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关键词:地理国情;普查;监测
中图分类号:X924文献标识码: A
依托国家现代化测绘基准体系,提供更加丰富的测绘基准信息产品,才能满足经济社会发展对高精度、全覆盖、三维、动态测绘基准信息的需求。通过进一步加强测绘地理信息档案资料数据库建设,强化测绘地理信息档案信息化服务,充分发挥测绘地理信息档案资料在地理国情分析、测绘地理信息项目规划设计等工作中的基础参考作用[1]。
1地理国情普查的测绘技术
随着空间技术和信息技术等不断进步,国民经济和社会信息化进程加快,测绘事业面临着技术手段、服务层次和资源配置方式等方面的深刻变化。经济社会发展和人民生活水平的提升对地理信息资源的需求迅速增长,面向全社会提供地理空间信息服务是近几年测绘学科发展的主要任务,同时也标志着我国测绘现代化和信息化发展进入了一个新的阶段。测绘学科发展主要依赖信息化测绘体系建设中的地理空间信息理论、技术、方法以及应用服务方面的进步。如北斗导航卫星系统、现代测绘基准建设、海岛礁联测、“天绘”和“资源j号”测绘卫星、国家1:50000基准地理信息数据库更新、西部测图工程、地理国情监测、应急测绘技术、数字城市、全国地理信息公共服务平台与天地图等10大工程既推进了信息化测绘体系建设的进程,同时也促进了测绘学科的发展。
2地理国情普查和监测的意义
2.1推进地理信息资源开发利用
加强地理信息资源开发利用是地理信息产业发展的核心内容之一,对于推动现代服务业发展具有重要意义。要根据政府、企业、社会以及人们生活的实际需要,大力开发地理信息社会化应用产品,加快发展车载导航、手机定位、便携式移动导航、互联网地理信息服务以及电子商务、智能交通、现代物流等方面的位置服务产品,不断拓展地理信息应用的深度和广度,提高地理信息产品附加值,充分满足经济社会发展对地理信息服务日益增长的现实需求。要充分利用现代高科技产品、特别是消费电子产品承载地理信息服务的能力,积极创造和培育新的需求、新的市场,开发基于地理信息的电子游戏产品、地理信息电视频道或栏目、基于数码相机的位置服务产品以及物联网位置服务产品等,满足各类个性化需求和大众需要,全面拓展地理信息消费市场[2]。
2.2加快技术自主创新步伐
发展拥有自主知识产权的先进测绘地理信息技术,是推动地理信息资源开发利用的重要基础,也是增强地理信息产业核心竞争力、占领地理信息产业制高点的重要途径。要紧紧围绕测绘地理信息事业发展的战略任务,坚持“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的基本方针,不断完善创新体系,提高创新能力。进一步确立企业在自主创新中的主体地位,充分发挥市场配置科技资源的基础作用,尤其要为企业参与科研活动创造经费、政策等支撑条件。
3加强地理国情普查和监测技术的应用
国土整治是指对国土资源的考察、开发、利用、治理和保护以及为此目的进行的国土规划、国土立法及国土管理工作。譬如国土资源部主页的栏目中既有土地资源、矿产资源、海洋资源的管理,也有基础测绘、地质调查、国土规划、土地监测等栏目,还有“西部大开发”:“全球资源战略”等宏观信息,这些都属于国土整治工作的范畴。国土整治工作既有全国范围跨区域的,也有区域性的,其目的都是为了区域的可持续发展[3]。
由于我国国土辽阔,自然资源、地理环境的区域差异大,社会经济和科技水平发展的地区不平衡,所以国土整治工作要因地制宜。换句话说,就是要具体问题具体分析。譬如我国西北地区与东南沿海相比,西部地区尽管资源丰富,但经济基础、科技水平、交通建设都比较落后,自然环境也比较恶劣。遥感技术是比较成熟的技术,教材对遥感技术的概念、工作原理及其作用等内容的介绍比较详细。适当介绍一些航空、航天遥感相片与普通地图的区别,加深对通过现代化科技手段远距离探测、感知地理环境事物、获取图像信息的认识,理解“遥感是人的视觉的延伸”这句话的含义。要注意遥感技术在经济建设与国土整治方面应用,例如对气象、水文预报、灾情预报、农业生产预测等。地理信息系统是信息时代的标志性技术之一。地理信息属于空间信息,具有多维结构、时序明显等特征。GIS技术对于地图制图、空间信息处理、国土资源变化的预测和监测等方面功能强大。要认识GIS技术的重要作用及其应用的广泛性,认识到“GIS技术是地图的延伸,凡是用到地图或需要处理空间数据的领域,都可以借助GIS技术”,从而加深对计算机信息技术的认识和了解[4]。
全球定位系统是利用卫星进行全球范围内的导航、定位的高科技信息技术,是现代化高新技术的重要组成部分。这种技术的难度比较高,形成初步的认识即可。有条件的可让亲自操作“GPS信号接收机”,学会“实时定位”的基本方法,体验GPS技术所具有的魅力。
结论
总之,只有充分利用网络通信技术,提供在线地形图与基础地理信息服务,才能全面实现提供基础地理信息数据向提供地理信息综合服务的转变。同时要进一步增强通过手机、电视、电脑以及各种便携式设备等媒介提供测绘地理信息服务的能力,建立便捷高效的测绘地理信息公共服务新模式。
参考文献:
[1] 景小元,燕晋宁. 地理国情普查中的地理摄影要素与技法[J]. 科技信息,2013,20:204-206.
[2] 叶玮,雷邦俊,. 地理国情普查工作中车载移动测量系统更新DEM方法的探讨[J]. 测绘通报,2013,08:58-60.
[关键词] 地图制图 地理信息 空间数据库 可视化 数据挖掘 网格
地图制图学与地理信息工程是研究利用图形科学、抽象概括地反映自然地理和社会经济各种要素和现象的空间分布、相互联系、空间关系及其动态变化,并对空间地理环境信息进行获取、智能抽象、存储、管理、分析、处理和可视化,建立相应的空间信息系统,以图形和影像方式传输空间地理环境信息的科学。
随着计算机、遥感技术的发展以及多学科理论的相互渗透,以地理空间信息数据库、计算机地图制图、地理信息系统和计算机网络技术为主体的数字化地图制图,已经取代了传统手工地图制图,并正向以地理空间信息综合服务为核心的信息化地图制图与地理信息系统转变,地理空间信息获取的天、空、地一体化、信息处理的智能化、信息服务的网络化正在成为信息时代地图制图学与地理信息工程学科的新特征。当前,我省地图制图与地理信息系统工程的技术与应用发展与全国先进省份相比,还存在一定的差距。因此,进一步总结我省地图制图学与地理信息工程学科的发展状况,分析所面临的挑战和机遇,明确今后一段时期的发展方向,是十分必要的。
1 地图制图学与地理信息工程学科取得的进展
地图制图学与地理信息工程学科有其特殊的社会任务和科学任务。它的社会任务是:从社会需求出发,设计和制作不同种类的地图,建立各类空间数据库和专题地理信息系统,为资源调查与开发、工程建设与规划、环境监测与灾害治理、宏观管理与社会应用等服务。它的科学任务是:为完成其它任务提供一系列理论、方法和技术支持,如地图空间认知理论、地图自动综合理论和方法、空间数据不确定性理论和数据质量控制技术、空间数据分析、数据挖掘与知识发现方法、空间信息可视化与虚拟现实技术、基于网格的地理空间信息管理与服务技术等。近年来,我省地图制图学与地理信息工程学科取得了一些重要进展。
1.1 地图制图生产进一步实现了由手工模拟地图制图向现代计算机数字制图的转变
“十五”期间,我省地图制图生产基本实现了由传统的手工地图制图技术向现代计算机数字制图技术的跨越式发展,地图制图与出版的数字化与一体化已成为我省地图制图生产的基本技术手段,基本改变了地图制图技术的落后状况,提高了成图速度,缩短了成图周期,适应了经济建设和社会发展的需求。目前,常见的地图制图数据模型有两种:面向计算机地图制图的数据模型和面向GIS的建库数据模型。前者以满足地图制图规范与图式要求为核心,强调要素的符号化,以制图效率与质量作为评价标准,适合于地图制图;后者以地理空间对象(包含图形信息、高程信息和空间关系信息)的表达为核心,不强调物理特征的符号化表达,以检索查询和空间分析效率作为评价标准,适合于计算机识别、空间分析和计算(简灿良,2008)。有的专家提出一种同时面向地图制图和GIS的数据模型,将矢量地理信息与符号化地图图形数据进行有机融合,在统一平台上一次性地完成地理信息的生产和更新、地图制作及图形信息再现。
1.2 初步构建了我省基础空间数据库,空间数据索引技术研究进一步深入
继建立我省l:25万、1:5万数字线划图(DLG)数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库等之后,又建成了我省1:1万数字线划图(DLG)数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库( 叶荣青,2007 )。各设区市l:2000、1:1000、1:500基础地理信息数据库也在建设之中,基本建立了福建省地理空间基础框架,为我省区域经济规划、防灾减灾、科学管理和重大工程建设提供了及时可靠的基础地理空间信息保障。但海量空间数据的组织与快速检索仍是空间数据库领域的一个重要问题。一种大数据量森林场景组织及其实时绘制方法(李建微、陈崇成等,2007),针对森林场景建模的复杂性和大数据量等特点,并在对比分析各种场景组织算法的基础上,阐述了采用八叉数结构(Octree)来组织森林场景的流程,提出了层次包围盒+线性边缘检测的预裁剪算法,并将该算法应用于大数据量森林场景的实时绘制;通过实验结果进行分析,得出了八叉树结构对场景不同划分深度对绘制效率影响的规律,对大数据量的组织管理,进行有益探索。
1.3 省、市地图集的编纂出版水平有了新的提高
20世纪70年代以前,由于受制图技术手段、印刷工艺的制约,地图产品多数为手工绘制或单色机器印刷的单张图,地图表现形式单调,内容简单。地图集(册)的编制出版工作也受技术制约,发展缓慢。1962年,我省编制出版了第一本《福建省地图集》,直到1989年才编制出版第二本《福建省海岸带与海涂资源综合调查地图集》。1995年之前,编制出版全国范围的地图册一本,全省范围的地图册两本。上述图集(册)均为手工绘制,地图符号、线划较为粗糙,色彩表现力不强,内容详尽程度也受到一定影响。90年代后期,计算机技术的快速发展和四色印刷技术的应用,地图集(册)的编制和出版也有了新的提高。相继编制出版了《福建省农业地图集》(1995)、《福建省海岛资源综合调查地图集》(1997)、《福建省自然地图集》(1998)、《福建省普通地图集》(1999)、《福建省历史地图集》(2004)、《福建省文物地图集》(2007)、《福建省行政区划地图集》(2007)、《中国精品地图册》(2007)、《中国高速公路营运里程及城乡公路网地图集》(2007)、《中国城市间快速行车指南地图集》(2007)、《福建省情地图集》(2008),编制出版了全国性、区域性和省(市、县)地图册几十种。此外,还与台湾大舆出版社联合编制出版了《台湾省地图册》。同时,还编制出版了福州、厦门、泉州市多媒体电子地图。地图集(册)的编制呈现多方位、多品种、形式多样、内容丰富、信息量大的发展态势,其应用已涉及到各行各业,在国民经济建设、社会发展、政府辅助决策中发挥了重要作用。
1.4 电子地图和地理信息系统技术紧跟国内先进水平,地理信息服务形式更加多样化
随着地理信息系统技术、计算机地图制图技术和空间数据库技术的发展,各种专业应用GIS中的电子地图、多媒体电子地图(地图集)、网络电子地图、导航电子地图等多种地图可视化系统应运而生。例如,福建省地图出版社编制出版的《福州市电子地图》(2001)、《泉州市多媒体电子地图》(2003)、《福建省城市三维电子地图》(2007);福建省基础地理信息中心研制的《福建省三维电子地图》(2007);福州市勘测院编制《福州之窗电子地图》(2004)等。与此同时,用户范围也更加大众化。
近年来,我省地理信息系统技术快速发展,紧跟国内先进水平。福州大学参与研究的国家863 计划“面向网络海量空间数据处理的大型GIS 开发”项目立足技术创新,在解决面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引、分布式计算等关键技术问题的基础上,开发了具有我国自主知识产权的、可支持国家级空间基础设施建设的大型地理信息系统(GIS)基础软件平台。空间数据库服务器和空间应用服务器可以在Unix/Linux 大型服务器上运行,具有TB 级空间数据处理能力、安全级别达到B2 级,可以支持局域、广域网络环境下空间数据的分布式计算,可供国家级空间数据处理与交换中心以及大型GIS 应用工程使用。此外,福州大学还在国内率先成功研究开发了基于XML Web Services技术、SOA体系架构和SaaS运行模式的城市空间信息网络服务平台,通过对地理信息内容和GIS 功能的集中管理,并为应用开发人员提供基于Web Services 的二次开发接口,实现与各种Web 应用的快速集成,从而为地理空间信息的应用提供了基于GIS信息与应用的公共服务平台,为我国“数字城市”、政府和企业信息化建设提供了一种经济适用的地理空间信息应用解决方案。地理信息系统研究结合福建省情,立足解决区域发展的实际问题,在不同行业得到广泛应用。
3S 综合应用与服务体系。福州大学通过开展二期国家863课题研究,以多时相、多类型的卫星遥感数据(包括微波雷达遥感数据和光学遥感数据)为信息源,以国产地理信息系统软件为分析和管理工具,以全球定位系统为空间定位手段,以宽带网络技术为信息传输,开展面向福建省国土资源、农业、海洋环境和林业动态监测、数据更新、信息管理和共享服务应用示范系统的研究和开发;开发了省级、行业级和县市级等不同空间尺度和主题层次的业务运行示范系统,实现业务运行的面向用户的数据交换、互操作和应用服务。建立了“省―地(市)―县”三级国土资源环境和林业专题应用示范系统;开发区域海洋区划和省级海洋监测集成与服务系统;开展网络和通信技术在“3S”应用系统中的集成,面向林业监测应用的多源遥感数据融合算法、面向林业或海洋应用的数据挖掘、空间信息的表达、网络共享与服务等关键技术的研究。如福建省林业信息共享服务平台中的信息共享方案设计(梁娟珠、涂平,2006),以“数字林业”建设为背景,针对信息共享服务平台建设中的信息共享体系结构、数据库共享方案、数据交换体系三个主要方面提出福建省林业信息共享方案,并对信息安全问题进行了论述。基于省-地市-县信息共享平台的大型3S 综合应用与服务体系,其成果先后获得福建省科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。
省级政务信息共享平台。福州大学通过国家863课题开展省级政务信息共享平台开发与应用研究。建立 “省-地(市)-县”政务信息宽带网络之上的信息共享服务枢纽。实现了分布式政务信息的访问、查询、转换、下载、交换和集成,并提供用户管理、安全管理、数据目录管理、异构数据共享和交换、协同办公服务、分布式异构数据库的集成与应用等综合服务功能。面向电子政务的地理信息服务研究,根据电子政务建设对地理信息服务的实际需求,提出了地理信息服务体系和面向电子政务的地理信息服务层次结构模型,提出了“体、层、条、块”的地理信息服务体系分类方法,并用“塔、层、面、块”的塔型结构予以表达。探索和基本解决了面向电子政务的地理信息服务体系建设中的地理信息交互式可视化表达等五项关键技术。如数字区域应用基础设施研究(吴升、王钦敏等,2006),针对当前数字区域工程建设普遍存在的一些问题,提出“数字区域”应用基础设施的概念,对其研究背景、参考模型和面向信息共享的公共应用服务平台进行了论述。数字区域应用基础设施是在区域网络基础设施和数据基础设施上层的基础设施,它为电子政务、电子商务、数字城市等各种数字区域信息化应用工程提供基础性的应用服务支撑。由专业信息服务机构、管理办法、标准规范、关键技术和公共应用服务平台构成。信息服务机构是数字区域应用基础设施的主体,是有效联系信息需求方和信息拥有方的桥梁;公共应用服务平台是数字区域应用基础设施的核心,为区域信息共享和交换提供了统一的构架和解决方案。其中,元数据管理和目录服务平台为信息的和查询提供了“一站式”入口;信息共享与协作服务平台实现分布式数据库的信息共享和交换;地理空间信息网络服务平台实现对地理空间信息的集中式共享。最后,总结了“数字福建”应用基础设施建设的成果,对“十一五”“数字福建”工程的需求和发展作了展望。面向电子政务的地理信息系统研究(卢毅敏、汪小钦等,2006),主要针对电子政务GIS中基于Web的地图技术、空间元数据技术、空间信息协同组织技术、空间信息可视化表达技术、地理编码技术等关键技术进行了具体的讨论与应用。
1.5 地图自动制图综合研究取得了实质性进展
人在制图综合过程中的思维方式主要表现为抽象思维、视觉思维。计算机能在多大程度上模拟人在制图综合过程中的思维方式,认知科学采用功能模拟的方法来研究人脑思维规律,通过计算机按照模拟模型来模拟人脑的思维过程。其模拟结果的正确程度完全取决于模拟模型和输入数据是否客观、正确反映了人脑思维系统。当前计算机模拟包括制图综合过程中基于联系的归纳推理、基于过程的形式推理和基于规则的演绎推理;而对于制图综合过程中的视觉思维,计算机模拟起来就困难了。同时,用计算机模拟制图综合过程中人脑的思维方式,求解制图综合的问题,无论是数据处理还是知识处理,都必须具备问题形式化、可计算性、合理的复杂度等三个前提条件,这都是难度很大的问题。国内很多学者在解决自动综合的许多难题方面做了大量的工作,包括基于知识的自动综合处理模型、基于遗传算法的自动综合处理模型、基于ABTM的自动综合处理模型、基于弹性力学原理的自动综合关系处理模型、基于数学形态学和神经网络的自动综合处理模型等等。特别是提出了自动综合链及其自动生成的理论和方法,以及据此建立的自动综合过程控制模型,为电子计算机按照模拟模型来模拟人在制图综合过程中的思维方式创造了十分有利的条件。福州市勘测院研制1:500到1:2000城市大比例尺地图缩编系统,系统基于Visual Studio .Net开发平台、FME2004数据转换平台,综合应用C#、、FMEObjects、MDL、数据库、XML等计算机技术,采用MVC设计模式设计的、面向对象的组件式技术进行开发。实现要素合并、要素化简、要素抽稀、要素移位以及缩编知识库维护等。
1.6 空间数据不确定性研究进一步深化
空间数据的不确定性主要探讨和研究空间数据误差和不确定性,及其误差传播和控制的方法。不同空间分辨率DEM提取坡度不确定性研究(陈楠、汤国安等,2006)运用信息论与统计学一些指标及比较分析的方法,以1:1万DEM为研究对象。定性地分析了在黄土丘陵沟壑区DEM空间分辨率对所提取的坡度信息的不确定性影响,并建立了定量的计算公式。黄土高原丘坡信息DEM提取算法的应用(陈楠、王钦敏等,2006),选择代表黄土高原地貌类型(丘陵沟壑区、梁峁区、高原丘陵过渡区)的75个样区(每个样区约4 km2),以1:1万水平分辨率为5m的DEM为研究对象,研究不同算法对提取地面坡度精度的影响,提出了对坡度和坡向精度进行评价的指标,并获得了以上指标与分辨率的函数关系,所得函数关系可为实际工作部门选取适宜的DEM分辨率提供依据。
1.7 虚拟现实技术向通用化和实用化发展
空间信息可视化与虚拟现实技术过去主要集中在虚拟地理环境的基础理论及相关学科应用技术的引进和研究。福州大学2002年以来选择大场景、高复杂度、强交互的虚拟森林环境为研究对象,提出了基于虚拟现实、空间信息技术、图形学等原理的分布式虚拟森林景观的构建原理,并在国际上首次按单树建模―林分场景―森林景观等三级尺度实现的技术体系。该研究小组已成为国内进行系统地、持续开展虚拟森林环境的3个研究小组之一。主要完成的成果包括:(1)基于OpenGL开发了一个参数化单树建模工具,并在其它应用项目得到推广应用;(2)开发成功面向森林经营管理需要的虚拟森林环境。该平台实现2维GIS与3维仿真功能的紧密结合;(3)基于HLA的开发分布式协同森林灭火仿真原型系统。(4)基于本体技术开展了面向灭火决策的领域本体知识库系统的研究与原型系统开发;(5)开展了基于L-system的南方果树-芒果、龙眼的建模,实现了果树在年周期和生命周期内的生理生态生长发育过程3D表达;(6)初步探索了顾及光合作用的果树生长的数学建模、三维建模,展示了在不同环境因子和经营参数控制下龙眼的生长变化过程。林开辉,陈崇成等(2006)针对虚拟森林灭火仿真需要多种不同要素同时参与灭火仿真的功能需求,提出了一种基于HLA 的可扩展的分布式森林灭火仿真体系结构。可用于地理多维信息的综合管理、协同规划、设计与决策等,可为数字省、数字城市、数字行业建设提供方法和技术支撑。虚拟现实技术中场景的建模和控制一直是人们关注的焦点,江辉仙、林广发等(2006)应用虚拟现实地理信息系统(VRGIS)技术建立库区三维仿真系统,结合影响水土流失的各种因素,利用GIS对空间数据处理和分析的特殊功能,实现水土流失监测预报系统数据与图形的有机结合,提高水土流失监测预报的准确性。系统具有三维性、交互性、多媒体集成性和境界逼真性。省基础地理信息中心基于三维地理信息系统软件开发福建省三维基础地理信息平台(政务网),实现三维地理信息的查询、浏览,政务信息的查询、浏览,专题地理信息的加载及地名地址信息的上传、标注等功能;开发了基于三维基础地理信息的地震救灾、地质灾害、森林防火、核电规划、交通规划、城市三维、旅游三维、治安管理等专题三维地理信息系统。
1.8 空间数据挖掘和知识发现研究越来越受重视
面向地学和资源环境等领域应用的空间数据挖掘,除了能提取地理实体几何特征知识外,还能发现空间分布、空间关联、空间层次、空间演变等知识。福州大学面向资源与环境问题,以多源、异构的海洋、林业、国土等行业环境监测数据(如各类监测台站、卫星遥感等平台的监测数据)为对象,开展多尺度空间数据的可视化挖掘提供理论框架、技术方法和原型系统研究,在空间离群点的识别与分析、空间关联规则提取、高维空间数据聚类、高分辨率光学遥感数据聚类等空间数据挖掘算法以及在空间数据挖掘的原始数据、挖掘结果的可视化表达以及挖掘过程的可视化交互探索方法等方向取得进展,推动了地区空间数据深度挖掘的研究与应用水平,空间数据挖掘和知识发现取得了显著进展。(1)基于时空统计的方法,如钟春棋、曾从盛(2007),基于RS与GIS的福州市景观格局动态演化研究,在RS与GIS技术支持下,利用1986年、1993年和2000年3期TM遥感影像,选取反应景观空间结构和景观异质性的指数,分析了福州市区景观格局及动态变化的特征。(2)基于空间关联规则的方法,主要指空间对象之间的空间和非空间关系,如厦门市湿地时空演化的遥感动态分析(李春华、沙晋明,2007):以厦门市近20年来多时相遥感数据为数据源,采用RS和GIS技术提取湿地动态变化信息;综合运用多项式回归、马尔可夫模型、虚拟地理环境技术对厦门市湿地时空演化趋势进行模拟分析和定量预测研究,建立厦门市湿地动态变化系列图谱。邱炳文, 王钦敏等(2007)采用Moran's I系数的自相关图来表示土地利用及其影响因子的空间自相关性特征,并且在此基础上建立了土地利用与影响因子的空间自回归方程。(3)基于求解问题不确定性的方法,包括粗集理论(Rough Set Theory)和云理论(Cloudy Theory);(4)基于可视化的方法,如土地利用与土地覆盖变化信息的图谱研究(余明、李慧珍,2007),应用RS和GIS复合技术提取土地利用信息图谱,从现状结构、发展变化(净变化与相互转化)等方面进行土地利用信息定性和定量的分析,并建立了实验区土地利用演变过程和空间扩展图谱,其研究和建立的土地利用斑块形态与扩展图谱,在一定程度上反映了地学信息图谱的“形-数-理结合”和“系列化”、“谱系化”、“模型数值化”的特征。(5)基于人工智能的方法,如陈楠、王钦敏等(2006)基于BP神经网络自动提取沟谷研究,提出了将提取沟谷的过程转化为根据地形因子综合判定地貌类型的过程的思想。应用BP神经网络分析了6种地形因子与沟谷地形的相互关联关系。
1.9 地理信息网格与知识网格创新研究出现良好开端
知识网格是网格发展最新阶段或表现形式,它是在人工智能和知识管理的基础上形成的网格,是集计算网格和信息(数据)网格、知识发现平台、决策支持系统为一体的智能网格。福州大学将时空数据挖掘、空间决策支持系统、信息可视化和人-机交互等技术引入网格计算环境,基于主流网格中间件Globus成功开发地理知识网格平台(GeoKS-Grid),形成数据资源管理中心、资源监控中心、任务管理中心、数据挖掘与决策服务中心、网格平台管理中心等主要模块,并在系统上部署了一系列网格服务,如基于MST的空间离群挖掘服务(以福建沿海土壤地球化学异常分析为例)、基于本体知识推理的土壤适宜性评价服务(以福建沿海地区热带水果种植应用为例)、空间关联规则挖掘服务(以漳浦县林种与影响因子关联分析为例)、城市空气高架点源污染模拟服务(以厦门市SO2为例)、城市短期电力负荷预测服务(以厦门市为例)、海上化学品泄露污染扩散模拟服务(以福建湄洲湾易溶液化品为例)。该平台拥有地理知识发现和辅助时空决策分析的功能,促进网络地理信息共享与服务从单纯的信息交换和互操作、集成处理上升到时空数据挖掘服务、决策服务的深层次转变,为地理知识服务网格平台成为一个可视化、交互式、智能型的地学问题协同式求解环境奠定基础。
1.10 地图制图学与地理信息工程理论研究
地图制图学与地理信息工程学科中除了地图投影、地图综合和地图符号等传统理论外,又增加了地图空间认知理论、地理信息传输理论、地图视觉感受理论、地图模型理论、地理空间信息语言学理论、地学信息图谱理论、空间数据的不确定性理论等,地图制图学与地理信息工程科学的理论体系正在逐步形成。许多现代数学方法都在地图制图学与地理信息工程科学技术中找到了自己的切入点,特别是现代数学方法在地图自动综合和空间数据不确定性研究中的应用。我省在这一方面取得一定的进展。
福建师大地理科学学院和福州大学空间信息工程研究中心致力于空间数据挖掘与信息共享的理论、方法与技术的研究与应用示范研究。师大地理科学院作为主要成员参编的《地图学基础》由高等教育出版社出版,该书被全国高校选作教材,并获全国普通高等院校优秀教材二等奖;《地图学原理》由科学出版社出版(2004年);《地图学》课程被评为福建省优秀课程;《地图学的改革与建设》经国内专家鉴定为国内先进水平,获福建师大优秀教学成果一等奖。《地球信息科学导论》由科学出版社出版(2007年),作为地图学与地理信息系统专业博士与硕士研究生教材。福大空间信息工程研究中心近几年从事数字区域的理论、技术与应用,地理信息的建模理论与分析技术,空间数据挖掘的理论与方法,数据传输与信息安全技术等应用研究。《人口经济学中的GIS与定量分析方法》(王钦敏等)运用GIS 理论、方法分析人口空间分布与相关自然和经济因子间的定量关系。建立了人口空间分布与经济发展之间关系的微分方程组模型,运用稳定性理论揭示两者之间的非线性动力学机制。对人口空间迁移变化与经济发展之间的关系建立数学模型,为人口空间迁移预测及政府决策提供参考。
以上所述地图制图学与地理信息工程学科取得的进展基本反映了近年来本学科发展的面貌。
2 地图制图学与地理信息工程学科的发展趋势和任务
通过总结地图制图学与地理信息工程学科技术取得的进步、存在的问题和差距,进一步分析空间信息科学技术的发展及面临的机遇和挑战。
2.1 以空间认知为核心的地图制图学与地理信息工程学科理论体系将进一步深化
空间认知理论是地图制图学与地理信息工程学科的认识论和方法论基础。在空间认知理论的指导下,地图投影、制图综合、地图符号等传统地图制图学的基本理论将在新的条件下进一步深化;地理信息传输、地图视觉感受、地图模型、地理空间信息语言、地学信息图谱、空间数据与空间分析的不确定性等地图制图学与地理信息工程学科的新理论在整个理论体系中的地位和作用、相互联系、内容的深层次研究将取得进展。目前,在地图空间认知研究方面,理论体系尚不完善,空间认知过程研究不够深入。现有的GIS 数据模型缺乏跟踪现实世界实体变化的能力,因为它只保存实体的现势数据,随着地理信息系统在行业应用的普及和深入,人们开始认识到地理信息系统应该具有描述现实世界中各种时空变化的能力,既可以分析其过去,又可以预测其未来(发展趋势)。这种想法导致了时空地理信息系统和时空数据模型概念的提出。今后要重点研究:(1)空间认知理论体系框架;(2)空间认知过程、实验方法与技术;(3)地图可视化系统中的“人―地图”关系及表示方法。
地学信息图谱研究不仅局限于表现,更是一种分析方法。地学信息图谱是图形、方法和认知三者的综合与统一。地学信息图谱的研究起步工作主要有三方面:区域地理单元及其等级体系;地理单元的遥感影像特征分析;地学信息的表达方法。
2.2 地图自动制图综合及其过程控制的智能化将取得进展并得到应用
在基于大比例尺地图数据库生产小比例尺地图、多比例尺地图数据库的自动派生及一体化更新和 GIS中多尺度空间数据显示等环境下,基于保质设计的空间数据的自动综合及其过程控制的智能化研究都是必要的。目前的研究离实际应用还有很大的差距:一是自动综合模型、算法还不具普适性;二是自动综合结果还有不尽人意。今后研究的重点问题主要包括:(1)几何信息的尺度依赖与空间认知理论的联系;(2)多尺度空间数据库的数据模型与数据结构;(3)网络环境下的空间数据多尺度表达与在线式自动综合理论与方法;(4)智能技术支持下的地图自动综合决策分析与自适应操作;(5)自动综合的智能化、过程控制与质量评价;(6)三维城市模型的自动综合;(7)地图自动综合的人机协同机制。
2.3 地理空间信息数据库多源、多尺度数据一体化及面向对象发展
我省基本实现多源、多尺度矢量数据、影像数据和高程模型数据一体化管理。需进一步研究:(1)矢量数据、影像数据与数字高程模型数据融合的理论和方法;(2)海量数据高效快速索引技术;(3)基于图形、影像与数字高程模型数据一体化的完全面向对象的方法;(4)基于矢量、影像与高程模型数据融合的地学空间分析理论与方法;(5)基于矢量、影像与数字高程模型数据融合的三维可视化理论与技术。
2.4 空间信息可视化与虚拟现实技术向与GlS集成的一体化和实用化方向发展
空间信息可视化及在此基础上发展起来的地形仿真和地理环境虚拟现实技术,为人类的地理环境感知提供一种新的、更强大的工具。近些年来,出现不少利用现有的图形图像软件与动画软件制作的地学信息可视化产品,如应用3DS制作动画,完成预定路线的地景观察;运用OpenGL在微机或工作站上实现实时交互的、可立体观察的虚拟地形仿真;运用Performer及MultiGen(三维建模软件)在SGI工作站上完成地景建模与实时显示;运用VRML(虚拟现实建模语言)在网络上传播虚拟地景信息等。空间信息可视化与地理环境虚拟现实技术作为地图学新的生长点,对于拓宽地图学的研究领域和促进地理信息系统理论与技术的进步将产生重要作用。但是,从地理信息系统和空间信息可视化与虚拟现实的关系来看,地理信息系统具有强大的海量空间数据存储、管理、处理和分析功能,空间信息可视化与虚拟现实具有多维动态可视化和实时交互式操作的效果,两者优势互补,集成与一体化是一个必然的趋势。需重点研究:(1)地理信息系统(GIS)与虚拟现实(VR)集成;(2)空间数据多尺度可视化表达的自适应地图符号系统;(3)面向时空模拟与仿真的演化模型;(4)空间信息可视化人机自适应界面;(5)多维动态空间数据模型及其表达体系;(6)基于空间信息可视化的协同工作与决策支持。
2.5 空间数据挖掘和知识发现的研究正在兴起,并向智能化发展
空间数据挖掘和知识发现是空间分析的拓展、延伸和深化,需重点研究:(1)空间数据挖掘与知识发现的理论体系;(2)空间数据挖掘与知识发现方法(基于时空间统计分析、基于空间关联规则、基于求解问题不确定性、基于可视化、基于人工智能等);(3)面向决策支持主题的分布式空间数据提取、预处理、变换、挖掘、模式解释/知识评估;(4)数据挖掘数据、算法、可视化的有机结合(形、数、理的统一)。
2.6 GIS运行实现跨平台、互操作、资源共享和协同
地理信息系统(GIS)就其运行方式而言,经历了由单机向网络发展的过程,网络地理信息系统(Web GIS)正逐步成为主流产品。目前的Web GIS还存在着数据和功能相对绑定、处理功能相对简单、系统之间缺乏良好的互操作性等许多问题,还不能实现真正意义上的跨平台、互操作、资源共享和协同工作。重点研究:(1)基于信息网格的新一代地理信息系统,即网格地理信息系统体系结构和总体方案;(2)基于信息网格的地理空间信息管理与服务标准和规范;(3)Grid与Agent集成模型;(4)地理空间信息服务与Grid集成模型;(5)基于网格的空间数据访问与集成。
基于网络服务的GIS 应用软件平台研究与开发是要研究、开发基于网络服务的GIS 应用软件平台,实现分布式多源异构地理信息的互操作和综合利用。通过对地理信息内容和GIS 功能的集中管理,并为应用开发人员提供基于Web Services 的二次开发接口,实现与各种Web 应用的快速集成。主要技术特点表现在:为用户寻找地理信息服务提供统一的入口和中介;提供基于GML 和Web Services 的地理内容和功能服务;自主开发、开放、跨平台、可扩展。
基于GML 的网络地理信息系统研究。基于GML 的网络GIS,是指GIS 中的所有数据都是表现为GML 文档,这与传统的GIS 不同。由于管理的数据对象发生了变化,传统的GIS 技术不能直接用于GML 数据的管理,因此必须研究基于GML 数据的管理技术,同时作为一个完整的网络GIS,地图信息可视化是必不可少的一部分,因此必须对基于GML的空间数据可视化进行研究。研究的具体内容包括:基于GML 的空间数据管理技术;基于GML 的多源异构空间数据集成和转换;GML 数据的Web 可视化研究;基于GML 的网络GIS 原型系统。
2.7 空间数据不确定性由理论研究向空间数据质量评价与控制的实用化发展
由于现实世界的复杂性和模糊性以及人类表达能力的局限性,空间数据不可避免地表现出某种不确定性,研究空间数据采集、处理、分析和应用过程中的不确定性理论,直接关系到空间数据生产和应用过程中的质量控制、GIS空间分析的可靠性和数字地图产品应用的可靠性。其重点研究:(1)空间数据不确定性与数据质量的内容及评价指标体系;(2)空间数据不确定性理论及其可视化方法;(3)属性数据不确定性理论与方法;(4)数字高程模型(DEM)数据的不确定性理论与方法;(5)空间数据不确定性关系模型和空间分析的不确定性;(6)多尺度空间数据融合的不确定性;(7)空间数据基于不确定性的数据质量评估与控制模型。
2.8 嵌入式地理信息系统将向更广泛的应用领域渗透
地理信息系统(GIS)的应用领域和应用模式与计算机技术的发展密切相关,早期开发的GIS是基于工作站和桌面PC机的,这类计算机计算能力强、存储容量大,能满足GIS对计算机的性能要求。随着嵌入式硬件技术(如嵌入式处理器、存储器)和软件技术(如编译器、图像压缩算法、集成开发环境)的快速发展,GIS技术逐渐应用于嵌入式系统中,构成嵌入式地理信息系统。嵌入GIS由于其具有功耗低、资源消耗少、可靠性高、响应速度快、体积小和重量轻等优点,广泛应用于基于位置的服务LBS、车载导航仪、移动信息终端等嵌入式系统中,实现地图浏览、地图缩放、路线分析、数据检索及地形分析等基本功能。重点研究:(1)嵌入式GIS通用硬件平台;(2)嵌入式GIS中间件技术;(3)强实时响应关键算法;(4)多种数据融合和高效空间数据压缩算法;(5)支持二次开发的EGISM应用软件开发包。
未来地图制图学与地理信息工程学科的发展和理论和技术:
第一,空间认知理论将促进地图制图学与地理信息工程学科的进一步理论化和科学化;
第二,基于保质设计的空间数据自动综合与细节分层(LOD)技术将促进空间数据的多尺度、多分辨化;
第三,空间信息可视化与虚拟现实技术将促进地理环境的沉浸化;
第四,空间数据挖掘与知识发现技术将促进由源于符号获取信息到源于信息获取知识,实现知识获取的自动化;
第五,网格(Grid)技术推动新一代地理信息系统的诞生,将促进资源共享与解决问题协同化;
第六,基于面向对象方法发展面向Agent技术将促进智能化;
第七,地理空间信息获取、处理与应用的一体化技术将促进GIS真正意义上的时态化;
第八,空间信息技术的全面嵌入和广泛应用将促进普适化。
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课题组成员:
1.简灿良,福建省基础地理信息中心,教授高工。
2.吴 升,福州大学,教授。
3.陈崇成,福州大学,教授。
4.戴文远,福建师范大学,副教授。
关键词:地理;信息系统;应用
中图分类号:G202 文献标识码:A文章编号:
在工程建设与发展中,会涉及大量的地理信息与数据,如工程的分布、工程道路、管线、井位等。而当前发展的地理信息系统就是为描述和处理这些信息而逐渐产生的软件系统。本文的目标是要自主设计一个地理信息系统开发平台,从而建立工程策略信息平台。
1 地理信息系统的特点
地理信息系统(GIS)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。在新时期下,GIS、遥感(RS)和全球定位系统(GPS)3S集成技术的发展在世界各国引起了普遍重视。RS主要侧重于信息获取和动态监测;GIS主要是空间信息的管理、分析;GPS是空间定位、导航。GIS的综合性发展趋势还体现在与0A、Internet、多媒体、虚拟现实等技术的集成。GIS数据共享和交互式操作促进GIS社会化发展。开放式GIS协会(OGC)打破当前GIS业各地区、各单位、各企业各自为营的局面,促进GIS社会化发展。
2 基于地理信息系统的工程测绘平台
在工程测绘中,运用卫星全球定位系统控制位置,用计算机精确定量,把测绘技术措施的差异从地块水平精确到平方厘米水平,从而起到极大地提高工程效用率。目前数字地区工程多集中在大型工程周边地区,其原因主要建立地理信息系统的投入高、周期长、耗费人力。应用“工程测绘信息平台”建立应用系统,能在一定程度上缓解这一矛盾。
2.1 总体设计目标
我们开发的工程测绘信息平台是陕西省科技发展计划项目“工程测绘信息平台”的主要组成部分。该项目包括自主知识产权的地理信息系统开发平台,数据规范,测绘领域知识库等,并依据这些软件或实体,以及测绘推理专家系统、数据挖掘等技术建立一个工程时空信息平台,对工程测绘信息进行统一规范化管理,便于在实际应用中进行共享和集成。
2.2 应用特点
与传统的GIS系统相比,本文所设计的地理信息系统具有以下特点:① 更广泛的客户访问范围:客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据,而Inter—net/Intranet所特有的优势大大扩展了GIS的数据管理能力,增强了对空间数据管理的时效性;② 客户端平立性:无论客户端是何种操作系统,只要支持通用的Web浏览器,用户就可以访问地理信息系统数据;③ 更简单的操作:要推广GIS,使GIS系统为广大的普通用户所接受,而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户,就要降低对系统的操作难度。通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择;④ 平衡高效的计算负载:传统的GIS大都使用文件服务器结构的处理方式,其处理能力完全依赖于客户端,效率较低。而当今一些高级的地理信息系统能充分利用网络资源,将复杂的处理交由服务器执行,而对简单的操作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活地在服务器端和客户端之间合理分配处理任务,从而提高网络资源的利用效率。
2.3 系统模块
2.3.1 测绘数据分析
工程测绘信息平台基于地理信息系统构建,其中对时空数据的分析能力也是通过地理信息系统呈现给用户,功能模块调用地理信息系统的服务,为基于平台的应用系统提供接口。具体包括:测绘信息的浏览、查询;测绘专题图的制作和查询;测绘数据的转换、共享、;拓扑、方向、距离及其综合空间关系的分析等。下面将具体探讨专题地图与缓冲区模块的设计方法。
2.3.2 专题地图
与普通地图相比,专题地图具有以下几个特点:专题地图由两部分组成,专题内容与地理底图。专题地图只将一种或几种与专题相关的要素进行详细地显示,概略的显示其它要素,甚至不显示。专题地图的内容更加广泛多样,既包含直观信息,又包含非直观信息,如气候、洋流、民族组成等等。专题地图绘制用于显示数据,而这种数据在数据表格中难于表现。专题通常使用某块或某几块数据,可以使用来自数据源的数据将地图以不同的专题加上底纹。专题使用颜色、填充图案或符号底纹来表示数据。制作专题地图是根据某个特定专题对地图进行“渲染”的过程。所谓的专题渲染,就是以某种图案或颜色填充来表明地图对象的某些信息。使用者可以通过修改数据的分类、分级方法,表示等级数,符号的形状、色彩、填充方式等来创建不同的专题地图。
2.3.3 缓冲区分析
缓冲区分析是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。其基本思想是给定一个空间实体或实体集合,在其周围建立一定距离的带状区,以确定这些物体对周围环境的影响范围或服务范围。根据工程测绘目标地理要素类型的不同,所产生的缓冲区可分为三类:点缓冲区、线缓冲区和面缓冲区。其中,点缓冲区通常是以点为圆心、以一定距离为半径的圆;线缓冲区通常是以线为中心轴线,距离中心轴线一定距离的平行条带多边形;面缓冲区是由面的边界多边形向外或向内扩展一定距离所生成的新的多边形。其中线状目标缓冲区生成是关键和基础。
2.4 系统数据库设计
数据库设计是指在数据分析的基础之上,自底向上的建立整个系统的数据库概念结构,即先从用户的角度进行设计,然后将视图集成,最后对集成后的结构分析优化得到最终结果。我们认为,E—R模型是用于数据库设计的有力工具。我们针对一般城市建筑测绘管理信息系统的需求,通过对地理信息系统工作过程的内容和数据流程分析采用E—R模型。
2.5 系统测试与应用
为了本系统的安全性和操作的易用性、可维护性,我们搭建了测试环境,并根据测试用例对系统进行了功能测试。对该系统功能测试表明,测绘数据分析模块、专题地图模块、缓冲区分析模块和空间查询模块均已实现了用户需求分析中要实现的需求。同时对系统的模块功能举例测试表明,各模块已完全实现了需求分析中的要求,能够为工程测绘实现管理电子自动化。下面是在进行功能测试时需要注意的事项。链接:是否存在链接中断,是否存在错误链接?录入:录入内容是否正确的信息表格:能否正确填写并保存设计:有没有不能看到或读取的因素。从工程测绘测试的结果上看,系统能够满足项目需要,与传统的工程测绘过程相比,提高了工作效率,给客户提供了一个稳定安全的工作平台。同时通过配置适当的硬件软件环境,做全面的系统测试,使系统的响应时间更快,更多客户安全并行使用,发生故障率较低。
3 结束语
地理信息系统(GIS)过去往往被认为是一项专门技术,仅仅用于测绘、制图、资源及环境管理等领域。今天,这种看法已经远远地落后了。计算机技术的迅速发展和社会需求的不断增大,使GIS技术逐渐走向成熟,应用领域迅速扩大。为此建立了一个工程测绘信息智能平台,该平台作为工程测绘应用系统的开发平台,能够为工程测绘信息系统建设等提供技术支持和解决方案。
参考文献:
关键词:高中地理 教学活动 信息技术 教学方法
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1674-2117(2014)16-0-01
高中地理信息技术在高中地理教学内容中的比例并不高,要深入加强高中地理信息技术教学,要进行有效教学方法的研究。因此,笔者选择高中地理信息技术教学方法作为研究对象是有较大意义。
1重视讲与练的结合,加强高中地理信息技术教学
讲解与练习是高中地理教学中不可缺少的两个部分,无论是地理信息技术教学,还是地理理论知识教学,都离不开教师的讲解以及学生的练习。教师利用讲解示范的方法,让学生对地理信息技术有了了解,再让学生进行亲自操作,体会地理信息技术操作的方法,有利于学生地理信息技术应用能力的提高。将讲解与练习进行结合,可以让学生的地理信息技术操作技能得到培养与发展。但是,许多教师并没有对这种传统的地理信息技术教学方法给予重视,使得讲解与练习相结合的教学方法的正面价值得不到有效的体现。在高中地理信息技术教学中,教师要加强讲解与练习的灵活化,为学生创设一个轻松愉快的学习氛围。这样,学生的学习积极性提高,对于地理信息技术的操作方法关注度更高,有利于教学成果的提高。
例如,在教授《自然界的水循环》一课时,教师可以利用地理信息技术让学生对地理知识进行深入了解,在地理知识的基础上,提高学生的地理信息技术操作水平。针对自然界的水循环这一问题,教师可以引导学生对遥感技术进行了解,引导学生利用遥感技术对自然界的水循环问题进行观察与了解。在相对真实的高中地理学习情境中,学生认识到地理信息技术的重要作用,会提高其学习积极性,配合教师完成教学任务。
2利用任务驱动教学,加强高中地理信息技术教学
学习任务的提出,会让学生更为清晰地认识到本节课的学习目标,找到学习的动力。一般来讲,将任务驱动教学方法运用到地理信息技术教学中,教师首先要对学习任务进行提出,引导学生对任务进行分析,引导学生对任务进行理解并其完成,对任务进行有效的评价,总结学习经验。任务驱动方法的应用,使得传统高中地理信息技术教学模式被冲破,更能够帮助学生减小地理信息技术学习的压力。
例如,在教授《海水的运动》一课时,教师就可以为学生设置一个科学合理的学习任务,让学生以小组为单位对学习任务进行完成。针对高中地理学习目标,教师可以为学生设置如下的学习任务:熟悉中国几大洋的海水运动情况,分析海水运动的规律与趋势。之后,教师要引导学生对这一任务进行理解,帮助学生找到切入点,让学生思考地理信息技术在这一学习任务中加以应用的意义所在。教师要对学生进行科学的分组,让每一个小组中都具有一个地理信息技术学习与应用能力较高的学生,使其带动小组共同完成学习任务。在学生完成学习任务之后,教师要对学生的任务完成质量进行客观的评价,引导学生发现问题、解决问题,对自己的地理信息技术使用能力进行提高。在这样的高中地理信息技术教学活动中,高中学生的地理学习能力明显提高,有利于学生地理思维培养。
3利用地理主题教学,加强高中地理信息技术教学
在高中地理信息技术教学中,利用主题教学模式,有利于学生注意力的集中,使学生在一段固定的时间内对一个地理问题进行深入的研究。在科学技术快速发展的背景下,让主题出现在地理信息技术教学中,有利于教学质量的改善。教师在进行地理信息技术教学主题确定时,要对学生地理学习兴趣进行了解,使其确定的主题与学生的学习兴趣之间具有较大的匹配程度。主题的确立要服务于学生学习兴趣的提高,使学生的信息采集与整理能力在主题学习中得到提高。
例如,教师可以针对高中地理学习内容,设置“城市化”这一地理信息技术学习主题,让学生针对这一主题进行地理信息的收集与整理。教师将选择地理信息技术的权利交还给学生,使学生选择他们认为对其学习最有帮助的地理信息技术。在学习中,学生对地理学习信息进行有效的采集与加工,加强数据的整理,更好地认识到地理信息技术存在的重要意义。主题式教学有利于高中学生的地理学习兴趣提高。
4结语
综上所述,不同的教学方法对于高中地理信息技术教学的促进作用是不尽相同的。笔者针对高中地理教学内容,对高中地理信息技术教学的几点方法进行了分析。希望当代高中地理教师加强对高中地理信息技术教学的重视,利用丰富的教学方法来吸引学生对于地理信息技术的关注,提高学生的地理信息学习兴趣,促进高中地理教学整体质量的提高。
(吉林省公主岭市范家屯镇第一中学,吉林 公主岭 136105)
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宁波时空数据建设
2010年9月,宁波市率先在国内提出并开展“智慧宁波”城市建设。“智慧宁波”建设的首要问题是破除现实与虚拟的壁垒,为宁波构建数字城市框架。为此,宁波市政府、宁波市规划局于2011年开展了“智慧宁波”地理信息共享服务平台的建设工作。随着全国范围内“智慧城市”建设大幕的展开,以及“智慧宁波”建设的不断深入,2013年国家测绘与地理信息局、浙江省测绘与地理信息局、宁波市政府共同推进“智慧宁波”时空信息云平台建设试点的申报工作。2015年3月,平台项目设计书通过了国家测绘局的评审和批复,宁波成为全国第四家“时空信息云平台”建设试点城市。
宁波时空数据的建设内容大体可以分为静态数据和动态数据两类:
静态数据,主要包括了测绘生产的各类基础数据以及运用新型技术手段生产的新型数据成果。其中有大家熟知的电子地图数据、遥感影像数据、地名地址数据、城市三维模型、地理实体数据等。新型数据成果包括了2.5维电子地图数据、全景数据、倾斜摄影数据、激光点云数据等。通过对这些数据增加时间维度,构建了宁波全市的静态时空基准。以地理实体为例,地理实体数据可以理解为描述可以感知到的地理空间的一类数据,例如一桩房子、一条路,又或是一个社区、一个街道等。通过对地理实体数据的时态化,不仅可以查看到实体本身从无到有的变化过程,还可以使普通的实体数据承载所有产生于这个实体内的信息,简单来说就是什么时间发生了什么事情,例如某年某日,张三搬进,李四搬出。
另一类数据是动态数据,动态数据的特征是本身就具备了时间维度,而通过这次建设赋予了这类数据统一的空间维度。动态数据内容包括实时位置信息、感知设备地址信息等。实时位置信息包括了宁波市公共自行车租赁实时信息、物流车辆实时位置信息、NBCORS实时位置信息等;感知设备位置信息主要包括从环保、水利、公安、城管等部门获取到的监控摄像实时信息。例如环保部门的PM2.5实时监控信息,水利部门的水文站观测数据等。
总体来说,传统的空间地理信息数据作为“智慧城市”建设的基础,打破了城市由现实到虚拟的壁垒,为智慧城市的建设、智慧化应用的实现奠定了数字基础。时空数据则是“智慧城市”运营的基准,为“城市智慧体”构建了骨骼和肌肉,承载了城市运营的轨迹。
“智慧宁波”时空信息云平台
“智慧宁波”时空信息云平台的前身是地理信息共享服务平台。地理信息共享服务平台的建设,主要解决了“智慧宁波”建设初期的四大问题:第一,为宁波“智慧城市”建设构建了数字空间基准;第二,测绘管理部门的服务模式,由传统的离线拷贝,走向了在线共享的方式,数据时效性、权威性得到了保障;第三,提供了全市统一的空间数据标准规范,一定程度上解决了信息系统之间存在的“信息孤岛”问题;第四,为“智慧宁波”的智慧化应用建设提供了空间地理信息技术支持,平台共计接入的应用系统达到了137个,节约了大量的财政资金投入。
时空信息云平台是对共享平台的全面提升,所要解决的问题主要包括四个方面:第一,为“智慧宁波”城市运营提供时间、空间的基准;第二,数据共享方式不再是单一的1对1,而是将情况复杂、来源多样的数据在线整理为用户所需要知识信息;第三,应用系统不再是单一的将空间信息数据作为底图,而是将复杂的空间分析方法作为业务应用的支撑;第四,结合时空数据与大数据进行大数据挖掘分析。
“智慧宁波”时空信息云平台软件服务体系包括四个组成部分:第一部分,数据库管理系统,主要用于时空数据的建库、管理,同时支持多源、异构数据在线融合及融合流程的可视化定制;第二部分,运维管理系统,运维管理系统包含了两个层面的管理内容。首先,针对平台内部业务进行管理,例如用户管理、服务、服务监控等;此外,针对平台提供的云GIS资源进行管理,用户可以利用平台提供的计算资源构建自己的云GIS服务站点、云GIS桌面,同时可以制定弹性伸缩策略,让缥缈的云计算唾手可得;第三部分,统一服彰呕В用户可以通过统一服务门户方便直观的获取到平台提供的各类数据服务、功能服务、开发帮助等。另外,统一服务门户还提供了地理编码引擎以及影像分发服务等;第四部分,时空大数据分析系统,该系统为用户提供了一整套高效可用的并行大数据计算框架,还为用户提供了模块化的模型算子,可根据用户需求定制大数据分析挖掘模型,满足用户基于时空数据的大数据挖掘分析需求。
从地理信息共享服务平台到时空信息云平台的发展,从技术上来说实现了四个方面的飞跃:第一,由地理信息数据的实时在线共享,发展到准确定位、有机结合、深度利用;第二,从资源的分布式存储、逻辑式集中,发展到用云计算、宿主资源;第三,从基于在线服务的对接,发展为知识引擎、按需服务;第四,从静态的地理信息分析方法,发展为基于时空信息的动态大数据分析挖掘。
时空信息云平台是贯通“智慧宁波”建设的“管道”
“智慧宁波”时空信息云平台与宁波市政务云、物联网平台共同组成了“智慧宁波”建设的三大基础设施。时空信息云平台的建设将贯通三大基础设施之间的“管道”。首先,宁波时空信息云平台的建设通过与政务云平台提供的IaaS层服务的深度整合,构建了面向宁波全市的GIS应用服务云,可以说是政务云平台上首个面向PaaS层的行业级应用服务云。另外,平台建设正在积极与宁波市物联网平台进行对接,计划通过PaaS层的服务对接,构建物联网平台与时空信息云平台的统一服务,通过统一服务获取到的不再是单一的物联网节点信息,而是基于空间地理信息进行分析、加工后的知识信息。
时空信息云平台的建设最终要为政务、企事业单位和社会公众按需提供智能化的时空信息服务。
一个层面,通过时空信息云平台提供的智能化服务、丰富的服务资源池,让用户能够用非常简单的方法按需获取服务。例如,用户通过前端设备连接时空信息云平台,通过关键字检索等方式,搜寻到自己关心的导航、实景、旅游信息等,平台可以快速地将用户关心的这些信息配装成相应的功能交付给用户,让用户使用更便捷。
另一个层面,用户可以依托时空大数据和时空信息云平台,开发自己的智能化应用系统对外提供智能服务。例如,城市智能治理应用,这类应用系统的开发主要难点体现在数据与事件方面。数据层面,城市治理涉及到数据内容的方方面面,例如公安部门的人口数据、工商部门的企业数据、城管部门的城市部件数据等,这些数据来源多头、数据标准不统一,很难快速集成应用。事件方面,城市管理中发生的各个事件都含有位置和时间数据,但传统的管理模式不易于数据的展示、分析。时空信息云平台提供的各类服务,很好地解决了这些问题,多源异构的数据来源基于统一的时空基准进行汇集,直接向用户提供可用的知识成果。基于时空云平台的地理编码与位置服务,用户可以将事件信息基于地理信息数据进行统一的管理、展示,方便下一步的数据挖掘分析。
[关键词]测绘 发展机遇 智慧城市
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-4-214-2
1引言
随着传统测绘到数字化测绘的转变再到信息化测绘的跨越发展,我国测绘地理信息产业已进入全面发展的关键时期,呈现出地理信息需求旺盛、服务模式多样多变、测绘技术日新月异,测绘市场竞争激烈等特点,而城市又是整个社会信息化的核心,在数字城市乃至智慧城市的建设过程中,城市勘测事业必将迎来一场重大的发展机遇和挑战,或衰败!或腾飞!本文通过信息化测绘的特征分析,对信息化测绘体系下测绘服务保障模式的创新进行了一些思考,并结合城市勘测业务发展趋势与空间分析,提出了当前城市测绘实现服务创新的几点思路和措施。
2信息化测绘的特征分析
信息化测绘是在数字化测绘的基础上,在完全网络化运行环境下,实时有效地向信息化社会提供地理信息综合服务的测绘方式。信息化测绘是我国测绘实现了由传统测绘向数字化测绘转化和跨越之后进入的又一个新的发展阶段,其最本质的内涵和特征就是实现实时有效的地理信息综合服务,信息化测绘体系相对于数字化测绘体系具有以下几个标志性特征:
(1)数据获取实时化。即体系对地理信息的获取和数据库建设将由静态生产为主,转为动态变化监测和实时更新为主。信息化测绘要通过综合采用航空、航天、地面等一切可使用的快速观测新技术和组织运作方式,实现数据获取实时化;同时也将基础地理信息变化监测和实时更新列为基础测绘的基本任务。
(2)信息处理网络化。由“局域”到“广域”,即作为数据传输和信息交互的网络支撑运行环境,对于数字化测绘生产可以局域网为主;但对于实时有效的地理信息综合服务必须依靠广域专网或国际互联网,来实现数据传输和信息交互彻底的网络化。
(3)信息服务社会化。从“封闭”到“开放”,即体系的运行主体应从测绘系统内部扩展到其它应用部门、从公益性测绘保障体系内部扩展到地理信息产业体系,形成企事业单位、政府机构和用户大众协同运作的开放机制,实现信息服务的社会化。
(4)基础设施公用化。由“专用”到“公用”,即体系的基础设施,包括测绘基准体系和基础地理信息数据库系统等的使用,由原来的供专业使用为主,升级改造为满足社会公共使用为主,实现测绘基础设施公用化。
(5)信息共享法制化。推进信息共享,要切实从政策法规上为充分的信息共享创造有利条件,妥善解决信息共享中的安全问题和产权问题,建立信息共享相关的法规、标准体系和运行机制,实现信息共享法制化。
3测绘服务的模式创新
测绘方式的转变必将带来服务模式的变化,测绘服务模式发展随着测绘技术发展可划分为三个阶段:
(1)“图模式”阶段:该阶段测绘服务主要以提供各种比例尺、各类专题的纸质地形图和地图为主要方式,来满足国民经济社会发展和各类建设工程设计、施工等方面的需要;
(2)“数据模式”阶段:该阶段测绘服务主要以提供各种比例尺、各类专题的基础测绘数据为主要方式,来满足社会和行业信息管理系统对基础测绘数据或电子地图的需求;
(3)“信息模式”阶段:该阶段测绘服务将主要以提供与空间地理位置相关的各类信息和服务为主要手段,为政府、企业和社会大众提供一种网络化、实时化和智能化的地理信息综合服务。
当前,测绘服务正处于“数据模式”阶段向“信息模式”阶段转换的过渡时期,如何实现信息化测绘体系下的信息化服务,目前各行业各部门都在积极进行着探索、创新和实践,特别是城市测绘主管部门和测绘单位更是应极力提升测绘地理信息在数字城市建设中的龙头地位、积极发展壮大测绘地理信息服务领域和产业。着眼于城市测绘的发展趋势和国家地理信息产业发展规划,城市测绘部门如何来提升测绘行业地位,推动测绘服务创新,当前条件下主要的突破口和入手有以下几个方面:
①加快城市地理信息公共服务平台建设。建设涵盖市区(县)两级的地理信息公共服务平台,纵向实现市、区(县)上下联通,横向实现规划、建设、国土、市政、房管、城管、发改等多部门间的协同共享。加快公共服务平台数据更新速度,不断提高数据的鲜活程度。深化平台在城市规划、建设、管理等方面的典型应用,建立三维辅助规划应用系统、全市建设项目协同审批系统、地下管线应用系统、数字社区、历史文化地理信息系统等一批有特色的应用系统。要通过公共服务平台的建设,逐步实现测绘地理信息的社会化应用,建立和完善地理信息共建共享的法规和机制。②开展城市地理市情监测。加强上下协调,积极全面开展地理市情监测,加快地理市情信息获取效率,建立地理市情信息的快速获取机制和处理体系,加强对基础地理信息数据库的数据挖掘、统计分析和知识发现。加大地理市情监测技术手段研究,特别是多源数据处理技术研究,包括影像数据处理技术、三维激光扫描技术、空间矢量数据的处理技术,以及地理市情监测专题模型研究等。要通过地理市情监测,重点完善和实现数据获取的实时化、信息处理的网络化,不断提升测绘地理信息部门在城市信息化建设中的龙头地位。③推动“智慧城市”建设。在“数字城市”建设成果基础上,搭建服务型城市级智慧城市平台。以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络的多样化组合为基础,以物联网和云计算技术为支撑,推进基础性与应用型信息系统开发建设和各类信息资源的开发利用,探索“智慧城市”建设模式,研究开发智慧技术、智慧产业、智慧人文、智慧服务、智慧管理、智慧生活等为重要内容的城市发展模式,从而实现城市向国际化大都市高速迈进的发展战略。
4城市测绘的发展空间与机遇
城市测绘的业务大致均可分为三部分:(1)传统类业务,诸如规划拨地、放线等为规划服务的测量业务;(2)市场类业务,即除规划测量以外的参与市场竞争的其它城市测量业务,诸如市政测量、房产测量、形变监测等业务;(3)地理信息类业务,即基于基础地理信息资源的地理信息服务业务。在信息化测绘发展的大背景之下,这三类业务的发展空间与前景各有异同。
4.1传统类业务发展空间不大
传统类业务由于目前还有政策倾斜和保护,发展比较稳定,但市场潜力有限,蛋糕就那么大,难以实现跨越式发展,而且目前传统业务还时有挑战,一是开发区政策有松动,新成立的一些开发区和基地,政策灵活,有的业务不一定委托城市测绘部门来做,二是一些大型政府专项投资项目,如地铁、市政路桥建设等重点测绘工程也不一定都委托给城市测绘单位,这些都给城市测绘的传统业务发展带来不小的挑战。
4.2市场类业务竞争非常激烈
市场类业务范围比较大,如形变监测、市政测量、地籍测绘、房产测量等城市测量业务,都有着很大的市场领域,但市场竞争非常激烈,城市地区更是测绘单位云集,城市测绘单位竞争力不强,优势不明显,要想扩大份额也并非易事。
4.3地理信息类业务市场潜力巨大、资源优势明显
当前地理信息产业发展迅猛,地理信息服务需求旺盛,地理信息市场潜力巨大,城市测绘单位依托历史积累的数据资源优势是其他单位无法超越的,这应是城市测绘单位实现跨越式发展得天独厚的优越条件,但当前面临的困难也很多,诸如信息推广力量单薄,营销意识有所禁锢,政策环境不成熟,技术力量不足等都制约着这方面的发展。综上分析,城市地理信息综合服务是城市测绘行业发展的重大机遇,城市测绘单位只有大力发展地理信息服务业务,才能实现企业可持续的跨越式发展。
5服务创新的几点措施与思路
如何加快发展城市地理信息业务,如何实现信息化测绘服务的创新与跨越,这是一个范围广阔、内容丰富的课题,只有不断探索、不断创新才能逐步发展,结合当前市场环境和发展条件,城市测绘单位可先从以下几个方面做起:
(1)建立和完善信息化测绘生产体系。从数据的采集、生产、处理、管理到数据的分发、服务等,建立一套完善的信息化测绘生产体系,在已经完成的城市连续运行卫星定位系统、城市大地水准面精化、城市基础地理信息系统等的基础上,发展完善卫星与航空数据获取及更新、三维空间数据生产与处理、数据分发与服务等生产体系,为地理信息的综合服务打好数据生产基础。(2)加快建立城市地理信息公共服务平台。在现有基于局域网的基础地理信息系统基础上,加速搭建基于互联网之上的、面向社会和大众的、开放式的地理信息公共服务平台,加快实现地理信息的社会化应用与服务。(3)积极推动智慧城市建设。智慧城市并不遥远,要在已经取得的数字城市成果的基础上,利用城市基础地理信息资源优势条件,加快启动智慧城市总体框架设计,建立和完善地理信息共建共享机制和法规,加强系统宣传与营销,通过地理信息公共服务平台的辐射和带动,提升城市测绘在智慧城市建设中的地位与影响力,积极推动智慧城市的建设和发展。
关键词:测绘高新技术;地理信息;数字城市;地理国情监测
一、引言。
随着科学技术的不断进步,测绘科技也在加速创新。传统的测绘方式已逐步被测绘高新技术“3S”技术和“4D”产品所取代。传统的测绘方法:如三角测量、大平板仪测图、普通航摄仪测图等已经彻底淘汰,而水准测量、光电测距、部分解析法测图、三角高程测量将作为测绘高新技术的辅助手段继续存在。传统测绘技术形成的成果图件称为手测图,后经计算机扫描及矢量化完成的成果不能称之为数字化成果,只能称为半数字化,其精度不高,更新慢。而用3S技术通过特殊软件及设备加工处理生产出的4D产品则为真正意义上的数字化成果。完成这一产品的过程只有现代地理信息技术才能实现。地理信息产业、国情地理监测涵盖了整个测绘领域和过程。然而,随着测绘内容的越来越丰富,测绘名词成因需要进一步规范
二、传统测绘产业和测绘高新技术的提法。
有人认为:现在从事的小范围测绘项目和非数字城市项目都属于传统测绘产业,这个提法不确切,现在不管大小项目,为客户提供各种测绘服务都是采用高科技技术手段完成的,不存在传统不传统的问题,比如小区域测图,控制部分都是由GPS来完成,测图部分大部分用航片外业调绘(航片用遥感技术获得),内业用配套软件计算机处理完成,而更小一点范围测图使用全站仪外业采集数据,内业编辑成图精度更加可靠。因此就测绘产业本身来讲不存在传统的,而是测绘方法及手段存在传统和非传统说法。
三、地理信息、地理信息系统、地理信息产业
1、地理信息(Geographic Information)是指与空间地理分布有关的信息,它表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征,联系和规律的数字、文字、图形、图象等的总称。地理信息代表三维空间信息。具备区域性、多维性和动态性。其动态性主要用于测绘生产实践,它表示地理信息的动态变化特征,即时序特征。可以按照时间尺度将地球信息划分为超短期的(如台风、地震)、短期的(如江河洪水、季节温度)、中期的(如土地利用、作物估产)、长期的(如数字城市、水土流失)、超长期的(如地壳变动、气候变化)等。地理信息常以时间尺度划分成不同时间段信息,这就要求及时采集和更新地理信息,并根据多时相区域性指定特定的区域得到的数据和信息来寻找时间分布规律,进而对未来作出预测和预报。
2、地理信息系统是在计算机软硬件支持下,把各种地理信息按照空间分布及属性,以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析和应用的技术系统(简称GIS)。GIS是一种计算机系统,它具备一般计算机系统所具有的功能,如采集、管理、分析和表达数据等功能。其次,GIS处理的数据都和地理信息有着直接间接的关系。地理信息是有关地理实体的性质、特征、运动状态的表征和一切有用的知识,而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征(简称属性)及时域特征三部分。空间位置数据描述地物或现象所在位置;属性数据有时又称作非空间数据,是属于一定地物或现象、描述其特征的定性或定量指标;时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。由此,可以简单地定义地理信息系统为用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。地理信息系统是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统。依照其应用领域,地理信息系统可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等。
3、地理信息产业,是以现代测绘技术和信息技术为基础发展起来的综合性产业。既包括 GIS(地理信息系统)产业、卫星定位与导航产业、航空航天遥感产业,也包括测绘业和地理信息技术的专业应用,还包括LBS(基于位置服务)、地理信息服务和各类新兴技术及其应用。
开发地理信息系统都是为完成地理信息产业服务的,近些年,各行各业都在开发地理信息系统,无论哪个行业开发都离不开测绘科技,地理信息系统必须有基础信息平台,这就是所属区域的基础测绘资料,所以,测绘技术的日新月异,使实现社会信息化变为可能。
四、数字城市。
数字城市是城市基础地理空间框架,是数字化城市管理系统简称,是数字省和国家的重要组成部分,数字城市以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带,运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术,对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。数字城市建设成果是用强大的地理信息系统来完成的,是科学技术的综合体现,数字城市系统开发建设为城市管理提供方便快捷服务。
五、地理国情监测。
地理国情监测是综合利用全球卫星导航定位技术(GNSS)、航空航天遥感技术(RS)、地理信息系统技术(GIS)等现代测绘技术,综合各时期已有测绘成果档案,对地形、水系、交通、地表覆盖等要素进行动态和定量化、空间化的监测,并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等,形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告。地理国情监测通过对地理国情进行动态测绘、统计,从地理的角度来综合分析和研究国情,为政府、企业和社会各方面提供真实可靠和准确权威的地理国情信息。推进地理国情监测工作,必须建立在丰富翔实的地理信息资源积累基础之上,不仅需要掌握各时期的历史档案数据,还要加快地理信息动态监测,及时更新地理信息。做为测绘工作者要肩负起测绘发展的历史使命,测绘队伍要制定人才发展战略,加快装备的现代化。为我国测绘事业发展多做贡献。
1.培养目标
浙江农林大学作为一所特色鲜明的地方性高等院校,坚持依靠自身优势和特色,为地方经济建设特别是为浙江农业、农村、农民服务[7]。地理信息系统专业应抓住此发展契机,以面向浙江省“三农”作为发展的着力点与突破口,充分发挥自身专业的独特优势。地理信息系统在数字林业建设中应用广泛,我国林业院校,如北京林业大学、南京林业大学、西北农林科技大学、中南林业科技大学、浙江农林大学、西南林学院等都开设了GIS本科专业,共同的特点就是依托农林等学科的优势,培养具有坚实的计算机科学和地理学的理论基础,掌握地图学与地理信息系统的基本知识、基本理论和基本技能,能在林业、农业、地籍、环境、规划设计、森林工程、防灾减灾等领域从事与地理信息系统开发相关的工作的高级专门人才[4]。因此,毕业的学生应具有较强的工作能力,以适应社会对地理信息系统应用型人才的需求。基本知识和基本技能强、基础扎实、能力强、素质高且具有创新精神和实践能力等方面工作,全面发展与鲜明个性相结合,具有进一步自主学习能力的应用型人才。
2课程设置
地理信息系统是多种学科交叉的产物,如测量学、地图制图学、计算机科学、地理学等,它综合应用这些学科的思想和方法,形成了自己的体系[8]。因此,要求农林院校的学生既要学习这些相关课程具备一定的背景知识打下扎实的理论基础,又要掌握院校特色的农科和林科的行业知识。根据我校“宽口径,厚基础,强实践,重应用”的人才培养基本要求,充分考虑学生就业及以后深造需要,构建了“平台+模块”的“3+1”培养模式。由公共基础平台、学科基础平台、专业平台和方向模块四个层次构成。同时,综合考虑到学校特色及本省就业需求,开设林学林学相关课程,较好地解决了通识教育与专业教育、厚基础与强应用之间的矛盾。毕业生应获得以下几方面的知识和能力:掌握数学、地图学、计算机科学、地理信息系统、遥感、全球卫星定位系统的基本理论和基本知识,以及地理信息系统技术开发的基本原理和基本方法;具有将地理信息系统应用于农、林、水、土管、城建、环境等方面的基本能力。与此同时,为了保证学生在四年八个学期内有足够的精力和时间完成学业,课时的安排设计为“钟”型。
3.实践教学与毕业设计
地理信息系统专业是一个应用性、操作性、实践性很强的专业,因此加强GIS实践教学和毕业设计是提高教学质量的一个重要手段。在我校GIS专业课程教学计划中,主要实践性教学环节总计37.5周学时。实践主要包括课程实验、实习、毕业设计三个环节。这三个环节从GIS专业基本技能训练到综合应用,形成实践内容的衔接,由浅至深,贯穿四年的实践教学体系。这些以培养基本技能与方法的课程实验课以林业生产实验、GIS应用开发技术基础实验训练等为主。综合专业实习主要以GIS行业应用软件开发、3S技术应用、野外测绘实习、结合农业院校的特点开展相关森林资源调查等综合性专业实习。重点培养学生的地理信息系统的二次开发能力和实践应用能力以减少与生产单位的差距。
毕业设计是实现地理信息系统专业人才培养目标的最后一个教学环节,也是最重要的一个教学环节。教师设计毕业论文题目,由学生自己设计、自己编程开发,充分发挥主动性、能动性和创造性。同时,与教师科研、相关的GIS公司、林业与土地有关部门的生产科研课题结合,学校与生产单位可以建立长期的合作关系,这样可以提高学生分析问题、解决问题的综合能力,实现产学研相结合,为毕业后较早进入状态奠定基础。
4.学科竞赛
我校采取“走出去、引进来”的办法,开阔学生的视野和思路。积极组织学生参与各种形式的全国性的大学生专业竞赛。积极创造条件,有步骤地缩短与应用生产单位的差距;积极主动与国内外知名世界一流的GIS软件企业、著名的科研院所合作,积极参与他们组织的一年一度的全国大学生GIS软件开发大赛。目前,浙江农林大学地理信息系统专业已参加的比赛活动有中国地理学会和ESRI中国有限公司举办的全国大学生GIS竞赛•ESRI杯、中国科学院地理信息产业发展中心和北京超图公司举办的SuperMap杯全国高校GIS开发大赛,且与北京超图公司成立了联合实验室。同时,成立了以浙江农林大学森林经理学科教师为主指导学生参加各类专业竞赛的指导小组和团队,采用高年级学生和低年级学生组队、生手和新手组队、3人组队的“阶梯层次式”学科竞赛模式,利用暑假期间指导学生主攻全国性的GIS专业竞赛,培养可持续参赛的人才,连续四年取得不菲的成绩。《浙江日报》《中国绿色时报》《浙江教育报》和中国教育电视台等媒体对我校GIS专业学生予以关注和肯定。
【关键词】3S原理与应用高等教育课程物联网
1引言:物联网专业开设《3S原理与应用》课程的意义
物联网(Internet of things, IOT)的概念是在1999年提出的。2005年国际电信联盟将物联网定义为:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、空间定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。物联网就是“物物相连的互联网”,其核心是RFID技术、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、无线通信技术和宽带网络。
空间定位技术作为物联网的核心技术之一,可以实现目标的识别、定位、跟踪、监控和管理。现有的高精度GPS定位技术可以为物联网提供厘米级精度的动态实时定位服务,这将极大地提高物联网位置服务质量,并由此可带来巨大的经济效益和社会效益。
地理信息系统(GIS)是以计算机为基础,对地理空间位置等信息进行采集、存储、管理、分析、可视化与应用的软件工具[2]。物物相连的网络必须要有相关空间信息处理平台的支撑,尤其是对于大规模的、复杂的、现实的物联网而言,地理信息系统技术将是一种不可或缺的支撑技术,它能让物联网更加好用、更加有序、更加智慧。
遥感(RS)技术本身属于传感技术,虽然不是物联网中的主要传感方式和手段,但对于一些特定的物联网应用,如精细农业、环保监测、重要设施状态监测等,遥感所具有的的速度快、覆盖面广、成本低等优势,将发挥十分重要的作用。而随着高分辨率遥感技术的发展以及解译水平的提高,航空航天遥感技术在物联网时代也将发挥越来越重要的作用[3]。
综上所述,3S(GPS、GIS和RS)技术与物联网密不可分。但纵观国内物联网专业的课程体系,少有高校设置了以上相关课程。此外,随着高校教育制度的改革和学分制的实行,很多课程的学时都较以前少了很多。因此,单独开设《GPS原理与应用》、《地理信息系统》和《遥感原理与应用》几门课程存在较大的实际困难。鉴于此,可在物联网专业开设《3S原理与应用》课程,该课程将以上几门课程综合成一门课程来教学,适应了当前高校课程学时减少的背景。此举顺应物联网专业发展的需要,能够完善学生的知识体系,提升毕业生的个人实力,具有非常重大的现实意义。
2 开设《3S原理与应用》课程的基本条件
《3S原理与应用》是一门应用性和实践性都很强的课程。要学习好3S(地理信息系统、全球定位系统和遥感)的基础理论并不困难,学生有较好的物理、数学基础知识就可以理解,而我国高校的理工科专业也基本都开设了这些课程。应用方面,要求学生具有较好的计算机操作能力和较强的实践动手能力,再具备3S相关软件和计算机硬件,就可以学习3S技术的实际操作和应用技术,这一教学条件物联网专业也能满足。换言之,国内高校的物联网专业具备了开设《3S原理与应用》课程的基本条件。
3 开设《3S原理与应用》课程的方式
开设《3S原理与应用》课程,效果最好的无疑是独立开课。课程教学以课堂讲授和上机操作相结合的方式进行。具体实施过程中,教材可以选用刘祖文编写的《3S原理与应用》。这部著作属于高等学校规划教材,内容主要涉及地理信息系统、遥感、全球定位系统中的基本数学模型、原理以及应用。
讲授过程中,第一章可以安排两个课时,首先概要讲解本课程的内容,然后介绍3S技术的基本概念、发展、基本组成和应用。而第二章《空间信息技术基础》的内容在教材中属于理论基础知识,介绍了时间与空间参考系统、地图投影和大气构造,这部分内容课时安排较为灵活,一般四个课时就可以让学生基本理解参考系统和地图投影,若要深入理解则可适当增加课时。第三~六章为GPS部分,介绍了GPS的构成、定位原理、定位方法和GPS定位测量,其中GPS定位测量需要结合实际操作来教学,有条件的学校可安排两课时的实验教学。这部分内容总计安排十二个课时,具体的课时分布教师可结合实际情况设置。第七~十章为RS部分,围绕遥感基础、遥感数据获取、数字图像处理和图像解译与应用来教学,教学过程中可从具体的应用案例(如:精细农业)出发,对遥感和物联网的结合点进行深入讲解,提高学生对课程的兴趣。该部分也需要安排上机实习,通过对常用遥感软件和遥感数据的使用,提高学生的实际操作能力,总计可投入十个课时。第十一~十四章为GIS部分,主要介绍GIS的体系、空间数据表达与获取、空间数据结构和空间查询与空间分析,该部分也应结合物联网专业特点进行教学,并安排上机实习,建议投入十二个课时。以上三个部分的上机实习都是分别进行的,实际工作中,很多项目和工作都涉及到3S技术的综合应用。因此,在教学时,还应将GPS的操作应用部分、GIS的应用与设计、遥感影像的分析与处理部分有机地结合在一起来设计实验项目,这对于提高教学质量、培养学生的学习兴趣具有重要作用。这部分可作为课程综合实习,投入八个左右课时。
综上,独立开设《3S原理与应用》课程,需要48个课时,如果条件允许,还应该设置更多的实验课时,或者根据专业方向的需要增加特定环节的课时。
4 结束语
在高等院校物联网专业开设《3S原理与应用》课程顺应社会发展的需要,能完善学生的知识体系结构,提升毕业生的实践能力和竞争实力,促进物联网专业和3S技术的共同发展。对高等院校本身而言,开设《3S原理与应用》课程,还可以造就一批熟悉3S技术的教师,促进已有研究方向与3S技术的结合,产生新的科研成果。
参考文献
[1]桂小林. 物联网技术专业课程体系探索[J]. 计算机教育, 2010, (16): 1- 3, 9.