地理信息系统发展前沿

地理信息系统发展前沿从地理信息系统到地理信息科学，在1992年是个标志，1996年国际杂志IJGISystem改名为IJGIScience，同时美国国家科学基金委从１９９７年２月到２０００年２月资助了地理信息科学相关的Varenius研究项目。

关于地理信息科学的研究，这几年比较活跃，例如，地理信息科学国际会议系列，每两年一次，是比较严的，侧重于理论方面研究；还有空间信息理论国际会议系列，也是关于地理信息科学理论方面比较好的会议。

近年NATURE杂志发表了两篇关于GIS的论文。

2004年1月“NATURE”刊登了的文章＂Map Opportunities”提出，地学技术（Geotechnology）与纳米技术和生物技术一起成为当今最为重要的新兴和最具发展前景的三大技术领域。

在Google Earth推出以后，2006年２月“NA TURE”刊登了文章＂The Web-Wide World”讨论Google Earth以及GIS的未来发展。

这样的一个国际顶尖杂志发表这样的文章，在相关的领域影响很大。

在Google Earth 的影响下，微软公司正在研发Virtual Earth。

２００６年10月份在武汉大学召开的Geoinformatics国际会议上，陶闯博士报告Virtual Earth已经作为微软2006年确定的两大重点研发项目。

IT界两个巨头Google以及微软公司，加入关于GIS研发与应用的竞争，相信对于GIS发展会有深远的影响。

另外，具有重要影响的是，在中国863“十一五”专题领域中设立了“地球观测与导航技术”领域，并且大家一致认识到“目前空间信息技术处于应用大爆发的前期”。

地理信息科学研究方向Goodchild在1999年讨论了地理信息科学需要解决的问题，提出地理信息科学有三大部分：个人、系统以及社会。

其中个人部分包括认知科学、环境心理学、语言学等；系统部分包括计算机科学、信息科学等；社会部分包括经济学、社会学、社会心理学、地理学、政治学等。

美国的NCGIA从1998一直到现在，启动了很多项目，影响很大，目前好多理论研究都顺着这个项目设立的方向在做。

后来美国的几个大学联合成立了UCGIS，在1996年专门阐述了地理信息科学研究方向，包括空间数据获取与集成、分布式计算、地理表达扩展、地理信息认知、地理信息互操作、尺度、GIS环境下的空间分析、空间信息基础设施的未来、地理数据不确定性与基于GIS的分析、GIS与社会。

国内李德仁院士在2000年认为：地球空间信息学包括7个理论问题，即①地球空间信息的基准，包括几何、物理和时间基准；②地球空间信息标准；③地球空间信息的时空变化理论；④地球空间信息的认知；⑤地球空间信息的不确性；⑥地球空间信息的解译与反演；⑦地球空间信息的表达与可视化。

GIS发展与研究前沿GIS发展和计算机技术发展和后来到网络的发展，一直到数字地球的发展，是紧密相关的。

林珲教授说GIS包括空间数据库、空间分析、可视化三大功能，后来把模型库和虚拟环境加进来，还包括一个网络支撑环境。

从地图到地理信息系统与虚拟地理环境，是地理学语言的演变，这是从虚拟现实这个角度看GIS的发展。

Goodchild提出地理信息系统发展的三个阶段：第一个阶段是GIS作为地理学者的研究助手；第二个阶段GIS作为交流工具；第三个阶段，GIS作为扩展人类感觉地理现实的手段，这个阶段才刚刚浮现。

武汉大学朱庆教授总结了GIS技术的发展动态，认为GIS向多维、动态、一体化方向发展；GIS系统体系结构向开放式、网络化、信息栅格发展；软件实现向组件化、中间件、智能体方向发展；空间信息技术和通信进一步融合；数据获取向“3S集成”方向发展，尤其是SensorWeb的发展；数据存储管理向分布式存储及其互操作方向发展；数据处理向移动计算、普适计算和语义网方向发展；人机交互向自然的虚拟环境方向发展等。

下面讨论GIS的研究前沿。

１）第一是地理认知、地理信息本体论以及概念格。

这个领域目前比较热，地理认知研究很早，它和认知心理学、地理思维、地图认知、地理行为学密切相关。

地理信息本体论，主要是讨论各个专业应用领域概念与语义的相互关系、以及层次性与一致性等，相关研究涉及语义互联网、地理信息系统之间的语义互操作、知识级地理信息共享与知识重用、以及地球科学中的语义建模等。

在地理信息本体研究中，概念格是一个前沿研究方向，涉及概念的内涵与外延等。

２）第二是面向“人”，面向社会的GIS发展。

Harvey ler２００５年讨论“关于人在地理信息科学中的位置（What about people in geographic information science）”的学术问题。

龚建华与林珲从另外一个角度提出面向“人”的GIS，认为传统的GIS是面向“地”的GIS，是侧重于地理生态世界，是以点、线、面为基本表达单位；而面向“人”的GIS，是侧重于生活世界以及社会世界，是以个体、群体、组织为基本表达单位。

地理信息科学中关于“人”的研究，主要包括人的心理（心脑）、生理（身体）以及社会（个体）三个方面。

３）第三是地学模拟、情景决策支持分析。

地学模拟方法近年来越来越受到学界的关注。

相关研究包括基于多智能体的SARS传播模拟分析等。

４）第四是时空过程表达、时空数据模型、时空分析。

例如，扬州市水环境污染时空模型，滑坡过程时空模型，洪水演进过程模型，风暴过程模型等。

随着“数字海洋”的发展，海洋现象动态变化过程时空表达与模型，值得关注。

５）第五是网络环境下的分布式三维可视化、虚拟环境与数字地球。

Google Earth体现了这方面的工作与最新成就。

中科院遥感所的虚拟地理环境研究团队近年来一直在探讨这个问题。

另外，数字地球带来的全球GIS的发展，大家需要关注；６）第六是协同地理信息系统。

过去GIS是单用户的，为一个人设计使用的，但是现在是很多人同时用一个GIS系统。

协同GIS就是一组人在GIS支持下一起解决一个地理问题。

协同GIS，与＂GIS和社会＂以及PPGIS都有关系。

７）第七是移动地理信息系统，移动地理计算。

基于手机的GIS，用户很广，其产业以及相关GIS服务理念影响很大；８）第八是数据挖掘与知识发现。

美国9.11以后，特别成立国家可视化分析中心，专门发展视觉分析学，分析各种各样数据，目前这个方向在可视化领域里是个热点。

９）第九是网络技术发展与网格GIS。

国家“十一五”８６３将要重点发展的领域。

１０）第十是遥感信技术与GIS分析。

宫鹏提出的“声像一体化湿地连续遥感监测技术:平台建设试验”，以及香港中文大学的关于基于声音遥感图像（soundscape ）的应用，都是关于声音遥感的新探索。

关于GIS与遥感集成的思考１）第一关于科学驱动问题。

历史上地理信息技术的发展受到科学的驱动很有限，GIS主要是服务于政府机构的数据收集与决策，以及与景观设计学、地图学以及测量的制图科学相关；GPS，主要是军事发展的结果；RS遥感则与科学应用密切相关（Goodchild，1999）。

GIS是以地球表层系统与地理环境的观测与表达为主，是属于地理观察（测）科学与技术。

目前还不是以“地理问题”以及“探索地理新知识，发现地理规律”为视角、起点与核心的地理实验科学。

目前的地理信息科学与技术，虽然已是地理科学中方法与技术体系中重要组成部分，但是对于现代地理科学的核心新概念、新基本理论与原理等的形成与发展贡献却是不足的。

需要把地理信息科学与实验科学（实验地理学、实验遥感）结合起来发展。

２）第二关于海量遥感数据智能处理、数据挖掘与知识发现（RS+GIS+空间分析等）。

在这一领域遥感和GIS的结合是密切相关的，目前有很多的传感器，很多的数据产生以后，怎么能从中发现异常的东西，如何能很有快的反应和决策，需要遥感和GIS的密切结合，才能产生实用价值。

３）第三关于Sensor Ｎetwork与数据管理、分析与分发。

Sensor Ｎetwork是一个新的技术，普适GIS的发展与Sensor Ｎetwork密切相关。

４）第四关于遥感定量模拟与虚拟地理生态环境。

由DEM模拟SAR实验，多角度遥感和三维地表与地物结构密切相关的。

三维地物结构模拟与虚拟地理环境密切相关。

５）第五关于遥感反演参数与模型同化信息产品应用。

遥感反演参数，如何作为指标与其他地理生态指标一起，来评价地理生态系统？遥感参数与其他地理生态参数一起如何为模型计算服务？需要遥感与ＧＩＳ的集成与融合。

６）第六关于Google Earth。

Google Earth的成功就是遥感影像加上网络ＧＩＳ以及三维可视化技术。

遥感与GIS的集成，能促进空间信息技术的广泛应用。

7）第七关于基于天空地网络一体化的研究实验平台与地理信息科学。

马蔼乃教授认为天地信息一体化网络系统是地理信息科学的核心；孙九林院士等提出基于地球空间信息技术的陆地表层系统科学方法论框架；龚建华等发展基于天地人机关系的虚拟地理环境研究实验平台。

国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006━2020年）中，与地理信息科学与技术相关部分包括：传感器网络及智能信息处理，城市信息平台，国家公共安全应急信息平台，虚拟现实技术，脑科学与认知科学(地理空间认知），科学实验与观测方法、技术和设备的创新，支撑信息技术发展的科学基础，加强科技基础条件平台建设，建立科技基础条件平台的共享机制。

空间信息技术国家需求，主要包括国家可持续发展的资源基础与国情，国家生态环境安全与灾害防御，卫生健康与公共安全，空间信息产业等。

地理信息科学/地理科学与遥感信息科学/遥感科学需要集成发展。

RS+GIS+GPS就是三套马车，RS是牵头的，带动遥感科学国家重点实验室的发展。