(wù)、分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的集成與應(yīng)用等綜合服務(wù)功能。面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)研究，根據(jù)電子政務(wù)建設(shè)對地理信息服務(wù)的實際需求，提出了地理信息服務(wù)體系和面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)層次結(jié)構(gòu)模型，提出了“體、層、條、塊”的地理信息服務(wù)體系分類方法，并用“塔、層、面、塊”的塔型結(jié)構(gòu)予以表達。探索和基本解決了面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)體系建設(shè)中的地理信息交互式可視化表達等五項關(guān)鍵技術(shù)。如數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施研究（吳升、王欽敏等，2006），針對當(dāng)前數(shù)字區(qū)域工程建設(shè)普遍存在的一些問題，提出“數(shù)字區(qū)域”應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的概念，對其研究背景、參考模型和面向信息共享的公共應(yīng)用服務(wù)平臺進行了論述。數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施是在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施上層的基礎(chǔ)設(shè)施，它為電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字城市等各種數(shù)字區(qū)域信息化應(yīng)用工程提供基礎(chǔ)性的應(yīng)用服務(wù)支撐。由專業(yè)信息服務(wù)機構(gòu)、管理辦法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)和公共應(yīng)用服務(wù)平臺構(gòu)成。信息服務(wù)機構(gòu)是數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的主體，是有效聯(lián)系信息需求方和信息擁有方的橋梁；公共應(yīng)用服務(wù)平臺是數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的核心，為區(qū)域信息共享和交換提供了統(tǒng)一的構(gòu)架和解決方案。其中，元數(shù)據(jù)管理和目錄服務(wù)平臺為信息的和查詢提供了“一站式”入口；信息共享與協(xié)作服務(wù)平臺實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫的信息共享和交換；地理空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺實現(xiàn)對地理空間信息的集中式共享。最后，總結(jié)了“數(shù)字福建”應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成果，對“十一五”“數(shù)字福建”工程的需求和發(fā)展作了展望。面向電子政務(wù)的地理信息系統(tǒng)研究（盧毅敏、汪小欽等，2006），主要針對電子政務(wù)GIS中基于Web的地圖技術(shù)、空間元數(shù)據(jù)技術(shù)、空間信息協(xié)同組織技術(shù)、空間信息可視化表達技術(shù)、地理編碼技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進行了具體的討論與應(yīng)用。

1.5 地圖自動制圖綜合研究取得了實質(zhì)性進展

人在制圖綜合過程中的思維方式主要表現(xiàn)為抽象思維、視覺思維。計算機能在多大程度上模擬人在制圖綜合過程中的思維方式，認(rèn)知科學(xué)采用功能模擬的方法來研究人腦思維規(guī)律，通過計算機按照模擬模型來模擬人腦的思維過程。其模擬結(jié)果的正確程度完全取決于模擬模型和輸入數(shù)據(jù)是否客觀、正確反映了人腦思維系統(tǒng)。當(dāng)前計算機模擬包括制圖綜合過程中基于聯(lián)系的歸納推理、基于過程的形式推理和基于規(guī)則的演繹推理；而對于制圖綜合過程中的視覺思維，計算機模擬起來就困難了。同時，用計算機模擬制圖綜合過程中人腦的思維方式，求解制圖綜合的問題，無論是數(shù)據(jù)處理還是知識處理，都必須具備問題形式化、可計算性、合理的復(fù)雜度等三個前提條件，這都是難度很大的問題。國內(nèi)很多學(xué)者在解決自動綜合的許多難題方面做了大量的工作，包括基于知識的自動綜合處理模型、基于遺傳算法的自動綜合處理模型、基于ABTM的自動綜合處理模型、基于彈性力學(xué)原理的自動綜合關(guān)系處理模型、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動綜合處理模型等等。特別是提出了自動綜合鏈及其自動生成的理論和方法，以及據(jù)此建立的自動綜合過程控制模型，為電子計算機按照模擬模型來模擬人在制圖綜合過程中的思維方式創(chuàng)造了十分有利的條件。福州市勘測院研制1:500到1:2000城市大比例尺地圖縮編系統(tǒng)，系統(tǒng)基于Visual Studio .Net開發(fā)平臺、FME2004數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺，綜合應(yīng)用C＃、、FMEObjects、MDL、數(shù)據(jù)庫、XML等計算機技術(shù)，采用MVC設(shè)計模式設(shè)計的、面向?qū)ο蟮慕M件式技術(shù)進行開發(fā)。實現(xiàn)要素合并、要素化簡、要素抽稀、要素移位以及縮編知識庫維護等。

1.6 空間數(shù)據(jù)不確定性研究進一步深化

空間數(shù)據(jù)的不確定性主要探討和研究空間數(shù)據(jù)誤差和不確定性，及其誤差傳播和控制的方法。不同空間分辨率DEM提取坡度不確定性研究（陳楠、湯國安等，2006）運用信息論與統(tǒng)計學(xué)一些指標(biāo)及比較分析的方法，以1:1萬DEM為研究對象｡定性地分析了在黃土丘陵溝壑區(qū)DEM空間分辨率對所提取的坡度信息的不確定性影響，并建立了定量的計算公式｡黃土高原丘坡信息DEM提取算法的應(yīng)用（陳楠、王欽敏等，2006），選擇代表黃土高原地貌類型（丘陵溝壑區(qū)､梁峁區(qū)､高原丘陵過渡區(qū)）的75個樣區(qū)（每個樣區(qū)約4 km2），以1:1萬水平分辨率為5m的DEM為研究對象，研究不同算法對提取地面坡度精度的影響，提出了對坡度和坡向精度進行評價的指標(biāo)，并獲得了以上指標(biāo)與分辨率的函數(shù)關(guān)系，所得函數(shù)關(guān)系可為實際工作部門選取適宜的DEM分辨率提供依據(jù)。

1.7 虛擬現(xiàn)實技術(shù)向通用化和實用化發(fā)展

空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)過去主要集中在虛擬地理環(huán)境的基礎(chǔ)理論及相關(guān)學(xué)科應(yīng)用技術(shù)的引進和研究。福州大學(xué)2002年以來選擇大場景、高復(fù)雜度、強交互的虛擬森林環(huán)境為研究對象，提出了基于虛擬現(xiàn)實、空間信息技術(shù)、圖形學(xué)等原理的分布式虛擬森林景觀的構(gòu)建原理，并在國際上首次按單樹建模―林分場景―森林景觀等三級尺度實現(xiàn)的技術(shù)體系。該研究小組已成為國內(nèi)進行系統(tǒng)地、持續(xù)開展虛擬森林環(huán)境的3個研究小組之一。主要完成的成果包括:（1）基于OpenGL開發(fā)了一個參數(shù)化單樹建模工具，并在其它應(yīng)用項目得到推廣應(yīng)用；（2）開發(fā)成功面向森林經(jīng)營管理需要的虛擬森林環(huán)境。該平臺實現(xiàn)2維GIS與3維仿真功能的緊密結(jié)合；（3）基于HLA的開發(fā)分布式協(xié)同森林滅火仿真原型系統(tǒng)。（4）基于本體技術(shù)開展了面向滅火決策的領(lǐng)域本體知識庫系統(tǒng)的研究與原型系統(tǒng)開發(fā)；（5）開展了基于L-system的南方果樹-芒果、龍眼的建模，實現(xiàn)了果樹在年周期和生命周期內(nèi)的生理生態(tài)生長發(fā)育過程3D表達；（6）初步探索了顧及光合作用的果樹生長的數(shù)學(xué)建模、三維建模，展示了在不同環(huán)境因子和經(jīng)營參數(shù)控制下龍眼的生長變化過程。林開輝，陳崇成等（2006）針對虛擬森林滅火仿真需要多種不同要素同時參與滅火仿真的功能需求，提出了一種基于HLA 的可擴展的分布式森林滅火仿真體系結(jié)構(gòu)?？捎糜诘乩矶嗑S信息的綜合管理、協(xié)同規(guī)劃、設(shè)計與決策等，可為數(shù)字省、數(shù)字城市、數(shù)字行業(yè)建設(shè)提供方法和技術(shù)支撐。虛擬現(xiàn)實技術(shù)中場景的建模和控制一直是人們關(guān)注的焦點，江輝仙、林廣發(fā)等（2006）應(yīng)用虛擬現(xiàn)實地理信息系統(tǒng)（VRGIS）技術(shù)建立庫區(qū)三維仿真系統(tǒng)，結(jié)合影響水土流失的各種因素，利用GIS對空間數(shù)據(jù)處理和分析的特殊功能，實現(xiàn)水土流失監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)數(shù)據(jù)與圖形的有機結(jié)合，提高水土流失監(jiān)測預(yù)報的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)具有三維性、交互性、多媒體集成性和境界逼真性。省基礎(chǔ)地理信息中心基于三維地理信息系統(tǒng)軟件開發(fā)福建省三維基礎(chǔ)地理信息平臺（政務(wù)網(wǎng)），實現(xiàn)三維地理信息的查詢、瀏覽，政務(wù)信息的查詢、瀏覽，專題地理信息的加載及地名地址信息的上傳、標(biāo)注等功能；開發(fā)了基于三維基礎(chǔ)地理信息的地震救災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、森林防火、核電規(guī)劃、交通規(guī)劃、城市三維、旅游三維、治安管理等專題三維地理信息系統(tǒng)。

1.8 空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)研究越來越受重視

面向地學(xué)和資源環(huán)境等領(lǐng)域應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)挖掘，除了能提取地理實體幾何特征知識外，還能發(fā)現(xiàn)空間分布、空間關(guān)聯(lián)、空間層次、空間演變等知識。福州大學(xué)面向資源與環(huán)境問題，以多源、異構(gòu)的海洋、林業(yè)、國土等行業(yè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)（如各類監(jiān)測臺站、衛(wèi)星遙感等平臺的監(jiān)測數(shù)據(jù)）為對象，開展多尺度空間數(shù)據(jù)的可視化挖掘提供理論框架、技術(shù)方法和原型系統(tǒng)研究，在空間離群點的識別與分析、空間關(guān)聯(lián)規(guī)則提取、高維空間數(shù)據(jù)聚類、高分辨率光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聚類等空間數(shù)據(jù)挖掘算法以及在空間數(shù)據(jù)挖掘的原始數(shù)據(jù)、挖掘結(jié)果的可視化表達以及挖掘過程的可視化交互探索方法等方向取得進展，推動了地區(qū)空間數(shù)據(jù)深度挖掘的研究與應(yīng)用水平，空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)取得了顯著進展。（1）基于時空統(tǒng)計的方法，如鐘春棋、曾從盛（2007），基于RS與GIS的福州市景觀格局動態(tài)演化研究，在RS與GIS技術(shù)支持下，利用1986年、1993年和2000年3期TM遙感影像，選取反應(yīng)景觀空間結(jié)構(gòu)和景觀異質(zhì)性的指數(shù)，分析了福州市區(qū)景觀格局及動態(tài)變化的特征。（2）基于空間關(guān)聯(lián)規(guī)則的方法，主要指空間對象之間的空間和非空間關(guān)系，如廈門市濕地時空演化的遙感動態(tài)分析（李春華、沙晉明，2007）：以廈門市近20年來多時相遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用RS和GIS技術(shù)提取濕地動態(tài)變化信息；綜合運用多項式回歸、馬爾可夫模型、虛擬地理環(huán)境技術(shù)對廈門市濕地時空演化趨勢進行模擬分析和定量預(yù)測研究，建立廈門市濕地動態(tài)變化系列圖譜。邱炳文， 王欽敏等（2007）采用Moran's I系數(shù)的自相關(guān)圖來表示土地利用及其影響因子的空間自相關(guān)性特征，并且在此基礎(chǔ)上建立了土地利用與影響因子的空間自回歸方程。（3）基于求解問題不確定性的方法，包括粗集理論(Rough Set Theory)和云理論(Cloudy Theory)；（4）基于可視化的方法，如土地利用與土地覆蓋變化信息的圖譜研究（余明、李慧珍，2007），應(yīng)用RS和GIS復(fù)合技術(shù)提取土地利用信息圖譜，從現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)、發(fā)展變化（凈變化與相互轉(zhuǎn)化）等方面進行土地利用信息定性和定量的分析，并建立了實驗區(qū)土地利用演變過程和空間擴展圖譜，其研究和建立的土地利用斑塊形態(tài)與擴展圖譜,在一定程度上反映了地學(xué)信息圖譜的“形-數(shù)-理結(jié)合”和“系列化”、“譜系化”、“模型數(shù)值化”的特征。（5）基于人工智能的方法，如陳楠、王欽敏等（2006）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動提取溝谷研究，提出了將提取溝谷的過程轉(zhuǎn)化為根據(jù)地形因子綜合判定地貌類型的過程的思想。應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析了6種地形因子與溝谷地形的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

1.9 地理信息網(wǎng)格與知識網(wǎng)格創(chuàng)新研究出現(xiàn)良好開端

知識網(wǎng)格是網(wǎng)格發(fā)展最新階段或表現(xiàn)形式，它是在人工智能和知識管理的基礎(chǔ)上形成的網(wǎng)格，是集計算網(wǎng)格和信息（數(shù)據(jù)）網(wǎng)格、知識發(fā)現(xiàn)平臺、決策支持系統(tǒng)為一體的智能網(wǎng)格。福州大學(xué)將時空數(shù)據(jù)挖掘、空間決策支持系統(tǒng)、信息可視化和人-機交互等技術(shù)引入網(wǎng)格計算環(huán)境，基于主流網(wǎng)格中間件Globus成功開發(fā)地理知識網(wǎng)格平臺（GeoKS-Grid），形成數(shù)據(jù)資源管理中心、資源監(jiān)控中心、任務(wù)管理中心、數(shù)據(jù)挖掘與決策服務(wù)中心、網(wǎng)格平臺管理中心等主要模塊，并在系統(tǒng)上部署了一系列網(wǎng)格服務(wù)，如基于MST的空間離群挖掘服務(wù)（以福建沿海土壤地球化學(xué)異常分析為例）、基于本體知識推理的土壤適宜性評價服務(wù)（以福建沿海地區(qū)熱帶水果種植應(yīng)用為例）、空間關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘服務(wù)（以漳浦縣林種與影響因子關(guān)聯(lián)分析為例）、城市空氣高架點源污染模擬服務(wù)（以廈門市SO2為例）、城市短期電力負(fù)荷預(yù)測服務(wù)（以廈門市為例）、海上化學(xué)品泄露污染擴散模擬服務(wù)（以福建湄洲灣易溶液化品為例）。該平臺擁有地理知識發(fā)現(xiàn)和輔助時空決策分析的功能，促進網(wǎng)絡(luò)地理信息共享與服務(wù)從單純的信息交換和互操作、集成處理上升到時空數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)、決策服務(wù)的深層次轉(zhuǎn)變，為地理知識服務(wù)網(wǎng)格平臺成為一個可視化、交互式、智能型的地學(xué)問題協(xié)同式求解環(huán)境奠定基礎(chǔ)。

1.10 地圖制圖學(xué)與地理信息工程理論研究

地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科中除了地圖投影、地圖綜合和地圖符號等傳統(tǒng)理論外，又增加了地圖空間認(rèn)知理論、地理信息傳輸理論、地圖視覺感受理論、地圖模型理論、地理空間信息語言學(xué)理論、地學(xué)信息圖譜理論、空間數(shù)據(jù)的不確定性理論等，地圖制圖學(xué)與地理信息工程科學(xué)的理論體系正在逐步形成。許多現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法都在地圖制圖學(xué)與地理信息工程科學(xué)技術(shù)中找到了自己的切入點，特別是現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法在地圖自動綜合和空間數(shù)據(jù)不確定性研究中的應(yīng)用。我省在這一方面取得一定的進展。

福建師大地理科學(xué)學(xué)院和福州大學(xué)空間信息工程研究中心致力于空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享的理論、方法與技術(shù)的研究與應(yīng)用示范研究。師大地理科學(xué)院作為主要成員參編的《地圖學(xué)基礎(chǔ)》由高等教育出版社出版，該書被全國高校選作教材，并獲全國普通高等院校優(yōu)秀教材二等獎；《地圖學(xué)原理》由科學(xué)出版社出版（2004年）；《地圖學(xué)》課程被評為福建省優(yōu)秀課程；《地圖學(xué)的改革與建設(shè)》經(jīng)國內(nèi)專家鑒定為國內(nèi)先進水平，獲福建師大優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎?！兜厍蛐畔⒖茖W(xué)導(dǎo)論》由科學(xué)出版社出版（2007年），作為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士與碩士研究生教材。福大空間信息工程研究中心近幾年從事數(shù)字區(qū)域的理論、技術(shù)與應(yīng)用，地理信息的建模理論與分析技術(shù)，空間數(shù)據(jù)挖掘的理論與方法，數(shù)據(jù)傳輸與信息安全技術(shù)等應(yīng)用研究。《人口經(jīng)濟學(xué)中的GIS與定量分析方法》（王欽敏等）運用GIS 理論、方法分析人口空間分布與相關(guān)自然和經(jīng)濟因子間的定量關(guān)系。建立了人口空間分布與經(jīng)濟發(fā)展之間關(guān)系的微分方程組模型，運用穩(wěn)定性理論揭示兩者之間的非線性動力學(xué)機制。對人口空間遷移變化與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，為人口空間遷移預(yù)測及政府決策提供參考。

以上所述地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得的進展基本反映了近年來本學(xué)科發(fā)展的面貌。

2 地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展趨勢和任務(wù)

通過總結(jié)地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科技術(shù)取得的進步、存在的問題和差距，進一步分析空間信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

2.1 以空間認(rèn)知為核心的地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科理論體系將進一步深化

空間認(rèn)知理論是地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的認(rèn)識論和方法論基礎(chǔ)。在空間認(rèn)知理論的指導(dǎo)下，地圖投影、制圖綜合、地圖符號等傳統(tǒng)地圖制圖學(xué)的基本理論將在新的條件下進一步深化；地理信息傳輸、地圖視覺感受、地圖模型、地理空間信息語言、地學(xué)信息圖譜、空間數(shù)據(jù)與空間分析的不確定性等地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的新理論在整個理論體系中的地位和作用、相互聯(lián)系、內(nèi)容的深層次研究將取得進展。目前，在地圖空間認(rèn)知研究方面，理論體系尚不完善，空間認(rèn)知過程研究不夠深入。現(xiàn)有的GIS 數(shù)據(jù)模型缺乏跟蹤現(xiàn)實世界實體變化的能力，因為它只保存實體的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，隨著地理信息系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用的普及和深入，人們開始認(rèn)識到地理信息系統(tǒng)應(yīng)該具有描述現(xiàn)實世界中各種時空變化的能力，既可以分析其過去，又可以預(yù)測其未來（發(fā)展趨勢）。這種想法導(dǎo)致了時空地理信息系統(tǒng)和時空數(shù)據(jù)模型概念的提出。今后要重點研究：(1)空間認(rèn)知理論體系框架；(2)空間認(rèn)知過程、實驗方法與技術(shù)；(3)地圖可視化系統(tǒng)中的“人―地圖”關(guān)系及表示方法。

地學(xué)信息圖譜研究不僅局限于表現(xiàn)，更是一種分析方法。地學(xué)信息圖譜是圖形、方法和認(rèn)知三者的綜合與統(tǒng)一。地學(xué)信息圖譜的研究起步工作主要有三方面：區(qū)域地理單元及其等級體系；地理單元的遙感影像特征分析；地學(xué)信息的表達方法。

2.2 地圖自動制圖綜合及其過程控制的智能化將取得進展并得到應(yīng)用

在基于大比例尺地圖數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)小比例尺地圖、多比例尺地圖數(shù)據(jù)庫的自動派生及一體化更新和 GIS中多尺度空間數(shù)據(jù)顯示等環(huán)境下，基于保質(zhì)設(shè)計的空間數(shù)據(jù)的自動綜合及其過程控制的智能化研究都是必要的。目前的研究離實際應(yīng)用還有很大的差距：一是自動綜合模型、算法還不具普適性；二是自動綜合結(jié)果還有不盡人意。今后研究的重點問題主要包括：(1)幾何信息的尺度依賴與空間認(rèn)知理論的聯(lián)系；(2)多尺度空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；(3)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)多尺度表達與在線式自動綜合理論與方法；(4)智能技術(shù)支持下的地圖自動綜合決策分析與自適應(yīng)操作；(5)自動綜合的智能化、過程控制與質(zhì)量評價；(6)三維城市模型的自動綜合；(7)地圖自動綜合的人機協(xié)同機制。

2.3 地理空間信息數(shù)據(jù)庫多源、多尺度數(shù)據(jù)一體化及面向?qū)ο蟀l(fā)展

我省基本實現(xiàn)多源、多尺度矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和高程模型數(shù)據(jù)一體化管理。需進一步研究：(1)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)融合的理論和方法；(2)海量數(shù)據(jù)高效快速索引技術(shù)；(3)基于圖形、影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)一體化的完全面向?qū)ο蟮姆椒ǎ?4)基于矢量、影像與高程模型數(shù)據(jù)融合的地學(xué)空間分析理論與方法；(5)基于矢量、影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)融合的三維可視化理論與技術(shù)。

2.4 空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)向與GlS集成的一體化和實用化方向發(fā)展

空間信息可視化及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的地形仿真和地理環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為人類的地理環(huán)境感知提供一種新的、更強大的工具。近些年來，出現(xiàn)不少利用現(xiàn)有的圖形圖像軟件與動畫軟件制作的地學(xué)信息可視化產(chǎn)品，如應(yīng)用3DS制作動畫，完成預(yù)定路線的地景觀察；運用OpenGL在微機或工作站上實現(xiàn)實時交互的、可立體觀察的虛擬地形仿真；運用Performer及MultiGen(三維建模軟件)在SGI工作站上完成地景建模與實時顯示；運用VRML(虛擬現(xiàn)實建模語言)在網(wǎng)絡(luò)上傳播虛擬地景信息等。空間信息可視化與地理環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為地圖學(xué)新的生長點，對于拓寬地圖學(xué)的研究領(lǐng)域和促進地理信息系統(tǒng)理論與技術(shù)的進步將產(chǎn)生重要作用。但是，從地理信息系統(tǒng)和空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實的關(guān)系來看，地理信息系統(tǒng)具有強大的海量空間數(shù)據(jù)存儲、管理、處理和分析功能，空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實具有多維動態(tài)可視化和實時交互式操作的效果，兩者優(yōu)勢互補，集成與一體化是一個必然的趨勢。需重點研究：(1)地理信息系統(tǒng)(GIS)與虛擬現(xiàn)實(VR)集成；(2)空間數(shù)據(jù)多尺度可視化表達的自適應(yīng)地圖符號系統(tǒng)；(3)面向時空模擬與仿真的演化模型；(4)空間信息可視化人機自適應(yīng)界面；(5)多維動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型及其表達體系；(6)基于空間信息可視化的協(xié)同工作與決策支持。

2.5 空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的研究正在興起，并向智能化發(fā)展

空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)是空間分析的拓展、延伸和深化，需重點研究：(1)空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)的理論體系；(2)空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)方法(基于時空間統(tǒng)計分析、基于空間關(guān)聯(lián)規(guī)則、基于求解問題不確定性、基于可視化、基于人工智能等)；(3)面向決策支持主題的分布式空間數(shù)據(jù)提取、預(yù)處理、變換、挖掘、模式解釋／知識評估；(4)數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)、算法、可視化的有機結(jié)合(形、數(shù)、理的統(tǒng)一)。

2.6 GIS運行實現(xiàn)跨平臺、互操作、資源共享和協(xié)同

地理信息系統(tǒng)(GIS)就其運行方式而言，經(jīng)歷了由單機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過程，網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(Web GIS)正逐步成為主流產(chǎn)品。目前的Web GIS還存在著數(shù)據(jù)和功能相對綁定、處理功能相對簡單、系統(tǒng)之間缺乏良好的互操作性等許多問題，還不能實現(xiàn)真正意義上的跨平臺、互操作、資源共享和協(xié)同工作。重點研究：(1)基于信息網(wǎng)格的新一代地理信息系統(tǒng)，即網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和總體方案；(2)基于信息網(wǎng)格的地理空間信息管理與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；(3)Grid與Agent集成模型；(4)地理空間信息服務(wù)與Grid集成模型；(5)基于網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)訪問與集成。

基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS 應(yīng)用軟件平臺研究與開發(fā)是要研究、開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS 應(yīng)用軟件平臺，實現(xiàn)分布式多源異構(gòu)地理信息的互操作和綜合利用。通過對地理信息內(nèi)容和GIS 功能的集中管理，并為應(yīng)用開發(fā)人員提供基于Web Services 的二次開發(fā)接口，實現(xiàn)與各種Web 應(yīng)用的快速集成。主要技術(shù)特點表現(xiàn)在：為用戶尋找地理信息服務(wù)提供統(tǒng)一的入口和中介；提供基于GML 和Web Services 的地理內(nèi)容和功能服務(wù)；自主開發(fā)、開放、跨平臺、可擴展。

基于GML 的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)研究。基于GML 的網(wǎng)絡(luò)GIS，是指GIS 中的所有數(shù)據(jù)都是表現(xiàn)為GML 文檔，這與傳統(tǒng)的GIS 不同。由于管理的數(shù)據(jù)對象發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的GIS 技術(shù)不能直接用于GML 數(shù)據(jù)的管理，因此必須研究基于GML 數(shù)據(jù)的管理技術(shù)，同時作為一個完整的網(wǎng)絡(luò)GIS，地圖信息可視化是必不可少的一部分，因此必須對基于GML的空間數(shù)據(jù)可視化進行研究。研究的具體內(nèi)容包括：基于GML 的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)；基于GML 的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)集成和轉(zhuǎn)換；GML 數(shù)據(jù)的Web 可視化研究；基于GML 的網(wǎng)絡(luò)GIS 原型系統(tǒng)。

2.7 空間數(shù)據(jù)不確定性由理論研究向空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評價與控制的實用化發(fā)展

由于現(xiàn)實世界的復(fù)雜性和模糊性以及人類表達能力的局限性，空間數(shù)據(jù)不可避免地表現(xiàn)出某種不確定性，研究空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析和應(yīng)用過程中的不確定性理論，直接關(guān)系到空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和應(yīng)用過程中的質(zhì)量控制、GIS空間分析的可靠性和數(shù)字地圖產(chǎn)品應(yīng)用的可靠性。其重點研究：(1)空間數(shù)據(jù)不確定性與數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容及評價指標(biāo)體系；(2)空間數(shù)據(jù)不確定性理論及其可視化方法；(3)屬性數(shù)據(jù)不確定性理論與方法；(4)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)的不確定性理論與方法；(5)空間數(shù)據(jù)不確定性關(guān)系模型和空間分析的不確定性；(6)多尺度空間數(shù)據(jù)融合的不確定性；(7)空間數(shù)據(jù)基于不確定性的數(shù)據(jù)質(zhì)量評估與控制模型。

2.8 嵌入式地理信息系統(tǒng)將向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域滲透

地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式與計算機技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，早期開發(fā)的GIS是基于工作站和桌面PC機的，這類計算機計算能力強、存儲容量大，能滿足GIS對計算機的性能要求。隨著嵌入式硬件技術(shù)（如嵌入式處理器、存儲器）和軟件技術(shù)（如編譯器、圖像壓縮算法、集成開發(fā)環(huán)境）的快速發(fā)展，GIS技術(shù)逐漸應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，構(gòu)成嵌入式地理信息系統(tǒng)。嵌入GIS由于其具有功耗低、資源消耗少、可靠性高、響應(yīng)速度快、體積小和重量輕等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于基于位置的服務(wù)LBS、車載導(dǎo)航儀、移動信息終端等嵌入式系統(tǒng)中，實現(xiàn)地圖瀏覽、地圖縮放、路線分析、數(shù)據(jù)檢索及地形分析等基本功能。重點研究：(1)嵌入式GIS通用硬件平臺；(2)嵌入式GIS中間件技術(shù)；(3)強實時響應(yīng)關(guān)鍵算法；(4)多種數(shù)據(jù)融合和高效空間數(shù)據(jù)壓縮算法；(5)支持二次開發(fā)的EGISM應(yīng)用軟件開發(fā)包。

未來地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展和理論和技術(shù)：

第一，空間認(rèn)知理論將促進地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的進一步理論化和科學(xué)化；

第二，基于保質(zhì)設(shè)計的空間數(shù)據(jù)自動綜合與細(xì)節(jié)分層(LOD)技術(shù)將促進空間數(shù)據(jù)的多尺度、多分辨化；

第三，空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)將促進地理環(huán)境的沉浸化；

第四，空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)將促進由源于符號獲取信息到源于信息獲取知識，實現(xiàn)知識獲取的自動化；

第五，網(wǎng)格(Grid)技術(shù)推動新一代地理信息系統(tǒng)的誕生，將促進資源共享與解決問題協(xié)同化；

第六，基于面向?qū)ο蠓椒òl(fā)展面向Agent技術(shù)將促進智能化；

第七，地理空間信息獲取、處理與應(yīng)用的一體化技術(shù)將促進GIS真正意義上的時態(tài)化；

第八，空間信息技術(shù)的全面嵌入和廣泛應(yīng)用將促進普適化。

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課題組成員：

1．簡燦良，福建省基礎(chǔ)地理信息中心，教授高工。

2．吳 升，福州大學(xué)，教授。

3．陳崇成，福州大學(xué)，教授。

4．戴文遠，福建師范大學(xué)，副教授。

篇2

關(guān)鍵詞　GIS　水工環(huán)專業(yè)　授課原則　教學(xué)效果

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A

0　引言

自上世紀(jì)60年代加拿大學(xué)者Roger　Tomlinson提出GIS（Geographic　Information　System，　地理信息系統(tǒng)）學(xué)術(shù)構(gòu)想標(biāo)志著該學(xué)科誕生以來，經(jīng)過約半個世紀(jì)的發(fā)展，GIS歷經(jīng)了萌芽、壯大與普及的多個階段，已經(jīng)從一個單純的技術(shù)工具演變成為了地球信息科學(xué)的重要組成部分。①其理論體系、系統(tǒng)功能和應(yīng)用范圍都經(jīng)歷著顯著的拓展，尤其是它豐富的制圖表現(xiàn)力、強大的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)管理以及空間建模功能吸引著越來越多的科技人員把它作為專業(yè)研究的得力工具。

水工環(huán)行業(yè)是較早引入和應(yīng)用GIS技術(shù)的領(lǐng)域，兩者之間的融合呈現(xiàn)越發(fā)密切的態(tài)勢，這一點可以從國家地調(diào)局持續(xù)、高額度優(yōu)先資助此方向科研項目的事實中得到佐證。新的研究成果不斷涌現(xiàn)，中國期刊網(wǎng)每年發(fā)表的相關(guān)文章數(shù)量幾乎以幾何級數(shù)的趨勢增長。為了順應(yīng)形勢，許多高校下大力氣開展GIS教育，特別是水工環(huán)專業(yè)，大多開設(shè)了GIS課程，而且作為專業(yè)必修課程對待。顯而易見，要想學(xué)好這門多學(xué)科交叉、滲透特點顯著的課程，不能生搬硬套信息工程專業(yè)的授課方式。筆者根據(jù)長期以來教授該門課程的心得體會，總結(jié)出了十個教學(xué)原則，在教學(xué)實踐應(yīng)用中取得了良好的效果?，F(xiàn)成文如下以饗讀者。

1　教學(xué)十原則

1.1　認(rèn)清對象　準(zhǔn)確定位

水工環(huán)專業(yè)的畢業(yè)生主要投身于各類國民經(jīng)濟建設(shè)的主戰(zhàn)場，從事資源探查、環(huán)境分析與地質(zhì)勘察的調(diào)查或研究任務(wù)，學(xué)習(xí)GIS的最終目的是“學(xué)以致用”：即期望能夠利用GIS技術(shù)方便快捷地幫助完成問題，提高工作效率。比較而言，專業(yè)主干課程與GIS課程是一“主”一“輔”，一“體”一“用”。因此對該專業(yè)學(xué)習(xí)者來講，GIS不能脫離工具型學(xué)科的基本性質(zhì)，而成為不可親近的“象牙塔”上的學(xué)問。筆者依據(jù)授課對象的特點，將該門課程的總體目標(biāo)進行定位：（1）增強利用GIS解決實際專業(yè)問題的意識與熱情；（2）掌握GIS在空間數(shù)據(jù)輸入、管理、顯示、查詢、分析等方面的基本技能；（3）熟悉運用GIS進行空間分析與模擬的基本過程。

1.2　分析需求　增刪內(nèi)容

調(diào)查表明，水工環(huán)專業(yè)的從業(yè)者應(yīng)用GIS主要集中在如下3個方面：（1）利用GIS的數(shù)據(jù)顯示功能進行專題圖件的編制。這也是多數(shù)使用者的最基本應(yīng)用；（2）建立不同級別的專業(yè)空間數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)多源、海量數(shù)據(jù)的集中化存貯和管理；（3）利用GIS的空間分析與建模功能實現(xiàn)地質(zhì)現(xiàn)象或過程的表達、模擬、評價和預(yù)測。與此需求相適應(yīng)，授課內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理和組織原理、空間分析技術(shù)和空間建?；痉椒ǖ葍?nèi)容，而其它的內(nèi)容，比如OpenGIS、網(wǎng)絡(luò)GIS、GIS標(biāo)準(zhǔn)化等，與學(xué)習(xí)者的主體訴求相差太遠可以簡單帶過甚至忽略。教學(xué)內(nèi)容作此增刪處理后，主次分明，重點突出，貼合學(xué)習(xí)者未來工作需求，也減輕了負(fù)擔(dān)。實際上，想在課堂教學(xué)上面把現(xiàn)代GIS技術(shù)的每個部分都作深刻剖析，面面俱到而無遺漏，無論是教學(xué)時間還是學(xué)生的知識儲備，都是無法滿足的，也沒有必要。

1.3　理論先行　重視技能

扎實的理論基礎(chǔ)與熟練的操作技能是本門課程的基本目標(biāo)，兩者不可偏廢。教學(xué)中過多地強調(diào)基本理論，忽視技能訓(xùn)練，容易使學(xué)習(xí)者喪失熱情，進而反感厭學(xué)；或者易造成眼高手低的后果。當(dāng)然也不宜把課堂教學(xué)變成GIS實習(xí)培訓(xùn)，為重視操作技巧而放棄理論學(xué)習(xí)。缺乏基本概念與理論的指導(dǎo)，GIS的應(yīng)用操作難記易忘，觸類旁通更是難上加難。

1.4　重點剖析　演示操作

對于教學(xué)內(nèi)容中的重難點，宜采用細(xì)致分析結(jié)合演示操作的方法進行講授。條分縷析的目的是使學(xué)習(xí)者吃透知識點的本質(zhì)和內(nèi)涵，軟件的操作演示則可以增加印象。比如筆者在講授“空間數(shù)據(jù)模型”章節(jié)時，花費1學(xué)時的時間，利用圖形、表格、動畫等多種形式對Spaghetti模型（以shp數(shù)據(jù)格式為代表）和基于Node-Arc的拓?fù)淠Ｐ停ㄒ詂overage數(shù)據(jù)格式為代表）做了仔細(xì)認(rèn)真的解剖，并利用ArcGIS　Desktop軟件分析演示了兩種典型的矢量數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點，頗受歡迎。

1.5　啟發(fā)教學(xué)　寧導(dǎo)勿牽

孔子曾經(jīng)說過：“不憤不啟，不悱不發(fā)?！薄τ诮?jīng)過自己頭腦思考、處于“憤”和“悱”的學(xué)生，教師“啟”和“發(fā)”，點撥一番，往往會達到意想不到的教學(xué)效果。教學(xué)過程中，靈活應(yīng)用“啟發(fā)式教學(xué)方法”，在教師主導(dǎo)作用下，學(xué)生進入主體角色，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的整個過程中保持著主動性，主動去提出問題，主動去思考問題，主動去發(fā)現(xiàn)問題，主動去探索問題。②

“地圖投影”章節(jié)由于基本概念抽象、知識點多，一直令初學(xué)者頗感頭疼。筆者在教學(xué)中首先講解了地圖投影的問題由來、主要矛盾以及解決方法后，通過操作演示講解了正軸圓錐投影的特點后，繼續(xù)利用軟件演示的方法引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)了圓柱投影和方位投影的特點，并對每種投影的適用原則進行了歸納和對比。避免了填鴨式的呆板方式，以直觀、形象的圖形語言替代僵硬、晦澀的語句解釋，順利地解決了這個難題。

1.6　上機實習(xí)　聯(lián)系實際

上機實習(xí)是GIS學(xué)習(xí)者掌握實際操作技能的必要步驟，也是利用GIS技術(shù)解決專業(yè)問題的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。為了配合課堂講授內(nèi)容，強化記憶，提高應(yīng)用能力，筆者編寫了一本GIS上機實習(xí)指導(dǎo)手冊，采用圖文結(jié)合的方式，一步一步地引導(dǎo)初學(xué)者練習(xí)使用GIS。涵蓋的內(nèi)容既包括數(shù)據(jù)錄入、編輯、顯示、空間分析等入門功能，也包含3個水工環(huán)領(lǐng)域的真實研究案例。上機實習(xí)的時間安排與同內(nèi)容的課堂學(xué)習(xí)時間同步，理論緊密聯(lián)系實踐，相得益彰。

1.7　興趣為基　適度擴展

對于部分對于GIS技術(shù)表現(xiàn)出強烈、持久的興趣而又學(xué)有余力的同學(xué)，筆者則因材施教，單獨輔導(dǎo)。引導(dǎo)他們?nèi)ニ褜?、下載、閱讀相關(guān)研究文獻，尋找興趣點，為未來的研究作知識儲備。另外，筆者還準(zhǔn)備了兩個學(xué)時的GIS技術(shù)前沿介紹，以討論會的方式與同學(xué)們一起暢想水工環(huán)行業(yè)的GIS技術(shù)應(yīng)用潛能。當(dāng)然，這樣的活動是在不影響基本教學(xué)任務(wù)的前提條件下進行的。

1.8　項目示例　學(xué)以致用

很多學(xué)習(xí)者能夠比較輕松地掌握GIS的基本理論與初級使用技能，但一到真正解決專業(yè)問題就顯得力不從心，無從下手，心中留有“GIS怎樣用”的疑問。究其原因是沒有學(xué)會利用GIS語言和思維來解析專業(yè)應(yīng)用。這個教學(xué)原則正是針對該難題而設(shè)立的。筆者在教學(xué)中引用了兩個專業(yè)案例（一個是土壤侵蝕評價，另外一個是滑坡災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃），從目標(biāo)確定、問題分解、執(zhí)行分析、模型細(xì)化與驗證等各個環(huán)節(jié)展示了GIS空間建模的全過程。通過這種“解剖麻雀”的方式帶領(lǐng)學(xué)生進入GIS應(yīng)用的高級階段。

1.9　主動學(xué)習(xí)　利用資源

多讀專業(yè)文獻，多與他人啟發(fā)交流，多進行實踐操作是提高GIS應(yīng)用水平的不二法門，但這些訓(xùn)練無法在時間緊張的課堂教學(xué)活動中進行，自主學(xué)習(xí)卻是一條很好的途徑?！∽灾鲗W(xué)習(xí)者通常設(shè)定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，及時了解自己所處學(xué)習(xí)處境或能力層次，充分利用圖書館、網(wǎng)站、專業(yè)論壇等資源執(zhí)著探索（比如http：//網(wǎng)站中就有非常豐富的GIS學(xué)習(xí)材料），不達目標(biāo)不罷休。主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣可以幫助學(xué)習(xí)者極大地提高學(xué)習(xí)效率。③學(xué)習(xí)的自主性、主動性和創(chuàng)造性愈強，學(xué)習(xí)效果也就愈佳。

1.10　靈活考查　比例合理

教學(xué)的目標(biāo)，就是使學(xué)生成為“學(xué)會認(rèn)知”的主體，使學(xué)生自己掌握學(xué)習(xí)的方法，提高創(chuàng)新的能力。一言以蔽之：教，就是為了不教，而課程考查恰是考量教學(xué)目標(biāo)是否完成的重要手段?？疾榧纫芊从吵鰧W(xué)習(xí)者對于基本概念、理論的掌握程度，同時也要能夠體現(xiàn)出對于GIS使用技能的熟悉情況，因此課程考查應(yīng)該由多個部分組成。筆者在教學(xué)實踐中，采用開卷考試和GIS應(yīng)用實踐報告的組合形式，兩者權(quán)重各為50%。

2　結(jié)論

作為一門新興的交叉滲透性學(xué)科，GIS要求應(yīng)用者需要具備一定的制圖學(xué)和計算機科學(xué)基礎(chǔ)，也要有過硬的專業(yè)知識儲備。對于水工環(huán)專業(yè)的學(xué)習(xí)者來說，他們沒有參與過相關(guān)計算機學(xué)科的學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)相對薄弱，專業(yè)知識也有所欠缺。如何給他們上好GIS課程是對教師的一大挑戰(zhàn)。遵循本文提出的十項授課原則，可以使教學(xué)有的放矢，收放自如。教學(xué)形式變得活潑，調(diào)動了同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性，又同時使學(xué)習(xí)者了解了GIS技術(shù)在本學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的強大潛力，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)，做到了理論、原理與實踐的良好融合。實踐表明，授課對象愿意接受這種教學(xué)方式，對于該課程中的重難點內(nèi)容能夠較好地理解與掌握，并能夠利用GIS技術(shù)進行專業(yè)問題的分析與模擬，達到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

注釋

①　陳述彭，魯學(xué)軍，周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].科學(xué)出版社，2002.