地理信息科學進展

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地理信息科學進展范文第1篇

近年來，環境信息科學(EnvironmentalInformationS。iences，或EnvironmentalInformaties，或Enviromatics)作為一門新興的交叉學科得到了快速的發展，早期單一的工程方向“環境信息化”正在發展成為一門多學科理論交叉、多技術手段集成的新興學科領域〔。國際環境信息科學學會(InternationalSocietyfo;EnvironmentalInformationSeienees，ISEIS)作為這一領域的學術組織，致力于發展信息技術在環境領域的應用，提供環境信息系統研究領域的多學科交叉，以促進環境信息系統研究領域的國際交流。國內在環境信息科學的一些主要論題包括環境信息系統、環境遙感、環境模型、環境可視化、環境信息處理等方面都開展了一些研究工作。20世紀90年代以來，環境信息化發展迅速，特別是從上至下的各級政府主管部門環境信息系統的建設極大地推動了這一工作的進展，環境地理信息系統則已成為實現環境信息化的主要途徑。地理信息系統在環境領域的應用，正在從初期的信息管理、環境專題制圖發展到Gls與環境模型集成陳、3S技術集成的多媒體環境系統、基于Gls的環境污染擴散模擬基于GIS的環境治理決策支持系統等。遙感技術在環境科學與工程領域有著廣泛應用，一些主要領域包括大氣污染遙感、水環境遙感、固體廢棄物遙感監測、城市熱島效應與熱環境監測、植被遙感、景觀格局遙感監測、海洋環境監測等。環境建模與模擬一直是環境工程研究的重要內容，一方面，各種數學模型、物理模型、統計模型在環境信息科學中得到大量應用，另一方面，基于環境過程機理的計算機模擬模型、元胞自動機(CA)模型、智能體(Agent)模型等也在環境領域受到重視。數據挖掘與知識發現是從海量數據庫中挖掘和提取對決策分析有用的、先前未知的隱含模式和規則的過程，筆者在1999年即面向環境信息化與數據挖掘技術的發展，試圖將二者結合，提出“環境數據庫中的知識發現”并進行了初步研究。可視化是表達和傳輸環境信息有效的形式，通過三維可視化、三維模擬實現環境現象、過程的真實感表達，能夠更加逼真地傳輸環境信息。近年來，虛擬現實技術在環境科學與工程領域的應用中受到了研究人員的重視卿。“虛擬地理環境”是虛擬現實技術支持下地球科學研究的創新平臺，依托這一平臺，能夠進行環境科學與工程相關的理論研究、技術開發、工程實踐、模擬決策等活動。針對環境信息技術集成應用的趨勢，聶慶華提出了“數字環境”的概念，數字環境是環境信息化的過程和結果，是三維顯示的數字虛擬環境，包括環境信息數字化、環境信息傳輸網絡化、環境分析模型化和環境空間決策的智能化、環境過程和管理可視化。盡管國內目前在環境信息科學各個分支方向的研究非?；钴S，但缺乏整體性、系統性的認識和探討。本文在分析環境信息科學研究進展的基礎上，基于環境信息流和信息分析處理構建了環境信息科學的體系結構，并以煤礦區環境監測治理與管理為例，全面分析了環境信息科學理論、方法與技術的應用，以期促進環境信息科學研究及其在構建和諧社會、推進可持續發展中的應用。

2環境信息科學的體系結構及其在煤礦區的應用

2.1環境信息科學的體系結構盡管環境信息科學的概念提出已有近20年的時間，但從目前國內外研究的現狀來看，對于環境信息科學的概念、學科體系還缺乏明顯的定義。已有的一些環境信息科學研究計劃中界定的范疇也不盡相同。因此，從促進環境信息科學研究的視角出發，首先需要對環境信息科學的體系結構進行界定。HuangGH等川提出的環境信息科學的構成要素及相互之間的關系，這是當前引用較多的環境信息科學體系結構。，環境信息科學是多學科集成的領域。傳感器綜合技術和通信技術的發展使得大尺度地面采樣技術成為可能，處理不同特征、尺度和復雜性問題的模型綜合成為新的挑戰，包括不同模擬、優化、評價模型以及相關信息技術與平臺的合并，不同技術輸人與輸出之間的聯接，社會經濟因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基礎上，HuangGH等提出基于環境信息科學研究的環境決策支持系統計算機系統，USGS的研究報告’)中，將環境信息科學定義為:環境信息科學是為加強對不同復雜程度的環境現象的理解，并提出新的認識的，集成物理、生物學、計算機和信息科學的多學科方法的研發、試驗和應用的學科。不同定義都強調環境信息科學的多學科交叉、以信息技術為支持、解決復雜環境問題的特點。Huang等川的觀點顯然更強調以遙感、地理信息系統和GPS技術為基礎的空間信息技術與環境科學和工程的交叉，而USGS的定義則重點強調了現代計算技術、人工智能等在環境領域的應用，特別是USGS在其未來環境信息科學發展規劃中重點強調了計算智能等技術的應用。基于以上觀點以及國內外研究的進展，結合我們的研究實踐與認識，以環境信息流和環境信息處理分析為主線，可以構建環境信息科學的體系結構環境信息科學的理論基礎來源于面向環境科學與工程領域需求的多學科理論交叉，技術支持在于面向環境信息流的多技術手段集成，最終通過不同學科領域方法模型的綜合，實現環境科學與工程各個階段、各個過程的目標和任務。因此，需要從多學科理論交叉與多技術手段集成的角度推進環境信息科學研究。

2.2環境信息科學在煤礦區綜合應用的研究從一定意義上來講，環境信息科學并不是一門獨立存在的新興學科，而是諸多學科的交叉和集成。不同學科在研究過程中，特別是遙感與地理信息系統應用、資源環境規劃與城鄉管理、環境影響評價、信息科學、計算機技術等領域都從不同的角度開展著與環境信息科學密切相關的內容，這些學科的研究成果是促進環境信息科學發展的基礎和關鍵。換言之，以前進行的研究工作往往是從環境信息科學的開展的相關論題研究，其重點還在于不同學科方向，但已經構成了環境信息科學研究的基礎層。為了促進環境信息科學的研究，需要改變從外部到內部的“包圍型”研究模式，努力推進從核心到的“拓展型”發展模式，即從環境信息流出發，組織和集成相關學科的研究，特別是在不同學科交叉鏈接的關鍵論題上開展深入研究，以便形成適應環境信息科學體系與研究需求的理論方法體系和應用技術系統。煤礦區作為1種以資源開采為驅動力發展起來的特殊地理區域，由于煤炭資源開采(以下僅涉及地下開采礦區)破壞上覆巖層原始應力狀態，導致地下水流失、地面塌陷，進而引發土壤污染、水土流失，礦山排研形成的研石山壓占大量土地，堆積物導致嚴重大氣污染和土壤損害，甚至引發各種地質災害。因此，煤炭區是1種典型的由于礦山開采導致的景觀破壞、環境污染、生態退化的復雜區域，煤礦區的環境問題具有明顯的復雜性。目前，對于煤礦區生態環境主要的研究視角包括:(l)從煤礦開采損害角度出發研究開采沉陷與地表變形預計、監測與治理;(2)從煤礦區土地資源管理角度出發研究煤礦區土地利用/覆蓋變化與生態響應;(3)從煤礦區地質環境角度出發研究礦區地質環境評價與地質災害預防，(4)從煤礦區水資源環境角度出發研究礦井水害、水污染與水資源調控;(5)從景觀格局生態學角度出發研究煤礦區景觀格局;(6)從地理環境演變角度出發研究煤礦區地理環境演變與模擬;(7)從遙感與GIS應用角度出發研究礦區資源環境遙感與信息系統;(8)從大氣污染角度出發研究煤礦區大氣污染評價與控制;(9)從經濟學角度出發研究煤礦區環境經濟評價;(10)從管理學與可持續發展角度出發研究煤礦區環境規劃、環境管理與可持續發展決策;等等。對以上不同視角的研究進行綜合分析，可以看出多主題、多要素的時空環境信息是其中的關鍵，任何視角的研究都需要充分的信息和數據的支持、需要環境信息和背景信息的集成、需要計算機信息系統和分析工具的支持、需要環境知識和其它領域知識的交叉和集成。因此，從環境信息科學的角度出發，可以集成現有的研究工作，充分應用相關學科已有研究成果，通過成果整合與集成，在推進環境信息科學研究的同時，也進一步推動相關領域的研究。實現整合的關鍵在于不同研究視角之間的關聯關系構建、鏈接邊界選擇、信息傳輸反饋、系統相互作用。按照該研究框架，煤礦區環境信息科學的重點在于多學科研究的交叉點，主要包括:(l)基于采礦環境影響機理的模型建立、參數獲取;(2)各種環境模型的建立、參數提取與模型驗證(面向環境系統分析的環境評價、污染擴散、環境演變模型和面向環境管理決策的規劃模型、優化配置、動態演變模型以及環境保護治理與生態重建方案設計);(3)面向環境監測的遙感信息源選擇與圖像處理、環境信息提取與分析，以及組織、集成與管理多種環境相關信息的數據庫設計與建立;(4)環境信息系統、地理信息系統平臺下的模型解算與解釋、分析結果可視化與應用;(5)集成信息、模型、數據庫、系統、知識的環境決策支持系統(專家系統)構建。(6)資源一環境一人類一計算機系統中的信息流與信息應用。

地理信息科學進展范文第2篇

關鍵詞：GIS；水文學；水資源管理

中圖分類號：P407 文獻標識碼：A

地理信息系統，簡稱GIS，是一種結合了地球科學、空間科學、信息科學3種混合交叉的綜合學科，主要應用信息科學和管理的計算機技術。地理信息系統能夠搜集、存檔、分析和提檔各種信息。GIS既能整合屬性數據，還可以整合空間數據，建立起地理的空間模型，再把模型存儲入計算機，日后能夠及時、方便的查詢到有用的地理信息，方便描述、模擬和預測。

1 地理信息系統的簡介和發展歷程

地理信息系統，英文簡稱GIS，從20世紀60年代出現，歷經了數十載，已經發展成一門新興地理科學。GIS能夠綜合考慮地域因素、地理分析、前景動態，做出主觀判斷，因此，常稱GIS為地理學科的第3種語言。地理信息系統擁有信息收集、存儲、分析、對比、解釋和輸出等功能。由于這種系統的特點鮮明，所以在世界范圍內應用的很廣泛，發展十分迅速。現在，就我國來說，地理信息系統主要應用在城市建設、國土規劃、森林監察、農作物管理和水土資源管理等方面。

地理信息系統以計算機技術和傳感技術為基礎，以建立空間信息模型為表現形式，對整個地域的地理信息進行全方位的掌控。地理信息系統會分析數據、分析結果，及時更新數據庫里的信息，同時應用傳感技術對特殊的影像進行高精度的測量，又構建模擬的數學模型。地理信息系統會編碼每個點的坐標，形成先定位，后定性的搜索模式。地理信息系統還能進行多層次的數據分析，結合傳感器的反饋數據，自動制圖。能夠處理空間數據是地理信息系統與其他系統區別的標志，也是地理信息系統的技術要點。

2 GIS在水文學及水資源管理中的應用

2.1 GIS在水文模擬中的應用

許多水文學的案例都具有三維空間特點，所以水文模擬一般采用三維空間分配模型。GIS在水文模擬中的應用，主要指的是獲得、顯示和操作與分配模型有關的空間數據和實驗結果，進而細化水文模型，得到水文學的實質，深入了解水文學。GIS其實由2個單獨的實體構成，只有把2者結合才能得到科學的地理數據，所以通過加強2個實體間的結合來改造水文模擬。最新的方法是把統計分析技術和數學方法結合，在水文模擬中取得了不錯成就，例如洪水預測、水污染預估和水文分析等。

2.2 GIS在水文數據管理中的應用

水文數據的結構較復雜，GIS的使用，使水文數據的管理變得輕松。一般水文數據的管理包含地理數據的管理、矢量和標量數據的管理、傳感數據的管理和水文模擬數據的管理等。

在我國，GIS主要用于管理水質數據、供水數據和傳感數據等。因為水質部門對水質數據的準確度要求高，所以GIS在水質部門的應用力度在逐年攀升。由于目前GIS技術的發展，水文工作者可以進行深層次的研究，結合現代的制圖軟件和自動制圖工具，GIS的利用率已經很高。GIS不僅實現了數據管理和分析的能見性，還把傳統的數據管理層次提高了。

2.3 GIS在水資源和環境管理中的應用

全球變暖等氣候問題和環境保護問題一直是世界范圍內的熱點問題，其中水資源和環境管理是其一部分內容。GIS在水資源和環境管理中的主要作用引導決策者做出最科學的判斷、對水資源管理制定目標、進行規劃和透明化技術等。

由于GIS在水資源管理中是靈活性較大的技術，所以它可以打破傳統管理中的束縛。外國在這方面提前做出表率，已經在GIS的基礎上建立了各種不同尺度的計劃，有的國家已經應用GIS對水資源管理系統做出模擬預判，有很好的發展前景，為以后國家水資源的管理政策的制定提供了合理的方向。GIS同樣廣泛地應用于區域水資源和環境管理中。例如，英國利用沿岸植物品種數據的多變量生態分析來識別英國河流的環境優化程度，將GIS綜合到數據管理系統中，把可視化、擴散模擬和地域分析結合起來產生實際的或模擬的環境優化程度，求得由植物品種信息得出的與環境優化程度密切相關的成果。

我國從20世紀90年代就建成了國家級的地理信息系統，在全國水資源規劃管理中同樣有著舉足輕重的作用。例如，南水北調工程在計劃之初就做好了各種模擬和預判。在國內，上海市環境管理部門于20世紀80年代末開始GIS的應用研究，并建立了黃浦江流域水環境地理信息系統，系統具有動態監測顯示、水污染過程模擬及取水口水環境管理功能，并可對水質進行快速的預測分析。

3 結語

由于21世紀是信息化的時代，計算機的應用可以對信息做出快速和準確的預判。GIS擁有很強的數據管理和分析能力，可以為水文學和水資源管理做出很大貢獻。水資源管理會涉及到許多方面，在對水資源進行管理時，需要應用合理的系統，再結合科學的方法和計算機技術來進行管理。GIS正在朝著人工智能的方向發展，水資源管理者的任務正在減輕，所以，只有建立起完善的水資源管理系統，才能對水資源進行現代化的管理。

參考文獻

[1] 魏文秋，于建營.地理信息系統在水文學和水資源管理中的應用[J].水科學進展.1997，8（3）.

[2] 李相明.遙感和地理信息系統在水資源管理中的作用[J].棗莊師專學報.2001，18（2）.

地理信息科學進展范文第3篇

關鍵詞：Web-GIS；北海老街；虛擬旅游

1 概述

隨著旅游行業的高速發展和“互聯網+”的興起，虛擬旅游的研究已經逐漸成為熱點。GIS （地理信息系統）是一門綜合性學科，結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，已經廣泛的應用在不同的領域，Web-GIS（網絡地理信息系統）是Internet技術應用于GIS開發的產物。

北海老街（珠海路）是北海市歷史文化名城的核心開發街區，對北海的旅游產業起著支撐作用。珠海路歷史悠久，商業傳統優良，是北海歷史和風俗及市民生活的濃縮地帶。旅游產業規模不斷擴大，經濟效益日益突出，然而一些問題也日益凸顯，對外宣傳力度不夠，不能及時的旅游信息和進行旅游咨詢活動，市場潛力未得到充分開發。應用Web-GIS等技術實時旅游信息、實現數據共享，使游客能夠直接通過互聯網實現數據訪問，實現空間數據瀏覽、查詢，對促進北海老街的旅游發展具有非常重要的意義。

2 Web-GIS概述

網絡地理信息系統（Web Geographic Information System，Web-GIS），是指基于Internet平臺，運用在Internet上的地理信息系統，包括Web-GIS瀏覽器、Web-GIS服務器、Web-GIS編輯器、Web-GIS信息四個部分，是地理信息技術和互聯網技術結合的產物。Web-GIS與傳統GIS相比具有如下優勢：全球化服務應用、分布式動態系統，良好的可擴展性、良好的兼容性等。

Web-GIS主要具有如下幾個功能：

（1）在全球范圍內通過多種手段獲取地理信息，把已存在的圖形數據轉化為 Web-GIS 的基礎數據，提高數據共享和傳輸效率；

（2）不同地區的客戶端利用瀏覽器的交互能力，實現圖形及屬性數據的查詢檢索；

（3）實時完成在服務器端為瀏覽器端提供模型參數的分析與計算，并即時將計算結果以圖形或文字等方式返回至瀏覽器端；

（4）將Internet上空間分布的信息進行組織管理，為客戶端提供基于空間分布的多種信息服務，提高資源利用。

計算機軟硬件和網絡技術的快速發展，地理空間信息科學的飛速發展以及人們對信息需求的不斷增加，這些都給Web-GIS的開發和應用提供了非常廣泛的空間：如與多媒體技術、虛擬現實技術的結合，基于移動端Web-GIS的研發，基于網格計算的Web-GIS系統模式等。Web-GIS將為電子商務、電子政務等多種信息化建設提供巨大的技術支持平臺。

3 虛擬旅游系統的功能設計

依據北海老街旅游的基本情況，將系統功能分為三大模塊：空間數據管理模塊，系統查詢模塊，系統維護模塊。

3.1 空間數據管理模塊

該模塊對空間數據庫中的數據進行分析，需要具備動態管理功能，能夠及時根據北海老街基礎設施更新、景點內部擴建和改建動態更新數據庫信息。（1）圖形顯示模塊：完成圖形的大小縮放、顯示全圖等基本圖形處理功能。（2）空間分析模塊：使用Web-GIS便捷的空間分析能力可以在地圖上簡單的實現半徑查找，如通過Web-GIS分類查找老街景點情況，以及商店、飯店等功能性設施。（3）多媒體顯示模塊：借助多媒體，實現路線漫游跟蹤和快速顯示，并可以對各主要景點進行多媒體演示，通過圖像、視頻、音頻等多媒體信息全面介紹老街的最新旅游風貌。（4）虛擬三維顯示模塊：虛擬現實（Virtual Reality）利用計算機生成模擬環境，給用戶提供現場多感覺通道，根據不同的使用需求，探尋一種最佳的人機交互方式，使游客通過特殊交互設備身臨其境，實現虛擬旅游，獲得身臨其境的感受。

3.2 系統查詢模塊

該模塊為用戶提供多種查詢功能，按照查詢對象類型的不同，分為以下幾個部分：（1）景區地理信息查詢：查詢從北海主要地標（如：北海站、福成機場、南珠汽車站、銀灘、北部灣廣場等）到達景區的路線。（2）景區景點分布查詢：用戶可以根據需要查詢各類景點的位置，如基督教堂，博物館等。（3）功能性查詢：查詢餐飲娛樂信息，并完成餐飲住宿的在線預訂。

3.3 系統維護模塊

實現快捷方便的系統維護和數據升級，提供可靠的旅游信息供用戶準確的下載，為游客和旅游管理人員提供有力的信息支持。

4 Web-GIS的構造模型

本系統采用當前主流的瀏覽器服務器（B/S）模式，該模型為三層結構體系：數據庫服務器、Web-GIS應用服務器和客戶端。數據庫服務器和Web-GIS應用服務器被區分開來，客戶端采用通用的Web瀏覽器。相對于傳統的兩層結構，客戶端在該模式下可以使用通用的瀏覽器，支持多種操作系統，具有操作簡單、使用和開發成本低等特點。另一方面，數據庫服務器、Web-GIS應用服務器的分離，大大降低了服務器的負載。

用戶通過Web瀏覽器向Web-GIS應用服務器發出請求， Web-GIS應用服務器接收到請求后從數據庫服務器中讀取數據， Web-GIS應用服務器根據用戶請求，或直接在服務器端處理數據并將結果發送到客戶端，或者將數據發送到客戶端由客戶端自行處理。瀏覽器服務器三層結構如圖1所示：

5 結束語

北海作為國內著名的沿海旅游城市，擁有獨特的自然和人文景觀，由于北海市旅游信息的封閉性，阻礙了北海旅游業的發展。經過多次的實地調查和數據采集，我們開發設計了北海老街虛擬旅游信息系統，旨在探索一種全新的旅游模式。

本系統的特點主要體現在，使用Web-GIS技術，采用瀏覽器服務器三層結構實現瀏覽、查詢、縮放、測量等功能，客戶端采用通用web瀏覽器訪問系統資源，操作性大大提高，同時降低了服務器的負載。

參考文獻

[1]賀媛媛，張穎.Web GIS 的發展現狀及前景[J].石家莊鐵路職業技術學院學報，2008.

[2]閆麗潔，秦奮，余明泉. 基于WebGIS的旅游信息系統的設[J]. 聊城大學學報（自然科學版），2006.

[3]黃國倩.北海老街（珠海路） 調查研究[J].老區建設，2012.

[4]李世佳，梁優.北海老街的保護與開發現狀及其問題探討[J].欽州學院學報，2014.

[5]舒永剛. WebGIS旅游信息搜索功能研究及應用[D].浙江工商大學，2012.

地理信息科學進展范文第4篇

關鍵詞　地球信息科學；全球環境變化；系統研究方法

 

1 引言

全球環境變化是當今環境研究的熱點，也是地球信息科學的應用問題之一。土地利用變化通過與氣候、生態系統過程、生物地球化學循環、生物多樣性和人類活動的相互作用來影響全球變化，它是全球環境變化的主要驅動力之一，也是全球變化研究的中心內容。在全球尺度，土地覆蓋變化是土地利用變化長期積累的結果。因為這些變化影響氣候、土壤、植被、水資源和生物多樣性等人類賴以生存的主要自然資源，所以它們在陸地生態系統中與可持續發展問題密切相關。

為了分析土地利用變化過程、景觀空間異質性動態、人類對土地覆蓋變化的反應，我們至少需要以下兩個方面的數據：①過去各個歷史時期的景觀綜合圖和其它土地覆蓋的間接證據；②反映近期土地變化的遙感數據。

為了整理來源于遙感和景觀綜合圖等的有關信息，并在一個公用的空間框架中為地理、文化、政治、環境和統計數據提供輸入、儲存、處理、分析和顯示能力，我們需要地理信息系統。

為了預測地球系統的變化趨勢，數學模型是必不可少的。土地利用變化的數學模型包括基于變化格局外推的診斷模型和基于土地利用變化過程的動態集成模型?，F有的數學模型綜合了景觀變量和變化的近因，可以進行短中期預測。

全球變化的長期預測需要分析土地覆蓋變化在不同地理和歷史背景下的主要人文驅動因素，分析氣候變化和全球生物地球化學因素對土地利用和土地覆蓋的影響。這些分析需要綜合土地利用動態的案例研究，通過運用地學信息圖譜對這些大量典型案例研究的對比分析，在區域尺度得出土地利用變化的一般結論。為了使這些研究從區域尺度上升到全球尺度，我們必須進一步分析空間異質性、技術創新、政策變化和城鄉動態等問題[1]。

在全球環境變化方面我國已有很多研究成果[2～4]，同時也已產生了許多研究方法。例如，葉篤正等提出了全球變化的預研究方法[5]；張新時等改進了 holdridge 模型，并據此研究了氣候變化對中國森林植被的可能影響[6]；李克讓等開發了氣候—森林響應動力學模型[7]。本文主要從地球信息科學的角度，討論我們對全球環境變化系統研究方法的一些認識。

2 數據獲取

第一手數據對全球環境變化研究是非常重要的，如果第一手數據有問題，那么下面的所有分析和預測都將是建立在沙灘上的空中樓閣[8]。早在 1960 年代初，作者之一（陳述彭）利用海南島航空像片對包括坡度、土地利用、植被、土壤、坡向、地貌和地質多要素解譯及地面實況進行了三級比例尺驗證。在航空像片綜合利用與農業綜合制圖的實驗中，主張以地理的綜合方法作為解決熱帶航空像片分析與農業制圖的基本途徑，即：按照地面控制考察與航空像片分析相結合的原則，從研究區域自然綜合體的自然歷史過程著手，摸清各種自然要素之間相互依存、相互制約的關系，綜合利用航空像片，相互闡明，彼此印證。根據像片判讀和量測的可能性，試制了大北部試點地區的 6 種基本自然條件與土地資源圖：微地貌結構圖、坡度組合圖、植被圖、土地利用圖、土壤土質圖和農用地形圖[9]。

1978～1980 年間，中國科學院組織全國 80 多個單位，在云南騰沖地區首次進行了大規模的綜合航空遙感試驗。這次遙感試驗分為 33 個專題進行，包括地質、農林、水資源、測繪制圖等各個專業的解釋制圖工作，以及各種遙感儀器檢驗和波譜測試工作。在土地管理方面，根據地物波譜特性和遙感圖像的亮度系數，對土壤進行聚類。通過彩色紅外片的色散分析，鑒別主要森林樹種，利用遙感圖像解譯立地因子，回歸估算森林材積量和評價宜林地。利用彩色紅外像片，從圖像上直接解譯 20 多種土地利用類型和土壤特性，確定植被覆蓋率、森林和各類植被的覆蓋面積，劃分植被類型，確定森林植被的郁閉度、分層和高度等數量指標，分析生態環境條件并分出優勢樹種。在這次試驗過程中，通過地面實況觀察和航空像片解譯，編制了試驗區的自然景觀圖；結合應用土壤、植被、水分等參數，通過航測地形圖的數據量測，建立了騰沖地區數字地形模型[10]。

1981 年，在渡口—二灘開展的第二步試驗中，以航空遙感資料為基礎，從土地覆蓋和環境污染著手，試驗多源的數據采集與空間配準的方法，探索了信息專題化和數字化的技術途徑[11]。其試驗內容包括：①彩色紅外正射影像地圖的編制；②土地覆蓋圖的編碼；③社會經濟統計數據的

自

1970 年代末以來，遙感技術在我國得到了較廣泛的應用，例如：大地構造學理論與板塊學說的驗證，水、氣動力學現象與自然歷史軌跡的分析和生態系統的監測與環境科學的應用[12]，陜北黃土高原地區遙感應用研究[13]，資源環境動態遙感與模型分析試驗研究[14]，三北防護林遙感綜合調查研究[15]，城市遙感[16]和中國資源環境遙感宏觀調查與動態研究[17]。

遙感圖像和數據是現代地理信息的重要來源之一[18]。遙感圖像是一種綜合性的地理信息源（包括各種地理要素），同時，又是一種空間信息，為地理現象的空間分布提供了定位、定量的數據。遙感數據比地圖更進一步強化了地理綜合體的形象和概念，它提供了具有全息性質的交織在一起的可見景觀實體影像。人地關系錯綜復雜，難解難分，通過其中相互依存、相互制約的關系，人們可能由此及彼、由表及里，超越直接的形象，借助于間接的標志，從中獲取極其豐富的二次信息。因此，遙感是一種運用物理手段、數學方法和地學規律相結合的數據獲取技術。在 20 世紀和 21 世紀之交的今天，遙感技術不再是孤立的系統，已達到了與全球定位系統、地理信息系統和網絡技術緊密結合的水平，可以為全球環境變化研究提供多維和動態的網絡數據。

3 地理信息系統

地理信息系統的發展可劃分為 4 個相互重疊的階段[19]：1950 年代到 1970 年代中期是地理信息系統的開拓階段，1970 年代中期到 1980 年代初期是政府資助研究和正式試驗階段，1980 年代初期到 1980 年代后期是地理信息系統的產業化階段，自 1980 年代后期以來地理信息系統進入工作臺站網絡化和多媒體階段。我國自 1960 年代初期躋身于地理信息系統的探索、試驗和發展以來，在研究方面基本上保持著與國際同步發展的水平[20]。

從歷史發展來說，地理信息系統脫胎于地圖[21]。地圖和地理信息系統都是地理學的信息載體。其所以稱為地理信息系統，是因為它的特定性質屬于空間型，以區別于其它統計型的信息系統。它的主要特點是，每個數據項都按地理坐標來編碼，即首先是定位，然后是各種定性、定量屬性。以這些定位數據庫為基礎而發展起來，具備愈來愈完善的分析功能的信息系統，則統稱為地理信息系統[22]。它的基本構成包括三部分，①地理基礎：按經緯度、地形圖格網或行政區劃、流域等來建立格網的或多邊形的地理坐標；②標準化和數字化：將統計數據、地圖或影像加以規格化和數字化，以適應計算機輸入和輸出，以便于人文與自然要素之間的對比與相關分析；③多維結構：實現三維的空間信息結構并按時間序列延續，從而具備信息存儲、更新和轉換的能力[23]。地理信息系統是具有多層次數據結構、多功能綜合分析能力的空間型信息系統，可把全球或地球的大量自然因子和人文要素的屬性，按照地理位置建成關系數據庫，再加上遙感衛星的周期性大范圍掃描數據以及結合經濟統計的實時傳輸，使數據保持在經常的更新狀態之中。因此，我們可以根據地理系統建立空間分析模型，對全球環境變化進行動態模擬和預測[24]。

4 數學模型

建立新一代空間動態模型是全球變化研究面臨的主要挑戰[1]，而總結和評價現存的有關模型是新一代模型必不可少的基礎。為此，我們自 1998 年 7 月開始進行數學模型文檔庫建設。由于資源環境數學模型的復雜性，有關模擬系統質量的隱含和明確假設對模型用戶常常并不是不言自明的，所以，標準化數學模型文檔庫中的每一個模型包含有 6 個層次的信息，它們所包含信息的詳細程度逐漸提高。即：①注冊信息層：包括有關模型的整體信息，例如摘要、作者聯系地址和參考文獻等；②科技信息層：包含層次 1 中的所有信息以及模型的詳細科技信息，例如，模型的數學方程、參數變量、隱含假設和資源環境背景等；③數學信息層：包含層次 2 中的所有信息及模型的數學基礎；④過程信息層：包含層次 3 中的所有信息及模型的構建過程或論證過程；⑤程序信息層：包含層次 4 中的所有信息及模型的原程序；⑥案例信息層：包含層次 5 中的所有信息及模型的應用案例。

通過比較分析文檔庫中的模型，對現存建模方法的局限性和尚待創建的數學模型有了一個全面的認識，并因此派生了具有創新意義的模型。例如，以綜合生物多樣性模型[25]為核心的景觀空間異質性動態模型體系，以生態系統穩定性模型[26]、連通性模型和基于植被指數的土地生產力模型為核心的土地利用變化過程模型體系，以數據挖掘模型[27]為核心的氣候變化模型體系和以土地管理虛擬系統[28]為核心的人類對土地覆蓋變化的反應模型等。

5 地學信息圖譜

發展和完善一種方法來反演 (backcasting) 土地利用

和土地覆蓋變化的過去和預測 (forec asting)其未來，是全球變化研究的具體目標之一[1]。地學信息圖譜正是迎合這一研究目標的有效可選方法之一。

地學信息圖譜是在繼承中國傳統研究成果的基礎上，運用衛星遙感、全球定位系統、地理信息系統和信息網絡等當代先進技術和現代科學理論發展起來的，它是一種圖譜生成過程智能化的系統理論。地學信息圖譜吸收了景觀綜合圖簡潔和數學模型抽象的特點，它的發展經歷了景觀制圖實驗[29]、圖譜概念的提出[30]、圖譜方法的

應用[31、32]和地學信息圖譜理論[33]的形成 4 個階段。地學信息圖譜由征兆圖、診斷圖和實施圖組成。征兆圖是信息提取模型對有關數據的運行結果，可為我們進一步研究提供線索和依據[28]；診斷圖可表達為各種基礎圖的不同組合，可反映資源環境動態的變化與發展趨勢[34]；實施圖以診斷圖為依據，通過改變各種邊界條件，分析推理不同控制條件下的決策方案，可為進行規劃實驗提供依據和預案[35]。

圖譜是一種源遠流長的中國傳統方式，主要運用圖型語言進行時間與空間的綜合表達與分析；地學信息圖譜則是應用地學分析的系列多維圖解來描述現狀，并通過建立時空模型來重建過去和虛擬未來[33]。也就是說，地學信息圖譜不僅應用于數據采集和數據開發利用，而且服務于科學預測與決策方案的虛擬。地學信息圖譜具有以下 4 個重要功能：①借助圖譜可以反演和模擬時空變化，即可反演過去、預測未來；②可利用圖的形象表達能力，對復雜現象進行簡潔的表達；③多維的空間信息可展示在二維地圖上，從而大大減小了模型模擬的復雜性；④在數學模型的建立過程中，圖譜有助于模型構建者對空間信息及其過程的理解[35]。

6 討論

事實上，許多科學家已經認識到了全球環境變化系統研究方法的重要性。例如，一些專家認為[36]，為了解決全球環境變化亟待解決的問題，必須重視以下幾個最重要的方面：①優化衛星觀測系統和地面監測網；②建立有效的地理信息系統，集成源于野外工作、航空照片、衛星影像和地圖的有關數據；③構建和發展地球物理與生物過程模型、優化氣候模型中的生物圈參數，以分析衛星觀測的時間序列數據；④發展基于衛星觀測數據、地理信息系統和分析模型的全球變化預測理論。有的專家

提出[37]，重建過去的生態景觀過程、模擬當前的景觀動態、分析其驅動因素、發展典型案例研究支撐的地理信息系統是最有前途的全球環境變化研究方法，數字影像處理、地理信息系統和數學模型的集成為我們更準確全面地監測和預測環境變化提供了新的可能性。

因為我們目前還沒有精確、詳細的全球尺度空間數據，所以空間抽樣研究是全球變化研究的一個重要手段[1]。例如，根據土地覆蓋變化的生態和社會經濟敏感性以及我們現有的數據基礎，我們可以首先對全球變化有重要意義的以下 4 個熱點地區進行深入研究。

（1）黃河三角洲：它位于渤海灣和萊州灣的灣口，地處 37°20′～38°10′n、118°7′～119°10′e，屬溫帶半濕潤季風氣候區。地下蘊藏著豐富的油氣資源和其它沉積礦床，已建成我國第二個最大的石油工業基地。地面農業資源多種多樣，擁有豐富的水沙資源、土地資源、草場資源和廣闊的灘涂，生產潛力很大。但由于對黃河三角洲地區特殊的自然環境缺乏全面的認識，以及旱、澇、鹽堿等不利因素的影響，生態平衡一度遭到破壞。為了為黃河三角洲的可持續發展建立遙感監測系統和資源與環境信息系統，1985 年 10 月國土資源衛星協調小組將黃河三角洲列為試驗區之一[38]，到目前為止，已形成了較完整的時空動態遙感數據系列。

（2）珠江三角洲：珠江三角洲位于廣東省中南部，瀕臨南海，是我國南亞熱帶最大的沖積平原。自 1978 年以來，成為我國層次最高、發展最快的改革開放先行地區[39]。未來的珠江三角洲將是一個經濟快速發展、城鄉融為一體的經濟區和城市密集區[40]。為了保證珠江三角洲的可持續發展，我國即將啟動珠江三角洲地區的 1∶1 萬基礎地理數據庫建設，并運用 1m 分辨率以上的各種衛星數據，建立包括 1m 分辨率的資源、環境、社會和經濟方面的多分辨率數據庫。

（3）黃土高原：黃土高原水土流失非常嚴重，它不僅破壞了當地的生態環境，而且給黃河下游的海防帶來了很大的威脅。為了全面了解土壤侵蝕狀況和水土保持工作的進展情況，為綜合治理和合理開發提供科學依據，1985 年我國起動了“黃土高原遙感系列制圖”課題。根據調查結果將黃土高原分為劇烈侵蝕區、強烈侵蝕區、高強度侵蝕區、強度侵蝕區、中度侵蝕區和輕度侵蝕區、建立了黃土高原 1∶100000 資源與環境遙感調查數據庫[41]。

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地理信息科學進展范文第5篇

【關鍵詞】雙語教學高等教育遙感地理信息系統

【中圖分類號】G642【文獻標識碼】A【文章編號】1006-9682(2010)3-0059-01

隨著世界經濟的一體化趨勢,高等教育的國際化成為重要趨勢。在這種情況下,國家強調要在高校開設雙語教學,特別是一些國家急需的專業領域,如信息技術專業。隨著空間技術、計算機技術的發展,地理信息學科已逐步融入信息科學范疇,新技術的使用使得地理信息學科在國民經濟建設和社會發展中發揮著越來越大的重要作用。而在地理信息系統專業(GIS)開展雙語教學,可使學生更快地了解地理學科方面國外的先進技術、發展狀況;在選用原版教材的過程中,教師可了解國際上新的教學體系、內容。這對培養具有國際交流能力的高素質地理信息人才、加快地理信息新技術的引入和創新也具有十分重要的意義。

在地理信息學科中,遙感是獲取地理空間信息的主要方法,在建立國家空間數據基礎設施中有重要應用。這門課程也是地理信息系統專業的主干專業技術課,因此進行該課程的雙語教學實踐,對提高教學質量和人才培養質量,有著現實而深遠的意義。但是雙語教學是我國高校教學的一個嶄新的發展趨勢,遙感也是一門發展中的新學科,因此在教學中存在很多新鮮點和困難點,對雙語教學的理解、教學模式的設計、雙語教學實踐環節的加強以及雙語教材的編著等關鍵問題進行研究十分必要。

一、關于雙語教學中重點問題的幾點體會

1.雙語教學的理解

目前對雙語教學的理解還不夠深入,有的老師將雙語教學當成是專業外語的替代品,還有的老師將外語學習擺在了專業學習之前。而學生對雙語教學的理解更多樣化,有的同學認為專業學好就可以了,不必學習雙語,也有同學將雙語等同于專業詞匯學習,甚至有的同學認為雙語教學太難,種種負面情緒導致學習興趣降低或目標不端正。

針對這種情況,首先需要提高任課老師的專業素養,明確本專業雙語教學的目的和實際需要,并將這種思想及時傳輸給學生。針對《遙感技術》一課來說,由于該課程形成較晚,其基礎內容在國內外都還在不斷更新;而且相關軟件、最新進展大多為英文方式,雙語可以極大的提高遙感學習的高度,增加學生的專業競爭力。在實際教學中,仍應以專業知識學習為主,對于特別枯燥、深奧的部分基礎理論,可以適當的降低難度,減少英文教學量。

2.教學模式的設計

高?，F在的教學現狀是外語學習與專業理論學習脫節,很多學生學習外語是為了考級,不少學生對于一般的外文文獻、操作手冊仍不能很好理解,也無法利用外語進行專業領域的探討,必須針對學生的情況采取適當的雙語教學方法。當前的雙語課程模式還在探索中,普遍的問題是在教學內容的組織和安排上模式較單一,方法較呆板,偏重知識的傳授、輕視了學生的參與。想要達到英語學習和學科學習相輔相成、互相促進的雙贏效果,就必須加強教學模式的設計和改進。

遙感技術課程采用的教學模式設計包括兩部分。首先,課堂教學模式的設計:主要目的是要將英文學習和專業知識達到完美的結合,而不是側重于英語學習,因此,教學模式的設計應注意既不能讓英語學習干擾到專業知識體系的建立,又要達到課程結束后學生能夠達到一定的專業英語水平。模式分為三大塊進行,即課堂內容提要(中文)、英文關鍵詞講解(英文)和課堂內容正文(中英結合)。其次,構建互動式教學:課堂上,每個單元講授完畢后,要征求學生意見,調查教學效果,如果難度太高要及時調整,鼓勵學生根據自身需要提出合理建議。課外通過網絡訓練與教師構成互動教學。

二、關于如何深入雙語教學的幾點思考

1.加強雙語教學實踐環節

目前采用的遙感雙語教學,內容選取上偏重理論知識、實踐環節重視不夠,應該從一個合理的體系構建的角度綜合考慮專業學習、實踐環節的結合并達到鼓勵創新的效果。遙感課程設計是該課的重要組成部分,大部分學生都反映通過畢業設計才真正理解了遙感并喜歡上遙感,因此,如何將課程設計融合到雙語教學中是一個重要內容。《遙感技術》嘗試以遙感課程設計所使用的英文軟件ERDAS IMAGINE為突破口,結合實際科研項目,實現實踐教學的雙語化并激發學生對遙感創新的興趣。

2.注重雙語教材的編著

教案的準備與組織是保證課程正常開展的基礎。目前已有多所高校開設了遙感雙語教學課程,但是還未見公開出版的自編雙語教材,而國外權威的本科英文原版教材,普遍厚度在16開700頁以上,而且內容難度較深,不符合地理信息專業本科生的實際需求。目前還找不到既符合學生英文水平,又能表達英文原版精髓,并且能很好表現專業核心內容、體系完整的優秀遙感雙語教材。因此,如能夠與實際教學經驗、國內主要教材和國外權威教材相結合,在整理現有教案的基礎上,進行遙感雙語教材的編寫是比較可行的。教材的編寫,是盡量利用國外教材的表達方式構建出國內權威教材的體系,使學生可以中英文對照學習而依然能得到英文原著精髓。

3.注意雙語教學方法

首先,教學準備工作:要針對學生的英文水平,展開網上訓練平臺的搭建,要求學生課前進行網上自學,以達到良好上課效果。其次,對教學語言的組織:需要展開循序漸進的教學方法,從開始的以中文為主的講解,隨著學生對課程的熟悉和接受,最終達到英文講解占80%左右。在長期的探索中,找到最適合的教學方法和模式。最后,課堂教學的進行方法:采用幻燈、錄像等方式達到遙感影像的良好展示效果,并結合國外最新研究實例進行講解,將專業最新進展和英語教學合理結合起來,激發學生興趣。

參考文獻

1 王樹根.當代攝影測量雙語教學的研究與實踐.測繪信息與工程,2008.33(4):46～48