地理信息科学基础理论精选(九篇)

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第1篇：地理信息科学基础理论范文

关键词：GIS；发展；演化

一、前言

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种专门用于采集、存储、管理、分析、和表达空间数据的信息系统。其既是表示、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具”，也可看作是人们用于解决空间问题的“资源”，同时还是一门关于空间信息处理分析的“科学技术”。

二、GIS的提出和迅速发展

50年代，由于电子计算机科学的兴起和它在航空摄影测量与地图制图学中的应用，使人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据，并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务，这样就导致了地理信息系统的问世。

1956年，奥地利测绘部门首先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.T.Tomlinson首先提出了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和规划。稍后，美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。但是，由于当时计算机技术水平不高，存储量小、磁带存取速度慢，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简单。当时的系统能实现手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的拓扑编辑，分幅数据的拼接，并发展了基于栅格的操作方法。

进入70年代以后，由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存取设备—磁盘的使用，为空间数据的录入、存贮、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使GIS朝着实用方向迅速发展。一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统和地理信息系统。GIS这一技术成为一个引人注目的领域。

三、80年代的GIS—地理信息系统（Geographic Information System，GIS）

80年代是GIS在理论、方法和技术上取得突破与趋向成熟的阶段。由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现，为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输效率得到极大的提高。另外，软件开发工具的广泛应用和数据库技术的推广，推动了GIS的数据处理能力、空间分析功能、人机交互对话、地图的输入、编辑和输出技术的进一步发展，并逐步走向成熟。GIS的应用从解决基础设施的规划（如道路、输电线等）转向更加复杂的区域开发问题。当时，GIS已跨越国界，在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题（如全球变化、全球沙漠化监测等）。因此，国际著名的GIS专家，即前面提到的R.T.Tomlinson认为：“如果70年代是GIS发展的巩固时期，那么80年代则是国际上GIS发展具有突破性的年代”。这个时期，GIS还保留有地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的含义和意思。

四、90年代的GIS—地理信息科学（Geographic Information Science，GIS）

地理信息系统技术的应用大大提高了人类处理和分析大量有关地球资源、环境、社会与经济数据的能力，而地理信息系统技术及其应用的进一步发展则必须以地球信息机理理论为基础。陈述彭院士在论述地理信息系统发展时强调了对于地球信息基础理论的研究，并指出地球信息基础理论的实质内容：地理信息系统已不仅仅限于物质流与能量流的信息载体，而且包括研究地学信息流程的动力学机理与时空特征、地学信息传输机理及其不确定性(多解)与可预见性等；并认为：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于这个Info还包括很多地学规律，其分析模型必须以地学为基础。

Goodchild于1992年提出地理信息科学(Geographic information Science)的概念。地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响、地理信息系统的社会实践等。地理信息科学的提出是地理信息系统技术及应用发展到相当水平后的必然要求，它是在人们不再满足于仅仅利用计算机技术来对地理信息进行可视化表达及其空间查询，而强调地理信息系统的空间分析和模拟能力时产生的；它在注重地理信息技术发展的同时，还注意到了与地理数据、地理信息有关的其他一些理论问题，如地理数据的不确定性、地理信息的认知以及社会对于地理信息技术运用于实践的认可等。由此可见，地理信息科学在地理信息技术研究的同时，还指出了对于支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。 世纪之交，由于地理信息系统的应用日益广泛，加上航空和航天遥感、全球定位系统、数字网络(Internet)和地理信息系统等现代信息技术的发展及其相互间的渗透和整合，逐渐形成了以地理信息系统为核心的地球空间信息集成化技术系统，为解决区域范围更广、复杂性更高的现代地学问题提供了新的分析方法和技术保证；同时，这些现代信息技术的综合发展及其应用的日益深广，掀起了全球变化研究与对地观测计划的新高朝，于是时势造英雄，促使一门新兴的交叉学科“地理信息科学”的脱颖而出。这个时期，GIS己经渐变地含有地理信息科学（Geographic Information Science，GIS）的含义和意思。

五、现在的GIS—地理信息服务(Geographic Information Service，GIS)

近年来，随着地理信息产业的建立和地球数字化产品的普及应用，GIS的发展进入到各行各业乃至各家各户的用户时代，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。这个时期，社会对GIS的认识普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系统已成为许多机构（特别是政府决策部门）必备的工作和决策咨询系统。国家级乃至全球级的地理信息系统已成为公众关注的问题，地理信息系统已被列入“信息高速公路”计划，也是美国前副总统戈尔提出的“数字地球”战略的重要组成部分。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业化的条件。

近来，个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、移动电话的普及给新的应用创造了许多机会。这样的应用有流动工作人员和基于位置服务。流动工作人员，顾名思义，他们工作在远程位置，如客户处、分公司或者野外现场。这些工作人员经常要为完成某项任务下载一段所需的数据，在远端使用这段数据，然后在每天工作结束的时候将改动更新（同步地）到主数据库上。这种场景的一个重要方面是：客户端保留有数据，并以离线方式在本地对数据进行操作。基于位置服务的使用是近年来出现的一个重要趋势，这类服务彻底改变了对用户地理位置的依赖。随着全球定位系统（GPS）的应用，可以很容易确定任何一个客户/使用者的精确位置，并根据用户的地理位置提出最佳解决方案。基于位置服务的影响和重要性促使开放GIS协会（Open GIS Consortium，OGC）提出了开放位置服务（Open Location Service，OpenLS），希望能够将地理空间数据和地理操作的资源集成到位置服务和电信基础设施中去。美国联邦政府已于2001年10月颁布了规定：所有蜂窝电话的位置在67%的使用时间里必须是可追踪的，追踪精度为 125米。这样，一方面人们总在评述着Internet革命“消灭”了地理的概念，与此同时，对于空间技术的需求却在不断增长。位置服务（Location Based Service，LBS）的巨大魅力在于通过固定或移动网络发送GIS功能和基于位置信息，从而在任何时间应用到任何人、任何位置和任何设备上。当前，LBS已成为科学研究、技术发展和市场开拓领域共同的热点话题。此时，GIS已朝着地理信息服务(Geographic Information Service，GIS)的方向发展。

六、结　论

第2篇：地理信息科学基础理论范文

关键词：人才培养体系 实践教学 教学改革

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0205-02

国内地理信息系统（GIS）专业自1998开设至今已经有近15年的历史了，目前国内设置GIS专业的高等院校已近200所。在此期间，GIS科学技术的不断发展、GIS应用水平的不断提升使得整个空间信息产业对GIS人才的需求也逐渐增强。GIS教育也正在蓬勃发展之中，面对社会对人才要求的不断提高，出现了系列值得关注的问题：譬如学校传统的教育培养模式是否需要进行调整？传统的教育内容是否能够满足需求？怎样的培养模式才能够加强人才的竞争力？如何根据社会需要和学生需求以及学校特点合理地构建一套GIS创新型人才培养体系是专业建设急需解决地问题。

培养应用型、创新型的GIS人才一直是我们作为GIS教师的目标与责任。对此，本文分析了目前我国GIS专业本科生培养的现状及存在的一些问题，针对GIS专业人才培养改革的迫切需要，系统探讨了如何充分发挥GIS专业特色，培养应用创新型人才的措施和方法；结合首都师范大学地理信息系统国家特色专业人才培养的具体实践，详细论述了特色专业人才培养体系在建设理念、师资队伍、条件平台、课程教材、实验教学等方面的建设举措和进展，为其它相关高校专业建设和人才培养提供可供借鉴的思路和方案。

1 建设目标与举措

首都师范大学地理信息系统专业成立于2001年，以“教学、科研、团队协调发展，学科、专业、课程相互促进”为发展理念，依托“211工程”重点建设学科、4个国家、省部级优秀教学平台和4个国家和省部级科研创新平台等，高水平科研与教学相互结合和促进，加强开放、交流与合作；深入开展以促进学生知识、能力、素质协调发展为目标的创新性教学改革，完善人才培养体系。经过近10年的建设，在师资队伍、平台建设、教学改革等方面取得了一系列成绩。但是鉴于地理信息系统学科年轻、发展又快，地理信息系统专业本、硕、博课程都存在一定的问题，实习实践有待加强，学生培养与国际接轨等老问题和层出不穷的新问题。

因此，本专业以人才培养为中心，以行业对人才的需求能力为出发点，研究人才知识结构与需求趋势，以高水平师资队伍建设、课程体系与教材建设、教学模式与方法改革、实践体系改革等建设为过程和手段，构建应用创新型人才培养体系和方案；建设一支掌握先进教育技术、教学水平高、实践与科研能力强、熟悉行业人才需求的队伍；建设校内校外相结合、国内国外项联系、实验与实习相贯通、应用与创新同步的立体化人才培养平台。

围绕该建设目标，在具体建设过程中，采取下列措施。

（1）实践教学体系改革：结合目标定位，深入调研国内外知名高校的专业课程体系，结合学校实际，改革现行课程体系，加强实践教学体系建设；使课程体系能力模块化，理论、实践与应用创新三位一体化，模块之间链接化，实践技能训练综合化，选修课组方向化，专题设计创新化。主动适应社会需求和创新性人才培养的需求。（2）课程内容与教材改革：针对现有课程内容重复性较大、部分授课内容老化的不足，依据人才培养目标改革教学内容和教材体系，决定课程内容的新旧取舍。保证教学内容的经典与前沿相结合，理论与实践相结合；保证课程群模块内部以及模块之间的有机衔接；结合教学实践和经验，开展教材建设，重点建设面向新培养目标的特色教材和实践教材。（3）专业师资队伍改革：优化教师与科研队伍，建立完善的GIS教学科研体系，包括高素质的教学队伍和齐全的教学实验设备。在本科生课程授课师资体系中，聘请高水平校外专家进本科生课堂；专业核心平台课推行教学水平较高的主讲教师负责制；推进产学研的紧密结合。（4）教学手段与方法改革：紧紧围绕应用创新人才培养的目标，积极推动和引导教学方法改革，采用问题式、讨论式、任务驱动式、现场实践式等多样化教学方法，改变传统教学中教师主动、学生被动的教学方式，提高学生学习兴趣，使学生主动发现问题、思考问题，培养学生从解决实际问题的角度理解知识、应用技术、创新发展。（5）人才培养模式改革：加强学生实践能力特别是综合应用实践的锻炼，为应用创新大好基础；注重个性化培养，优选若干具有潜质的学生开展研究型学习，实现人才培养模式的创新；通过制度建设和管理体制改革，建立一套能培养学生创新意识、创新思维、创新能力的运行机制；鼓励学生参加科研活动，设立科研创新学分与创新奖学金，利用学术报告、发表学术论文、各种科技大赛获奖、参加教师科研、申报科研立项等多种渠道，引导学生进行创新。

2 课程与教材建设

在课程设置方面，本专业的专业课程分为三大系列：计算机科学类（数据结构、数据库、计算机图形学、计算机图象处理、C语言、C++、VB、JAVA等面向对象的编程技术）、地理科学类（自然地理学、人文地理学、环境学、国土资源学、城市规划等）和地理信息系统科学与技术类（地图学、地理信息系统、计算机制图、遥感、全球定位系统、组件GIS、WEBGIS、ARCGIS、PCI等）。学生必须修满教学计划培养方案规定的180学分方能毕业。课程147学分（含实习18分），其中通识教育51分，专业基础28分，专业核心25分，专业方向课43分；实验教学33学分。

团队教师积极进行教学改革。所有专业课必修课均配备优秀教材（其中自编教材20%），引进和选用外文教材3门，必修课配备率达17%。6门课程中采用学生参与课堂讨论的方式进行教学，收到良好效果，获得三项学校探究式课程建设立项。90%课程参加学校课程建设，其中优秀课程20%。90%专业基础课和专业核心课由副教授以上的教师主讲，所有的教授、副教授都为本科生授课或做学术报告。实验指导教师多为博士和副教授。所有教学实习都指派有副教授以上教师指导学生。获得“北京市教育科学研究优秀成果一等奖”等教学奖励22项，其中包括地理信息系统国家精品课程1门、北京市精品课程1门。

根据教学改革的指导思想，本专业积极推进优秀教材建设，力求理论教材和实验教材在内容设计上注重理论基础、实验内容技术与方法的综合性、区域性、应用性和先进性，并体现理论与基础、室内与野外、经典与先进的有机结合。自编的系列实验教材和讲义，基本体现了教材建设的理念。截至目前，本专业已经主编专著和教材25部，其中包括《地理信息实验系列教程》、《遥感图像处理系列教程》等实验教材4部，参编教材4部。目前中心自编实验教材与讲义，对于充实地理学发展前沿起到了重要的作用。教学过程中针对本校不同专业、不同课程的特点，进行优化组合。有3本教材入选国家“十五”、“十一五”教育部规划教材，1项教材获北京市精品教材。

3 实践教学体系建设

本专业的实践教学以地理科学与技术国家级实验教学示范中心为建设单位，以地理信息系统系列课程为建设平台，分别建立了基础、专业、野外综合、探究性的实验教学平台。其中，由3个基础实验室（测量与地图实验室、遥感实验室、GIS实验室）和5个专业实验室（GPS实验室、卫星遥感数据接收实验室、车载三维信息获取实验室、三维激光实验室、虚拟地理环境实验室）组成课内实验平台，由5个野外综合实习基地（秦皇岛地质地貌、野鸭湖湿地自然保护区、北京金山测量与地图、北京地面沉降监测、北大方正3S技术开发与应用实习基地）组成校外综合实习、实践平台，由五个省部级重点实验室组成实验教学与科研创新平台。

在实践教学体系建设上，地理信息系统专业构建了符合学科特点、兼顾学习规律的“基础实验-综合实验-设计实验-研究创新”四级逐步提高的“一体化、多层次、开放式”的创新性实验教学体系。

实验课程、实验项目设计的总体思想是“以学生为本，传授知识、培养能力和素质提高协调发展”。在实验课程设计中，加强理论与技术应用的有机结合，加强地理新技术的应用；在实验项目设计中，鼓励教师依托科研项目开设综合性、创新性实验项目；扶持特色实验课程和项目的发展；加强学生自主学习、合作学习、探究学习的能力训练。

实践教学内容上，强调体现区域性、综合性、实践性的学科特点，根据专业和课程特色，分层次设立基本型、综合型、设计型、创新型实验，构建“基本理论验证-基本技术操作-开发应用创新”的多级实验内容。坚持“室内基础实验与野外综合实践相结合”、“地理信息科学基础理论与高新技术相结合”、“高水平科学研究与创新型实验设计相结合”，以培养具有扎实地理信息科学基础理论、基本知识与基本技能，掌握现代地理技术并具有应用创新精神的地理信息科学与技术复合型人才。

由专职、兼职教师组成的实验教学队伍，保证了科学研究与实验教学的有机结合。目前任职教师中，有70%的教师承担了各级各类科研项目，较好地提升了理论课、实验实习课的教学内容。如在ARCINFO地理信息系统实验课程中，任课教师依托所承担的“国土资源大调查项目—— 数字国土”，设计了基于ARCINFO的土地利用空间数据库建设实习；在GIS空间分析实验课中，依托863项目“GIS在农村社会经济统计分析中的应用”设计了基于GIS的人口空间自相关分析实习项目等等，保证在实验教学中前沿性科研的实验内容占一定的比例。

实验教学与科研、工程和社会应用实践结合主要表现在三个方面：一是地理信息科学基础理论与地理新技术相结合；二是高水平科研与创新型实验相结合；三是野外实习基地在遴选中遵循了区域性、综合性、先进性的原则。

4 人才培养体系建构

地理信息系统专业以学生为本，积极开展人才培养体系建设。初步搭建了本科—硕士—博士—博士后较为完善的人才培养体系，并初步建立了“五个结合”的人才培养模式，即“地理信息科学基础理论与地理信息高新技术相结合”、“室内基础实验与野外综合能力培养相结合”、“高水平科学研究与创新型教学相结合”、“本科生、研究生探究式教学相结合”、“教学示范辐射与合作交流相结合”，形成了“基础实验—综合实验—设计实验—研究创新”四级逐步提高的实验教学模式。在狠抓学生专业学习基础上，本专业根据用人单位需求，研究就业市场信息，力求为学生就业加强服务。通过组织地理信息系统应用、开发竞赛的各类活动，提高学生实践活动能力。联系高水平的业内人士来做报告，为学生将来就业搭建起人脉网络。学生科研立项和毕业论文依托科研、工程和社会应用实践等项目的比重逐年提高，选题的准确性、方法的先进性和成果的应用性都有显著的提高。主要举措体现在以下几点。

（1）高水平科研与教学相互促进，力争为每一位师生提供适宜发展的学术空间。集成5个省部级重点实验室优势资源，建立创新教育平台，并与教学平台有机结合；师生借鉴科研思路，开展创新教育和研究性学习；学生探究式学习有效地反哺了教师创新教育能力。（2）以高新技术应用激发学习热情，培养学生掌握高新技术应用“一技之长”。获国家科技进步奖、国家专利的成果，转化为自主知识产权的实验教学仪器和软件，激发学生探究式学习兴趣、培养解决地理学实际问题能力；通过增设5门探究式实验课、出版10部实验教材、建设国家精品课程、精品教材等与国内外50多所大学共享互动、不断提高。（3）让学生在科研和学科竞赛中掌握高新技术深入应用。依托团队主持的国家级项目，组织70%的本科生参加科研，先后获国家、省部、校级立项191项，38篇。2008年，3项本科生科研项目入选“国家大学生科学研究与创业行动计划”。在全国、省部、校级大学生挑战杯赛、数学建模与计算机应用、GIS软件开发等竞赛中获奖120多人次。（4）营造实验教学国际化环境，培养实际工作能力。与欧美7所大学联合开展中国地理实习，已成为固定环节，有效激发了师生教与学的兴趣、培养合作学习能力；与6个国际品牌的遥感、GIS软件公司合作，建立ARCGIS、ENVI、PCI、JX-4、EZMAP、IMAGEINFO实训基地，有效促进了师生专业软件应用能力与国际接轨。

近年来，本科生毕业论文80%是依托教师的科研项目开展的，部分本科生的科研成果在教师承担的科研项目中得到了沉淀。本科生的实践和创新能力也有了显著的提高，参与创新、训练、竞赛活动的学生达60%，获校级大学生科研立项38项，获实验室开放基金43项；获全国大学生“挑战杯”大赛北京市一等奖、全国大学生数学建模与计算机应用竞赛北京市一等奖、北京市数学建模竞赛一等奖等国家、省部级和校级各种奖励47项。

学生的学习质量逐步提高，带来的社会声誉逐步上升。考研率突破45%，陆续有10余名学生成功申请出国交流学习计划并出国继续攻读硕士学位。近三年中本科生英语四级累计通过率93.5%以上，一次就业率均达到98%以上。

5 结语

地理信息系统专业成立以来，在师资队伍、平台建设、教学改革等方面取得了一系列成绩。但是鉴于地理信息系统学科即年轻、发展又快，地理信息系统专业本、硕、博课程都存在一定的问题。为此，我们开展并将继续延续地理信息系统应用创新型人才培养体系建设，继续完善以地学高新技术应用为特色的实验教学体系和培养模式，努力将高水平科研成果转化为实验教学的先进仪器和软件，显著提高学生学习热情和应用高新技术解决实际问题的能力，明显提升教师团队创新教育能力。

参考文献

[1] 宫辉力，李小娟，赵文吉，等，地理学创新型人才培养—— 理念与改革实践[M]，北京大学出版社，2008：1-6.

[2] 宫辉力，李小娟，赵文吉，等.地理信息系统国家特色专业建设与发展[J].中国大学教育，2009（11）：41-46.

[3] 王艳慧.GIS专业本科生课程教学改革的探讨[M]//地理学教学研究改革与实践.北京大学出版社，2008，7：35-40.

第3篇：地理信息科学基础理论范文

1横向课程模块化结构划分

该体系以科学基础、人文素养、工程实践能力和跨文化交流能力的协调发展为导向，以基础科学研究为人才培养服务，让学生在课堂中拓展知识，在实践中提高创新能力，在学习生活中养成优良的综合素质，因材施教，以发扬学生个性为原则，开展个性化人才培养课程体系的优化设计。其中全校通修课主要以培养学生的正确价值分析与判断能力，和谐健全人格，并有良好的语言运用与沟通能力和管理思维为目标，设置哲学、政治、体育、军事等课程；学科通修课程以培养学生掌握GIS关联学科知识为基本目标，开设资源、环境、生态、网络通讯等相关课程；开放选修课以培养学生个性化发展为主要目标，设置GIS前沿和应用拓展的相关学科课程；而专业发展课程则体现其专业人才培养需求，包括6大基本课程模块：GIS类课程、地理类课程、测绘类课程、计算机类课程、数学类课程和创新科研与实践类课程。其中地理类课程模块培养学生GIS基础理论，数学类课程模块培养学生的严密的逻辑思维能力，测绘类模块培养学生的实践动手能力，计算机类课程培养学生信息化技能，GIS类课程培养学生空间思维和空间分析能力，创新科研与实践类课程培养学生分析问题和解决问题的能力。

2纵向菜单式、个性化GIS课程逻辑结构设计

在现有的模块化、层次化课程体系的基础上，增加课程之间的纵向逻辑联系，建立面向领域问题解决为目标的，横向分层次、纵向分方向的课程结构体系，搭建菜单式GIS课程结构体系，以指导、发现和培育个性化地理人才的基础。该体系包括4个纵向层次：全校通修课、学科通修课、专业方向课和方向拓展课，纵向层次间通过方向课程间的联系，建立树状课程关联结构体系。在该课程体系结构下，学生可以根据各自感兴趣的学习方向/领域问题，方便选择系统化学习的课程体系，如对于地理空间分析与数据挖掘方向感兴趣同学，在学校通修课的基础上，学习地理类、测绘类学科通修课，选择性学习计算机类和数学类课程，并在方向课上修习空间分析、空间数据挖掘等核心课程，并选修本方向核心扩展课程——地理大数据挖掘。既体现了厚基础、宽口径的基础教学要求，又充分满足了个性化发展的需求，实现个性化人才培养的菜单式定制。

3面向领域问题的GIS实践教学课程优化设计

实践教学是GIS实现创新教育的一个重要环节，也是全面提升GIS学生创新能力的关键。以提高学生分析问题和解决问题能力为出发点的GIS实践教育，也应体现层次性、模块化结构特征。将实践教学划分为基础性实验、综合性实验和设计、创新性实验3个层次，其中基础性实验着重基本实验技能培养，主要为原理性实验，强调验证性，由各课程的实验实习课完成。每门实验课包含若干实验内容，以验证、巩固课堂理论知识为目的，培养地学认知能力和动手能力。综合性实验主要强调地理学理论、方法和技术的综合运用，以解决地理学中的问题、培养学生综合分析和解决问题的能力为主，主要包括数字测图实验、遥感技术与应用、地图设计与编绘实习等。创新性实验由学生自拟或自主完成具有创新意义的设计课题或项目，以强化训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生科研创新能力为主要目标，如网络GIS开发与地理信息服务实习、自适应地图可视化与位置服务实习等。该体系一方面便于学生全面了解地理问题解决的各环节，从而真正达到提高解决实际地理问题的能力；同时，也有利于教学与科研的互动，在教学中培养训练创新思维以及研究、解决问题的能力。

4结语

第4篇：地理信息科学基础理论范文

[关键词]旅游管理 GIS 实验教学

一、旅游管理专业开展GIS实验课程的重要性

1.地理信息系统的特点。地理信息系统(GIS,Geographical Information System)是在计算机软硬件支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它具有以下几个基本特征:数据的空间定位特征、空间关系处理的复杂性、海量数据管理能力。GIS的处理对象是地理数据。地理数据除属性和时间特征外,还具有空间位置特征,这是GIS区别于其他信息系统的根本特征。因此,GIS除了要处理一般的属性数据外,还要处理相应的空间位置数据和空间关系。

2.地理信息系统在旅游业中的应用。旅游业所涉及的信息与地理位置有着密切的关系。例如旅游景区的位置、旅游道路的信息、客源地的分布等,都属于空间数据。目前GIS在旅游业中主要应用于以下几个方面:(1)旅游信息的查询。通常游客在选择出游之前首先要查询旅游地的各方面信息。而GIS具有的数据采集、组织、管理等功能可以提供旅游地全面的地理区位信息。(2)旅游开发与规划。在旅游开发规划方面,GIS主要的应用有旅游资源的空间分析、旅游地发展条件分析、旅游客源市场分析、旅游环境的空间分析、旅游景区经营管理中的静态与动态空间配置分析、旅游流量流向分析等。(3)旅游专题制图。随着GIS技术的不断发展,电子地图也越来越成熟。和传统纸质地图相比,电子地图具有地图编辑方便、数据存储与管理方便、表达信息多样、成本低等优点。因此,GIS技术应经被用于旅游专题地图的制作。

二、实验内容设计

1.基础性实验。基础性实验的主要目的是使学生熟悉GIS软件的界面、基本功能,了解软件的基本操作、空间数据的采集、管理与处理,掌握空间数据的分析与应用方法。实验内容主要包括熟悉基本功能模块、数据的采集和处理、空间信息查询、图形数据和属性数据的编辑、空间数据的可视化表达、缓冲区分析、叠置分析、网络分析等内容。

2.综合性实验。主要是在学生掌握GIS基本功能、分析方法的基础上,结合本专业的知识来分析解决在实际中遇到的问题。实验内容主要包括:制作某区域的旅游资源分布图;景点的可视域分析;确定旅游区的保护范围;为景区周边的宾馆、饭店等设施布局;景点之间最短路径分析。这几个实验都是旅游管理实践中经常遇到的问题,涉及到了地图学、旅游规划原理等相关理论背景,并且涵盖了大部分GIS空间分析功能。

3.设计性实验。设计性实验要求学生综合多门学科的知识,充分运用已学到的知识发现问题、分析问题、解决问题。实验的主要内容包括:根据地区景区之间的网络拓扑关系,设计一日游路线;分析某地区的旅游环境,对旅游环境进行评价,并分析经济、社会发展等因素对该地区旅游的影响。通过实验,锻炼学生运用GIS工具来解决相对较为复杂的专业问题的能力,最大限度发挥学生学习的主动性。

三、实验教学方法与手段

实验教学内容的实施需要通过先进的教学方法和手段才能取得良好的教学效果。根据不同的实验类型、实验内容,针对不同的对象,采取不同的教学方法与手段,既注重锻炼学生的基本技能,又兼顾能力发展的协调性、系统性,全面提高学生的实践能力。

1.学生自我训练为主,教师引导为辅。GIS实验教学以学生自我训练为主,学生在教师的指导下,从了解实验背景、学习相关理论知识开始,通过实验教学,能够掌握基本操作技能。在综合性和设计性实验学习阶段,建立以学生为中心的实验教学模式,在教师的引导下,学生运用所学知识分析问题,自行寻找解决问题的方案,实施方案。

2.以案例教学为主。案例教学能够使学生通过一个个由浅入深、由简到繁的案例,了解GIS的基本原理和功能,掌握GIS在旅游管理专业的应用方法。案例的选择非常重要,应根据实验教学内容、教学目的和教学要求进行选择。案例教学方法能够将地理信息系统基础理论知识与学生本专业的理论知识联系起来,调动学生的积极主动性,激发学生学习的热情和兴趣。

3.注重课后训练。实验报告的撰写一般在课后完成,要求以电子文档的形式提交。实验报告的内容包括实验背景、原理、实验目的、数据、操作步骤、实验结果等。其中,实验操作过程要求既有文字,又有截图,力求将其操作过程表达清楚完整,同时防止学生之间的相互拷贝;实验结果要求文字与图表相结合,引导学生对实验结果进行分析,最终解决问题。通过课后实验报告的撰写,可以促进学生自主训练、探索创新的能力,

4.合理的考核评价标准。考核评价的方式可以采取“平时成绩+操作技能+考试成绩”相结合的实验考核标准。其中,平时成绩包括学生考勤、课堂表现等。操作技能主要指通过学生提交的实验报告检验实验的完成情况,包括采用的实验方法是否合理、操作步骤是否正确、实验结果正确与否、图表的表示是否准确完整、是否拷贝等。通过多层次的考核标准,综合考查学生的学习效果,充分调动学生学习的积极性,提高学生的实践探索能力。

四、总结与展望

对于旅游管理专业的学生来讲,掌握GIS技术是非常必要的。旅游管理专业GIS实验教学的内容应紧密结合本专业理论原理,合理选择实验案例,运用恰当的实验教学方法和手段,以学生自我训练为主、教师引导为辅的方式,同时注重学生的课后训练,制定合理的考核评价标准,从而调动学生学习的兴趣,锻炼学生实践能力、探索能力,提高学生独立分析问题、解决问题的能力。

参考文献:

[1]汤国安,刘学军,闾国年等.地理信息系统教程.北京:高等教育出版社,2007.

[2]陈建.非GIS专业地理信息系统课程实验教学研究初探―以资源环境与城乡规划管理专业为例.南京晓庄学院学报,2005,21(6).

第5篇：地理信息科学基础理论范文

地理信息系统（GIS）是采集、存储、管理、分析和描述地理信息的空间信息系统。GIS诞生于20世纪60年代，随着人们对资源、环境和灾害防治等问题的日益关注，其在短短五十年的时间里得到蓬勃发展，从一开始仅在地学领域应用到现今几乎深入社会生活的各个领域。GIS的迅速发展，带动了大量相关人才的需求，对GIS教育提出了更高的要求[1]。

GIS涉及计算机、测绘、管理等多学科，从理论和技术方法上，可分为数据采集、数据加工处理和应用等多个分支，《地图学》是其最重要的理论与方法支撑。GIS是《地图学》在计算机技术支持下发展的产物，《地图学》与GIS一样，都以空间地理信息为操作和表现对象，其相关理论、原理和技术方法等在GIS中的地理信息加工处理、可视化表达、分析应用等方面都得到充分体现[2]。

《地图学》是使用图形及符号模型系统再现客观实体，反映和研究自然与社会现象的空间分布、变化、组合和相互联系及其空间变化规律的科学。地图是一种特定而又十分重要的空间信息描述及计算机表示信息系统数据的基础与来源，为以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布的数字地球系统提供最基础与真实的图形和相关属性数据。因为地球是人类赖以生存的基础，所以《地图学》是与人类的生存、发展和进步密切关联的一门信息技术学科。知识经济时代，知识的更新日益加快，《地图学》的基本理论和应用技术也飞速发展[3]。

《地图学》既是一门具有悠久历史的传统科学，又是一门随现代信息科学技术发展而迅速发展的学科。如何在教学中帮助学生牢固地掌握本学科的基础知识，以适应科学技术的快速发展变化，一直是《地图学》教育领域中最关注的问题。在整个世界都已经信息化的今天，不同专业的学生学好《地图学》是非常重要的。下面笔者以GIS专业为例，谈一谈《地图学》教学。

长江大学是一所湖北省重点支持的综合性大学。GIS专业培养适应我国社会主义现代化建设需要，具备地理信息系统与地图学的基本知识、基本理论、基本技能，熟练应用计算机的能力，具有创业精神和创新能力的高级专门人才。根据本专业人才培养的目标，《地图学》作为本专业的专业基础课程之一，对于实现上述专业培养目标具有举足轻重的作用。通过对本门课程的学习，学生掌握地图学的基本知识、基本理论和地图各要素的表示方法，理解并掌握普通地图（特别是地形图）的阅读及量算，专题地图的编制、分析及应用，了解现代地图制图的新技术、新方法，为后续《地理信息系统原理》、《地图编绘与设计》、《地图分析》、《电子地图学》等课程的学习打下良好的基础。

二、精选优秀教材

由于《地图学》课程理论较深，涉及知识面广，学习该门课程要求基础知识较丰富，而该课程学时数又相对较少，因此教师针对专业特点，选择合适的教材并合理安排教学内容显得十分重要。目前有关《地图学》的教材版本很多，侧重点各有不同。按照长江大学教材选用管理规定，优先选用教育部推荐教材和国内具有影响力的优秀教材。2001-2006年，我们选用蔡孟裔等编著的由高等教育出版社于2000年出版的《新编地图学教程》（面向21世纪课程教材）；2007-2009，年我们选用由武汉大学出版社于2004年出版的祝国瑞主编的《地图学》（高等学校测绘工程专业核心教材）；根据我校GIS专业培养计划的修改，最近几年我们选用由科学出版社于2006年出版的王家耀等编著的《地图学原理与方法》（21世纪高等院校教材）。这本书系统、完整地介绍了地图学的原理和方法，包括地图和地图学的基本特征、定义、基本内容、学科体系、发展历史与趋势，地图的数学基础，地图内容表示方法与制图综合，现代地图制图的技术方法，地图分析与应用等[4]。这本书强调原理与方法相结合、理论与实际相结合、经典与现代相结合，内容的可读性、客观性很强。经过试用，本书十分符合制订的教学计划，教学效果良好。

一本教材肯定不可能达到最理想的教学效果，为了弥补教材的局限性，我们在教学过程中采用了由武汉大学出版社于2004年出版的祝国瑞主编的《地图学》作为主要参考教材。该书系统地介绍了地图学领域的理论、技术和方法，包括地图的基本知识、地图投影、地图数据、地图符号设计、图形设计、制图综合、制图数学模型、地图编辑设计、地图制图工艺、地图出版印刷及地图分析应用等[5]，是一本为测绘工程专业编写的核心教材。该教材在某些知识的讲解上具有独到之处，十分适合作为补充教材。

三、教学内容安排

如何在选定教材的基础上做好教学内容的安排是十分重要的一件事。《地图学》的教学内容主要包括理论地图学、地图制图学和应用地图学三部分。针对GIS专业的特点，应将教学目标与新技术的进步结合起来，以现代的内容对传统的内容加以拓宽及调整删减，将新内容、新技术与传统内容有机结合，把传统内容转化到现代内容中。

在长期的教学过程中，我们总结以前的经验，对《地图学》课程内容采用模块化的组织方法，共划分为六大知识模块。每个模块具有相对的独立性。知识点是教材的重点或难点，也是教学大纲要求理解、应用的知识单元，根据知识单元的多少与掌握的难易程度，确定相应的授课学时。下面对各知识模块做详细说明。

知识模块一：地图与地图学的基础知识，这一模块的讲授共用八学时。主要知识点包括：地图的概念、地图的类型、地图的基本内容、地图的分幅与编号、地图的基本功能能和用途、地图学的历史与发展、地图学的学科体系构成、地图学与其他学科的联系、地图学的发展趋势等。

知识模块二：地图数学基础，这一模块的讲授共用八学时。主要知识点包括：地球体的自然表面、物理表面、数学表面的概念及它们之间的关系、地球坐标系与大地定位、地图投影的基本概念、比例尺的概念、变形椭圆的概念、投影变形的基本公式、地图投影的分类、几类常见的地图投影的特点、地图投影的应用与变换等。

知识模块三：地图内容要素的表示方法，这一模块的讲授共用十八学时。主要知识点包括：地图数据、地图符号的分类、基本图形变量、地图符号设计、地图图形设计、地图色彩设计、地图注记、普通地图内容表示方法、专题地图内容的表示方法等。

知识模块四：制图综合，这一模块的讲授共用四学时。主要知识点包括：制图综合的基本概念、影响制图综合的基本因素、制图综合方法、制图综合的基本规律、地图要素的制图综合、制图数学模型等。

知识模块五：现代地图制图技术，这一模块的讲授共用四学时。主要知识点包括：数字地图的概念、分类与产品、数字地图的数据结构、地图数据库、地形图数据库与数据生产、多媒体电子地图与互联网地图、遥感制图等。

知识模块六：地图分析与应用，这一模块的讲授共用六学时。主要知识点包括：地图分析方法、地形图的野外应用、地图的专题应用等。

制图综合和地图分析与应用两个模块所安排学时不多，是因为在教完《地图学》后，我们还安排有《地图编绘与设计》和《地图分析与应用》两门专业课，作为对地图学所讲内容的重要补充，以提高学生在《地图学》领域的知识水平。

四、实践教学设置

地图学课程是地理信息、测绘和遥感等专业的重要专业基础课程，它的教学内容紧凑、理论知识集成度高、实践操作性强。为了培养学生的地理学综合分析能力，全面提高学生素质，本课程安排了八学时的实验和为期两周的课程设计实习，实验安排在理论教学中穿行，课程设计安排在理论教学结束后集中实习。

地图学实验的主要目的是巩固相关理论知识，培养学生的动手能力。具体内容如下：

地图投影：通过绘制某区域的经纬网与方里网，加深有关高斯-克吕格投影的知识；根据经纬网的特点判断各地图投影的性质。

地图符号的设计与使用：通过设计制作栅格、矢量的点状符号，设计制作线状、面状符号，学会常见绘图软件中地图符号的设计方法，并利用多种方法设计不同类型的符号。

地图矢量化：基于屏幕矢量化普通地图的部分要素，通过对地图部分要素的矢量化，了解从纸质图形转化为计算机数字图形的基本过程，掌握数字地图制图软件中地图数据数字化输入的处理方法。

设计制作专题地图：基于ArcGIS或Mapinfo软件，设计制作表示面装地理信息的各种专题地图。通过专题地图的设计与制作，掌握表示面状地理信息的主要方法，学会在制图软件支持下独立地开展专题地图设计与制作。

课程设计内容包括：编制各种类型的专题地图，对全国人口分布、构成及演变进行分析；设计和编绘一幅电子地图。课程设计主要是结合实例，对地图学基本理论和方法进行综合运用。

上述实践教学，提高了本科生解决问题和综合分析的能力，使学生对地图学知识的掌握提到了一个新的高度。

第6篇：地理信息科学基础理论范文

关键词:地理信息系统;应用理论;技术研究;应用分析

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)25-7287-03

Application and Research of GIS

ZENG Jiang-yuan

(College of Remote Sensing Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Abstract: With the development of information technology, Geographic Information System (GIS) tending to be more diversified , multi-disciplinary and cross-cutting. This talks about the application of GIS theory, application type, application of research focus and specific analysis, at the same time, forecasts and analysis the trend of the future development of GIS.

Key words: Geographic Information Systems; the application of theory; technical studies; application analysis

地理信息系统(Geograp hic Information System简称GIS)是用于回答具有物质属性和空间坐标且与时间相关联问题的艺术、科学、工程和技术的统称,是以计算机为工具,用来创建和描述地理实体和地理现象及其时空特征和时空关联特性的数字表达方法。近十多年来,地理信息系统作为集计算机科学、地理科学、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为一体的新兴边缘学科迅速地兴起和蓬勃发展。它作为对地域空间分布相关的地理数据及其属性数据进行采集、存储、管理、分析的软件系统和开发工具,是一个图形与数据完美结合的系统,它不仅能将所需要的数据更形象、更直观地与图形紧密联系起来,而且能把结果以图形的方式显示出来,这给管理决策人员更科学、更直观、更准确、更及时地制定计划、处理问题提供了依据。

1 GIS 的应用理论

1.1 空间查询分析

空间查询分析主要包括基于空间图形数据的分析运算、基于非空间属性的数据运算以及空间和非空间数据的联合运算,目的是解决人们所涉及地理空间的实际问题,提取和传输地理空间信息,以便进行辅助决策。空间查询分析功能是GIS最基本最常用的功能,也是与数字制图软件相区别的主要特征。空间查询分析功能是GIS的主要特征和评价GIS软件的主要指标之一。

1.2 叠置分析

大部分GIS软件是以分层的方式组织地理空间目标,将地理空间目标按主题分层提取,同一地区的整个数据层集表达了该地区地理空间目标的内容。每个主题层称作一个数据层面。数据层面既可以用矢量结构的点、线、面图层文件格式表达,也可以用栅格结构的图层文件格式表达。

叠置分析就是把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算,产生新的空间图形和属性的过程。其目的是寻找和确定具有不同地理属性的要素分布或者按照确定的指标,对叠置后产生的具有不同属性级的多边形进行重新分类分级。

叠置分析是GIS最常用的提取空间隐含信息的手段之一。它是GIS中一项非常重要的空间分析功能。人们经常需要了解一个乡的森林覆盖面积、一个县的公路里程以及一个地区的河流密度等等。要知道这些结果,不能仅仅依靠空间查询,而且需要将地理空间目标进行切割,必要时需要重建拓扑关系,然后进行叠置分析,以致确切地统计出森林覆盖面积、公路里程和河流密度等属性数据。

1.3 缓冲区分析

所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。缓冲区主要有点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区三种类型。

缓冲区分析是利用建立的缓冲区作为一个输入图层,并与将要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析得到所需的结果的过程。缓冲区分析需要缓冲区多边形与叠加图层内对象间的求交计算,重新建立拓扑关系和新的对象的属性赋值,产生新的图层。在一些应用中,如选址分析、土地是以性评价、多因素综合分析评价等,缓冲区分析可能会被反复使用。

1.4 网络分析

网络是由一系列相互联系的线状要素组成,网络是现代生产生活中不可缺少的物质流、能量流和信息流的通道。例如水流、客货流等都是通过各种网络进行流动和传输的。

网络分析是GIS的一种重要的分析类型。在地理空间中,许多自然、人工的线状地物相互之间构成网络。如道路网、地下管线网、电网、河流网等。在这些网络上,人们需要进行路径选择、资源分配、运输路径规划、故障诊断等分析。网络分析的主要目的是对这些网络进行地理分析和模型化。

1.5空间统计分析

空间统计分析主要用于空间数据的分类与综合评价,它涉及到空间和非空间数据的处理和统计计算。为了将空间实体的某些属性进行横向或纵向比较,往往将实体某些属性制作成统计图表,以便进行直观的综合评价。有时人们不满足于某些绝对指标的显示与分析,需要了解它的相对指标,因而密度计算也是空间统计分析的常用方法。另外,空间数据之间存在着许多相关性和内在联系,为了找出空间数据之间的主要特征和关系,需要对空间数据进行分类评价,也称作空间聚类分析。

1.6 数字地形模型(DTM)与地形分析

DTM主要用于描述地面起伏状况,可以用于提取各种地形参数,如坡向、坡度、地表粗糙度等,并进行通视分析、流域结构生成等应用分析。模型可以有多种表达方法,包括网格、等高线、三角网等。

DTM最初是为高速公路的自动设计提出来的。此后,它被用于各种线路选线的设计,各种工程的面积、体积、坡度计算,任意两点间的通视判断以及任意断面图绘制等。在测绘技术中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图、制作正射影像图以及地图的修测;在遥感应用中可以作为分类的辅助数据;在GIS中,可作为基础数据,用于土地利用现状的分析、规划及洪水险情预报等;在军事上可应用于导航、导弹制导等。

2 GIS应用类型

根据GIS 所应用的领域不同可将其划分为:地籍信息系统(CIS)、基于影像的信息系统(IBIS)、土地信息系统(LIS)、自然资源管理信息系统(NR2MIS)、市场分析信息系统(MAIS) 、规划信息系统(PIS)、空间信息系统(SIS)、空间决策信息系统(SDIS)、城市信息系统(UIS)和交通运输地理信息系统(GIS2T)等。尽管现存的地理信息系统软件很多,但对于它的应用,归纳概括起来有两种情况。一是利用GIS系统来加工和管理用户的数据;二是在GIS的基础上,利用它的二次开发技术开发用户专用的地理信息系统。

3 GIS主要基础理论及技术研究的热点

进入21世纪以后,地理信息系统主要的基础理论和技术研究热点有了新的变化,代表了地理信息系统研究的新进展,主要归纳如下:

1)3D地理信息系统(3DGIS)的研究

在传统的二维(2D)GIS中,通常是将垂直方向的信息抽象成一个属性值,如DTM中的高程,然后进行空间操作和分析。如果在垂直方向上的采样多于一个,如: 资源勘探中在一个钻孔中的多个采样,2DGIS则难以处理。在这种场合下具有真三维(3D)处理和分析功能的GIS系统是必需的。而所谓的3DGIS就是在二维GIS的基础上对具有三维地理参考坐标的地理信息输入、存储、编辑、查询、空间分析和模拟操作的计算机系统。目前3DGIS在数据结构方面研究比较多。

2)GIS时空系统(spatio-temporal system)研究

在许多应用领域中,如环境监测、地震救援、天气预报等,空间对象是随时间变化的,而这种动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用。过去GIS忽略时态主要是受器件的限制,也有技术方面的原因。近年来,对GIS中时态特性的研究变得十分活跃,即所谓“时空系统”。根据处理时间和有效时间的划分,可以把时空系统分为4类:静态时空系统(static ST system)、历史时态系统( historical ST system)、回溯时态系统(rollback ST system)和双系统bitemporal ST system)。时空系统主要研究时空模型,时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。目前比较流行的做法是在现有数据模型基础上扩充,如在关系模型的元组中加入时间,在对象模型中引入时间属性。

3)GIS 空间数据共享和数据标准研究

现有GIS软件与应用都有自己的数据格式和数据标准,不同GIS软件之间还不能直接读取和操纵其他GIS软件的数据,而必需经过数据转换。所以在GIS的建设和发展中对空间数据共享和数据标准化问题迫切需要进行研究。一方面国家和行业部门指定自己的外部交换数据标准,要求采用公共的数据格式,以解决不同GIS软件之间空间数据的转换问题;另一方面指定空间数据相互操作协议(OGIS); 指定一套大家能够接受的空间数据操作函数(API),软件开发商必须提供与这一API 函数一致的驱动程序,这样不同的软件就可以操作对方的数据。目前已有几个重要空间数据转换标准:DIGEST―数字地理信息交换标准(Digital Geographic Information Exchange Standard)由北大西洋公约组织NATO的数字地理信息工程组DGI2WG制定。STDS―空间数据转换标准(Spatial Data Transfer Standard)由美国地质测量协会USCS 制定,是一种不同计算机体系中空间数据的转换标准。OGIS―开放地理数据互操作规范(Open Geodata Inferoperdility Specification) 是通过各软件开发商提供的与其定义的API 函数一致的驱动来实现的,从而使得不同软件可操纵对象的数据。

4)构件式地理信息系统ComGIS研究

提出GIS的构件化思想是符合软件资源重组、提高软件生产效率这一思路的。所谓的ComGIS就是把GIS的各个功能模块分解为若干构件或控件,每个构件具有不同的功能,不同的构件可以来自不同时间和不同的开发商。利用构件的OLE(对象连接与嵌入)和ActiveX(OCX)控件技术,用户可以在工业标准的可视化开发环境中,如Visual Basic ,Vi2sual C++,Delphi ,PowerBuilder等,只需在设计阶段将GIS组件嵌入到用户的应用程序中,就可以实现地图制图和GIS功能。

5)万维网地理信息系统WebGIS研究

WebGIS是Internet 技术应用于GIS开发的产物。从WWW的任意一个节点,Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图,以及进行各种空间检索和空间分析,从而使GIS 进入千家万户。WebGIS具有以下特点: 全球化的GIS 的应用及研究热点探讨用户都可以通过浏览器访WebGIS站点提供的各种GIS服务,甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新。 WebGIS 给更多用户提供了使用GIS 的机会。WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询GIS 空间信息,额外的插件(plug2in)、ActiveX控件和JavaApplet通常都是免费的,这样可以降低终端用户的经济和技术负担,很大程度上扩大了GIS的潜在用户范围。 具有很好的扩展性。WebGIS很容易跟Internet上的其他公用信息服务融合在一起,实现无缝集成,从而可以建立灵活多变的GIS应用。 跨平台特性。在WebGIS 以前,尽管一些厂商为不同的操作系统(如: Windows 、UNIX、Mac2intosh)分别提供了相应的GIS软件版本,但是没有一个GIS软件真正具有跨平台的特性。而基于Java的WebGIS可以做到“一次编程,到处运行(write once ,run anywhere)”,充分发挥了跨平台的特点。

4 GIS 具体应用分析

4.1 GIS与RS的综合应用

RS具有实时、连续、准确获取大范围地表信息的能力,而GIS具有强有力的地学分析手段。结合RS与GIS技术,可以把绝大部分地表信息做及时、快速、准确的动态显示,并据此作出分析。其具体操作是先利用RS提供的多时相遥感图像获取不同时期的相关专题数据,结合研究区域的地形图,利用GIS的空间分析功能(数值计算、图形叠加等) 结合数学模型来获得某类地表信息的动态变化显示及作趋势预测。可把这种技术应用于: 城市用地变化分析、高原冰川变化分析、土地利用动态监测、生态环境动态监测等等。

GIS与RS的集成模式主要有如下三种:1) 分开但平行的结合。主要在数据层面结合,两个数据处理系统相互独立存在。它们在数据层面进行数据交换。2) 表面无缝的结合。使用统一的用户界面,但为不同的工具和数据库。3) 整体结合。在界面、工具和数据库方面均实现无缝的功能集成和数据集成。

4.2 GIS与GPS的综合利用

GPS的定位误差越来越小,GIS的空间分析功能越来越完善,把GPS连接到GIS系统中,在GIS可视化图形界面上实时观察GPS定位点的运动过程。比如在运钞车安全状况监视时,把GPS放在该车上,然后把接收装置接到GIS系统中,在运钞车所经区域的交通底图上可以很方便、精确地跟踪其所处位置,一旦运钞车安全发生意外,可通知最近的相关部门处理。

把GIS与军事监控设备连用,把军事监控设备所获得的实时、精确的信息(数据、图形、图像、声音、电信号等,经GIS录入、处理、显示和分析,对战场作全方位、不间断、滚动式显示,为决策者提供辅助决策的功能。

目前来说,GIS与GPS的集成在技术层面主要有以下几种模式:1.GPS(单机定位)+栅格电子地图;2.GPS(单机定位)+矢量电子地图;3.GPS(差分定位)+栅格/矢量电子地图;4.GPS(差分定位)+动态图层。他们都是通过在GIS中设置动态接受GPS传输的定位观测数据的动态图层实现的。

4.3 三维GIS与虚拟现实的综合利用

三维GIS是许多应用领域对GIS的基本要求。三维GIS和二维GIS相比,可以帮助人们更加准确真实地认识我们的客观世界。以前的三维显示只能应用在大型的主机和图形工作站上,而且只在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视景模拟器中得到应用,成本动辄上百万美元。随着计算机技术的发展,硬件成本不断地降低,一台普通的PC机就可以很轻松地进行真三维显示和分析。以前的GIS大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能,但这与真三维表示和分析还有很大差距。现在,三维GIS可以支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库,解决了三维空间操作和分析问题。

4.4 GIS与移动通信技术的综合利用

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点,已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS(Mobile GIS)应用和无线定位服务LBS(Location一basedServices)。通过WAR/WML技术,移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为,到2010年,无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息,其表现方式是各不相同的,用户输人方式也不相同。因此,对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里:大多数的分析家都认为,到2010年,无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

5 GIS 未来发展趋势

地理信息系统在社会生产、经营和管理决策的广泛应用与农业领域各学科的发展相辅相成。一方面其应用促进了学科的知识创新和理论深入研究;另一方面,各学科的不断发展又反过来促进系统不断完善,作为一项具有广阔应用前景和强大生命力的高新技术,未来的发展趋势主要有以下几个方面:

1) 3S技术的集成:建立基于3S的空间决策支持系统,实现系统各部分之间的利用管理一体化、实时化、空间化,基本思想是由RS提供最新的图像信息,GPS提供精确的空间信息为GIS各种信息的存储、处理、分析和应用提供技术支持。

2) GIS与专家系统的集成:GIS与专家系统的结合是建立智能化空间决策支持系统的重要途径。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境,调用各种信息资源和分析工具,帮助决策者提高决策水平和质量。

3) 实现空间信息网络化建立基于GIS的应用系统与互联网的有机结合,是在广域网环境下一种GIS的应用。最终的目标是以网络为平台,采用分布式体系结构的GIS系统将在全球范围内得到广泛应用。利用这种技术,人们可以通过互联网对自己所需要的空间信息进行查询、分析、决策的辅助和管理,普通用户不再需要复杂的专业软件和专门的培训就可以享受全球化空间信息技术所带来的便利。

以上仅列举了地理信息系统一些主要的发展方向。21世纪的科技发展是交融化、多元化的。一项新的技术、一个新的想法或者一个新的概念,只要对生产力发展有用,就会成为发展的热点。同时,一项科研如果想持续地发展成为一个体系、一门学科,就必须在当今的社会发展中不断找到自己新的发展思路和新的方向,不然就会被社会淘汰。

参考文献:

[1] 李建松.地理信息系统原理[M].武汉:武汉大学出版社,2008.

[2] 梁勇,殷耀国.GIS应用及其展望[J].西部探矿工程,2008(8).

[3] 熊新国,周炯亮.GIS 的应用与研究[J].中国科技信息,2006(16).

[4] 杨德明,王龙俊,付伟.GIS应用浅谈[J].东北测绘,2003(1).

第7篇：地理信息科学基础理论范文

1.1 根据我国自然利用和经济发展的需要,建立了相当完整的学科体系

1952年全国进行高等院校院系调整,一些综合大学建立了地理学系,并属理科。在各大区与省师范院校中普遍设立地理学系,师资培养有很大进展。在几十年的教学和研究实践中,地理学的方向和领域不断发展。在“”前高等学校的地理教育,采用前苏联的教学体制,分专业教学,以二三级分支建立专业,加强了数理化自然科学,增加了实践时间,使地理人才培养有很大的发展。在为国家自然资源利用和经济社会发展服务过程中,地理学研究机构逐步增加,形成了相当完整的学科体系。首先是在中国科学院建立了综合性的地理学研究机构和有地区特色且针对我国特殊的地理问题的专业性地理学研究机构。改革开放以来,在综合大学和师范大学建立的研究机构更多。80年代我国人文地理学得到复兴,促进了应用地理、计量地理、旅游地理等学科的建立和发展。由地球信息科学家开拓的GIS在全国学术界和社会许多部门得到广泛的应用,推动了地球信息科学在我国的发展,初步建立起一个地理信息科学基本体系。地理学研究机构和地理研究的发展,使地理学在为国家目标服务和科学问题的研究方面发挥着极其重要的作用。

1.2 “以任务带学科”,提高了地理学的应用价值

“以任务带学科”是我国50年来地理学取得蓬勃发展的一条基本经验。地理学家组织与参与完成了国家一系列重大的关于我国自然条件、自然资源、农业发展方面的调查研究任务,包括大规模的地区综合考察、综合自然区划、农业区划、黄淮海平原的综合治理、国土规划和发展研究等。在这个过程中,大大提高了地理学应用价值和科学水平,也是大量分支学科发展和形成的基本动力。相应地为政府和社会提供了大量的建议和科学资料,在生产实践中产生了巨大的经济效益和社会效益。

1.3 理论研究在一些领域取得重要进展

50至60年代,提出了水热平衡、化学元素地表迁移和生物地理群落等自然地理学的三个方向。学术思想早于当前全球变化研究中逐渐获得共识的地球生物化学循环和地球系统科学的思想。通过实验研究在农田生态系统中水分循环和水盐运动规律及其与作物生长关系方面,在环境生物地球化学、环境背景值和环境健康方面,在地域分异规律与中国自然地理区划、土地类型与土地利用、区域自然地理以及农业区划、地域生产综合体与区位理论和空间结构理论方面,在青藏高原隆起及其影响,在专题地图学和综合制图的理论方面等重大的理论和实践问题上取得了一系列重要成果。近年来对地球表层系统理论、地图图谱和社会地理理论的探讨也取得了进展。

1.4 地理学的技术革命不断发展

50和60年代我国地理学即开始了技术革新。70年代末的腾冲遥感开拓了我国的遥感事业。同时开始探讨数学方法的应用。之后,模型建立和空间分析在区域研究和城市发展规划中逐步推广。系统论在地貌学及许多分支学科研究领域中的应用取得了明显的进展,推动了一系列重要科学问题研究的深入。改革开放以来,中国科学院、高等学校GIS实验室的建立,促使空间分析方法愈来愈多地在各种预报、预测和发展研究领域中得到应用。地理信息系统作为传统科学与现代技术相结合的产物,不仅推动了地理学的发展,也为各种涉及空间数据分析的学科提供了新技术方法。

1.5 编纂了一系列大型学术着作

过去的几十年中,以我国着名地理学家领衔组织编纂了一系列大型的地理学图书和图集,在建立我国地理学理论体系、积累地理学研究资料和向社会宣传大量研究成果方面起到了重要的作用。最突出的有:《中国自然地理丛书》、《中国自然地图集》、《中国土地利用图》、《中国经济地图》、《中国人口地图》、《中国农业地理丛书》、《中国人文地理丛书》等。

1.6 高等地理教育和高级地理学人才培养的形势较好

现在地理学一级学科的博士点在全国已有8个,二级学科自然地理的博士点9个,人文地理3个,区域经济的3个,地图和GIS的3个。自然地理、人文地理、区域经济、地图和GIS的硕士点共有92个。地理学培养的人才活跃在国家的规划、计划、环境和生态管理以及研究与教学等领域。

1.7 中等地理教育经历了艰难的发展

50年来我国中等地理教育出现了“两起两落”。目前国家教育部门,根据素质教育的要求,正在组织全国的专家大力进行国家基础教育课程改革。根据我国自然环境状况、发展状况和国际化的要求,制定教学大纲和编写地理基础教育教材,我国中学地理教育正在第三次崛起。目前的?+X"高考科目改革方案,将促使学校和学生恢复对地理学的重视。

今天,可以肯定地说,我国地理学的影响力在扩大,而且已经超出了专业的界限,地理学的决策应用价值大大加强了。地理学家的上述工作,在一定程度上促进了我国自然条件的合理利用,阻止了自然恶化的趋势,地理学的方法逐步为社会所了解和应用,地理学的成就在很

大程度上为社会所认同。甚至可以说,地理学的发展在某种程度上改变了人们的时空观念和有关领域的工作方式。今天,国家和社会如此地了解西部地区、黄土高原、黄河长江、青藏高原、黄淮海、国土开发和可持续发展;地理学家开辟的GIS和遥感应用技术如此在社会广泛应用并发挥着重要的作用等。地理学的一些基本观念如“区域”及“区域差异”、地图及GIS思想、“人地关系协调”等概念在愈来愈多的领域被采用。半个世纪以来,就为国家自然利用和经济发展研究的规模和在国家建设发挥的作用来讲,世界上没有哪一个国家的地理学能够与我国相比。

在50年的发展过程中,我国地理学所走的道路也是有教训的。如片面地批判地理环境决定论,导致在环境问题和环境科学兴起之初处于被动;取消人文地理学,自然地理学与经济地理学存在分割状态;在相当长的时间里,缺乏与世界上大多数国家的学术交流;我们在理论的总结和创新方面仍然比较落后。

2 当前我国地理学发展的形势

改革开放以来,国内与地理学的发展和应用有关的产业部门、科研院所,进行了大量的关于我国自然资源、环境整治、GIS的应用及国土开发等方面的研究和发展,形成了异常活跃和竞争的局面。近年来,在国家体制向市场经济转轨、科研体制进行一系列改革的背景下,计划经济时代的科研计划、拨款制度、人事制度等已不复存在,而新的科教体制尚未规范和完善,地理学科研与教学单位面临着一系列实际问题,如教学经费的不足,“大锅饭”不再存在,各种竞争日益激烈,一些地理单位甚至缺乏基本的生存条件。这迫使地理单位进行改革,近年来我国地理学发展的总趋势是强化了社会需求和市场指向,出现了非常活跃的局面。

在一系列学术领域,地理学的地位受到挑战。地理学家曾经在这些领域作出了许多开拓性的贡献。如在农业区划、国土规划、GIS、城市研究、地区经济、旅游开发、全球变化、资源利用、环境保护、可持续发展等方面,现在地理学必须谋求新的发展和提高。随着人口、资源、环境、发展等全球性问题之重要性日益突出,很多学科占据了一些传统研究领域,如第四纪地貌、气候学的研究等。现在,地质学在向上扩,大气科学在向下沉,生态学和环境科学已自成体系,经济学在发展区域经济,社会学在研究地区发展不平衡,建筑学向城市规划扩展,凡此等等,地理学的一系列领域面临其他学科的竞争和挑战。

由于改革开放和社会主义市场经济的逐步建立,大学地理教育面临着如何培养适应市场需要的理论型、应用型、技术型和新的地理教育型的人才问题,部分专业存在着毕业学生的分配问题。由于其他学科和领域对人才的竞争,大学和科研机构的人才流失也比较严重。

在上述竞争背景下,高等学校地理学广泛地进行了改革和创新,出现了若干共同的趋势。在教学和研究的目标方面,普遍定位在资源环境问题、社会经济的发展与规划及GIS、遥感技术的应用。主要从事的领域涉及到资源利用与保护、土地管理、环境(包括生态)的变化与综合整治、国土规划与城市规划、区域开发与可持续发展、旅游发展与规划,GIS应用。相应地在高校地理院系伴随着机构的改变和名称的变化,普遍设立资源环境学院,包括资源、环境、地理、城市规划、旅游、土地管理等;师资的成分、教材的内容、培养方向等均发生了变化。这些变化适应了社会的需求,为解决实践问题作出了贡献,也拓宽了研究和教育领域,在一定程度上加强了基础研究,研究的数量也大大增加,并使师资、人才和招生生源得到了保障,毕业生分配有了较多且稳定的渠道,教育和科研经费也有了较多的来源。地理学科研机构的改革,实行绩效工资,将在SCI等检索刊物上发表文章作为考核和晋升的主要标准等,虽然其效果还有待观察,但显然加强了研究的专业化和研究论文的数量和质量,争取了更多的课题和经费,调动了研究人员创新的积极性,促进了优秀人才成长。

现阶段我国地理学发展也出现了一系列令人担忧的问题和倾向:

(1)地理学理论、基本概念和区域地理等经典内容的教学和研究被削弱了。教员为对付岗位责任制而疲于奔命,普遍重科研、轻教学。一些院系不仅改名,也改了专业方向,地理系在派生出旅游、房地产管理、环境学等方向的同时,本身迷失了方向,人地关系等地理学的核心和本质方面的研究和教学淡化了。由于理论研究的削弱,这些年来我国地理学的创新少了,还出现了自然和人文再次分离的苗头。

(2)地理学不同于某些实验室科学,需要有多种尺度的时间和空间研究。因此,定位台站的长期、连续观测和原始数据的分析研究,是地理学发展的基础之一,但除了在少数研究所外,这种工作愈来愈弱化。在科研院所,普遍存在忙于争课题和完成论文数量,不甘坐冷板凳做扎实细致工作的现象。在表面繁荣之下隐藏着一种浮躁之风,这样难于出“多年不鸣,一鸣惊人”的源头创新成果。在GIS和数量方法的应用取得明显进展的同时,地理学家对野外的考察研究也削弱了,一些资源环境和国土开发的重大课题的研究,需要台站进行长期观测的研究,但普遍存在野外工作的人员和时间“不到位”的现象。

(3)全国性的协作和重大课题的研究愈来愈困难。目前的科研机构和科研体制,注重科学家的个人创造性,在组织结构方面愈来愈小型化,研究目标愈来愈体现为,特别是在SCI、SSCI检索的期刊上。在这种情况下,一些大型的研究,如国家大区域的资源环境及发展的综合研究,大型地理丛书和综合性的学术着作的编写,以及其他围绕大项目的协作等明显削弱了。如果这种情况不能改变,地理学的应用价值就将下降。

(4)为争课题而迎合长官意志、政府行为和企业行为,科学研究的超前性和独立性被削弱。地理学研究落后于社会需求和科学发展前沿,缺乏敏锐揭示隐患及对一系列重要实践问题作出迅速反映的能力。

认真检讨我们与国际地理学发展的差距,发现我们对全球问题的研究还相当薄弱,地理学家还没有走出去,在把握全球性的重大问题的基础上开展我们的研究,并把研究成果推向国际;对国家重大的发展问题及其他决策问题的关注和研究薄弱, 特别是对高级理论性综合性人才的培养缺乏应有的关注,要注意培养世界一流的全球性理论和应用的高级人才、区域专家;对地理学发展的理论、发展方向的关注薄弱,与整个科学发展大趋势、其他学科发展前沿、科学哲学、国外地理学先进思想存在隔膜;信息化的应用仍不普遍。在地理学的基本观点方面,我们对全球问题的关注和研究不够。

3 21世纪我国地理学发展的展望

在为美国《科学》杂志撰写的社论“科学在中国:意义与承诺”中指出:“中国正处在发展的关键时期,面临着优化经济结构、合理利用资源、保护生态环境、促进地区协调发展、提高人口素质、彻底消除贫困等一系列重大任务。完成这些任务,都离不开科学的发展和进步。这就对中国的科技进步提出了紧迫的要求。”显然,地理学是实现这些国家重大任务的重要支撑学科之一。

我们要为一系列重大的决策问题提供科学依据。这些决策问题是重大的资源利用和自然保护问题、重大自然灾害的治理问题、国家的地区开发战略和发展问题等。在21世纪发展中,这些问题将进一步突出。在所有的区域性问题中,地理学家要重视我国西部地区的生态环境和发展问题。在新的历史时期,国家决策的许多问题,地理学家都可以参与工作。要通过这些重大问题的研究,进一步提高地理学的决策应用价值,对国家一系列重大问题,需要建立起迅速反映的能力。

70年代以来国际地理学的发展,愈来愈从注重由自然支配的环境变化转移到人类支配的环境变化;地理学家愈来愈重视参与全球问题和国际性的研究计划;加强了发展研究和发展规划研究;地理教育的主要内容愈来愈倾向于“我们共同的未来”;信息化成为地理学发展的重要推动力量。地理学家在参与国家和政府的决策方面也在表现出更大的积极性。最近美国出版的一部专着《改变世界的十大地理学思想》指出地图学和GIS思想、人类在人与自然关系中的调整、空间组织与相互依赖等地理思想,曾经和正在强烈地改变着这个世界,也是最有价值的研究领域[1]。

在愈来愈多的新学科出现和参与我国的资源环境和发展问题研究的情况下,地理学面临着激烈的竞争。为了弘扬地理学传统,为社会和科学发展作出独特的贡献,地理学必须根据自己的优势和学科特点,找准自己的方向,特别注意发现新的问题和新的领域。

3.1 关于21世纪我国地理学的发展方向

(1)国土整治研究。在21世纪来临时,我们必须明确地理学能给国家和人类解决什么问题,包括区域性的资源开发利用、生态环境退化的监控与治理、全球变化及其区域响应。全球环境变化和发展问题研究、全球一体化和多样化是国际地理学发展的基本方向。青藏高原问题及其对我国大的自然格局的影响是地理学重大的长期研究目标。各种特殊类型的区域,如湿地、湖泊、山地等的环境和利用问题。在所有的区域性问题中,地理学家要在更大程度上重视我国西部地区的生态环境和发展问题。加强资源环境的监测、保护、规划与整治研究,建立工程地理学。

(2)发展研究。这个方向自60年代在国际上逐步形成以来,已经成为地理学发展的主流之一。我国经济高速发展,强烈地改变着我国的自然和社会经济结构;我国发展面临着严峻的可持续性问题。这些问题的研究,可为实施可持续发展战略服务。地理学家和地理工作者要了解我国的自然、生态环境和城乡发展,包括城市发展与规划、区域发展及可持续发展、农村发展等,就需要进一步开展地区经济与社会及城乡发展研究。

(3)地理信息应用研究。GIS技术、遥感技术、空间数据的应用是地理学也是地球科学发展的重要推动力量。国家目标是发展地理信息科学,推动“中国数字地球”战略,为区域社会经济可持续发展与生态环境保护提供分析预报和决策支持的新的科学手段;为地球科学及其他有关学科研究提供时空信息并进行资源与生态环境研究分析、预测预报和时空调控的科学基础。与此同时,地图已经成为以数据形式存在的动态多维产品,地图图谱是促进GIS应用的发展、使我们对日益复杂和相互联系的事物的理解更加深刻的重要研究方向,这些技术可用于其他学科,但地理学对其发展和应用起到基本的作用。

3.2 地理学的教学改革问题

地理学是21世纪人才必备的素养,世界各国都越来越重视地理教育。美国1992年制定了面向未来的教育改革计划,规定地理学是所有大学和专业必修的五门课程之一(其余为英语、数学、物理、历史)。为了适应我国21世纪社会经济发展的需要,在地理学的课程设置及课程建设问题上,急需加强概念性的地理学及其中的自然地理学、人文地理学与地球信息科学的基础课程,核心地理学课程必须保持和创新。美国一些科学社会学者最近预测的知识经济时代创新领域中,有很大部分(如资源的可持续利用技术、环境保护技术、生态恢复技术)必须具备地理学基础。21世纪的地理学,不仅只是文理交叉的学科,而是可能分化成理论、应用与技术相互分离的教学、研究单位,因此,需要在人才培养上注意全面、全球综合性的理论思维,要适应实践和科学的发展,开创新的地理学课程。地理学若不能满足社会的需求,那么其他学科肯定会取而代之。如在哈佛大学商学院,“新经济地理学(the New Economic Geography)”已成为一门核心课程。

3.3 推进地理学理论和地理学思想的创新,加强基础理论的研究和教学

要以综合的观点和学科交叉的方式研究地球表层系统的演变及其动态机制。地球表层系统包括区域性的自然系统、人—地系统和社会经济系统三个子系统。自然系统中我们关注自然支配的环境变化,这方面的问题仍需进一步研究。如青藏高原的隆升及对我国和东亚环境的影响,我国的水土流失及沙漠化的自然因素等。在当今这个地球上,更重要的问题是人类支配的环境变化,核心是“人地关系地域系统”。要探讨这个系统的内部组成、主要关联及其与外部环境的关系,揭示人类对环境变化的感知和响应,以及人类对环境的利用和影响及环境对人类的影响。在较小空间尺度上,揭示地表物质元素转化与迁移的机制;在宏观层面上,研究气候变化和全球物质反映之间的关系。从不同的空间尺度研究人口、资源、环境之间关系实质,并寻找解决的途径。通过较小尺度的研究,经过尺度转换,为大范围区域的整治提供理论基础和政策依据。为了促进地理学理论和地理学思想的创新,需要加强与其他专业学者之间的联系和磋商,进行跨学科的交叉和渗透。

3.4 发展地理学的方法论

21世纪在地理学各分支学科继续发展的情况下,要求我们在地理学的方法论方面作深入探讨并取得某些共识,地理学不是各种有关专业的简单汇合,而是具有明确的核心和一致性。地理学已经具有一套比较完善的方法论概念。

(1)区域概念。包括全球的概念、区域差异和区域相互依赖性的概念,没有区域就没有地理学。针对不同的空间尺度界定不同的区域论题,研究发生在区域中的过程和演变规律,而不是静态地研究区域。各种地带和各种类型地域(流域、区域、地方)的研究、全球变化的区域响应、陆地生态系统的演变、温室气体增加的影响等,在不同区域是不一样的,因为地表各种过程在不同时空尺度表现差异及其自身的抗干扰能力和恢复能力不同。在人文领域内,区域或国家一体化和多样化发展,是地理学研究和教学的基本范畴。

(2)统一地理学的观念。这种观念强调研究人类活动成为一大驱动因素的地球表层系统及其中的“人—地”地域系统。在最近出版的《对地理学的再审视——对科学和社会的新联系》[2]一书中,地理学研究的地球表层系统被分解成三个系统:环境系统、人类社会系统和环境—社会系统。而且,地理学研究的重点是其中的环境—社会系统即环境—社会动力学。在汉城召开的第29届IGU大会上,前任IGU主席Messerli报告的主题就是:地理学研究的主要领域正在由自然支配的环境变化演变为人类支配的环境变化[3]。几十年以来,特别是近年来, 老一辈地理学家就强调对重大的地理学问题开展综合性多学科交叉研究的极端重要性。自然地理学不考虑人类的活动和人文地理学忽视自然和生态基础都是致使的弱点。现代地理学的基本特点是:统一地理学、全球地理学和有人的地理学。地理学的“研究重点放在各圈层的相互作用及其与人类活动造成的智能圈的耦合与联动上”[4]。

(3)将格局和过程关系的研究作为重要的观点和技术路线。发生在各种类型和各种尺度的区域中的过程必然产生一定的格局,而格局的变化又会影响到自然、生态、社会发展的进程,这就产生了格局和过程间相互作用的研究。这种相互作用还表现在区域之间的相互依赖性,包括不同尺度区域之间的相互依赖性。如对不同时间序列、不同空间尺度的土地利用和土地覆被变化的研究就是如何。IGBP的全球变化和陆地生态系统项目将格局和过程关系的研究作为重要的技术路线[5]。实地调查、区域比较、尺度转换等传统方法和新兴的空间分析、系统模拟是这种研究的基本方法。

3.5 扩大对相关国际性计划的参与和全球问题的研究

中国经济发展的国际化程度在提高,我国的国际影响日益扩大,我国地理学在更大程度地走向世界是必然要求。因此,要加强全球观念和加强全球问题的研究,并在国际性会议上和国际交流中不断展示我们的成果,甚至我们要培养将主要精力用于全球问题研究和参与国际学术活动的国际型的地理学家,积极参与国际和全球的研究计划。

3.6 加强地理实验和工程地理学研究,促进技术创新,以信息化推进地理学的发展

信息化使现实空间表征的理论方法得到了革命性的发展。GIS和遥感技术的应用通过时空数据和空间分析,使我们可以更迅速更好地认识相互联系事物的本质和区域间的差异及其相互依赖。为了深入研究和揭示地球表层动态系统中物质循环和要素作用机理,必须重视地理学的实验研究,并使微观和宏观研究相结合。但是,这些不能代替样本研究,不能代替考察和观测等,否则,我们不能认识“真实世界”及其动态系统,改进真实系统的描述。大型工程的战略研究为我国大规模建设时期所急需,目前尚很薄弱,建立工程地理学,既适应这种需求,又开拓了地理学的应用领域。

3.7 加强地理学的基础教育和科普工作

基础教育的主要目标之一是让青少年了解国情和培养爱国主义、国际主义的情感。为了“我们共同的未来”也是我国地理教育主要内容之一。当今世界,资源、环境、人口、发展等全球性问题越来越尖锐,而地理学是各基础学科中最能综合、直接地对付这些问题的课程。因此,世界各国都越来越重视地理教育。最近,办公室向党和政府官员推荐新编中学地理课本,说明地理学普及的重要性。要通过基础教育和科普工作,让国民中有愈来愈多的人了解什么是地理学,地理学能干什么,如何培养人们的地理学观念,推动地理学的发展。

4 结语

近年来我国正在实施“科技创新计划”和“教育振兴计划”,为地理学单位的改革和发展提供了较为优越的条件,也提出了更高要求,我们有条件在新的世纪中实现地理学的更大发展。地理学科研单位正在进行整合,一些单位进入中国科学院“创新基地”,内部组织结构和人员结构都有较大变化。高等学校地理院、系的改革以改名开始,随后也进行了不同程度的结构调整,“211工程”和理科基地建设使几个重点大学地理学得到很大程度的加强(但一般高校,尤其是普通师范学院,地理系仍然举步维艰)。袝"计划、杰出青年基金、“创新基地计划”和国家自然科学基金重大、重点项目、面上项目强调“源头创新”,进入这些计划和项目的单位和个人重视基础研究和理论研究,也有了进行这种研究的条件。长期以来,地理学家和地理学思想,对人类社会经济的发展作出了巨大的贡献。今天,我们的国家和全球的自然和社会经济结构正在发生剧烈的变化,向地理学提出了一系列重大的科学问题和实际问题。地理学,这门伟大的学问正面临着更大发展的机遇,全国地理学工作者联合起来,把我国由地理大国发展为地理学强国。

【参考文/！/献】

[1] Hanson S,ed.Ten Geographic Ideas That Changed the World [M].New Brunswich:Rutgers University Press.1997.

[2] Rediscovering Geography Committee.Rediscovering Geography:New Relevance for Science and Society [M].Washington:National Academy Press,1997.

[3] Messerli B,Martin Grosjean,Thomas Hofer,et al.From naturedominated to human-dominated environmental changes [J].IGU Bulletin,2000,50(1):23-38.

第8篇：地理信息科学基础理论范文

关键词：城市道路，慢行交通，交通标志，设置参数

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

近年来，随着城市节能减排和“低碳、降耗”生活理念的推广，慢行交通受到了广泛的关注和重视，慢行交通是城市综合交通系统中不可分割的组成部分。道路交通标志作为无声的“道路语言”，在道路交通系统中发挥着重要作用。本文从城市道路慢行交通标志的设置角度分析，通过建立数学模型探讨适合我国城市特点的慢行交通标志，从而改善城市慢行系统交通条件。

1 慢行交通系统特性

1.1 慢行交通系统的概念

（1）慢行交通的定义

慢行交通，一般也称为非机动化交通(non-motorized transportation)。主要表现为步行和非机动车交通，出行速度一般情况下不大于20 km•h-1。

（2）慢行交通系统的构成

城市慢行交通系统由两大部分构成：步行交通系统和非机动车交通系统。其中步行的主要对象为行人，非机动车的主要对象包括自行车、 电动车、 残疾人车、 人力三轮车等。

1.2 慢行出行者交通特性

（1）慢行出行者基本特性

慢行速度：步行速度一般为1.0~1.2m/s，自行车速度一般为12~15 km/h；

（2）慢行出行者社会特性

安全性：行人和骑行人更容易在交通事故中受伤甚至死亡；经济水平：选择慢行交通的出行者往往是低收入家庭；年龄：老年人在选择以慢行交通为主要出行方式的出行者中所占比例在50%以上。

2 慢行交通标志设置相关理论

2.1慢行交通标志的概述

（1）慢行交通标志定义

慢行交通标志是以视觉形象为载体，以单纯、显著、易识别的物象、图形或文字符号为直观语言，通过视觉传达方式向出行者传递信息。

（2）慢行交通标志分类

针对慢行环境空间在形式和类型上的差异，慢行交通标志按功能可分为：管理性标志：多以明示、告知、劝说、指令、警告、禁止等为特征；导向性标志：通过方向、图形、符号及文字向出行者传达方位及目的地信；信息说明性标志：通过图形或文字向出行者传达说明性信息。

（3）慢行交通标志的构成要素

构成要素主要包括文字、标志符号和载体三部分。其中文字要素：信息传达准确，指代单一，能够弥补容易产生歧义的标志；标志符号：形式多样，能够将复杂的信息通过准确的语义和符号表达出来；载体要素：用物质和非物质的载体传播物质、信息和文化。

2.2慢行交通标志对人的作用机理

（1）交通标志对人知觉的作用机理

人的知觉是大脑作用于感觉器官的外部事物各部分的整体反应[1]。交通标志的版面设计利用感知规律，设计成图形较小，背景较大的形式。图形是感知的中心，通过背景来衬托展现。

（2）交通标志对人视觉的作用机理

视觉是人在大部分的感知渠道中获取外部信息的第一信道。通过知觉获得静态和动态的交通信息超过了80％ 。我国在慢行系统交通标志设置中采用红、黄、绿、蓝、黑、白六种颜色。

（3）人对交通标志的认知能力

道路使用者在有限的时间内完成对交通标志的识别及理解的能力被称为人对交通标志的认知能力。慢行交通出行者对交通标志信息的识别和处理过程一般可以分为发现、识别、认读、理解和反应五个阶段[2]。

3 慢行系统交通标志参数确定方法

3.1交通标志位置确定

慢行交通标志的前置距离，必须让出行者有足够的时间去完成标志的认读、大脑对信息的处理和判断以及采取行动进行减速、停车等动作的过程（以电动自行车为例）。

图1出行者行驶和对标志的认知模图

需满足：

根据《电动自行车通用技术条件》相应规定，干态制动时≤4m，湿态制动时≤15m；的最小值为，其中一般为250cm~350cm；（电动自行车骑行者）一般为160cm；取15°[3]。由此计算得到标志的前置距离。下表为不同速度下标志前置距离的建议值。

表1不同速度下慢行交通标志前置距离建议值

3.2交通标志文字尺寸确定

交通标志的文字高度可通过可视性理论来确定。基于以下两个临界条件建立模型[4][5]：

①骑行人在B点刚刚能够看清标志内容；

②骑行人在C点读完并理解标志所传达的信息，与此同时刚好到达D点，即C点与D点重合。

根据以上结论，下表给出了标志在设置中文字的参考尺寸。

表2标志设置中文字的参考尺寸

3.3交通标志版面尺寸确定

通过研究标志字高模型，可以计算出在不同时速下的文字大小，从而来计算标志的高度a，宽度b。一般来说，a=6*H(H为字高)。确定了a值之后，宽度一般采取黄金分割比例来确定，以满足出行者视觉上的美感，即 a：b=0.618：1。

4结论

交通标志作为城市道路的重要交通设施，在引导城市交通、提高道路通行能力、减少交通拥堵等方面发挥着重要作用。本文通过分析出行者的交通特性，界定慢行系统交通标志的定义及分类，构建出行者行驶和对标志的认知模型，从而计算交通标志设置的前置距离、文字高度、版面尺寸三个主要技术参数，并分别针对不同使用对象给出了不同条件下参数的建议值，为规范城市慢行系统交通标志的设置起到重要作用。

5参考文献

[1]高俊,地理信息科学的空间认知研究[J].遥感学报,2008.3.

[2]赵炳强,交通标志设计中的视觉工效问题分析[J].交通管理.1996.

[3]石屈鹏.对城市道路交通标志设置的探讨[J].四川警官高等专科学校学报,2006. 8(18).

[4]黄凯,指路标志极限信息量及汉字字高模型研究[D].交通部公路科学研究院,2008.3

第9篇：地理信息科学基础理论范文

关键词：MOOC；四维项目驱动；GIS专业教学；教学评价

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0174-02

随着Web2.0时代的到来，新型MOOC教学模式是实现教育的公平性，同时达到个体的终身教育与个性化教育的重要方式。传统教学中“项目驱动”模式[1]为通过项目的设计、协作与开发，使学生获得成功的体验，培养理论与实践的综合应用与分析能力真正全面提高学生综合职业素质。将MOOC教学[2]模式结合成熟的“四维项目驱动”教学方式是本文探讨的重点。GIS专业程序设计的教学方式改革也得到学校支持，依托清华“学堂在线”平台，启动了MOOC（慕课）/混合式教学改革试点班项目。

一、目前GIS程序设计课程教学中的问题

《C#程序设计》涉及GIS专业开发基础，知识点多、更新快，在常规教学内容的安排上没有相对固定的模式。目前，GIS专业的开发课程《C#程序设计》主要采用2种教学内容[3-4]：（1）传统的教学模式，老师课堂上讲解知识点，学生实验课做实验。教学进度按部就班，循序渐进。这种模式不适合于目前GIS专业程序设计课时较少，后续专题地理信息系统开发难度大等特点；（2）过于注重项目设计与实践，缺乏对程序设计本质的理解，很容易使学生陷入对操作命令的记忆，知其然而不知其所以然的误区。

目前的教学形式仍以教师为主，课程内容与结果相对固定，虽然有利于把握课程讲解进度，及时了解学生反馈，适时进行指导，但因为课时有限其项目实现过程与成果简单，不能激发学生的探索积极性。并且现在网络技术的发展，学生很容易在网络上找到相近的实验过程与结论，其课题设计报告复制后稍作修改便算完成。甚至也有部分学生以模仿与抄袭的方式完成课题设计。这与教学初衷大相径庭，达不到课程设计的预期要求，学生很容易产生依赖性和惰性。对应的考核方式也较为简单，学生考勤记录较全、设计结果基本正确、完成相应的课程设计报告就算合格。这些考核方式容易导致学生为了考核而学习，严重影响了学生的主观能动性，其课程教学效果会受到很大的影响。

二、面向MOOC的“四维项目驱动”教学模式

1.MOOC理念引入。目前各位专业程序设计的课程教学内容具有较高相似度，再加上现有成熟的网络技术与丰富的慕课内容，保证了理论知识以及技术更新的时效性。教师在慕课（MOOC）平台下对开发课设计，把开放优质教育资源和MOOC纳入教学改革发展战略中，进行有计划分步骤地尝试和探索。基于MOOC平台的数字课程作为一种深受学习者欢迎的教学资源形式，在国内外已备受教师、学生欢迎，究其原因，微课是在建构主义方法指导下、以在线学习或移动学习手段的教学形式，是把课堂教学精华制成视频片段，再以学生喜闻乐见的方式呈现出来，因此具有强大的生命力。

结合到现在新兴的数字微课理念，以视频为主要载体，围绕某个知识点或技能点开展的直接切入核心教学点，短小精悍、引人入胜、效果凸显的视频课程。微课含有明确的教学目标，充分体现具有教育特色的一体的教学模式。在推动高等院校数字教学资源水平和教学质量，提升教师教学能力，熟练掌握、运用、整合、创新现有优质资源，探索创新教学模式与方法，创建个人优秀教学资源空间，提高实践教学能力方面，微课将成为重要教学资源，同时为实施翻转课堂教学改革，提供不可或缺的前置学习资源。

2.项目驱动型教育模式。“四维项目驱动”教学模式核心是“四维”及在项目驱动的基础上加强过程化管理。“一维”为MOOC课堂学习，学习程序设计基础理论；“二维”为同学间的相互“结对”学习与编程。教师根据学生的意愿，或借助软件随机分组，或由学生自由组合分组，在接下来的课堂教学中，针对授课内容和学生情况适时创设场景，通过分组协作学习给学生创造更多自主探究和思维碰撞的机会，让学生在互动和交流中，共同经历知识的构建过程；“三维”为项目的驱动，设计好小组的项目计划，整个学期的学习过程围绕着项目开展；“四维”为学生小组相互评价体系。项目实施过程是教师和学生共同参与的教育实践活动，师生为完成共同的教学任务产生的师生关系极大地影响着教学的效果。民主、平等的师生关系本身就是最好的教学方法，不仅有利于教学活动的顺利开展和提高教学效率，而且有利于学生主体性作用的发挥。

3.教学环节。程序设计课程是我院地信专业专业方向必修课，通过本课程的学习，使学生了解GIS二次开发的原理、方法、过程和实现技术；掌握应用型GIS从数据生产、数据分析、数据库设计、系统设计、程序实现的全过程。但是学生普遍缺乏相应的程序开发知识背景和算法思想，因而对这门课程缺乏兴趣，有畏难情绪。如何让学生更好地利用计算机去解决专业领域中的问题以及日常事务等问题，培养学生的独立思考能力和实践能力，“四维项目驱动”教学模式在此教学平台上有其践行的可能性。教师首先对命题案例的要求进行大致描述，完成过程以小组讨论会的形式完成，各小组间互相展示自己的项目，互相启发。特别是项目展示会中，负责该项目的学生将自己置身于专业开发团队中，其他组的学生作为用户提出自己的想法和要求。通过课堂上积极的表达与沟通，使学生不再局限于以自身现有知识去理解所学内容，而是通过借鉴他人的经验吸引新知识，可以让学生在不断的质疑和辩论中去共享知识和智慧，发现真理，掌握规律，既增长知识，又发展能力。同时，教师利用项目汇报等机会给学生提供了展示自己学习和思考成果的舞台，并且教师、学生双方即时评价、交流和沟通，教师对学生信任的鼓励，无疑会有利于学生理性认识的深入，使学生在学习、实践的过程中，挖掘自己在GIS专题软件设计方面的潜能，从而大大增强学习的自信心，成为更加孜孜不倦的课程学习者。

从图1中可以看出“四维项目驱动”教学模式，从不同的角度在充分发挥MOOC课自适应教学优势的基础上，做到最优化的过程控制，从四个方面促进学生对知识的掌握，提高自我学习能力。

4.评价模式。相互间的评价体系不仅能促进学生学习的主动性，还能提高学生的竞争意识。特别是在实践教学环节上，以项目为载体培养学生编程能力和团队的组织协调能力。将创新能力培养渗透在课程实践环节的教学中。具体措施是对于各个小组要求完成的项目，由学生小组或根据不同的思想、设计独立完成，课程成绩为理论考试+项目评分+平时成绩得到最终成绩。成绩的分布和分析如下：全班共47人，其中一人缺考，实考人数46人，统计规律如下：

从图表2分析可知，整个区间分布为正态分布符合课程设计要求，同时也说明了理论考试的难度适中。但是从实践分数与理论分数比可以看出，其比值基本上都大于1，说明同学们的实践能力得到了很大的提高，更多的同学注重实践经验。特别是比值大于1.0小于1.2的同学项目实践分数较高，与之对应的成绩分布，说明班级上绝大部分同学通过课程改革取得了较好的效果。但是比值在1.2以上的情况与之对应的成绩，说明这两名同学实践成绩还算可以，但是理论知识掌握不牢，还需要进一步加强理论知识的学习。

通过具体成绩的分析，我们可以看出“四维项目驱动”的教学模式取得了阶段性的成功，值得进一步的研究和推广。

三、结语

C#程序设计作为GIS开发类课程的前期综合实践课程，其教学效果影响着学生对于计算机程序设计的理解深度及应用能力。把新兴的MOOC数字微课结合“四维项目驱动”教学法对原有教学模式进行教学内容、教学形式、考核方式的改进，提高了学习效率，改善了教学效果。可进一步加强设定项目的数量与质量，通过“四维”完善项目内容设计，细化阶段任务，严格的控制项目实施流程，利于理论与实践的紧密结合，并及时更新学习的进度，促进学习的主动性。不断地研究、改革、实施、总结，会使程序设计课程教学更加符合培养理论基础扎实、实践能力强的GIS专业人才的要求。

参考文献：

[1]杨海.体验式教育模式的哲学基础刍议[J].科教纵横，2010，（9）：44-245.

[2]王永固，张庆.MOOC：特征与学习机制[J].教育研究，2014，（9）：72-73.