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篇1

[關(guān)鍵詞] 地圖制圖 地理信息 空間數(shù)據(jù)庫(kù) 可視化 數(shù)據(jù)挖掘 網(wǎng)格

地圖制圖學(xué)與地理信息工程是研究利用圖形科學(xué)、抽象概括地反映自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)各種要素和現(xiàn)象的空間分布、相互聯(lián)系、空間關(guān)系及其動(dòng)態(tài)變化，并對(duì)空間地理環(huán)境信息進(jìn)行獲取、智能抽象、存儲(chǔ)、管理、分析、處理和可視化，建立相應(yīng)的空間信息系統(tǒng)，以圖形和影像方式傳輸空間地理環(huán)境信息的科學(xué)。

隨著計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)的發(fā)展以及多學(xué)科理論的相互滲透，以地理空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)地圖制圖、地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主體的數(shù)字化地圖制圖，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)手工地圖制圖，并正向以地理空間信息綜合服務(wù)為核心的信息化地圖制圖與地理信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，地理空間信息獲取的天、空、地一體化、信息處理的智能化、信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化正在成為信息時(shí)代地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的新特征。當(dāng)前，我省地圖制圖與地理信息系統(tǒng)工程的技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展與全國(guó)先進(jìn)省份相比，還存在一定的差距。因此，進(jìn)一步總結(jié)我省地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r，分析所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，明確今后一段時(shí)期的發(fā)展方向，是十分必要的。

1 地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得的進(jìn)展

地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科有其特殊的社會(huì)任務(wù)和科學(xué)任務(wù)。它的社會(huì)任務(wù)是：從社會(huì)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)和制作不同種類的地圖，建立各類空間數(shù)據(jù)庫(kù)和專題地理信息系統(tǒng)，為資源調(diào)查與開(kāi)發(fā)、工程建設(shè)與規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)與災(zāi)害治理、宏觀管理與社會(huì)應(yīng)用等服務(wù)。它的科學(xué)任務(wù)是：為完成其它任務(wù)提供一系列理論、方法和技術(shù)支持，如地圖空間認(rèn)知理論、地圖自動(dòng)綜合理論和方法、空間數(shù)據(jù)不確定性理論和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)、空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法、空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、基于網(wǎng)格的地理空間信息管理與服務(wù)技術(shù)等。近年來(lái)，我省地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得了一些重要進(jìn)展。

1.1 地圖制圖生產(chǎn)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了由手工模擬地圖制圖向現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字制圖的轉(zhuǎn)變

“十五”期間，我省地圖制圖生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)的手工地圖制圖技術(shù)向現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字制圖技術(shù)的跨越式發(fā)展，地圖制圖與出版的數(shù)字化與一體化已成為我省地圖制圖生產(chǎn)的基本技術(shù)手段，基本改變了地圖制圖技術(shù)的落后狀況，提高了成圖速度，縮短了成圖周期，適應(yīng)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需求。目前，常見(jiàn)的地圖制圖數(shù)據(jù)模型有兩種：面向計(jì)算機(jī)地圖制圖的數(shù)據(jù)模型和面向GIS的建庫(kù)數(shù)據(jù)模型。前者以滿足地圖制圖規(guī)范與圖式要求為核心，強(qiáng)調(diào)要素的符號(hào)化，以制圖效率與質(zhì)量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，適合于地圖制圖；后者以地理空間對(duì)象（包含圖形信息、高程信息和空間關(guān)系信息）的表達(dá)為核心，不強(qiáng)調(diào)物理特征的符號(hào)化表達(dá)，以檢索查詢和空間分析效率作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，適合于計(jì)算機(jī)識(shí)別、空間分析和計(jì)算（簡(jiǎn)燦良，2008）。有的專家提出一種同時(shí)面向地圖制圖和GIS的數(shù)據(jù)模型，將矢量地理信息與符號(hào)化地圖圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合，在統(tǒng)一平臺(tái)上一次性地完成地理信息的生產(chǎn)和更新、地圖制作及圖形信息再現(xiàn)。

1.2 初步構(gòu)建了我省基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)索引技術(shù)研究進(jìn)一步深入

繼建立我省l:25萬(wàn)、1:5萬(wàn)數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)等之后，又建成了我省1:1萬(wàn)數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)( 葉榮青，2007 )。各設(shè)區(qū)市l(wèi):2000、1:1000、1:500基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)也在建設(shè)之中，基本建立了福建省地理空間基礎(chǔ)框架，為我省區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)、科學(xué)管理和重大工程建設(shè)提供了及時(shí)可靠的基礎(chǔ)地理空間信息保障。但海量空間數(shù)據(jù)的組織與快速檢索仍是空間數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。一種大數(shù)據(jù)量森林場(chǎng)景組織及其實(shí)時(shí)繪制方法（李建微、陳崇成等，2007），針對(duì)森林場(chǎng)景建模的復(fù)雜性和大數(shù)據(jù)量等特點(diǎn)，并在對(duì)比分析各種場(chǎng)景組織算法的基礎(chǔ)上，闡述了采用八叉數(shù)結(jié)構(gòu)(Octree)來(lái)組織森林場(chǎng)景的流程，提出了層次包圍盒+線性邊緣檢測(cè)的預(yù)裁剪算法，并將該算法應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量森林場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制；通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出了八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)景不同劃分深度對(duì)繪制效率影響的規(guī)律，對(duì)大數(shù)據(jù)量的組織管理，進(jìn)行有益探索。

1.3 省、市地圖集的編纂出版水平有了新的提高

20世紀(jì)70年代以前，由于受制圖技術(shù)手段、印刷工藝的制約，地圖產(chǎn)品多數(shù)為手工繪制或單色機(jī)器印刷的單張圖，地圖表現(xiàn)形式單調(diào)，內(nèi)容簡(jiǎn)單。地圖集（冊(cè)）的編制出版工作也受技術(shù)制約，發(fā)展緩慢。1962年，我省編制出版了第一本《福建省地圖集》，直到1989年才編制出版第二本《福建省海岸帶與海涂資源綜合調(diào)查地圖集》。1995年之前，編制出版全國(guó)范圍的地圖冊(cè)一本，全省范圍的地圖冊(cè)兩本。上述圖集（冊(cè)）均為手工繪制，地圖符號(hào)、線劃較為粗糙，色彩表現(xiàn)力不強(qiáng)，內(nèi)容詳盡程度也受到一定影響。90年代后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和四色印刷技術(shù)的應(yīng)用，地圖集（冊(cè)）的編制和出版也有了新的提高。相繼編制出版了《福建省農(nóng)業(yè)地圖集》（1995）、《福建省海島資源綜合調(diào)查地圖集》（1997）、《福建省自然地圖集》（1998）、《福建省普通地圖集》（1999）、《福建省歷史地圖集》（2004）、《福建省文物地圖集》（2007）、《福建省行政區(qū)劃地圖集》（2007）、《中國(guó)精品地圖冊(cè)》（2007）、《中國(guó)高速公路營(yíng)運(yùn)里程及城鄉(xiāng)公路網(wǎng)地圖集》（2007）、《中國(guó)城市間快速行車指南地圖集》（2007）、《福建省情地圖集》（2008），編制出版了全國(guó)性、區(qū)域性和?。ㄊ小⒖h）地圖冊(cè)幾十種。此外，還與臺(tái)灣大輿出版社聯(lián)合編制出版了《臺(tái)灣省地圖冊(cè)》。同時(shí)，還編制出版了福州、廈門、泉州市多媒體電子地圖。地圖集（冊(cè)）的編制呈現(xiàn)多方位、多品種、形式多樣、內(nèi)容豐富、信息量大的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其應(yīng)用已涉及到各行各業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、政府輔助決策中發(fā)揮了重要作用。

1.4 電子地圖和地理信息系統(tǒng)技術(shù)緊跟國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，地理信息服務(wù)形式更加多樣化

隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)地圖制圖技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，各種專業(yè)應(yīng)用GIS中的電子地圖、多媒體電子地圖(地圖集)、網(wǎng)絡(luò)電子地圖、導(dǎo)航電子地圖等多種地圖可視化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。例如，福建省地圖出版社編制出版的《福州市電子地圖》（2001）、《泉州市多媒體電子地圖》（2003）、《福建省城市三維電子地圖》（2007）；福建省基礎(chǔ)地理信息中心研制的《福建省三維電子地圖》（2007）；福州市勘測(cè)院編制《福州之窗電子地圖》（2004）等。與此同時(shí)，用戶范圍也更加大眾化。

近年來(lái)，我省地理信息系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展，緊跟國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。福州大學(xué)參與研究的國(guó)家863 計(jì)劃“面向網(wǎng)絡(luò)海量空間數(shù)據(jù)處理的大型GIS 開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目立足技術(shù)創(chuàng)新，在解決面向空間實(shí)體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與索引、分布式計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、可支持國(guó)家級(jí)空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大型地理信息系統(tǒng)（GIS）基礎(chǔ)軟件平臺(tái)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和空間應(yīng)用服務(wù)器可以在Unix/Linux 大型服務(wù)器上運(yùn)行，具有TB 級(jí)空間數(shù)據(jù)處理能力、安全級(jí)別達(dá)到B2 級(jí)，可以支持局域、廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下空間數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算，可供國(guó)家級(jí)空間數(shù)據(jù)處理與交換中心以及大型GIS 應(yīng)用工程使用。此外，福州大學(xué)還在國(guó)內(nèi)率先成功研究開(kāi)發(fā)了基于XML Web Services技術(shù)、SOA體系架構(gòu)和SaaS運(yùn)行模式的城市空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)地理信息內(nèi)容和GIS 功能的集中管理，并為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提供基于Web Services 的二次開(kāi)發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)與各種Web 應(yīng)用的快速集成，從而為地理空間信息的應(yīng)用提供了基于GIS信息與應(yīng)用的公共服務(wù)平臺(tái)，為我國(guó)“數(shù)字城市”、政府和企業(yè)信息化建設(shè)提供了一種經(jīng)濟(jì)適用的地理空間信息應(yīng)用解決方案。地理信息系統(tǒng)研究結(jié)合福建省情，立足解決區(qū)域發(fā)展的實(shí)際問(wèn)題，在不同行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

3S 綜合應(yīng)用與服務(wù)體系。福州大學(xué)通過(guò)開(kāi)展二期國(guó)家863課題研究，以多時(shí)相、多類型的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（包括微波雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)）為信息源，以國(guó)產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟件為分析和管理工具，以全球定位系統(tǒng)為空間定位手段，以寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為信息傳輸，開(kāi)展面向福建省國(guó)土資源、農(nóng)業(yè)、海洋環(huán)境和林業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)更新、信息管理和共享服務(wù)應(yīng)用示范系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)；開(kāi)發(fā)了省級(jí)、行業(yè)級(jí)和縣市級(jí)等不同空間尺度和主題層次的業(yè)務(wù)運(yùn)行示范系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行的面向用戶的數(shù)據(jù)交換、互操作和應(yīng)用服務(wù)。建立了“省―地（市）―縣”三級(jí)國(guó)土資源環(huán)境和林業(yè)專題應(yīng)用示范系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)區(qū)域海洋區(qū)劃和省級(jí)海洋監(jiān)測(cè)集成與服務(wù)系統(tǒng)；開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)在“3S”應(yīng)用系統(tǒng)中的集成，面向林業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的多源遙感數(shù)據(jù)融合算法、面向林業(yè)或海洋應(yīng)用的數(shù)據(jù)挖掘、空間信息的表達(dá)、網(wǎng)絡(luò)共享與服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。如福建省林業(yè)信息共享服務(wù)平臺(tái)中的信息共享方案設(shè)計(jì)（梁娟珠、涂平，2006），以“數(shù)字林業(yè)”建設(shè)為背景，針對(duì)信息共享服務(wù)平臺(tái)建設(shè)中的信息共享體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)共享方案、數(shù)據(jù)交換體系三個(gè)主要方面提出福建省林業(yè)信息共享方案，并對(duì)信息安全問(wèn)題進(jìn)行了論述。基于?。厥校h信息共享平臺(tái)的大型3S 綜合應(yīng)用與服務(wù)體系，其成果先后獲得福建省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

省級(jí)政務(wù)信息共享平臺(tái)。福州大學(xué)通過(guò)國(guó)家863課題開(kāi)展省級(jí)政務(wù)信息共享平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究。建立 “省－地（市）－縣”政務(wù)信息寬帶網(wǎng)絡(luò)之上的信息共享服務(wù)樞紐。實(shí)現(xiàn)了分布式政務(wù)信息的訪問(wèn)、查詢、轉(zhuǎn)換、下載、交換和集成，并提供用戶管理、安全管理、數(shù)據(jù)目錄管理、異構(gòu)數(shù)據(jù)共享和交換、協(xié)同辦公服務(wù)、分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成與應(yīng)用等綜合服務(wù)功能。面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)研究，根據(jù)電子政務(wù)建設(shè)對(duì)地理信息服務(wù)的實(shí)際需求，提出了地理信息服務(wù)體系和面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)層次結(jié)構(gòu)模型，提出了“體、層、條、塊”的地理信息服務(wù)體系分類方法，并用“塔、層、面、塊”的塔型結(jié)構(gòu)予以表達(dá)。探索和基本解決了面向電子政務(wù)的地理信息服務(wù)體系建設(shè)中的地理信息交互式可視化表達(dá)等五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施研究（吳升、王欽敏等，2006），針對(duì)當(dāng)前數(shù)字區(qū)域工程建設(shè)普遍存在的一些問(wèn)題，提出“數(shù)字區(qū)域”應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的概念，對(duì)其研究背景、參考模型和面向信息共享的公共應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行了論述。數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施是在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施上層的基礎(chǔ)設(shè)施，它為電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字城市等各種數(shù)字區(qū)域信息化應(yīng)用工程提供基礎(chǔ)性的應(yīng)用服務(wù)支撐。由專業(yè)信息服務(wù)機(jī)構(gòu)、管理辦法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)和公共應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成。信息服務(wù)機(jī)構(gòu)是數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的主體，是有效聯(lián)系信息需求方和信息擁有方的橋梁；公共應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)是數(shù)字區(qū)域應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施的核心，為區(qū)域信息共享和交換提供了統(tǒng)一的構(gòu)架和解決方案。其中，元數(shù)據(jù)管理和目錄服務(wù)平臺(tái)為信息的和查詢提供了“一站式”入口；信息共享與協(xié)作服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的信息共享和交換；地理空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間信息的集中式共享。最后，總結(jié)了“數(shù)字福建”應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成果，對(duì)“十一五”“數(shù)字福建”工程的需求和發(fā)展作了展望。面向電子政務(wù)的地理信息系統(tǒng)研究（盧毅敏、汪小欽等，2006），主要針對(duì)電子政務(wù)GIS中基于Web的地圖技術(shù)、空間元數(shù)據(jù)技術(shù)、空間信息協(xié)同組織技術(shù)、空間信息可視化表達(dá)技術(shù)、地理編碼技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了具體的討論與應(yīng)用。

1.5 地圖自動(dòng)制圖綜合研究取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展

人在制圖綜合過(guò)程中的思維方式主要表現(xiàn)為抽象思維、視覺(jué)思維。計(jì)算機(jī)能在多大程度上模擬人在制圖綜合過(guò)程中的思維方式，認(rèn)知科學(xué)采用功能模擬的方法來(lái)研究人腦思維規(guī)律，通過(guò)計(jì)算機(jī)按照模擬模型來(lái)模擬人腦的思維過(guò)程。其模擬結(jié)果的正確程度完全取決于模擬模型和輸入數(shù)據(jù)是否客觀、正確反映了人腦思維系統(tǒng)。當(dāng)前計(jì)算機(jī)模擬包括制圖綜合過(guò)程中基于聯(lián)系的歸納推理、基于過(guò)程的形式推理和基于規(guī)則的演繹推理；而對(duì)于制圖綜合過(guò)程中的視覺(jué)思維，計(jì)算機(jī)模擬起來(lái)就困難了。同時(shí)，用計(jì)算機(jī)模擬制圖綜合過(guò)程中人腦的思維方式，求解制圖綜合的問(wèn)題，無(wú)論是數(shù)據(jù)處理還是知識(shí)處理，都必須具備問(wèn)題形式化、可計(jì)算性、合理的復(fù)雜度等三個(gè)前提條件，這都是難度很大的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者在解決自動(dòng)綜合的許多難題方面做了大量的工作，包括基于知識(shí)的自動(dòng)綜合處理模型、基于遺傳算法的自動(dòng)綜合處理模型、基于ABTM的自動(dòng)綜合處理模型、基于彈性力學(xué)原理的自動(dòng)綜合關(guān)系處理模型、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)綜合處理模型等等。特別是提出了自動(dòng)綜合鏈及其自動(dòng)生成的理論和方法，以及據(jù)此建立的自動(dòng)綜合過(guò)程控制模型，為電子計(jì)算機(jī)按照模擬模型來(lái)模擬人在制圖綜合過(guò)程中的思維方式創(chuàng)造了十分有利的條件。福州市勘測(cè)院研制1:500到1:2000城市大比例尺地圖縮編系統(tǒng)，系統(tǒng)基于Visual Studio .Net開(kāi)發(fā)平臺(tái)、FME2004數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺(tái)，綜合應(yīng)用C＃、、FMEObjects、MDL、數(shù)據(jù)庫(kù)、XML等計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用MVC設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)的、面向?qū)ο蟮慕M件式技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)要素合并、要素化簡(jiǎn)、要素抽稀、要素移位以及縮編知識(shí)庫(kù)維護(hù)等。

1.6 空間數(shù)據(jù)不確定性研究進(jìn)一步深化

空間數(shù)據(jù)的不確定性主要探討和研究空間數(shù)據(jù)誤差和不確定性，及其誤差傳播和控制的方法。不同空間分辨率DEM提取坡度不確定性研究（陳楠、湯國(guó)安等，2006）運(yùn)用信息論與統(tǒng)計(jì)學(xué)一些指標(biāo)及比較分析的方法，以1:1萬(wàn)DEM為研究對(duì)象｡定性地分析了在黃土丘陵溝壑區(qū)DEM空間分辨率對(duì)所提取的坡度信息的不確定性影響，并建立了定量的計(jì)算公式｡黃土高原丘坡信息DEM提取算法的應(yīng)用（陳楠、王欽敏等，2006），選擇代表黃土高原地貌類型（丘陵溝壑區(qū)､梁峁區(qū)､高原丘陵過(guò)渡區(qū)）的75個(gè)樣區(qū)（每個(gè)樣區(qū)約4 km2），以1:1萬(wàn)水平分辨率為5m的DEM為研究對(duì)象，研究不同算法對(duì)提取地面坡度精度的影響，提出了對(duì)坡度和坡向精度進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)，并獲得了以上指標(biāo)與分辨率的函數(shù)關(guān)系，所得函數(shù)關(guān)系可為實(shí)際工作部門選取適宜的DEM分辨率提供依據(jù)。

1.7 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向通用化和實(shí)用化發(fā)展

空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)過(guò)去主要集中在虛擬地理環(huán)境的基礎(chǔ)理論及相關(guān)學(xué)科應(yīng)用技術(shù)的引進(jìn)和研究。福州大學(xué)2002年以來(lái)選擇大場(chǎng)景、高復(fù)雜度、強(qiáng)交互的虛擬森林環(huán)境為研究對(duì)象，提出了基于虛擬現(xiàn)實(shí)、空間信息技術(shù)、圖形學(xué)等原理的分布式虛擬森林景觀的構(gòu)建原理，并在國(guó)際上首次按單樹(shù)建模―林分場(chǎng)景―森林景觀等三級(jí)尺度實(shí)現(xiàn)的技術(shù)體系。該研究小組已成為國(guó)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)地、持續(xù)開(kāi)展虛擬森林環(huán)境的3個(gè)研究小組之一。主要完成的成果包括:（1）基于OpenGL開(kāi)發(fā)了一個(gè)參數(shù)化單樹(shù)建模工具，并在其它應(yīng)用項(xiàng)目得到推廣應(yīng)用；（2）開(kāi)發(fā)成功面向森林經(jīng)營(yíng)管理需要的虛擬森林環(huán)境。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)2維GIS與3維仿真功能的緊密結(jié)合；（3）基于HLA的開(kāi)發(fā)分布式協(xié)同森林滅火仿真原型系統(tǒng)。（4）基于本體技術(shù)開(kāi)展了面向滅火決策的領(lǐng)域本體知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的研究與原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)；（5）開(kāi)展了基于L-system的南方果樹(shù)-芒果、龍眼的建模，實(shí)現(xiàn)了果樹(shù)在年周期和生命周期內(nèi)的生理生態(tài)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程3D表達(dá)；（6）初步探索了顧及光合作用的果樹(shù)生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)建模、三維建模，展示了在不同環(huán)境因子和經(jīng)營(yíng)參數(shù)控制下龍眼的生長(zhǎng)變化過(guò)程。林開(kāi)輝，陳崇成等（2006）針對(duì)虛擬森林滅火仿真需要多種不同要素同時(shí)參與滅火仿真的功能需求，提出了一種基于HLA 的可擴(kuò)展的分布式森林滅火仿真體系結(jié)構(gòu)?？捎糜诘乩矶嗑S信息的綜合管理、協(xié)同規(guī)劃、設(shè)計(jì)與決策等，可為數(shù)字省、數(shù)字城市、數(shù)字行業(yè)建設(shè)提供方法和技術(shù)支撐。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中場(chǎng)景的建模和控制一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，江輝仙、林廣發(fā)等（2006）應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系統(tǒng)（VRGIS）技術(shù)建立庫(kù)區(qū)三維仿真系統(tǒng)，結(jié)合影響水土流失的各種因素，利用GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)處理和分析的特殊功能，實(shí)現(xiàn)水土流失監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與圖形的有機(jī)結(jié)合，提高水土流失監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)具有三維性、交互性、多媒體集成性和境界逼真性。省基礎(chǔ)地理信息中心基于三維地理信息系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)福建省三維基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)（政務(wù)網(wǎng)），實(shí)現(xiàn)三維地理信息的查詢、瀏覽，政務(wù)信息的查詢、瀏覽，專題地理信息的加載及地名地址信息的上傳、標(biāo)注等功能；開(kāi)發(fā)了基于三維基礎(chǔ)地理信息的地震救災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、森林防火、核電規(guī)劃、交通規(guī)劃、城市三維、旅游三維、治安管理等專題三維地理信息系統(tǒng)。

1.8 空間數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究越來(lái)越受重視

面向地學(xué)和資源環(huán)境等領(lǐng)域應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)挖掘，除了能提取地理實(shí)體幾何特征知識(shí)外，還能發(fā)現(xiàn)空間分布、空間關(guān)聯(lián)、空間層次、空間演變等知識(shí)。福州大學(xué)面向資源與環(huán)境問(wèn)題，以多源、異構(gòu)的海洋、林業(yè)、國(guó)土等行業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如各類監(jiān)測(cè)臺(tái)站、衛(wèi)星遙感等平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）為對(duì)象，開(kāi)展多尺度空間數(shù)據(jù)的可視化挖掘提供理論框架、技術(shù)方法和原型系統(tǒng)研究，在空間離群點(diǎn)的識(shí)別與分析、空間關(guān)聯(lián)規(guī)則提取、高維空間數(shù)據(jù)聚類、高分辨率光學(xué)遙感數(shù)據(jù)聚類等空間數(shù)據(jù)挖掘算法以及在空間數(shù)據(jù)挖掘的原始數(shù)據(jù)、挖掘結(jié)果的可視化表達(dá)以及挖掘過(guò)程的可視化交互探索方法等方向取得進(jìn)展，推動(dòng)了地區(qū)空間數(shù)據(jù)深度挖掘的研究與應(yīng)用水平，空間數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)取得了顯著進(jìn)展。（1）基于時(shí)空統(tǒng)計(jì)的方法，如鐘春棋、曾從盛（2007），基于RS與GIS的福州市景觀格局動(dòng)態(tài)演化研究，在RS與GIS技術(shù)支持下，利用1986年、1993年和2000年3期TM遙感影像，選取反應(yīng)景觀空間結(jié)構(gòu)和景觀異質(zhì)性的指數(shù)，分析了福州市區(qū)景觀格局及動(dòng)態(tài)變化的特征。（2）基于空間關(guān)聯(lián)規(guī)則的方法，主要指空間對(duì)象之間的空間和非空間關(guān)系，如廈門市濕地時(shí)空演化的遙感動(dòng)態(tài)分析（李春華、沙晉明，2007）：以廈門市近20年來(lái)多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用RS和GIS技術(shù)提取濕地動(dòng)態(tài)變化信息；綜合運(yùn)用多項(xiàng)式回歸、馬爾可夫模型、虛擬地理環(huán)境技術(shù)對(duì)廈門市濕地時(shí)空演化趨勢(shì)進(jìn)行模擬分析和定量預(yù)測(cè)研究，建立廈門市濕地動(dòng)態(tài)變化系列圖譜。邱炳文， 王欽敏等（2007）采用Moran's I系數(shù)的自相關(guān)圖來(lái)表示土地利用及其影響因子的空間自相關(guān)性特征，并且在此基礎(chǔ)上建立了土地利用與影響因子的空間自回歸方程。（3）基于求解問(wèn)題不確定性的方法，包括粗集理論(Rough Set Theory)和云理論(Cloudy Theory)；（4）基于可視化的方法，如土地利用與土地覆蓋變化信息的圖譜研究（余明、李慧珍，2007），應(yīng)用RS和GIS復(fù)合技術(shù)提取土地利用信息圖譜，從現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)、發(fā)展變化（凈變化與相互轉(zhuǎn)化）等方面進(jìn)行土地利用信息定性和定量的分析，并建立了實(shí)驗(yàn)區(qū)土地利用演變過(guò)程和空間擴(kuò)展圖譜，其研究和建立的土地利用斑塊形態(tài)與擴(kuò)展圖譜,在一定程度上反映了地學(xué)信息圖譜的“形-數(shù)-理結(jié)合”和“系列化”、“譜系化”、“模型數(shù)值化”的特征。（5）基于人工智能的方法，如陳楠、王欽敏等（2006）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)提取溝谷研究，提出了將提取溝谷的過(guò)程轉(zhuǎn)化為根據(jù)地形因子綜合判定地貌類型的過(guò)程的思想。應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析了6種地形因子與溝谷地形的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

1.9 地理信息網(wǎng)格與知識(shí)網(wǎng)格創(chuàng)新研究出現(xiàn)良好開(kāi)端

知識(shí)網(wǎng)格是網(wǎng)格發(fā)展最新階段或表現(xiàn)形式，它是在人工智能和知識(shí)管理的基礎(chǔ)上形成的網(wǎng)格，是集計(jì)算網(wǎng)格和信息（數(shù)據(jù)）網(wǎng)格、知識(shí)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)、決策支持系統(tǒng)為一體的智能網(wǎng)格。福州大學(xué)將時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘、空間決策支持系統(tǒng)、信息可視化和人-機(jī)交互等技術(shù)引入網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境，基于主流網(wǎng)格中間件Globus成功開(kāi)發(fā)地理知識(shí)網(wǎng)格平臺(tái)（GeoKS-Grid），形成數(shù)據(jù)資源管理中心、資源監(jiān)控中心、任務(wù)管理中心、數(shù)據(jù)挖掘與決策服務(wù)中心、網(wǎng)格平臺(tái)管理中心等主要模塊，并在系統(tǒng)上部署了一系列網(wǎng)格服務(wù)，如基于MST的空間離群挖掘服務(wù)（以福建沿海土壤地球化學(xué)異常分析為例）、基于本體知識(shí)推理的土壤適宜性評(píng)價(jià)服務(wù)（以福建沿海地區(qū)熱帶水果種植應(yīng)用為例）、空間關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘服務(wù)（以漳浦縣林種與影響因子關(guān)聯(lián)分析為例）、城市空氣高架點(diǎn)源污染模擬服務(wù)（以廈門市SO2為例）、城市短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)服務(wù)（以廈門市為例）、海上化學(xué)品泄露污染擴(kuò)散模擬服務(wù)（以福建湄洲灣易溶液化品為例）。該平臺(tái)擁有地理知識(shí)發(fā)現(xiàn)和輔助時(shí)空決策分析的功能，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)地理信息共享與服務(wù)從單純的信息交換和互操作、集成處理上升到時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)、決策服務(wù)的深層次轉(zhuǎn)變，為地理知識(shí)服務(wù)網(wǎng)格平臺(tái)成為一個(gè)可視化、交互式、智能型的地學(xué)問(wèn)題協(xié)同式求解環(huán)境奠定基礎(chǔ)。

1.10 地圖制圖學(xué)與地理信息工程理論研究

地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科中除了地圖投影、地圖綜合和地圖符號(hào)等傳統(tǒng)理論外，又增加了地圖空間認(rèn)知理論、地理信息傳輸理論、地圖視覺(jué)感受理論、地圖模型理論、地理空間信息語(yǔ)言學(xué)理論、地學(xué)信息圖譜理論、空間數(shù)據(jù)的不確定性理論等，地圖制圖學(xué)與地理信息工程科學(xué)的理論體系正在逐步形成。許多現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法都在地圖制圖學(xué)與地理信息工程科學(xué)技術(shù)中找到了自己的切入點(diǎn)，特別是現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法在地圖自動(dòng)綜合和空間數(shù)據(jù)不確定性研究中的應(yīng)用。我省在這一方面取得一定的進(jìn)展。

福建師大地理科學(xué)學(xué)院和福州大學(xué)空間信息工程研究中心致力于空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享的理論、方法與技術(shù)的研究與應(yīng)用示范研究。師大地理科學(xué)院作為主要成員參編的《地圖學(xué)基礎(chǔ)》由高等教育出版社出版，該書被全國(guó)高校選作教材，并獲全國(guó)普通高等院校優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)；《地圖學(xué)原理》由科學(xué)出版社出版（2004年）；《地圖學(xué)》課程被評(píng)為福建省優(yōu)秀課程；《地圖學(xué)的改革與建設(shè)》經(jīng)國(guó)內(nèi)專家鑒定為國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，獲福建師大優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)?！兜厍蛐畔⒖茖W(xué)導(dǎo)論》由科學(xué)出版社出版（2007年），作為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士與碩士研究生教材。福大空間信息工程研究中心近幾年從事數(shù)字區(qū)域的理論、技術(shù)與應(yīng)用，地理信息的建模理論與分析技術(shù)，空間數(shù)據(jù)挖掘的理論與方法，數(shù)據(jù)傳輸與信息安全技術(shù)等應(yīng)用研究?！度丝诮?jīng)濟(jì)學(xué)中的GIS與定量分析方法》（王欽敏等）運(yùn)用GIS 理論、方法分析人口空間分布與相關(guān)自然和經(jīng)濟(jì)因子間的定量關(guān)系。建立了人口空間分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間關(guān)系的微分方程組模型，運(yùn)用穩(wěn)定性理論揭示兩者之間的非線性動(dòng)力學(xué)機(jī)制。對(duì)人口空間遷移變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，為人口空間遷移預(yù)測(cè)及政府決策提供參考。

以上所述地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科取得的進(jìn)展基本反映了近年來(lái)本學(xué)科發(fā)展的面貌。

2 地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和任務(wù)

通過(guò)總結(jié)地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科技術(shù)取得的進(jìn)步、存在的問(wèn)題和差距，進(jìn)一步分析空間信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2.1 以空間認(rèn)知為核心的地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科理論體系將進(jìn)一步深化

空間認(rèn)知理論是地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的認(rèn)識(shí)論和方法論基礎(chǔ)。在空間認(rèn)知理論的指導(dǎo)下，地圖投影、制圖綜合、地圖符號(hào)等傳統(tǒng)地圖制圖學(xué)的基本理論將在新的條件下進(jìn)一步深化；地理信息傳輸、地圖視覺(jué)感受、地圖模型、地理空間信息語(yǔ)言、地學(xué)信息圖譜、空間數(shù)據(jù)與空間分析的不確定性等地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的新理論在整個(gè)理論體系中的地位和作用、相互聯(lián)系、內(nèi)容的深層次研究將取得進(jìn)展。目前，在地圖空間認(rèn)知研究方面，理論體系尚不完善，空間認(rèn)知過(guò)程研究不夠深入?，F(xiàn)有的GIS 數(shù)據(jù)模型缺乏跟蹤現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體變化的能力，因?yàn)樗槐４鎸?shí)體的現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)，隨著地理信息系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用的普及和深入，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到地理信息系統(tǒng)應(yīng)該具有描述現(xiàn)實(shí)世界中各種時(shí)空變化的能力，既可以分析其過(guò)去，又可以預(yù)測(cè)其未來(lái)（發(fā)展趨勢(shì)）。這種想法導(dǎo)致了時(shí)空地理信息系統(tǒng)和時(shí)空數(shù)據(jù)模型概念的提出。今后要重點(diǎn)研究：(1)空間認(rèn)知理論體系框架；(2)空間認(rèn)知過(guò)程、實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)；(3)地圖可視化系統(tǒng)中的“人―地圖”關(guān)系及表示方法。

地學(xué)信息圖譜研究不僅局限于表現(xiàn)，更是一種分析方法。地學(xué)信息圖譜是圖形、方法和認(rèn)知三者的綜合與統(tǒng)一。地學(xué)信息圖譜的研究起步工作主要有三方面：區(qū)域地理單元及其等級(jí)體系；地理單元的遙感影像特征分析；地學(xué)信息的表達(dá)方法。

2.2 地圖自動(dòng)制圖綜合及其過(guò)程控制的智能化將取得進(jìn)展并得到應(yīng)用

在基于大比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)生產(chǎn)小比例尺地圖、多比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)派生及一體化更新和 GIS中多尺度空間數(shù)據(jù)顯示等環(huán)境下，基于保質(zhì)設(shè)計(jì)的空間數(shù)據(jù)的自動(dòng)綜合及其過(guò)程控制的智能化研究都是必要的。目前的研究離實(shí)際應(yīng)用還有很大的差距：一是自動(dòng)綜合模型、算法還不具普適性；二是自動(dòng)綜合結(jié)果還有不盡人意。今后研究的重點(diǎn)問(wèn)題主要包括：(1)幾何信息的尺度依賴與空間認(rèn)知理論的聯(lián)系；(2)多尺度空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；(3)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)多尺度表達(dá)與在線式自動(dòng)綜合理論與方法；(4)智能技術(shù)支持下的地圖自動(dòng)綜合決策分析與自適應(yīng)操作；(5)自動(dòng)綜合的智能化、過(guò)程控制與質(zhì)量評(píng)價(jià)；(6)三維城市模型的自動(dòng)綜合；(7)地圖自動(dòng)綜合的人機(jī)協(xié)同機(jī)制。

2.3 地理空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)多源、多尺度數(shù)據(jù)一體化及面向?qū)ο蟀l(fā)展

我省基本實(shí)現(xiàn)多源、多尺度矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和高程模型數(shù)據(jù)一體化管理。需進(jìn)一步研究：(1)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)融合的理論和方法；(2)海量數(shù)據(jù)高效快速索引技術(shù)；(3)基于圖形、影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)一體化的完全面向?qū)ο蟮姆椒ǎ?4)基于矢量、影像與高程模型數(shù)據(jù)融合的地學(xué)空間分析理論與方法；(5)基于矢量、影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)融合的三維可視化理論與技術(shù)。

2.4 空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向與GlS集成的一體化和實(shí)用化方向發(fā)展

空間信息可視化及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的地形仿真和地理環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為人類的地理環(huán)境感知提供一種新的、更強(qiáng)大的工具。近些年來(lái)，出現(xiàn)不少利用現(xiàn)有的圖形圖像軟件與動(dòng)畫軟件制作的地學(xué)信息可視化產(chǎn)品，如應(yīng)用3DS制作動(dòng)畫，完成預(yù)定路線的地景觀察；運(yùn)用OpenGL在微機(jī)或工作站上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互的、可立體觀察的虛擬地形仿真；運(yùn)用Performer及MultiGen(三維建模軟件)在SGI工作站上完成地景建模與實(shí)時(shí)顯示；運(yùn)用VRML(虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)在網(wǎng)絡(luò)上傳播虛擬地景信息等?？臻g信息可視化與地理環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為地圖學(xué)新的生長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)于拓寬地圖學(xué)的研究領(lǐng)域和促進(jìn)地理信息系統(tǒng)理論與技術(shù)的進(jìn)步將產(chǎn)生重要作用。但是，從地理信息系統(tǒng)和空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)系來(lái)看，地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、處理和分析功能，空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)具有多維動(dòng)態(tài)可視化和實(shí)時(shí)交互式操作的效果，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，集成與一體化是一個(gè)必然的趨勢(shì)。需重點(diǎn)研究：(1)地理信息系統(tǒng)(GIS)與虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)集成；(2)空間數(shù)據(jù)多尺度可視化表達(dá)的自適應(yīng)地圖符號(hào)系統(tǒng)；(3)面向時(shí)空模擬與仿真的演化模型；(4)空間信息可視化人機(jī)自適應(yīng)界面；(5)多維動(dòng)態(tài)空間數(shù)據(jù)模型及其表達(dá)體系；(6)基于空間信息可視化的協(xié)同工作與決策支持。

2.5 空間數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)的研究正在興起，并向智能化發(fā)展

空間數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)是空間分析的拓展、延伸和深化，需重點(diǎn)研究：(1)空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)的理論體系；(2)空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法(基于時(shí)空間統(tǒng)計(jì)分析、基于空間關(guān)聯(lián)規(guī)則、基于求解問(wèn)題不確定性、基于可視化、基于人工智能等)；(3)面向決策支持主題的分布式空間數(shù)據(jù)提取、預(yù)處理、變換、挖掘、模式解釋／知識(shí)評(píng)估；(4)數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)、算法、可視化的有機(jī)結(jié)合(形、數(shù)、理的統(tǒng)一)。

2.6 GIS運(yùn)行實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、互操作、資源共享和協(xié)同

地理信息系統(tǒng)(GIS)就其運(yùn)行方式而言，經(jīng)歷了由單機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過(guò)程，網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(Web GIS)正逐步成為主流產(chǎn)品。目前的Web GIS還存在著數(shù)據(jù)和功能相對(duì)綁定、處理功能相對(duì)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)之間缺乏良好的互操作性等許多問(wèn)題，還不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的跨平臺(tái)、互操作、資源共享和協(xié)同工作。重點(diǎn)研究：(1)基于信息網(wǎng)格的新一代地理信息系統(tǒng)，即網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和總體方案；(2)基于信息網(wǎng)格的地理空間信息管理與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；(3)Grid與Agent集成模型；(4)地理空間信息服務(wù)與Grid集成模型；(5)基于網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)與集成。

基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS 應(yīng)用軟件平臺(tái)研究與開(kāi)發(fā)是要研究、開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS 應(yīng)用軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布式多源異構(gòu)地理信息的互操作和綜合利用。通過(guò)對(duì)地理信息內(nèi)容和GIS 功能的集中管理，并為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提供基于Web Services 的二次開(kāi)發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)與各種Web 應(yīng)用的快速集成。主要技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在：為用戶尋找地理信息服務(wù)提供統(tǒng)一的入口和中介；提供基于GML 和Web Services 的地理內(nèi)容和功能服務(wù)；自主開(kāi)發(fā)、開(kāi)放、跨平臺(tái)、可擴(kuò)展。

基于GML 的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)研究?；贕ML 的網(wǎng)絡(luò)GIS，是指GIS 中的所有數(shù)據(jù)都是表現(xiàn)為GML 文檔，這與傳統(tǒng)的GIS 不同。由于管理的數(shù)據(jù)對(duì)象發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的GIS 技術(shù)不能直接用于GML 數(shù)據(jù)的管理，因此必須研究基于GML 數(shù)據(jù)的管理技術(shù)，同時(shí)作為一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)GIS，地圖信息可視化是必不可少的一部分，因此必須對(duì)基于GML的空間數(shù)據(jù)可視化進(jìn)行研究。研究的具體內(nèi)容包括：基于GML 的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)；基于GML 的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)集成和轉(zhuǎn)換；GML 數(shù)據(jù)的Web 可視化研究；基于GML 的網(wǎng)絡(luò)GIS 原型系統(tǒng)。

2.7 空間數(shù)據(jù)不確定性由理論研究向空間數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制的實(shí)用化發(fā)展

由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性和模糊性以及人類表達(dá)能力的局限性，空間數(shù)據(jù)不可避免地表現(xiàn)出某種不確定性，研究空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析和應(yīng)用過(guò)程中的不確定性理論，直接關(guān)系到空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中的質(zhì)量控制、GIS空間分析的可靠性和數(shù)字地圖產(chǎn)品應(yīng)用的可靠性。其重點(diǎn)研究：(1)空間數(shù)據(jù)不確定性與數(shù)據(jù)質(zhì)量的內(nèi)容及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；(2)空間數(shù)據(jù)不確定性理論及其可視化方法；(3)屬性數(shù)據(jù)不確定性理論與方法；(4)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)的不確定性理論與方法；(5)空間數(shù)據(jù)不確定性關(guān)系模型和空間分析的不確定性；(6)多尺度空間數(shù)據(jù)融合的不確定性；(7)空間數(shù)據(jù)基于不確定性的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估與控制模型。

2.8 嵌入式地理信息系統(tǒng)將向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域滲透

地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，早期開(kāi)發(fā)的GIS是基于工作站和桌面PC機(jī)的，這類計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大，能滿足GIS對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求。隨著嵌入式硬件技術(shù)（如嵌入式處理器、存儲(chǔ)器）和軟件技術(shù)（如編譯器、圖像壓縮算法、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）的快速發(fā)展，GIS技術(shù)逐漸應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，構(gòu)成嵌入式地理信息系統(tǒng)。嵌入GIS由于其具有功耗低、資源消耗少、可靠性高、響應(yīng)速度快、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于基于位置的服務(wù)LBS、車載導(dǎo)航儀、移動(dòng)信息終端等嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、地圖縮放、路線分析、數(shù)據(jù)檢索及地形分析等基本功能。重點(diǎn)研究：(1)嵌入式GIS通用硬件平臺(tái)；(2)嵌入式GIS中間件技術(shù)；(3)強(qiáng)實(shí)時(shí)響應(yīng)關(guān)鍵算法；(4)多種數(shù)據(jù)融合和高效空間數(shù)據(jù)壓縮算法；(5)支持二次開(kāi)發(fā)的EGISM應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)包。

未來(lái)地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的發(fā)展和理論和技術(shù)：

第一，空間認(rèn)知理論將促進(jìn)地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的進(jìn)一步理論化和科學(xué)化；

第二，基于保質(zhì)設(shè)計(jì)的空間數(shù)據(jù)自動(dòng)綜合與細(xì)節(jié)分層(LOD)技術(shù)將促進(jìn)空間數(shù)據(jù)的多尺度、多分辨化；

第三，空間信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將促進(jìn)地理環(huán)境的沉浸化；

第四，空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)將促進(jìn)由源于符號(hào)獲取信息到源于信息獲取知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取的自動(dòng)化；

第五，網(wǎng)格(Grid)技術(shù)推動(dòng)新一代地理信息系統(tǒng)的誕生，將促進(jìn)資源共享與解決問(wèn)題協(xié)同化；

第六，基于面向?qū)ο蠓椒òl(fā)展面向Agent技術(shù)將促進(jìn)智能化；

第七，地理空間信息獲取、處理與應(yīng)用的一體化技術(shù)將促進(jìn)GIS真正意義上的時(shí)態(tài)化；

第八，空間信息技術(shù)的全面嵌入和廣泛應(yīng)用將促進(jìn)普適化。

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課題組成員：

1．簡(jiǎn)燦良，福建省基礎(chǔ)地理信息中心，教授高工。

2．吳 升，福州大學(xué)，教授。

3．陳崇成，福州大學(xué)，教授。

4．戴文遠(yuǎn)，福建師范大學(xué)，副教授。

篇2

關(guān)鍵詞　GIS　水工環(huán)專業(yè)　授課原則　教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0　引言

自上世紀(jì)60年代加拿大學(xué)者Roger　Tomlinson提出GIS（Geographic　Information　System，　地理信息系統(tǒng)）學(xué)術(shù)構(gòu)想標(biāo)志著該學(xué)科誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)約半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，GIS歷經(jīng)了萌芽、壯大與普及的多個(gè)階段，已經(jīng)從一個(gè)單純的技術(shù)工具演變成為了地球信息科學(xué)的重要組成部分。①其理論體系、系統(tǒng)功能和應(yīng)用范圍都經(jīng)歷著顯著的拓展，尤其是它豐富的制圖表現(xiàn)力、強(qiáng)大的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)管理以及空間建模功能吸引著越來(lái)越多的科技人員把它作為專業(yè)研究的得力工具。

水工環(huán)行業(yè)是較早引入和應(yīng)用GIS技術(shù)的領(lǐng)域，兩者之間的融合呈現(xiàn)越發(fā)密切的態(tài)勢(shì)，這一點(diǎn)可以從國(guó)家地調(diào)局持續(xù)、高額度優(yōu)先資助此方向科研項(xiàng)目的事實(shí)中得到佐證。新的研究成果不斷涌現(xiàn)，中國(guó)期刊網(wǎng)每年發(fā)表的相關(guān)文章數(shù)量幾乎以幾何級(jí)數(shù)的趨勢(shì)增長(zhǎng)。為了順應(yīng)形勢(shì)，許多高校下大力氣開(kāi)展GIS教育，特別是水工環(huán)專業(yè)，大多開(kāi)設(shè)了GIS課程，而且作為專業(yè)必修課程對(duì)待。顯而易見(jiàn)，要想學(xué)好這門多學(xué)科交叉、滲透特點(diǎn)顯著的課程，不能生搬硬套信息工程專業(yè)的授課方式。筆者根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)教授該門課程的心得體會(huì)，總結(jié)出了十個(gè)教學(xué)原則，在教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用中取得了良好的效果?，F(xiàn)成文如下以饗讀者。

1　教學(xué)十原則

1.1　認(rèn)清對(duì)象　準(zhǔn)確定位

水工環(huán)專業(yè)的畢業(yè)生主要投身于各類國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)，從事資源探查、環(huán)境分析與地質(zhì)勘察的調(diào)查或研究任務(wù)，學(xué)習(xí)GIS的最終目的是“學(xué)以致用”：即期望能夠利用GIS技術(shù)方便快捷地幫助完成問(wèn)題，提高工作效率。比較而言，專業(yè)主干課程與GIS課程是一“主”一“輔”，一“體”一“用”。因此對(duì)該專業(yè)學(xué)習(xí)者來(lái)講，GIS不能脫離工具型學(xué)科的基本性質(zhì)，而成為不可親近的“象牙塔”上的學(xué)問(wèn)。筆者依據(jù)授課對(duì)象的特點(diǎn)，將該門課程的總體目標(biāo)進(jìn)行定位：（1）增強(qiáng)利用GIS解決實(shí)際專業(yè)問(wèn)題的意識(shí)與熱情；（2）掌握GIS在空間數(shù)據(jù)輸入、管理、顯示、查詢、分析等方面的基本技能；（3）熟悉運(yùn)用GIS進(jìn)行空間分析與模擬的基本過(guò)程。

1.2　分析需求　增刪內(nèi)容

調(diào)查表明，水工環(huán)專業(yè)的從業(yè)者應(yīng)用GIS主要集中在如下3個(gè)方面：（1）利用GIS的數(shù)據(jù)顯示功能進(jìn)行專題圖件的編制。這也是多數(shù)使用者的最基本應(yīng)用；（2）建立不同級(jí)別的專業(yè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)多源、海量數(shù)據(jù)的集中化存貯和管理；（3）利用GIS的空間分析與建模功能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)現(xiàn)象或過(guò)程的表達(dá)、模擬、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。與此需求相適應(yīng)，授課內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理和組織原理、空間分析技術(shù)和空間建?；痉椒ǖ葍?nèi)容，而其它的內(nèi)容，比如OpenGIS、網(wǎng)絡(luò)GIS、GIS標(biāo)準(zhǔn)化等，與學(xué)習(xí)者的主體訴求相差太遠(yuǎn)可以簡(jiǎn)單帶過(guò)甚至忽略。教學(xué)內(nèi)容作此增刪處理后，主次分明，重點(diǎn)突出，貼合學(xué)習(xí)者未來(lái)工作需求，也減輕了負(fù)擔(dān)。實(shí)際上，想在課堂教學(xué)上面把現(xiàn)代GIS技術(shù)的每個(gè)部分都作深刻剖析，面面俱到而無(wú)遺漏，無(wú)論是教學(xué)時(shí)間還是學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，都是無(wú)法滿足的，也沒(méi)有必要。

1.3　理論先行　重視技能

扎實(shí)的理論基礎(chǔ)與熟練的操作技能是本門課程的基本目標(biāo)，兩者不可偏廢。教學(xué)中過(guò)多地強(qiáng)調(diào)基本理論，忽視技能訓(xùn)練，容易使學(xué)習(xí)者喪失熱情，進(jìn)而反感厭學(xué)；或者易造成眼高手低的后果。當(dāng)然也不宜把課堂教學(xué)變成GIS實(shí)習(xí)培訓(xùn)，為重視操作技巧而放棄理論學(xué)習(xí)。缺乏基本概念與理論的指導(dǎo)，GIS的應(yīng)用操作難記易忘，觸類旁通更是難上加難。

1.4　重點(diǎn)剖析　演示操作

對(duì)于教學(xué)內(nèi)容中的重難點(diǎn)，宜采用細(xì)致分析結(jié)合演示操作的方法進(jìn)行講授。條分縷析的目的是使學(xué)習(xí)者吃透知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)和內(nèi)涵，軟件的操作演示則可以增加印象。比如筆者在講授“空間數(shù)據(jù)模型”章節(jié)時(shí)，花費(fèi)1學(xué)時(shí)的時(shí)間，利用圖形、表格、動(dòng)畫等多種形式對(duì)Spaghetti模型（以shp數(shù)據(jù)格式為代表）和基于Node-Arc的拓?fù)淠Ｐ停ㄒ詂overage數(shù)據(jù)格式為代表）做了仔細(xì)認(rèn)真的解剖，并利用ArcGIS　Desktop軟件分析演示了兩種典型的矢量數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，頗受歡迎。

1.5　啟發(fā)教學(xué)　寧導(dǎo)勿牽

孔子曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“不憤不啟，不悱不發(fā)?！薄?duì)于經(jīng)過(guò)自己頭腦思考、處于“憤”和“悱”的學(xué)生，教師“啟”和“發(fā)”，點(diǎn)撥一番，往往會(huì)達(dá)到意想不到的教學(xué)效果。教學(xué)過(guò)程中，靈活應(yīng)用“啟發(fā)式教學(xué)方法”，在教師主導(dǎo)作用下，學(xué)生進(jìn)入主體角色，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的整個(gè)過(guò)程中保持著主動(dòng)性，主動(dòng)去提出問(wèn)題，主動(dòng)去思考問(wèn)題，主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，主動(dòng)去探索問(wèn)題。②

“地圖投影”章節(jié)由于基本概念抽象、知識(shí)點(diǎn)多，一直令初學(xué)者頗感頭疼。筆者在教學(xué)中首先講解了地圖投影的問(wèn)題由來(lái)、主要矛盾以及解決方法后，通過(guò)操作演示講解了正軸圓錐投影的特點(diǎn)后，繼續(xù)利用軟件演示的方法引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)了圓柱投影和方位投影的特點(diǎn)，并對(duì)每種投影的適用原則進(jìn)行了歸納和對(duì)比。避免了填鴨式的呆板方式，以直觀、形象的圖形語(yǔ)言替代僵硬、晦澀的語(yǔ)句解釋，順利地解決了這個(gè)難題。

1.6　上機(jī)實(shí)習(xí)　聯(lián)系實(shí)際

上機(jī)實(shí)習(xí)是GIS學(xué)習(xí)者掌握實(shí)際操作技能的必要步驟，也是利用GIS技術(shù)解決專業(yè)問(wèn)題的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。為了配合課堂講授內(nèi)容，強(qiáng)化記憶，提高應(yīng)用能力，筆者編寫了一本GIS上機(jī)實(shí)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)，采用圖文結(jié)合的方式，一步一步地引導(dǎo)初學(xué)者練習(xí)使用GIS。涵蓋的內(nèi)容既包括數(shù)據(jù)錄入、編輯、顯示、空間分析等入門功能，也包含3個(gè)水工環(huán)領(lǐng)域的真實(shí)研究案例。上機(jī)實(shí)習(xí)的時(shí)間安排與同內(nèi)容的課堂學(xué)習(xí)時(shí)間同步，理論緊密聯(lián)系實(shí)踐，相得益彰。

1.7　興趣為基　適度擴(kuò)展

對(duì)于部分對(duì)于GIS技術(shù)表現(xiàn)出強(qiáng)烈、持久的興趣而又學(xué)有余力的同學(xué)，筆者則因材施教，單獨(dú)輔導(dǎo)。引導(dǎo)他們?nèi)ニ褜?、下載、閱讀相關(guān)研究文獻(xiàn)，尋找興趣點(diǎn)，為未來(lái)的研究作知識(shí)儲(chǔ)備。另外，筆者還準(zhǔn)備了兩個(gè)學(xué)時(shí)的GIS技術(shù)前沿介紹，以討論會(huì)的方式與同學(xué)們一起暢想水工環(huán)行業(yè)的GIS技術(shù)應(yīng)用潛能。當(dāng)然，這樣的活動(dòng)是在不影響基本教學(xué)任務(wù)的前提條件下進(jìn)行的。

1.8　項(xiàng)目示例　學(xué)以致用

很多學(xué)習(xí)者能夠比較輕松地掌握GIS的基本理論與初級(jí)使用技能，但一到真正解決專業(yè)問(wèn)題就顯得力不從心，無(wú)從下手，心中留有“GIS怎樣用”的疑問(wèn)。究其原因是沒(méi)有學(xué)會(huì)利用GIS語(yǔ)言和思維來(lái)解析專業(yè)應(yīng)用。這個(gè)教學(xué)原則正是針對(duì)該難題而設(shè)立的。筆者在教學(xué)中引用了兩個(gè)專業(yè)案例（一個(gè)是土壤侵蝕評(píng)價(jià)，另外一個(gè)是滑坡災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃），從目標(biāo)確定、問(wèn)題分解、執(zhí)行分析、模型細(xì)化與驗(yàn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)展示了GIS空間建模的全過(guò)程。通過(guò)這種“解剖麻雀”的方式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入GIS應(yīng)用的高級(jí)階段。

1.9　主動(dòng)學(xué)習(xí)　利用資源

多讀專業(yè)文獻(xiàn)，多與他人啟發(fā)交流，多進(jìn)行實(shí)踐操作是提高GIS應(yīng)用水平的不二法門，但這些訓(xùn)練無(wú)法在時(shí)間緊張的課堂教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行，自主學(xué)習(xí)卻是一條很好的途徑?！∽灾鲗W(xué)習(xí)者通常設(shè)定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，及時(shí)了解自己所處學(xué)習(xí)處境或能力層次，充分利用圖書館、網(wǎng)站、專業(yè)論壇等資源執(zhí)著探索（比如http：//網(wǎng)站中就有非常豐富的GIS學(xué)習(xí)材料），不達(dá)目標(biāo)不罷休。主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣可以幫助學(xué)習(xí)者極大地提高學(xué)習(xí)效率。③學(xué)習(xí)的自主性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性愈強(qiáng)，學(xué)習(xí)效果也就愈佳。

1.10　靈活考查　比例合理

教學(xué)的目標(biāo)，就是使學(xué)生成為“學(xué)會(huì)認(rèn)知”的主體，使學(xué)生自己掌握學(xué)習(xí)的方法，提高創(chuàng)新的能力。一言以蔽之：教，就是為了不教，而課程考查恰是考量教學(xué)目標(biāo)是否完成的重要手段。考查既要能反映出學(xué)習(xí)者對(duì)于基本概念、理論的掌握程度，同時(shí)也要能夠體現(xiàn)出對(duì)于GIS使用技能的熟悉情況，因此課程考查應(yīng)該由多個(gè)部分組成。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，采用開(kāi)卷考試和GIS應(yīng)用實(shí)踐報(bào)告的組合形式，兩者權(quán)重各為50%。

2　結(jié)論

作為一門新興的交叉滲透性學(xué)科，GIS要求應(yīng)用者需要具備一定的制圖學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)，也要有過(guò)硬的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備。對(duì)于水工環(huán)專業(yè)的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，他們沒(méi)有參與過(guò)相關(guān)計(jì)算機(jī)學(xué)科的學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，專業(yè)知識(shí)也有所欠缺。如何給他們上好GIS課程是對(duì)教師的一大挑戰(zhàn)。遵循本文提出的十項(xiàng)授課原則，可以使教學(xué)有的放矢，收放自如。教學(xué)形式變得活潑，調(diào)動(dòng)了同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性，又同時(shí)使學(xué)習(xí)者了解了GIS技術(shù)在本學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的強(qiáng)大潛力，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，做到了理論、原理與實(shí)踐的良好融合。實(shí)踐表明，授課對(duì)象愿意接受這種教學(xué)方式，對(duì)于該課程中的重難點(diǎn)內(nèi)容能夠較好地理解與掌握，并能夠利用GIS技術(shù)進(jìn)行專業(yè)問(wèn)題的分析與模擬，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

注釋

①　陳述彭，魯學(xué)軍，周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].科學(xué)出版社，2002.