智能空间信息处理课程体系研究

智能空间信息处理课程体系研究

摘要智能空间信息处理是地球空间信息科学的重要发展方向，是地球空间信息科学与智能科学的交叉学科，代表了空间信息科学的学科发展前沿。在遥感科学与技术、地理信息系统的本科教育、硕士和博士教育中应加强智能空间信息处理的相关理论和方法的教学。本文对智能空间信息处理的课程体系和教学内容进行了分析和探讨，为促进智能空间信息处理的科

研和教学提供基础。

关键词：人工智能；地球空间信息科学；空间信息处理；智能空间信息处理；课程体系

1 引言

“智能”一词是21世纪的热门话题，是诸多学科研究和应用的热点。智能空间信息处理(Intelligent Spatial Information Processing, ISIP)是地球空间信息科学(Geo-Spatial Information Science, Geomatics)的重要发展方向，是地球空间信息科学与智能科学的交叉学科，代表了空间信息科学的学科发展前沿。在国内外的一些遥感科学与技术专业、地理信息系统专业的本科、硕士、博士的教学体系中陆续增设了智能空间信息处理的相关课程，但是课程名称不一，教学内容也各不相同。课程名称包括“人工智能与专家系统”、“智能GIS”、“地理信息智能化处理”、“空间认知与推理”、“地理空间推理及其应用”等。在讲课内容方面，有的纯粹从人工智能本身进行讲授，教学内容与计算机专业的人工智能课程几乎没有差别，有的主要从地图综合的角度介绍智能化的处理方

法。本文根据作者多年来讲授智能空间信息处理相关课程的教学实践，结合已完成编写并即将出版的教材《智能空间信息处理》，分析和总结智能空间信息处理课程的内容和教学方法，请对智能空间信息处理相关课程感兴趣的专家批评指正。

2 智能空间信息处理的理论与方法分析

2.1 智能空间信息处理的概念

智能空间信息处理是地球空间信息科学与人工智能的交叉与融合，属于遥感科学、信息科学、认知科学等学科的交叉，代表了地球空间信息科学的重要发展方向。从空间信息的获取到空间信息的应用和可视化都可以借助人工智能技术来提高空间信息的获取效率和应用效果。

地球空间信息科学(Geomatics)是以全球定位系统(Global Positioning System, GPS)、地理信息系统(Geographical Information System, GIS)、遥感(Remote Sensing, RS)等空间信息技术为主要内容，并以计算机技术和通讯技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术(李德仁, 1999)。

人工智能是智能机器所执行的通常与人类智能有

关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动(蔡自兴,徐光祐, 2003)。信息处理(Information Processing, IP)通常指按不同要求，用计算机对数据进行加工(归纳、整理、分类、统计、转化等)得出有用的结果的过程。为了适应信息时代的信息处理要求，当前信息技术逐渐向智能化方向发展，智能信息处理(Intelligent Information Processing, IIP)指从信息的载体到信息处理的各个环节，广泛地模拟人的智能来处理各种信息。智能信息处理是计算机科学中的前沿交叉学科(史忠植, 2009)。

空间信息处理(Spatial Information Processing, SIP)：随着计算机技术的飞速发展，现在所讲的空间信息处理大多是指空间信息的计算机处理(郭仁忠, 1992)。

智能空间信息处理(Intelligent Spatial Information Processing, ISIP)：智能空间信息处理是指利用人工智能的理论和方法，利用计算智能方法，如神经计算、模糊计算、进化计算等方法实现空间信息的智能化处理，属于地球空间信息科学与人工智能的交叉与融合。

2.2 智能空间信息处理的主要内容

智能空间信息处理(ISIP)是指空间信息的智能化处理，这里从“3S”技术智能信息处理的角度阐述ISIP 的主要内容，即：RS信息的智能化处理、GIS信息的智能化处理、GPS信息的智能化处理等。

（1）RS信息智能化处理

近年来，遥感信息的应用水平常滞后于空间遥感技术的发展，其主要原因在于遥感数据未得到充分的利用，对遥感信息认识的不足和对遥感信息分析水平的滞后，造成了遥感信息资源的巨大浪费。使用智能化的方法挖掘遥感信息的应用潜力，提高遥感图像分析和识别的精度，提高遥感信息处理的效率成为目前遥感应用的迫切要求(李朝锋等,2007)。遥感信息智能化处理是指应用人工智能的理论和方法对遥感图像进行处理，提高遥感图像处理的精度，并实现遥感图像处理过程的自动化。伴随着人工智能的迅速发展，必将大大促进遥感信息处理的智能化和自动化，使遥感信息能更快速、更准确地为相关部门提供服务。遥感信息的智能化处理主要包括：1）遥感图像几何处理的智能化；2）遥感图像辐射处理的智能化方法；3）遥感图像分类和解译的智能化方法；4）基于知识的遥感图像分类方法。

（2）GIS信息智能化处理

智能GIS是空间信息科学与技术发展的必然趋势，智能GIS是人工智能技术与GIS技术的结合。从地理信息的获取到地理信息的应用和可视化都可以借助人工智能技术提高信息的获取效率和应用效果。国内外很多学者在这方面已做了大量的研究工作，提出了很多非常实用的空间信息智能化处理方法(郭庆胜,任晓燕,2003)。GIS信息的智能化处理包括：1）地理信息的采集与集成；2）智能化地图设计与综合；3）地理数据分类的智能化方法；4）空间数据挖掘与知识发现；5）地理信息的智能检索；6）地理信息的智能空间分析；7）地理信息的可视化；8）空间决策支持。

（3）GPS信息智能化处理

准确和快速地解算整周模糊度，无论对于高精度动态定位，或GPS姿态及定向系统都是极其重要的。GPS信息处理与人工智能的结合是一种发展趋势，目前国内外的相关研究较少，主要研究集中于GPS基线解算、整周模糊度的固定等方面(等,2008；,, 2001)。

3 智能空间信息处理的课程体系设计与分析

根据对智能空间信息处理的理论和方法的分析，我们设计了智能空间信息处理的课程体系，如表1所示。本课程共45个学时，分十章讲授。

表1 智能空间信息处理课程的教学安排