引論：我們?yōu)槟砹?3篇地理信息科學(xué)的概念范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
自主、合作與創(chuàng)新是新課改理念的主要精神。高中地理教學(xué)改革要在踐行新課改精神的基礎(chǔ)上，充分尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)中的獨(dú)立性與主動(dòng)性，創(chuàng)設(shè)一定的學(xué)習(xí)情境，實(shí)現(xiàn)師生之間互動(dòng)合作，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，逐漸培養(yǎng)自身的創(chuàng)新精神，全面優(yōu)化高中地理教學(xué)。
一、轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，激發(fā)學(xué)生自主意識(shí)
在新課改理念下，教學(xué)應(yīng)面向全體學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)過程中的主觀能動(dòng)性，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位。鑒于此，高中地理教學(xué)改革須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的以老師為主體的“灌輸式”教學(xué)觀念，在教學(xué)過程中充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立自主性，在地理學(xué)習(xí)的時(shí)間、進(jìn)度以及內(nèi)容等方面，留有充足的時(shí)間與空間讓學(xué)生進(jìn)行自主支配，提供學(xué)生自主選擇與判斷的機(jī)會(huì)，使學(xué)生充分體驗(yàn)地理學(xué)習(xí)的樂趣。
激發(fā)學(xué)生地理學(xué)習(xí)的自主意識(shí)，首先即是要培養(yǎng)地理學(xué)習(xí)的興趣，從而將高中地理學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)能動(dòng)過程。這就要求老師在教學(xué)過程中，立足于學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律以及知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，掌握其思維活動(dòng)焦點(diǎn)以及熱點(diǎn)，從學(xué)生感興趣的事物著手，喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，具體可從以下方面著手：
1.活動(dòng)激趣。在地理教學(xué)中，讓學(xué)生積極參與活動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對地理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)在活動(dòng)中獲得的成功感會(huì)增強(qiáng)他們對高中地理學(xué)習(xí)的自信心，進(jìn)而展開自主學(xué)習(xí)。例如，在進(jìn)行人教版必修一“地球的運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)中，老師可組織學(xué)生開展一個(gè)課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)：讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，描述自己生日當(dāng)天的太陽直射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向及其位置、當(dāng)天晝夜長短變化趨勢等，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到這一教學(xué)活動(dòng)中來，在活躍課堂氣氛的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生地理學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
2.善用多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生自主性。在高中地理教學(xué)改革中，老師要充分運(yùn)用多媒體、錄像、掛圖以及地理標(biāo)本等直觀教具，發(fā)揮其作用，或結(jié)合地理教學(xué)內(nèi)容，自主設(shè)計(jì)地理教學(xué)新模型、新教具等，使高中地理教學(xué)具有趣味性，使學(xué)生保持在自覺主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)之中。例如，在進(jìn)行人教版必修一“常見的天氣系統(tǒng)”的教學(xué)中，老師可充分運(yùn)用多媒體技術(shù)，在制作課件時(shí)，編入近期的衛(wèi)星云圖動(dòng)畫，向?qū)W生形象直觀地展示近期的海平面等壓線分布情況，將原本枯燥的地理知識(shí)變得生動(dòng)有趣，從而使學(xué)生地理學(xué)習(xí)的積極性加強(qiáng)，學(xué)習(xí)自主意識(shí)被充分激發(fā)，使學(xué)生在地理學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行自主思考、自主探索，彰顯學(xué)生地理學(xué)習(xí)的主體作用。
二、革新教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神
創(chuàng)新精神的培養(yǎng)是教育中永恒的主題。新課改理念下，要求教學(xué)不能墨守成規(guī)、因循守舊，要注重運(yùn)用有效的途徑，使學(xué)生勇于創(chuàng)新、開拓進(jìn)取，發(fā)展成為一個(gè)自我實(shí)現(xiàn)的人。因此，新課改理念下，高中地理教學(xué)要注重改革傳統(tǒng)單一、僵化的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生在地理學(xué)習(xí)的過程中，積極探索新知，活躍學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，積極鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑問難，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的首要步驟即是激發(fā)學(xué)生的問題意識(shí)。任何探究與創(chuàng)新都是在發(fā)現(xiàn)與解決問題的過程中實(shí)現(xiàn)的。因此，高中地理教學(xué)中，老師要以教材為依托，以問題為媒介，引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)入“最近發(fā)展區(qū)”，積極探索新知。這就要求高中地理教學(xué)中做到以下幾點(diǎn)：
1.問題設(shè)計(jì)的層次性與新穎性。在高中地理教學(xué)中，老師設(shè)計(jì)的問題要在與教材內(nèi)容聯(lián)系緊密的基礎(chǔ)上，確保設(shè)計(jì)的問題具有探索空間以及思考的價(jià)值，這就要求老師設(shè)計(jì)問題時(shí)，多設(shè)計(jì)“怎么樣”以及“為什么”式的問題，確保問題的梯度性與新穎性，以問題激活學(xué)生思維，鍛煉學(xué)生的求異思維。
2.強(qiáng)化學(xué)生自主探究。在地理教學(xué)中，老師要留有充足的時(shí)間與空間讓學(xué)生進(jìn)行自主探究，讓學(xué)生通過探究獲得解決問題的方法，得出結(jié)論，強(qiáng)化學(xué)生思維過程訓(xùn)練。另外，在學(xué)生自主探究的過程中，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，允許學(xué)生有不同看法，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。
3.啟發(fā)學(xué)生思維。在高中地理教學(xué)中，老師要注重啟發(fā)學(xué)生的思維方式，積極創(chuàng)設(shè)問題情境，啟發(fā)學(xué)生從不同側(cè)面思考問題。并鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象，允許學(xué)生存在荒誕、幼稚等想法，使學(xué)生敢問、樂問、善問，逐步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。例如，在進(jìn)行人教版必修一中“地球公轉(zhuǎn)與季節(jié)”時(shí)，老師在運(yùn)用多媒體對地球公轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行演示的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行自主探究，要求其畫出二分或二至?xí)r，地球的側(cè)視圖或者是極地俯視圖，鍛煉學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力與創(chuàng)新能力。
三、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，加強(qiáng)師生交流合作
合作是新課改的重要精神，在新課改理念下，要改變傳統(tǒng)教學(xué)的單向傳播方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的雙向互動(dòng)，改變學(xué)生學(xué)習(xí)中孤立的學(xué)習(xí)者角色，轉(zhuǎn)變到與他人一起合作學(xué)習(xí)，參與到體驗(yàn)學(xué)習(xí)成敗的過程中來。因此，在高中地理教學(xué)改革中，要積極運(yùn)用多種教學(xué)手段，創(chuàng)設(shè)一定的合作情境，加強(qiáng)師生、生生之間的互動(dòng)交流，激發(fā)學(xué)生的合作意識(shí)。例如，在進(jìn)行人教版“熱力環(huán)流”的教學(xué)時(shí)，老師可積極創(chuàng)設(shè)一定的生活情境，加強(qiáng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，使地理知識(shí)生活化，并在合作學(xué)習(xí)中鞏固地理知識(shí)。如老師可設(shè)置問題情境：人們在進(jìn)行房屋裝修過程中，通常把空調(diào)裝設(shè)于房間上方，而將暖氣裝于下方，這有什么科學(xué)依據(jù)？并將學(xué)生分組，讓學(xué)生圍繞此問題進(jìn)行合作探究，老師也積極參與其中，給予適時(shí)引導(dǎo)與點(diǎn)撥，強(qiáng)化合作學(xué)習(xí)。
綜上所述，在高中地理教學(xué)改革中，要以新課改理念：自主、創(chuàng)新、合作，為根本出發(fā)點(diǎn)，積極轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改革教學(xué)方式，運(yùn)用多種教學(xué)手段，注重教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)，全面激發(fā)學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神以及合作的品質(zhì)。
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篇2
2環(huán)境信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)及其在煤礦區(qū)的應(yīng)用
2.1環(huán)境信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)盡管環(huán)境信息科學(xué)的概念提出已有近20年的時(shí)間，但從目前國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀來看，對于環(huán)境信息科學(xué)的概念、學(xué)科體系還缺乏明顯的定義。已有的一些環(huán)境信息科學(xué)研究計(jì)劃中界定的范疇也不盡相同。因此，從促進(jìn)環(huán)境信息科學(xué)研究的視角出發(fā)，首先需要對環(huán)境信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行界定。HuangGH等川提出的環(huán)境信息科學(xué)的構(gòu)成要素及相互之間的關(guān)系見圖l，這是當(dāng)前引用較多的環(huán)境信息科學(xué)體系結(jié)構(gòu)。由圖1可見，環(huán)境信息科學(xué)是多學(xué)科集成的領(lǐng)域。傳感器綜合技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展使得大尺度地面采樣技術(shù)成為可能，處理不同特征、尺度和復(fù)雜性問題的模型綜合成為新的挑戰(zhàn)，包括不同模擬、優(yōu)化、評價(jià)模型以及相關(guān)信息技術(shù)與平臺(tái)的合并，不同技術(shù)輸人與輸出之間的聯(lián)接，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基礎(chǔ)上，HuangGH等「‘〕提出基于環(huán)境信息科學(xué)研究的環(huán)境決策支持系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)（圖略）USGS的研究報(bào)告’)中，將環(huán)境信息科學(xué)定義為:環(huán)境信息科學(xué)是為加強(qiáng)對不同復(fù)雜程度的環(huán)境現(xiàn)象的理解，并提出新的認(rèn)識(shí)的，集成物理、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的多學(xué)科方法的研發(fā)、試驗(yàn)和應(yīng)用的學(xué)科。不同定義都強(qiáng)調(diào)環(huán)境信息科學(xué)的多學(xué)科交叉、以信息技術(shù)為支持、解決復(fù)雜環(huán)境問題的特點(diǎn)。Huang等川的觀點(diǎn)顯然更強(qiáng)調(diào)以遙感、地理信息系統(tǒng)和GPS技術(shù)為基礎(chǔ)的空間信息技術(shù)與環(huán)境科學(xué)和工程的交叉，而USGS的定義則重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)、人工智能等在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是USGS在其未來環(huán)境信息科學(xué)發(fā)展規(guī)劃中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了計(jì)算智能等技的應(yīng)用?；谝陨嫌^點(diǎn)以及國內(nèi)外研究的進(jìn)展，結(jié)合我們的研究實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，以環(huán)境信息流和環(huán)境信息處理分析為主線，可以構(gòu)建環(huán)境信息科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)方法（圖略）。環(huán)境信息科學(xué)的理論基礎(chǔ)來源于面向環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域需求的多學(xué)科理論交叉，技術(shù)支持在于面向環(huán)境信息流的多技術(shù)手段集成，最終通過不同學(xué)科領(lǐng)域方法模型的綜合，實(shí)現(xiàn)環(huán)境科學(xué)與工程各個(gè)階段、各個(gè)過程的目標(biāo)和任務(wù)。因此，需要從多學(xué)科理論交叉與多技術(shù)手段集成的角度推進(jìn)環(huán)境信息科學(xué)研究。
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2.1教師專業(yè)素養(yǎng)迫切需要提高
目前狀況是一些院校現(xiàn)有的地理信息科學(xué)專業(yè)教師是從相關(guān)學(xué)科轉(zhuǎn)入地理信息科學(xué)專業(yè)的，大多數(shù)是從學(xué)校畢業(yè)又走入學(xué)校，并沒有機(jī)會(huì)從事實(shí)際地理信息系統(tǒng)研究、開發(fā)和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)[3]。而地理信息科學(xué)技術(shù)本身發(fā)展又很迅速，這使得一些教師很難勝任所承擔(dān)的核心課程與專業(yè)課程教學(xué)任務(wù)。
2.2教材建設(shè)與培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)
由于軟件的更新速度飛快，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材很難跟上。據(jù)此有些人提出了要大膽嘗試采用電子教材，某些部門或是軟件出品單位不要只是將精力放在軟件使用幫助上，也應(yīng)當(dāng)隨之出品入門級或更高檔次的電子實(shí)驗(yàn)教材，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教材陳舊落后更新慢的問題。理論教材內(nèi)容更新滯后非常明顯，與各人才培養(yǎng)層次與方向脫節(jié)，沒有針對各個(gè)培養(yǎng)層次和方向的統(tǒng)一化、系統(tǒng)化的教材的建設(shè)[4]。
2.3課程體系及教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需要脫節(jié)
各高校開辦地理信息科學(xué)專業(yè)時(shí)，主要是依托已有相關(guān)專業(yè)構(gòu)建課程體系，無論是學(xué)科基礎(chǔ)課程，還是專業(yè)核心課程的設(shè)置，皆與地理信息系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及社會(huì)需求脫節(jié)[5]。大多是根據(jù)本校的師資和學(xué)生的素質(zhì)來設(shè)置相應(yīng)的課程。還有因師資不足，涉及地理信息新理論、新技術(shù)、新方法的課程不能開設(shè)，學(xué)生空間分析、地理信息系統(tǒng)技術(shù)二次開發(fā)與應(yīng)用的能力上得不到鍛煉，在工作中暴露出地理信息系統(tǒng)應(yīng)用能力差的缺陷，直接影響到該學(xué)校地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的聲譽(yù)[6]。
2.4專業(yè)目錄名稱與本學(xué)科內(nèi)涵不相適應(yīng)
隨著形勢的發(fā)展，逐漸暴露出一些問題。從地理信息科學(xué)專業(yè)分層次的培養(yǎng)來看，名稱上存在不相稱，一些專家建議，對于理科院?；驈牡乩砜茖W(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，完全可以稱為地理信息科學(xué)專業(yè)，但對于工科院校或從測繪等方向發(fā)展起來的，可以改稱為地理信息工程專業(yè)。筆者認(rèn)為經(jīng)過多年的磨合共融發(fā)展，也可能在將來二者會(huì)統(tǒng)一于新的名稱。
2.5資金投放不足
目前，高校地理信息科學(xué)專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)，同樣受到發(fā)展速度與投入增量不同步的影響，專業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足，儀器設(shè)備陳舊且不配套。特別是在一般本科類院校，在追求規(guī)模發(fā)展過程中，因資金不足與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要，對教學(xué)儀器設(shè)備與運(yùn)行保障經(jīng)費(fèi)采取緊縮政策[7]。
2.6全國地理信息科學(xué)專業(yè)的發(fā)展沒有一個(gè)統(tǒng)一的教育培養(yǎng)評價(jià)體系
對于這個(gè)專業(yè)培養(yǎng)的人才沒有相應(yīng)評價(jià)體系。尤其針對一般本院校來說，不論是以測繪為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，還是以地理科學(xué)為依托發(fā)展起來的地理信息科學(xué)專業(yè)，都沒有真正融入到全國地理信息科學(xué)專業(yè)的大圈子里。要真正服務(wù)社會(huì)，不應(yīng)靠少數(shù)頂級院校的科學(xué)進(jìn)展，更多是發(fā)揮好全國各地的地理信息科學(xué)專業(yè)的教育資源，讓地理信息科學(xué)的大眾化教育與培養(yǎng)復(fù)合型人才可以落到實(shí)處，從而彰顯地理視角。
3建議與發(fā)展策略
3.1地理信息科學(xué)教育應(yīng)遵循應(yīng)用科學(xué)的教育理念
這個(gè)專業(yè)無論是從測繪工科院校發(fā)展起來的還是從以地理學(xué)空間分析應(yīng)用為主的理科發(fā)展起來的，大家都會(huì)認(rèn)為本專業(yè)是理論實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科。從現(xiàn)在本科生、研究生的招生就業(yè)情況來分析，本科階段是扎實(shí)掌握基本理論的重要時(shí)期，研究生階段可注重與實(shí)踐相結(jié)合。大學(xué)本科階段要遵循教育的基本理念，而不是一味地追尋市場，更不能成為步入社會(huì)的培訓(xùn)場所。大學(xué)本科教育是思想和認(rèn)知善惡發(fā)育成型的階段，讓學(xué)生有能力去追求知識(shí)與真理，這是大學(xué)本科的教學(xué)核心。只有這樣才能在以后的工作中具有更強(qiáng)的創(chuàng)新能力。
3.2培養(yǎng)空間思維的教學(xué)模式不能變
空間思維能力不只是讓人知道東西南北，更多是分析和解決問題的空間維度。從另一個(gè)角度來看，地理信息科學(xué)的普及也是對全民空間思維能力的培養(yǎng)，比如ESRI在美國會(huì)對小孩子進(jìn)行免費(fèi)的地理知識(shí)講解，使他們從小就能接觸到地理空間的概念，啟發(fā)了他們的空間想象力。
3.3人才培養(yǎng)上要在權(quán)威機(jī)構(gòu)中劃分出層次
從地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，地理信息科學(xué)學(xué)位教育應(yīng)強(qiáng)化技能培訓(xùn)，這部分人才培養(yǎng)就落在一些以測繪為基礎(chǔ)的工科院校發(fā)展起來的地理信息科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)上，突出地理信息科學(xué)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。而另一類別是以地理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的院校專業(yè)上應(yīng)突出地學(xué)方面的應(yīng)用?？傊乩硇畔⒖茖W(xué)人才的培養(yǎng)既需要有能夠創(chuàng)新思路的人才，也要培養(yǎng)具有扎實(shí)知識(shí)的技能型人才，這樣才能共同推動(dòng)地理信息科學(xué)和地理信息產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3.4通過任教資格考試、技術(shù)水平認(rèn)證來規(guī)范地理信息從業(yè)人員的水平
國家應(yīng)有相應(yīng)的政策法規(guī)來管理地理信息產(chǎn)業(yè)。規(guī)定必須要有相當(dāng)水平的從業(yè)人員才能承接各種項(xiàng)目。原因就是地理信息產(chǎn)業(yè)的相關(guān)行業(yè)關(guān)系人類社會(huì)正常發(fā)展，如果政策法規(guī)跟不上，那么將會(huì)一片混亂。3.5為一線地理信息科學(xué)教育工作者申請教學(xué)或科研項(xiàng)目建立一種運(yùn)行模式與保障機(jī)制筆者認(rèn)為可以從政府層面上建立一種運(yùn)行模式，保障地理信息科學(xué)教育工作者真正地申請到地理信息科學(xué)項(xiàng)目，如教育部科技司、國家測繪地理信息局、國家發(fā)改委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)司等等或是中國測繪地理信息學(xué)會(huì)、中國地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)等各級協(xié)會(huì)都可以組織建立保障機(jī)制并實(shí)施這種運(yùn)行模式。
篇4
附圖
圖1錢學(xué)森論人類的知識(shí)體系
Fig.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen
錢學(xué)森將當(dāng)今人類對科學(xué)知識(shí)的體系，分為數(shù)學(xué)科學(xué)、自然科學(xué)、地理科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、建筑科學(xué)、軍事科學(xué)、人體科學(xué)、思維科學(xué)、行為科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)與美學(xué)11個(gè)體系。對上述人類知識(shí)體系解讀，可以將自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和地理科學(xué)作為客體世界的主要研究對象；而人體科學(xué)、思維科學(xué)和行為科學(xué)作為人類主體的主要研究對象；建筑科學(xué)界于客體與主體科學(xué)之間；軍事科學(xué)實(shí)際上是指謀略科學(xué)（包括經(jīng)濟(jì)、政治、軍事等），是在掌握所有科學(xué)基礎(chǔ)上的智慧較量；美學(xué)是縱貫于各個(gè)學(xué)科的；數(shù)學(xué)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)是橫貫于各個(gè)學(xué)科的。因此有以下的科學(xué)分類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（圖2）。
附圖
圖2科學(xué)分類的網(wǎng)絡(luò)體系
Fig.2Thenetworksystemofscienceclassification
在五個(gè)開放的、復(fù)雜巨系統(tǒng)中（圖3），地理系統(tǒng)與星系系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)并列，其中的物理、地理、事理、人理、腦理中的“理”都是指研究的“規(guī)律”。
錢學(xué)森提出的社會(huì)主義總體設(shè)計(jì)部（表1）中，除了政治文明建設(shè)、物質(zhì)文明建設(shè)、精神文明建設(shè)外，特別提出地理建設(shè)，筆者將其修改為地理系統(tǒng)工程，并增加了人口、科教、城鎮(zhèn)、資源、災(zāi)害、產(chǎn)業(yè)。
表1社會(huì)主義建設(shè)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（略有修改）
TablelThesystemstructureofsocialismconstruction
附圖
2地理信息科學(xué)
20世紀(jì)70年代以來，隨著航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，來自外層空間的遙感、遙測、定位、通訊信息海量地增加；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，處理與解決這些海量數(shù)據(jù)的能力大幅度地提高。地理信息系統(tǒng)、地理專家系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，使得地理信息科學(xué)首先獲得發(fā)展的機(jī)會(huì)。正是地理信息科學(xué)這門用高新技術(shù)武裝起來的技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，帶動(dòng)了整個(gè)地理科學(xué)的建立與發(fā)展。
附圖
圖3五個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)
Fig.3Fiveopencomplexgiantsystem
地理信息科學(xué)的主要內(nèi)容就是天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括航天信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（外層空間衛(wèi)星之間的信息網(wǎng)絡(luò)）、地面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、天地之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分，是有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)連通的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1998年筆者發(fā)表了“航天信息與地理信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其應(yīng)用”的論文[5]，2002年又發(fā)表了“論地理信息科學(xué)的發(fā)展”[6]一文。兩篇論文基本上代表了地理信息科學(xué)的創(chuàng)始與發(fā)展，當(dāng)前各行各業(yè)都在進(jìn)行數(shù)字化或信息化的建設(shè)，實(shí)際上都是天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)中的部分子網(wǎng)絡(luò)或子系統(tǒng)。地理信息科學(xué)中最重要的原創(chuàng)性的成果是遙感信息模型與地理信息編碼模型。
隨著遙感信息的大量獲取，數(shù)學(xué)家以模式識(shí)別為工具對遙感信息進(jìn)行圖像處理與分類，使用的數(shù)學(xué)工具主要是數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，把遙感信息看成是沒有成因關(guān)系的隨機(jī)變量；物理學(xué)家則把獲取遙感的物理過程視為遙感信息的成因，因此采用反演的方法，使用輻射傳輸方程為主的數(shù)學(xué)工具，事實(shí)上不承認(rèn)地理現(xiàn)象的不確定性；大多數(shù)地理學(xué)家將遙感信息當(dāng)成系列成圖的基礎(chǔ)信息，快速、準(zhǔn)確地制作系列地圖。地圖是符號系統(tǒng)，其信息量遠(yuǎn)不可與遙感信息量比較，地圖學(xué)家把遙感信息轉(zhuǎn)化成符號系統(tǒng)的系列圖譜。遙感信息模型則是將地理復(fù)雜現(xiàn)象中的非遙感信息轉(zhuǎn)變?yōu)闅w一化的影像信息，與遙感信息一起用方程、統(tǒng)計(jì)與相似準(zhǔn)則結(jié)合，也即演繹邏輯、歸納邏輯與類比邏輯結(jié)合；確定性與不確定性（包括隨機(jī)的不確定性、模糊的不確定性、灰色的不確定性、分形的不確定性）辯證統(tǒng)一；圖像與方程（一個(gè)像元或一個(gè)圖斑、一個(gè)方程）耦合；抽象思維與形象思維互動(dòng)而建立起來的一種地理復(fù)雜信息模型[7-9]。這種信息模型只有在遙感技術(shù)的推動(dòng)下才有可能產(chǎn)生。這種信息模型是遙感信息與地理信息連接的紐帶。
地理信息系統(tǒng)本來就是為了制作地圖而創(chuàng)建的，因此地圖學(xué)家將從遙感中提取的系列地圖存入地理信息系統(tǒng)，是順理成章的。但是這種地理信息系統(tǒng)無論空間分析功能多么強(qiáng)大，也不可能進(jìn)行模型計(jì)算，外掛、內(nèi)嵌種種方式都不可能解決直接進(jìn)行模型計(jì)算問題。系列地圖存入計(jì)算機(jī)的圖形庫時(shí)，信息又是冗余的，因此帶來一系列與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展格格不入的疑難，最為典型的是數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)挖掘說明存在數(shù)據(jù)庫中的信息有冗余。遙感信息模型的運(yùn)算要求地理信息系統(tǒng)可以直接進(jìn)行模型計(jì)算，由此地理信息編碼模型應(yīng)運(yùn)而生[10,11]。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)以圖形的疊合(Overlay)為主；而能夠進(jìn)行遙感信息模型運(yùn)算的地理信息系統(tǒng)則以像元或圖斑中的多位編碼的抽取(Extract)為主。這又是完全相反的途徑。地理信息編碼模型還是地理定量信息與定性信息轉(zhuǎn)化的紐帶，也是地理信息系統(tǒng)中屬性庫與地理專家系統(tǒng)中知識(shí)庫聯(lián)系的橋梁。
總之，天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，研究這個(gè)巨系統(tǒng)的地理信息科學(xué)的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3S(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)的范圍，而是以天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為核心的天—地—人—機(jī)系統(tǒng)。地理信息科學(xué)雖然是從屬于地理科學(xué)的技術(shù)科學(xué)，但是地理信息科學(xué)的誕生與發(fā)展是引領(lǐng)地理科學(xué)成長的核心力量，因此本刊更名時(shí)，將地理信息科學(xué)與地理科學(xué)相提并論，突出了地理信息科學(xué)的重要性。
3地理系統(tǒng)工程
地理系統(tǒng)工程當(dāng)前尚未被廣泛認(rèn)識(shí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的也僅僅是系統(tǒng)工程在地理學(xué)中的應(yīng)用。當(dāng)?shù)乩硇畔⒖茖W(xué)中的模型在實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)，必然會(huì)涉及地理系統(tǒng)工程的可操作性。地理遙感復(fù)雜信息模型的建立，可以進(jìn)行定量預(yù)報(bào)和回溯，因此為地理系統(tǒng)工程打下了工程的基礎(chǔ)。國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場主要包括人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)等8個(gè)方面，這8個(gè)方面是互動(dòng)的。中國的人口問題、西部開發(fā)問題、21世紀(jì)水資源問題、能源問題、洪旱災(zāi)害問題、環(huán)境問題、生態(tài)農(nóng)業(yè)問題、城鎮(zhèn)體系問題、基建布局問題、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整問題以及相互之間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題，無不屬于地理系統(tǒng)工程。
地理現(xiàn)象是復(fù)雜現(xiàn)象，地理系統(tǒng)是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。當(dāng)研究西部開發(fā)時(shí)，如果國家各個(gè)部門各行其是，石油開發(fā)只考慮石油開采與輸送管道；交通只考慮公路建設(shè)；鐵路只考慮鐵路建設(shè)；水利只考慮南水北調(diào)問題；城鎮(zhèn)建設(shè)只考慮城市規(guī)劃等，那么整體的西部地區(qū)有可能產(chǎn)生許多事倍功半的現(xiàn)象，例如修了公路沒有物資運(yùn)輸；城市居民結(jié)構(gòu)不盡合理；勞動(dòng)力與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不配套等。錢學(xué)森的社會(huì)主義總體設(shè)計(jì)部就是要把地理系統(tǒng)工程與政治文明建設(shè)、物質(zhì)文明建設(shè)、精神文明建設(shè)系統(tǒng)地結(jié)合起來，地理系統(tǒng)工程僅是其中的一個(gè)子系統(tǒng)。而人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)是地理系統(tǒng)工程中的子系統(tǒng)。人口中的數(shù)量、素質(zhì)、結(jié)構(gòu)、分布是人口系統(tǒng)中的要素；資源中的礦產(chǎn)資源、水資源、生物資源、土資源、大氣資源等又是資源系統(tǒng)中的子系統(tǒng)；大氣環(huán)境、水環(huán)境、土環(huán)境、生物環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境是環(huán)境系統(tǒng)的子系統(tǒng)；交通、鐵路、航運(yùn)、航空、供排水、供電、供氣、供暖、電訊、電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)建設(shè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)等。系統(tǒng)嵌套系統(tǒng)，分層次子系統(tǒng)與交叉子系統(tǒng)，構(gòu)成完整的、開放的、復(fù)雜的巨系統(tǒng)。
研究開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法，首先是將系統(tǒng)分解為多層次的子系統(tǒng)，明確其中的交叉子系統(tǒng)；其次是從定性到定量地確定子系統(tǒng)中各個(gè)要素與指標(biāo)體系；第三是根據(jù)指標(biāo)（相似準(zhǔn)則）建立模型進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)；最后是檢驗(yàn)該巨系統(tǒng)的效益與效率。當(dāng)前大多數(shù)是分別研究人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、城鎮(zhèn)、基建、產(chǎn)業(yè)等子系統(tǒng)，在一個(gè)地區(qū)全面研究區(qū)域地理系統(tǒng)工程的有效實(shí)例不多，區(qū)域經(jīng)濟(jì)地理的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠不上地理系統(tǒng)工程。筆者曾在2000年底提出中國水資源、水災(zāi)害、水環(huán)境、生產(chǎn)用水、生活用水統(tǒng)一解決的洪水充分利用，全國水系網(wǎng)絡(luò)化與渤海淡化的地理系統(tǒng)工程，中國科技報(bào)曾進(jìn)行報(bào)道，之后筆者在“21世紀(jì)黃河系統(tǒng)工程方略”一文中進(jìn)行闡述，首先所能進(jìn)行的研究是虛擬地理系統(tǒng)工程。全國水系網(wǎng)絡(luò)化與渤海淡化是21世紀(jì)的世紀(jì)工程，尚需有識(shí)之士共識(shí)，廣泛地深入研究，進(jìn)一步的論證。
如果沒有以高新技術(shù)武裝起來的地理信息科學(xué)的支撐，研究復(fù)雜的地理系統(tǒng)工程就是空想，然而所幸的是人們已經(jīng)掌握了地理信息科學(xué)的許多關(guān)鍵技術(shù)，地理系統(tǒng)工程的實(shí)踐指日可待。
4理論地理科學(xué)
地理信息科學(xué)一方面可以進(jìn)一步為地理系統(tǒng)工程提供研究方法與手段；另一方面又為理論地理科學(xué)提供技術(shù)基礎(chǔ)。從遙感信息模型發(fā)展到地理復(fù)雜信息模型再到地理數(shù)學(xué)[8]，為理論地理科學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
理論地理科學(xué)中首要的是建立開放的復(fù)雜巨地理系統(tǒng)的理論；其次是地理類比的廣義相似理論[13]；第三是一般地理復(fù)雜模型理論與地理數(shù)學(xué)；第四是地理數(shù)學(xué)在部門地理—部門子地理系統(tǒng)工程與區(qū)域地理—區(qū)域地理系統(tǒng)工程中的應(yīng)用。理論地理科學(xué)如果不能指導(dǎo)部門子地理系統(tǒng)工程的研究和區(qū)域地理系統(tǒng)工程的研究，那么就失去了理論意義。
如果沒有以高新技術(shù)武裝起來的地理信息科學(xué)的支撐，研究理論地理科學(xué)也是空想，然而所幸的是人們已經(jīng)掌握了地理信息科學(xué)的許多關(guān)鍵技術(shù)，理論地理科學(xué)的建立指日可待。
5地理科學(xué)在可持續(xù)發(fā)展信息社會(huì)中的作用
地理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了“地理環(huán)境決定論”、“人類中心主義”，然后達(dá)到了地理科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展的階段。地球上人類消耗的資源、能源是極其不平衡的，按照發(fā)達(dá)國家的水平，一個(gè)地球是滿足不了全人類的需求的。可持續(xù)發(fā)展只有在信息社會(huì)中才能實(shí)現(xiàn)，人類一方面需要依靠科學(xué)技術(shù)開發(fā)資源，如太陽能的利用，靠基因工程使綠色植被更多地利用太陽輻射，靠納米技術(shù)直接轉(zhuǎn)化太陽能為電能；另一方面是靠信息技術(shù)節(jié)省資源、能源，如天地信息一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是信息社會(huì)的重要支柱之一，靠航天技術(shù)獲取外層空間信息源，靠計(jì)算機(jī)技術(shù)建立信息網(wǎng)絡(luò)。由此可見，地理信息科學(xué)在可持續(xù)發(fā)展信息社會(huì)中的作用[14]。隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展，地理系統(tǒng)工程與理論地理科學(xué)的發(fā)展，將為國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場做出重要的貢獻(xiàn)。
由上分析，可見地理科學(xué)與地理信息科學(xué)已經(jīng)被廣泛共識(shí)，地理系統(tǒng)工程與理論地理科學(xué)的發(fā)展尚不夠充分，因此本刊更名為“地理與地理信息科學(xué)”是適時(shí)的，是既有繼承性又有發(fā)展性的；是既有前瞻性又有現(xiàn)實(shí)性的。在這里我們希望地理科學(xué)界的同仁，切不要輕視技術(shù)，高新技術(shù)恰恰是新理論、新應(yīng)用的強(qiáng)大推動(dòng)力。
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篇5
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種專門用于采集、存儲(chǔ)、管理、分析、和表達(dá)空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。其既是表示、模擬現(xiàn)實(shí)空間世界和進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時(shí)還是一門關(guān)于空間信息處理分析的“科學(xué)技術(shù)”。
二、GIS的提出和迅速發(fā)展
50年代，由于電子計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起和它在航空攝影測量與地圖制圖學(xué)中的應(yīng)用，使人們開始有可能用電子計(jì)算機(jī)來收集、存貯和處理各種與空間和地理分布有關(guān)的圖形和屬性數(shù)據(jù)，并希望通過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的分析來直接為管理和決策服務(wù)，這樣就導(dǎo)致了地理信息系統(tǒng)的問世。
1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計(jì)算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發(fā)展土地信息系統(tǒng)（LIS），用于地籍管理。1963年，加拿大測量學(xué)家R.T.Tomlinson首先提出了地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語，并建立了世界上第一個(gè)GIS—加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS），用于自然資源的管理和規(guī)劃。稍后，美國哈佛大學(xué)研究出SYMAP系統(tǒng)軟件。但是，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高，存儲(chǔ)量小、磁帶存取速度慢，使得GIS帶有更多的機(jī)助制圖色彩，地學(xué)分析功能極為簡單。當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)手扶跟蹤數(shù)字化地圖，進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)的拓?fù)渚庉?，分幅?shù)據(jù)的拼接，并發(fā)展了基于柵格的操作方法。
進(jìn)入70年代以后，由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存取設(shè)備—磁盤的使用，為空間數(shù)據(jù)的錄入、存貯、檢索和輸出提供了強(qiáng)有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發(fā)展增強(qiáng)了人機(jī)對話和高質(zhì)量圖形顯示功能，促使GIS朝著實(shí)用方向迅速發(fā)展。一些發(fā)達(dá)國家先后建立了許多專業(yè)性的土地信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)。GIS這一技術(shù)成為一個(gè)引人注目的領(lǐng)域。
三、80年代的GIS—地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）
80年代是GIS在理論、方法和技術(shù)上取得突破與趨向成熟的階段。由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的問世，推出了第四代計(jì)算機(jī)，特別是微型計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通訊傳輸設(shè)備的出現(xiàn)，為計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用創(chuàng)造了條件，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開發(fā)工具的廣泛應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣，推動(dòng)了GIS的數(shù)據(jù)處理能力、空間分析功能、人機(jī)交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并逐步走向成熟。GIS的應(yīng)用從解決基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃（如道路、輸電線等）轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的區(qū)域開發(fā)問題。當(dāng)時(shí)，GIS已跨越國界，在全世界范圍內(nèi)全面推廣，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并與衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合，開始應(yīng)用于全球性的問題（如全球變化、全球沙漠化監(jiān)測等）。因此，國際著名的GIS專家，即前面提到的R.T.Tomlinson認(rèn)為：“如果70年代是GIS發(fā)展的鞏固時(shí)期，那么80年代則是國際上GIS發(fā)展具有突破性的年代”。這個(gè)時(shí)期，GIS還保留有地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的含義和意思。
四、90年代的GIS—地理信息科學(xué)（Geographic Information Science，GIS）
地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用大大提高了人類處理和分析大量有關(guān)地球資源、環(huán)境、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的能力，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展則必須以地球信息機(jī)理理論為基礎(chǔ)。陳述彭院士在論述地理信息系統(tǒng)發(fā)展時(shí)強(qiáng)調(diào)了對于地球信息基礎(chǔ)理論的研究，并指出地球信息基礎(chǔ)理論的實(shí)質(zhì)內(nèi)容：地理信息系統(tǒng)已不僅僅限于物質(zhì)流與能量流的信息載體，而且包括研究地學(xué)信息流程的動(dòng)力學(xué)機(jī)理與時(shí)空特征、地學(xué)信息傳輸機(jī)理及其不確定性(多解)與可預(yù)見性等；并認(rèn)為：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于這個(gè)Info還包括很多地學(xué)規(guī)律，其分析模型必須以地學(xué)為基礎(chǔ)。
Goodchild于1992年提出地理信息科學(xué)(Geographic information Science)的概念。地理信息科學(xué)主要研究在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對地理信息進(jìn)行處理、存貯、提取以及管理和分析過程中所提出的一系列基本問題，如數(shù)據(jù)的獲取和集成、分布式計(jì)算、地理信息的認(rèn)知和表達(dá)、空間分析、地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、地理數(shù)據(jù)的不確定性及其對于地理信息系統(tǒng)操作的影響、地理信息系統(tǒng)的社會(huì)實(shí)踐等。地理信息科學(xué)的提出是地理信息系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展到相當(dāng)水平后的必然要求，它是在人們不再滿足于僅僅利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來對地理信息進(jìn)行可視化表達(dá)及其空間查詢，而強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的空間分析和模擬能力時(shí)產(chǎn)生的；它在注重地理信息技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，還注意到了與地理數(shù)據(jù)、地理信息有關(guān)的其他一些理論問題，如地理數(shù)據(jù)的不確定性、地理信息的認(rèn)知以及社會(huì)對于地理信息技術(shù)運(yùn)用于實(shí)踐的認(rèn)可等。由此可見，地理信息科學(xué)在地理信息技術(shù)研究的同時(shí)，還指出了對于支撐地理信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)理論研究的重要性。 世紀(jì)之交，由于地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，加上航空和航天遙感、全球定位系統(tǒng)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(Internet)和地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展及其相互間的滲透和整合，逐漸形成了以地理信息系統(tǒng)為核心的地球空間信息集成化技術(shù)系統(tǒng)，為解決區(qū)域范圍更廣、復(fù)雜性更高的現(xiàn)代地學(xué)問題提供了新的分析方法和技術(shù)保證；同時(shí)，這些現(xiàn)代信息技術(shù)的綜合發(fā)展及其應(yīng)用的日益深廣，掀起了全球變化研究與對地觀測計(jì)劃的新高朝，于是時(shí)勢造英雄，促使一門新興的交叉學(xué)科“地理信息科學(xué)”的脫穎而出。這個(gè)時(shí)期，GIS己經(jīng)漸變地含有地理信息科學(xué)（Geographic Information Science，GIS）的含義和意思。
五、現(xiàn)在的GIS—地理信息服務(wù)(Geographic Information Service，GIS)
近年來，隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的建立和地球數(shù)字化產(chǎn)品的普及應(yīng)用，GIS的發(fā)展進(jìn)入到各行各業(yè)乃至各家各戶的用戶時(shí)代，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可缺少的工具和助手。這個(gè)時(shí)期，社會(huì)對GIS的認(rèn)識(shí)普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系統(tǒng)已成為許多機(jī)構(gòu)（特別是政府決策部門）必備的工作和決策咨詢系統(tǒng)。國家級乃至全球級的地理信息系統(tǒng)已成為公眾關(guān)注的問題，地理信息系統(tǒng)已被列入“信息高速公路”計(jì)劃，也是美國前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢龅摹皵?shù)字地球”戰(zhàn)略的重要組成部分。地理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用正逐步形成行業(yè)，具備了走向產(chǎn)業(yè)化的條件。
近來，個(gè)人數(shù)字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、移動(dòng)電話的普及給新的應(yīng)用創(chuàng)造了許多機(jī)會(huì)。這樣的應(yīng)用有流動(dòng)工作人員和基于位置服務(wù)。流動(dòng)工作人員，顧名思義，他們工作在遠(yuǎn)程位置，如客戶處、分公司或者野外現(xiàn)場。這些工作人員經(jīng)常要為完成某項(xiàng)任務(wù)下載一段所需的數(shù)據(jù)，在遠(yuǎn)端使用這段數(shù)據(jù)，然后在每天工作結(jié)束的時(shí)候?qū)⒏膭?dòng)更新（同步地）到主數(shù)據(jù)庫上。這種場景的一個(gè)重要方面是：客戶端保留有數(shù)據(jù)，并以離線方式在本地對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。基于位置服務(wù)的使用是近年來出現(xiàn)的一個(gè)重要趨勢，這類服務(wù)徹底改變了對用戶地理位置的依賴。隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用，可以很容易確定任何一個(gè)客戶/使用者的精確位置，并根據(jù)用戶的地理位置提出最佳解決方案?；谖恢梅?wù)的影響和重要性促使開放GIS協(xié)會(huì)（Open GIS Consortium，OGC）提出了開放位置服務(wù)（Open Location Service，OpenLS），希望能夠?qū)⒌乩砜臻g數(shù)據(jù)和地理操作的資源集成到位置服務(wù)和電信基礎(chǔ)設(shè)施中去。美國聯(lián)邦政府已于2001年10月頒布了規(guī)定：所有蜂窩電話的位置在67%的使用時(shí)間里必須是可追蹤的，追蹤精度為 125米。這樣，一方面人們總在評述著Internet革命“消滅”了地理的概念，與此同時(shí)，對于空間技術(shù)的需求卻在不斷增長。位置服務(wù)（Location Based Service，LBS）的巨大魅力在于通過固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送GIS功能和基于位置信息，從而在任何時(shí)間應(yīng)用到任何人、任何位置和任何設(shè)備上。當(dāng)前，LBS已成為科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展和市場開拓領(lǐng)域共同的熱點(diǎn)話題。此時(shí)，GIS已朝著地理信息服務(wù)(Geographic Information Service，GIS)的方向發(fā)展。
篇6
地理科學(xué)是相對傳統(tǒng)的專業(yè)，除了部分重點(diǎn)大學(xué)在該專業(yè)上重點(diǎn)培養(yǎng)地理科學(xué)基礎(chǔ)研究人才，一般院校的地理科學(xué)多為師范類專業(yè)，主要培養(yǎng)現(xiàn)代地理科學(xué)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、基本知識(shí)全面、基本技能熟練，教學(xué)能力，適應(yīng)現(xiàn)代地理教學(xué)發(fā)展需要，能在高等院校和中等學(xué)校從事地理教學(xué)、教學(xué)研究和其他教育工作，也能在科研機(jī)構(gòu)、相關(guān)管理部門和企業(yè)從事科研、管理、規(guī)劃與開發(fā)的高素質(zhì)復(fù)合型專人才。地理科學(xué)的主干學(xué)科是地理學(xué)和教育學(xué)，核心知識(shí)領(lǐng)域是天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、自然地理學(xué)、人文地理學(xué)、區(qū)域地理學(xué)、3S（遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)）技術(shù)、地理教學(xué)論。通過自然地理野外實(shí)習(xí)、人文地理野外實(shí)習(xí)、地理教學(xué)實(shí)習(xí)等主要實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生掌握地理科學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。
與地理科學(xué)類其他三門專業(yè)相比，地理科學(xué)是一門能夠讓學(xué)生全面掌握地理科學(xué)知識(shí)、理論和技能的專業(yè)。該專業(yè)的全面性在畢業(yè)生的工作中也能體現(xiàn)出來，比如學(xué)生畢業(yè)后可以成為一名稱職的專業(yè)地理教師，或是從事地區(qū)綜合分析研究的專業(yè)人士，抑或是城市區(qū)域規(guī)劃旅游規(guī)劃的專才等。當(dāng)然，對旅游有興趣的畢業(yè)生完全可以成為一名職業(yè)的旅行家，至少可以是旅游咨詢師或旅游體驗(yàn)師！
自然地理與資源環(huán)境
自然地理與資源環(huán)境是從資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理這門專業(yè)拆分而來的，主要培養(yǎng)具備自然地理與資源環(huán)境的基本理論、知識(shí)和技能，具有一定的開展科學(xué)研究的能力，立足于地球表層特征及其變化、自然資源管理、環(huán)境保護(hù)，能在科研教育單位、相關(guān)政府部門、企事業(yè)單位從事自然地理過程、環(huán)境變化研究和資源管理、環(huán)境保護(hù)或應(yīng)用的高素質(zhì)復(fù)合型科技專門人才。自然地理與資源環(huán)境的主干學(xué)科是地理學(xué)和環(huán)境學(xué)，核心知識(shí)領(lǐng)域?yàn)樽匀坏乩韺W(xué)類、資源類、環(huán)境類、地圖與測量學(xué)類、數(shù)學(xué)與信息類。通過地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)野外實(shí)習(xí)、自然地理野外實(shí)習(xí)、專業(yè)綜合實(shí)習(xí)或區(qū)域地理綜合實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能夠掌握自然地理與資源環(huán)境領(lǐng)域的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。學(xué)生畢業(yè)后能從事國土資源整冶、自然資源開發(fā)利用與規(guī)劃管理、環(huán)境保護(hù)與治理、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃以及城市規(guī)劃與管理等方面的科研及管理工作。
國內(nèi)開設(shè)自然地理與資源環(huán)境的學(xué)校較多，專業(yè)的培養(yǎng)方向自然大不相同。高考生如果對自然資源、環(huán)境檢測保護(hù)、土地資源、房地產(chǎn)等情有獨(dú)鐘，應(yīng)該在填報(bào)志愿前了解一下欲報(bào)考院校的該專業(yè)的實(shí)際培養(yǎng)方向，比如南京大學(xué)該專業(yè)偏向于土地、旅游、水、海洋等資源的開發(fā)利用、規(guī)劃保護(hù)管理；中山大學(xué)該專業(yè)專于水資源和供排水規(guī)劃設(shè)計(jì)；中國礦業(yè)大學(xué)該專業(yè)的培養(yǎng)方向分為數(shù)字城市規(guī)劃與管理、資源環(huán)境與計(jì)算機(jī)應(yīng)用；廣州大學(xué)該專業(yè)的研究重點(diǎn)是國土資源。
人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃
人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃是以人口、資源、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的研究、應(yīng)用、管理為內(nèi)容的基礎(chǔ)性與應(yīng)用性相結(jié)合的專業(yè)，涉及地理科學(xué)、人文科學(xué)、城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。它培養(yǎng)具備人文地理學(xué)與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理的基本理論、知識(shí)和技能，立足于宏觀、中觀區(qū)域規(guī)劃和土地管理，從事城鄉(xiāng)建設(shè)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的研究、教學(xué)、開發(fā)或應(yīng)用的高素質(zhì)復(fù)合型專業(yè)人才。人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃的主干學(xué)科是地理學(xué)、規(guī)劃類，核心知識(shí)領(lǐng)域?yàn)榈乩韺W(xué)類、數(shù)學(xué)與信息類、規(guī)劃類、管理類、環(huán)境類。通過專業(yè)綜合實(shí)習(xí)、人文地理野外實(shí)習(xí)、區(qū)域地理野外綜合實(shí)習(xí)、城市規(guī)劃實(shí)務(wù)與圖件設(shè)計(jì)綜合實(shí)習(xí)等主要實(shí)踐性教學(xué)，要求學(xué)生掌握人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃的基本理論，基本知識(shí)和基本技能。畢業(yè)生就業(yè)方向?yàn)楦骷壵?guī)劃管理部門、國土管理部門、環(huán)境保護(hù)部門、建設(shè)部門，從事規(guī)劃設(shè)計(jì)、國土資源評價(jià)及資源信息化管理、環(huán)境評價(jià)及管理等方面的公司及研究機(jī)構(gòu)。也可進(jìn)一步深造，報(bào)考地理學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃和區(qū)域規(guī)劃、土地利用規(guī)劃和管理等學(xué)科碩士研究生。
與自然地理與資源環(huán)境類似，除了傳統(tǒng)設(shè)有地理系的大學(xué)開設(shè)人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃，諸如南京郵電大學(xué)、浙江工商大學(xué)等都有開設(shè)，但是考生要注意各個(gè)學(xué)校該專業(yè)的培養(yǎng)方向。一般來說，設(shè)有地理系的大學(xué)該專業(yè)的師資較強(qiáng)，如北京大學(xué)、中山大學(xué)專于經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、城市與區(qū)域規(guī)劃；華東師范大學(xué)偏于城市與區(qū)域規(guī)劃管理；廣州大學(xué)的方向則是不動(dòng)產(chǎn)分析與管理、區(qū)域物流規(guī)劃設(shè)計(jì)等。
地理信息科學(xué)
地理信息科學(xué)是一門集地理學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地圖學(xué)、遙感技術(shù)于一體的交叉學(xué)科，是研究地理信息采集、分析、存儲(chǔ)、顯示、管理、傳播與應(yīng)用的一門科學(xué)。地理信息科學(xué)實(shí)用價(jià)值巨大，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通規(guī)劃、自然資源開發(fā)與保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、城市水煤氣電的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與管理、自然災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)防等領(lǐng)域，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。地理信息系統(tǒng)的各種優(yōu)勢使其全面地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，滲透到公眾生活中的各個(gè)方面，深刻影響著人們獲取信息的能力和方式，例如，大家現(xiàn)在手機(jī)使用的高德地圖、百度地圖等。此外，微博、微信、大眾點(diǎn)評等手機(jī)應(yīng)用軟件都廣泛采用GIS技術(shù) 。
篇7
10052909（2015）02002805
資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)是1998年教育部根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和學(xué)科發(fā)展的形勢而設(shè)立的專業(yè)，發(fā)展至今，出現(xiàn)專業(yè)定位模糊，廣度大深度小，就業(yè)競爭力受限等諸多尷尬問題[1]。2012年，教育部第四次修訂《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》（下簡稱《目錄》），原資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)被拆分為人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃、自然地理與資源環(huán)境兩個(gè)專業(yè)。2013年，人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)招收第一屆本科生。該專業(yè)教育在國內(nèi)剛剛起步，探索人才培養(yǎng)方法還是一個(gè)嶄新的課題。
南京郵電大學(xué)的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)，除同樣面臨新專業(yè)設(shè)置之初的機(jī)遇與挑戰(zhàn)外，還有其獨(dú)特的發(fā)展背景。2013年10月，經(jīng)江蘇省政府研究并報(bào)教育部批準(zhǔn)，南京郵電大學(xué)、南京人口管理干部學(xué)院實(shí)行合并辦學(xué)，組建新的南京郵電大學(xué)。在此之前，資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)是南京人口管理干部學(xué)院特色專業(yè)之一，2002年開始招生，已有11年的辦學(xué)歷史，并已形成學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)合理，涵蓋地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)、人口學(xué)等專業(yè)方向的教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)。2013年，根據(jù)《目錄》（2012版）要求，該專業(yè)開始
轉(zhuǎn)型，招收人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃
專業(yè)第一屆本科生。合校前后，專業(yè)所依托的院校學(xué)科基礎(chǔ)全然不同，依據(jù)新南郵的學(xué)科特色構(gòu)建專業(yè)培養(yǎng)體系成為專業(yè)發(fā)展必須認(rèn)真研究的課題。
文章從教育部的專業(yè)導(dǎo)向、人才市場需求兩方面梳理人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)基礎(chǔ)定位。結(jié)合南京郵電大學(xué)自身特色，以大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧城市的建設(shè)與應(yīng)用要求為導(dǎo)向，尋求信息科學(xué)與地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，并據(jù)此提出以信息科學(xué)應(yīng)用為特色的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程體系構(gòu)建原則與核心框架。
一、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)定位基本要求
人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)基礎(chǔ)定位應(yīng)重點(diǎn)考慮兩方面要素：一是教育部設(shè)置該專業(yè)的目標(biāo)與要求，二是社會(huì)對專業(yè)人才的需求。
（一）專業(yè)設(shè)置導(dǎo)向
地理學(xué)和城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)是我國城鄉(xiāng)規(guī)劃人才培養(yǎng)的兩大主要來源[2]。前者以南京大學(xué)、中山大學(xué)、北京大學(xué)、華東師范大學(xué)等傳統(tǒng)地理強(qiáng)校為代表，主攻宏觀層面規(guī)劃，擅長理論探索、機(jī)理剖析與經(jīng)濟(jì)社會(huì)綜合分析；后者以清華大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)等建筑學(xué)老八校建筑老八校指之初最早開設(shè)建筑學(xué)、城市規(guī)劃相關(guān)專業(yè)的八所高校，包括清華大學(xué)、東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、華南理工大學(xué)、重慶建筑大學(xué)（已并入重慶大學(xué)）、哈爾濱建筑大學(xué)（已并入哈爾濱工業(yè)大學(xué)）和西安建筑科技大學(xué)。
為代表，主攻微觀層面規(guī)劃，擅長空間設(shè)計(jì)與形體表達(dá)。兩者各具特色，各有專攻。
1998版《目錄》中涉及城鄉(xiāng)規(guī)劃的專業(yè)有地理科學(xué)類下屬的“資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理”和土建類下屬的“城市規(guī)劃”。這一專業(yè)設(shè)置與上述兩大源頭相對應(yīng)。2012年《目錄》調(diào)整，城鄉(xiāng)規(guī)劃相關(guān)專業(yè)仍為兩個(gè)，一是地理科學(xué)類下屬的“人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃”，二是建筑類下屬的“城鄉(xiāng)規(guī)劃”。與1998版《目錄》相比，保留了地理、建筑兩個(gè)學(xué)科門類下的城鄉(xiāng)規(guī)劃相關(guān)專業(yè)設(shè)置，但將原資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)拆分為人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃、自然地理與資源環(huán)境兩專業(yè)。結(jié)合2012版《普通高等學(xué)校本科專業(yè)介紹》（見表1）不難發(fā)現(xiàn)，教育部認(rèn)可并引導(dǎo)地理學(xué)、建筑學(xué)下兩規(guī)劃專業(yè)各自特色發(fā)展。地理學(xué)下屬的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)，應(yīng)區(qū)別于工學(xué)下屬的城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)，做到強(qiáng)化主線，收縮口徑，夯實(shí)基礎(chǔ)，對口應(yīng)用——立足宏觀、中觀區(qū)域?qū)用?，以地理學(xué)理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)化綜合分析能力培養(yǎng)。（二）人才應(yīng)用需求
教育部為人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)設(shè)置的發(fā)展導(dǎo)向是否適應(yīng)市場對規(guī)劃類人才的需求，是專業(yè)定位必須要論證的第二重標(biāo)準(zhǔn)。
如將城鄉(xiāng)規(guī)劃系統(tǒng)細(xì)分，可分為規(guī)劃編制與規(guī)劃管理兩個(gè)方面。僅就規(guī)劃管理來說，地理學(xué)專業(yè)背景的規(guī)劃工作者往往具有相對綜合的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和縝密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，具備作為管理者的全局意識(shí)與綜合協(xié)調(diào)能力。
規(guī)劃編制工作又可分為宏觀、中觀、微觀等不同的區(qū)域尺度層面。具有地理學(xué)專業(yè)背景的規(guī)劃工作者擅長區(qū)域分析與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)綜合分析，在區(qū)域規(guī)劃、城市總體規(guī)劃等宏觀層面規(guī)劃中發(fā)揮核心作用并承擔(dān)大部分工作，在控制性詳細(xì)規(guī)劃這一中觀尺度規(guī)劃工作中也能發(fā)揮重要作用。
針對具體某項(xiàng)規(guī)劃工作，其工作流程又可劃分為規(guī)劃分析、規(guī)劃方案與成果表達(dá)三個(gè)步驟。在成果表達(dá)的制圖工作中，地理學(xué)背景規(guī)劃工作者確有一定劣勢。但在規(guī)劃分析和方案設(shè)計(jì)階段，地理學(xué)背景規(guī)劃工作者發(fā)揮的作用與建筑學(xué)背景規(guī)劃工作者旗鼓相當(dāng)。
綜上，地理學(xué)背景規(guī)劃工作者往往具有系統(tǒng)全面的知識(shí)儲(chǔ)備和突出的綜合分析能力，在各類規(guī)劃工作中發(fā)揮重要作用（見圖1），不可或缺。強(qiáng)化地理學(xué)基礎(chǔ)、重視機(jī)理分析能力培養(yǎng)的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)人才培養(yǎng)要求也完全符合市場對專業(yè)人才的實(shí)際需求。
二、信息科學(xué)與地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)學(xué)科融合的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)
（一）地理信息系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)用
地理信息系統(tǒng)科學(xué)是地理學(xué)中的重要分支，作為空間科學(xué)與信息科學(xué)的重要結(jié)合點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已較為成熟。與CAD等繪圖軟件相比，GIS（地理信息系統(tǒng)）工具的特點(diǎn)與優(yōu)勢在于空間數(shù)據(jù)的組織、管理與分析，能夠有效管理和處理海量數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。某種程度上可認(rèn)為是繪圖軟件與統(tǒng)計(jì)分析軟件的集成。
在美國，GIS已成為專業(yè)規(guī)劃師的標(biāo)準(zhǔn)工具，脫離GIS的規(guī)劃編制、規(guī)劃管理幾乎不存在，GIS用于地圖處理、規(guī)劃管理、分析與決策支持、公眾參與等方面[3]。在我國，GIS在規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用相對有限& mdash;—在規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建中應(yīng)用廣泛，在規(guī)劃編制中應(yīng)用較為粗淺，主要用于自然地理環(huán)境要素分析與公共服務(wù)設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃選址分析。規(guī)劃工作者如能全面掌握地理信息系統(tǒng)原理及其軟件的規(guī)劃領(lǐng)域系統(tǒng)應(yīng)用，則能順應(yīng)這一趨勢，在規(guī)劃工作中更好地發(fā)揮作用。
（二）大數(shù)據(jù)時(shí)代海量空間數(shù)據(jù)的獲取與處理
與發(fā)展成熟但應(yīng)用不足的地理信息系統(tǒng)分析方法相比，大數(shù)據(jù)時(shí)代空間數(shù)據(jù)獲取與應(yīng)用則呈現(xiàn)出海量數(shù)據(jù)、先進(jìn)技術(shù)與跨學(xué)科創(chuàng)新思維三大特征《大數(shù)據(jù)時(shí)代——生活、工作與思維的大變革》中指出，數(shù)據(jù)本身、技能與思維是大數(shù)據(jù)價(jià)值鏈的三個(gè)構(gòu)成。 。
隨著信息網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，百度、谷歌等搜索引擎，阿里、京東、亞馬遜等電子商務(wù)公司與騰訊等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)營商掌握海量用戶數(shù)據(jù)。隨著智慧城市理論的興起與“物聯(lián)網(wǎng)”的建設(shè)，行政管理機(jī)構(gòu)也將成為大數(shù)據(jù)的掌控者。海量數(shù)據(jù)如何提升城鄉(xiāng)規(guī)劃的科學(xué)性與適用性，大數(shù)據(jù)如何為規(guī)劃所用，相關(guān)研究也陸續(xù)展開。
國內(nèi)外有學(xué)者通過挖掘網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、居民行為數(shù)據(jù)，對居民時(shí)空行為、城市空間與城市等級體系進(jìn)行研究[4]。如以百度指數(shù)為依據(jù)對比分析城市間聯(lián)系強(qiáng)度[5]，通過微博數(shù)據(jù)挖掘分析網(wǎng)絡(luò)社會(huì)空間特征[6]等?？臻g數(shù)據(jù)的采集與分析已從利用單一GIS 軟件向多種信息設(shè)備相結(jié)合的階段轉(zhuǎn)變[4]。
針對智慧城市的建設(shè)熱潮，國內(nèi)有學(xué)者積極開展現(xiàn)行規(guī)劃體系的“智慧”響應(yīng)探索，提出在區(qū)域城鎮(zhèn)體系規(guī)劃、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃及詳細(xì)規(guī)劃三大層次的規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)用智慧城市數(shù)據(jù)信息、融入智慧城市建設(shè)理念的思路與要點(diǎn)[7]。如城鎮(zhèn)體系規(guī)劃層次借由新信息技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力充分挖掘區(qū)域內(nèi)各城市優(yōu)勢發(fā)展的方向與重點(diǎn)，城市總體規(guī)劃層次應(yīng)考慮采取合適的路網(wǎng)形式，合理規(guī)劃智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施等。
這一背景要求規(guī)劃工作者不斷學(xué)習(xí)新的數(shù)據(jù)獲取與挖掘方法，探索并掌握大數(shù)據(jù)規(guī)劃應(yīng)用的方式途徑。
三、以信息科學(xué)應(yīng)用為特色的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程體系構(gòu)建
（一）基本原則
南京郵電大學(xué)的人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)發(fā)展，應(yīng)在滿足專業(yè)基礎(chǔ)定位要求的同時(shí)，結(jié)合院校優(yōu)勢學(xué)科——信息科學(xué)、地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)三者的交叉領(lǐng)域，以地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)為基礎(chǔ)，以信息科學(xué)應(yīng)用為特色。其課程體系構(gòu)建應(yīng)遵循夯實(shí)地理學(xué)基礎(chǔ)、圍繞規(guī)劃應(yīng)用主線、突出空間信息挖掘與分析能力培養(yǎng)的原則。
1.夯實(shí)地理學(xué)基礎(chǔ)
地理學(xué)基礎(chǔ)理論、方法與分析能力的培養(yǎng)是人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)區(qū)別于工學(xué)下屬城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的核心內(nèi)容，體現(xiàn)專業(yè)定位的基本要求。通過基礎(chǔ)必修課程學(xué)習(xí)，了解地理學(xué)基礎(chǔ)理論框架與范疇、邊界與特色，掌握學(xué)科基本概念、理論與方法，是專業(yè)人才培養(yǎng)的根基。課程設(shè)置中，自然地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、人文地理學(xué)等地理學(xué)基礎(chǔ)課程必不可少。
2.突出空間信息挖掘與分析特色
大數(shù)據(jù)時(shí)代，應(yīng)強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘與信息設(shè)備數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析等理論方法的學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)。為此，應(yīng)以數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)系統(tǒng)強(qiáng)化為基礎(chǔ)，通過設(shè)置地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、數(shù)理統(tǒng)計(jì)應(yīng)用等與地理、空間規(guī)劃相關(guān)的信息技術(shù)類課程，培養(yǎng)學(xué)生的空間數(shù)據(jù)獲取與分析能力。
3.圍繞規(guī)劃應(yīng)用主線
無論是地理學(xué)基礎(chǔ)分析能力的培養(yǎng)還是空間數(shù)據(jù)獲取與分析能力的訓(xùn)練，最終應(yīng)落實(shí)到進(jìn)行空間分析、指導(dǎo)空間規(guī)劃上來。城鄉(xiāng)規(guī)劃應(yīng)用是專業(yè)教育知識(shí)體系構(gòu)建的主線，相關(guān)課程設(shè)置與能力培養(yǎng)都應(yīng)圍繞這一主線展開。因此，城鄉(xiāng)規(guī)劃基礎(chǔ)知識(shí)的全面系統(tǒng)掌握對于夯實(shí)專業(yè)的基礎(chǔ)定位至關(guān)重要。為使學(xué)生對城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域基本概念、理論、研究方法等有相對全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，城市規(guī)劃原理、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)導(dǎo)論等應(yīng)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置。
（二）課程體系框架設(shè)計(jì)
以上述原則為依據(jù)，結(jié)合南京郵電大學(xué)學(xué)科設(shè)置特色與要求，初步設(shè)定人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)核心課程體系。該體系包含專業(yè)基本知識(shí)、專業(yè)特色知識(shí)兩大模塊，從通識(shí)教育、專業(yè)教育兩個(gè)層面設(shè)置課程（見圖2）。其中，專業(yè)基本知識(shí)模塊強(qiáng)化地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)基礎(chǔ)理論與方法的學(xué)習(xí)，專業(yè)特色知識(shí)模塊突出空間信息獲取與分析特色技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。
通識(shí)教育層面，設(shè)置高等數(shù)學(xué)、高級語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等課程。除高等數(shù)學(xué)外，其他課程均為學(xué)校特色公共基礎(chǔ)課程。此類課程為培養(yǎng)空間數(shù)據(jù)獲取與分析能力奠定了扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)。
專業(yè)教育層面，將自然地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、人文地理學(xué)、城市規(guī)劃原理、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)導(dǎo)論、地理信息系統(tǒng)原理等全面系統(tǒng)介紹學(xué)科基礎(chǔ)理論、概念、方法的課程設(shè)置為專業(yè)基礎(chǔ)課程，將城市地理學(xué)、計(jì)量地理學(xué)、人口地理學(xué)、城市總體規(guī)劃、村鎮(zhèn)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等深入介紹分支學(xué)科發(fā)展及強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用的課程設(shè)定為專業(yè)課程。
這一課程體系僅就專業(yè)核心課程進(jìn)行設(shè)定。在核心課程之外，可根據(jù)需求選擇性設(shè)置地圖學(xué)、城市經(jīng)濟(jì)學(xué)、城市社會(huì)學(xué)、社會(huì)調(diào)研方法等輔助課程，有助于學(xué)生全面系統(tǒng)掌握專業(yè)分析研究方法。具體課程體系建設(shè)中，還需針對課程設(shè)置順序、各學(xué)期學(xué)時(shí)與學(xué)分安排、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、教學(xué)大綱編寫等深入研究。
四、結(jié)語
目前在人文地理、城鄉(xiāng)規(guī)劃的研究與實(shí)踐領(lǐng)域，空間信息采集、挖掘與分析技術(shù)應(yīng)用相對粗淺，存在領(lǐng)域狹小，工具單一，深度不足等問題。但隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代生活、工作方式的變革與智慧城市建設(shè)的深化，基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的空間分析思維與技術(shù)必將在規(guī)劃領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。面向應(yīng)用的人才培養(yǎng)，應(yīng)考慮增加信息類課程的設(shè)置以迎接大數(shù)據(jù)時(shí)代海量數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的挑戰(zhàn)，而信息技術(shù)類專業(yè)，應(yīng)針對不同領(lǐng)域的需求，增補(bǔ)相應(yīng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)課程。如面向智慧城市建設(shè)應(yīng)用的信息技術(shù)類專業(yè)人才，應(yīng)對規(guī)劃原理、規(guī)劃基本分析方法等城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)有所了解。
上述背景下，文章結(jié)合人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的發(fā)展定位和信息技術(shù)的學(xué)科優(yōu)勢，提出專業(yè)課程體系構(gòu)建原則，為后續(xù)學(xué)校本專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)置擬定思路，并為其他院校該專業(yè)發(fā)展提供借鑒。
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篇8
2．1空間數(shù)據(jù)獲取西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于西伯利亞板塊與準(zhǔn)噶爾板塊的碰撞帶，屬于古生代殘余洋盆的后碰撞花崗巖類［6］。確定該區(qū)的范圍，掃描其紙質(zhì)地質(zhì)底圖和地理底圖，在ArcCatalog中建立空間數(shù)據(jù)庫，將底圖配準(zhǔn)后通過ArcScan自動(dòng)矢量化或者手工矢量化，得到該區(qū)的地質(zhì)、地理底圖的矢量數(shù)據(jù)。經(jīng)過拓?fù)錂z查后以點(diǎn)、線、面的形式存儲(chǔ)（圖略）。
2．2屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)要素類都有各自的描述，主要通過要素類名稱、空間數(shù)據(jù)類型（點(diǎn)、線、面）、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)長度、約束條件、數(shù)據(jù)項(xiàng)描述等進(jìn)行描述與定義（表略），為數(shù)據(jù)加載做準(zhǔn)備［7］。屬性數(shù)據(jù)以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫方式存貯和管理，并通過公共字段與各要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使點(diǎn)、線、面不再僅僅是傳統(tǒng)意義上的圖元單位，而具有地質(zhì)特征描述內(nèi)容［8］
2．3圖例制作圖例是地圖的語言體系［9］，集中體現(xiàn)了制圖者對客觀事物本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，以及對這種本質(zhì)的分類思想和分類體系。在以往的圖例繪制中，人們只關(guān)注規(guī)范化表達(dá)。傳統(tǒng)紙質(zhì)圖時(shí)代的圖例采用人工手繪來實(shí)現(xiàn)，由于人的主觀判斷和繪圖工具的誤差，會(huì)導(dǎo)致線條粗細(xì)不勻、符號大小不一，無法完全實(shí)現(xiàn)圖例的規(guī)范化表達(dá)［10］。同時(shí)，作為傳統(tǒng)地質(zhì)圖整飾內(nèi)容的一部分，圖例是一種機(jī)械的“排列”，與圖件主體部分并沒有有機(jī)的聯(lián)系，僅是單純的視覺表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知表達(dá)中的符號層，而概念層仍然隱式地停留在人的大腦中。Fishnet是ArcGIS平臺(tái)下的一種空間分析工具，相當(dāng)于圖形化的Excel。它可以自由定義的基本單元格的大小，并對其賦予屬性。利用Fishnet制作圖例，不僅可以實(shí)現(xiàn)符號的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)，更重要的是，它是在數(shù)據(jù)庫中管理符號和數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)修改或查詢［11］。
2．4STYLE匹配將Fishnet中的圖例存儲(chǔ)為Style，或者將整個(gè)要素調(diào)用Savetolayers命令存成Layer。調(diào)用Proper－ties中的MatchtoSymbolsinastyle，用Layer與圖件主體中要素的相同字段進(jìn)行匹配，或者用Style直接進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)圖件的自動(dòng)符號化。在匹配時(shí)，如果按照一對一的方式進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生很大的工作量。比如，不同時(shí)代的侵入巖很多，若采用一對一匹配，那每個(gè)時(shí)代（設(shè)有M個(gè)）的每一種侵入巖（設(shè)有N個(gè)）都要有相應(yīng)的符號（CMN）。但是如果采用多字段來描述同一個(gè)地質(zhì)體，采用多對一的方式，只需要制作時(shí)代的符號和侵入巖的符號（M＋N）。在制作圖面內(nèi)容較多的地質(zhì)圖時(shí)，這一方法將會(huì)大大提高效率，而且對于數(shù)據(jù)的分類尤為便捷（圖略）
2．5整飾成圖在layout視圖下，調(diào)整圖面大小、位置，添加圖名、比例尺、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)、責(zé)任欄等整飾要素。圖例可以以圖片形式添加，或者以數(shù)據(jù)窗口的形式添加。
3基于地理信息科學(xué)制圖的優(yōu)勢
從地理信息科學(xué)的視角出發(fā)，地理信息系統(tǒng)就成為地理信息科學(xué)應(yīng)用的一個(gè)環(huán)節(jié)［2］，這就使制圖不僅具有所有數(shù)字制圖的優(yōu)勢，如方便攜帶、易修改、易復(fù)制、易整飾，存在嚴(yán)格的拓?fù)潢P(guān)系，不受比例尺的限制，具有良好的現(xiàn)勢性及動(dòng)態(tài)性［12］，更能體現(xiàn)以信息科學(xué)為基礎(chǔ)的優(yōu)勢，使圖元單位與地質(zhì)實(shí)體之間建立起有機(jī)聯(lián)系，使隱式存在于人腦中的語義顯式地表達(dá)出來，實(shí)現(xiàn)信息的查詢、新圖件的生成、空間數(shù)據(jù)分析等優(yōu)勢。
3．1信息查詢傳統(tǒng)紙質(zhì)圖和數(shù)字制圖只是對紙質(zhì)地質(zhì)圖的數(shù)字復(fù)制，不具有信息查詢的功能。比如，若想了解西準(zhǔn)噶爾地區(qū)泥盆紀(jì)地層分布情況，在傳統(tǒng)圖件中，你只能通過讀圖例在圖上圈出泥盆紀(jì)的地層。不僅費(fèi)時(shí)，而且導(dǎo)致圖面內(nèi)容更加復(fù)雜，極易出錯(cuò)。基于信息科學(xué)制圖是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，圖面與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，因此信息查詢很容易實(shí)現(xiàn)：打開屬性數(shù)據(jù)表，在查找中輸入“D＊”（其中＊代表D的任一組），在屬性數(shù)據(jù)表中屬于D的所有地層就會(huì)被選擇出來。相應(yīng)地，在圖上所有泥盆系的地層也會(huì)特別標(biāo)識(shí)，這樣西準(zhǔn)噶爾地區(qū)泥盆系的地層分布就一目了然。如果需要查詢泥盆紀(jì)侵入巖分布，則將相關(guān)字段相加再進(jìn)行查詢。
3．2圖件派生在傳統(tǒng)紙質(zhì)圖和數(shù)字制圖中，圖面一旦固定，再做任何修改或派生圖件都是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情，相當(dāng)于重新制作。但基于信息科學(xué)思想成圖不是一幅圖件的終結(jié)，而是生成新的圖件的渠道［13］。比如要制作西準(zhǔn)噶爾地區(qū)侵入巖分布圖。在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上，通過查詢“巖性大類”挑選出該區(qū)侵入巖數(shù)據(jù)，導(dǎo)出選擇的侵入巖圖層，或者在原圖上刪掉其他不相關(guān)數(shù)據(jù)或讓其他數(shù)據(jù)不顯示，調(diào)整圖面大小、圖名、圖例、比例尺等整飾要素，一幅新的派生圖件就完成了。
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“地圖學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于鞏固理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化對理論知識(shí)的理解與應(yīng)用，提高實(shí)際動(dòng)手操作能力以及分析問題和解決問題的能力，進(jìn)而培養(yǎng)初步的科研創(chuàng)新能力具有重要作用。因此，如何利用有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)達(dá)到培養(yǎng)技能和提高能力的目的，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)需要著重考慮的問題［8］。1．結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，精選適宜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的原則，從知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性和整體性出發(fā)，并注意與GIS課程實(shí)習(xí)內(nèi)容的差別，對理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的分析和整合，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，見表3［9］。表3中實(shí)驗(yàn)1、2借助多媒體完成;實(shí)驗(yàn)3、4、5借助計(jì)算機(jī)利用MapInfo軟件完成。2．結(jié)合先進(jìn)教學(xué)理念，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對于基礎(chǔ)性內(nèi)容，采用傳輸型教學(xué)模式與自主式教學(xué)模式相結(jié)合的方法。如地圖的設(shè)色，課堂上通過大量閱讀紙質(zhì)和電子地圖，結(jié)合教師的講解，增強(qiáng)對地圖色彩的感性認(rèn)識(shí);課下結(jié)合相關(guān)的內(nèi)容搜集素材，自主完成地圖的手工設(shè)色。對于理論知識(shí)在GIS系統(tǒng)中應(yīng)用的內(nèi)容，結(jié)合研究型教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)類似于科學(xué)研究的教學(xué)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，逐步完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［10］。如專題地圖編制所涉及內(nèi)容，設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)自己的知識(shí)積累搜集資料，撰寫地圖編制設(shè)計(jì)書，使用MapInfo軟件完成整個(gè)專題圖的制作。
篇10
中圖分類號 G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1007-7731（2017）11-0171-03
Curriculum Revolution Research of University Physical Geography Based on Case and Practice――Taking Anhui Science and Technology University as an Example
Zhang Zhenguo1 et al.
（College of Resources and Environment，Anhui Science and Technology University，F(xiàn)engyang 233100，China）
Abstract：The curriculum revolution improved the curriculum content and increased practice cases according to carding content system of physical geography and its evolution. Teaching effect is improved significantly according to case and practice oriented curriculum revolution.
Key words：Physical geography；Case；Practice；Curriculum revolution
自然地理學(xué)是研究自然地理環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、功能、動(dòng)態(tài)及其空間分異規(guī)律的學(xué)科，它既是地理學(xué)的重要分支，又是信息科學(xué)群的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，是一門極具應(yīng)用性和現(xiàn)實(shí)性的學(xué)科[1]。在地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）等信息技術(shù)飛速發(fā)展的形勢下，我國自然地理學(xué)的學(xué)科建設(shè)、理論體系架構(gòu)以及內(nèi)容體系也需進(jìn)一步改進(jìn)與完善，以有效地促進(jìn)自然地理學(xué)的內(nèi)容體系、科學(xué)化、信息化，并推進(jìn)對現(xiàn)實(shí)環(huán)境各類問題的認(rèn)識(shí)的不斷深化。
自然地理學(xué)是安徽科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院地理信息科學(xué)專業(yè)大學(xué)本科的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著自然地理學(xué)理論的不斷發(fā)展，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，教學(xué)方法的不斷改進(jìn)，人才培養(yǎng)層次和水平不斷提高，要求自然地理學(xué)教學(xué)需要承擔(dān)增強(qiáng)學(xué)生的理論水平，同時(shí)要鍛煉學(xué)生分析問題解決問題的能力和達(dá)到為社會(huì)不斷輸送理論水平高、工作能力強(qiáng)、品學(xué)兼優(yōu)的“技術(shù)+管理”復(fù)合型專門人才的教學(xué)目標(biāo)。因此，嘗試對自然地理學(xué)課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法與手段、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行改革與探索十分必要。為解決本科生學(xué)習(xí)自然地理學(xué)過程中存在的實(shí)際困難與問題，提高自然地理學(xué)課程教學(xué)效果，促進(jìn)自然地理學(xué)與其專業(yè)課程的融合，筆者以滿足學(xué)生需要與實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，嘗試進(jìn)行了以案例和實(shí)踐為導(dǎo)向的自然地理學(xué)課程改革研究。
1 研究方法
為提高《自然地理學(xué)》課程教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生對自然地理學(xué)基本原理及應(yīng)用自然地理學(xué)解決實(shí)際問題能力的提高，進(jìn)一步完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，本課題研究遵循現(xiàn)狀分析―文獻(xiàn)梳理―資料收集―分析問題―案例、實(shí)踐的課程改革―解決問題的研究思路（圖1）。本研究主要應(yīng)用比較分析法、文獻(xiàn)檢索、專家咨詢法、調(diào)研法等方法?！艾F(xiàn)行自然地理學(xué)內(nèi)容體系及教學(xué)中存在的問題分析”部分，在構(gòu)建指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，采用調(diào)研與深度訪談方式來獲取數(shù)據(jù)，采用比較分析法比較不同發(fā)展時(shí)期自然地理學(xué)的主要內(nèi)容以及不同國家和地區(qū)的《自然地理學(xué)》著作內(nèi)容體系。在“教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的改革優(yōu)化”部分，則主要以訪談與個(gè)案調(diào)查方法的研究結(jié)論為依據(jù)，采用系統(tǒng)分析與個(gè)案研究相結(jié)合，宏觀分析與微觀分析相結(jié)合，規(guī)范分析與實(shí)證分析相結(jié)合，加強(qiáng)自然地理學(xué)的教學(xué)研究對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 研究現(xiàn)狀
2.1 關(guān)于自然地理學(xué)研究內(nèi)容體系 自然地理學(xué)與地理信息、土地管理、區(qū)域規(guī)劃等課程內(nèi)容有諸多交錯(cuò)，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)需要把握重點(diǎn)、合理取舍，自然地理學(xué)的主要研究內(nèi)容包括研究某一區(qū)域內(nèi)地質(zhì)、地貌、土壤、植被、夂頡⑺文等要素的結(jié)構(gòu)、功能、物質(zhì)遷移、動(dòng)態(tài)演變以及地域分異規(guī)律。通過與其他課程有效整合后，將“自然地理概念”、“自然地理結(jié)構(gòu)”、“區(qū)域自然及地域分異規(guī)律”、“土壤污染”、“氣候變化”、“植被分類”、“空間分布體系”作為自然地理學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)。
2.2 自然地理學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)模式的改革研究 通過課程討論和實(shí)地調(diào)查的方式來提高學(xué)生對自然地理研究的認(rèn)識(shí)水平以及分析問題、解決問題的能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對教學(xué)的參與性，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性十分重要，并具有引導(dǎo)作用。過去我國自然地理學(xué)研究引用國外的理論較多，但由于國情不同，經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不同，所以內(nèi)容出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。在進(jìn)行理論講解的同時(shí)，增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，有利于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。也有學(xué)者提出構(gòu)筑面向本專業(yè)全體學(xué)生的“授課―模擬―調(diào)查”的實(shí)踐平臺(tái)[2]，結(jié)合自然地理學(xué)課程的特點(diǎn)與講授內(nèi)容，以地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論解釋地域分異等問題，創(chuàng)新提出自己的觀點(diǎn)和想法。
2.3 自然地理學(xué)課程教學(xué)方法與手段的改革研究 有學(xué)者提出在教學(xué)過程中利用多媒體教學(xué)手段，采用“案例式”、“啟發(fā)引導(dǎo)式”、“討論式”和“自助式”等教學(xué)方法，同時(shí)改變傳統(tǒng)的考核方式，以適應(yīng)新的教學(xué)改革[3]。其中，以“討論式”教學(xué)法能夠拓寬學(xué)生的知識(shí)視野，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。也有專家提出綜合運(yùn)用典型案例分析、課堂討論、啟發(fā)引導(dǎo)式提問、自助式課下學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方式方法[4]；采用傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代多媒體技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)手段；通過以實(shí)際調(diào)查為核心的綜合實(shí)習(xí)制度的實(shí)施，搭建培養(yǎng)優(yōu)秀復(fù)合型人才的教學(xué)平臺(tái)。
2.4 自然地理學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的改革研究 有學(xué)者強(qiáng)調(diào)以先進(jìn)性、創(chuàng)新性教學(xué)理念和適應(yīng)性、引領(lǐng)性原則改革課程教學(xué)內(nèi)容[5]；以寬厚的地學(xué)背景和艱苦樸素、求真務(wù)實(shí)的精神為依托，重視專業(yè)理論水平和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的激發(fā)，造就“技術(shù)+管理”復(fù)合型人才。本著“先進(jìn)性”和“創(chuàng)新性”的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)與改革課程內(nèi)容。
縱觀自然地理學(xué)教改研究現(xiàn)狀，從研究內(nèi)容、教學(xué)方法、模式、教學(xué)內(nèi)容等角度均提出了一些針對性的建議，但也存在一些不足：一是對于現(xiàn)階段學(xué)習(xí)自然地理學(xué)的導(dǎo)向、目標(biāo)沒有進(jìn)行清晰的界定；二是對自然地理學(xué)教學(xué)中存在的問題，往往是基于現(xiàn)狀的定性歸納總結(jié)，缺少當(dāng)前各地?zé)狳c(diǎn)研究問題解決的鮮活案例及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)支持；三是研究方法大多為定性分析，定量研究較少，未能為研究結(jié)論提供良好的方法支撐；四是對實(shí)踐和案例式教學(xué)多為設(shè)想及建議，沒有充分試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
3 課程改革
3.1 現(xiàn)行自然地理學(xué)內(nèi)容體系及教學(xué)中存在的問題分析 首先，從自然地理學(xué)課程體系、學(xué)生先修課程、教學(xué)方法等幾個(gè)方面制定評價(jià)教學(xué)效果的三級指標(biāo)體系，對安徽科技學(xué)院已修自然地理學(xué)學(xué)生或畢業(yè)進(jìn)行抽樣調(diào)查，全方位了解自然地理學(xué)課程的教學(xué)效果、存在的問題及原因。其次，對國內(nèi)自然地理學(xué)任課教師和教學(xué)專家采取深度訪談的方式，從學(xué)科專家和授課教師角度了解該課程教學(xué)中存在的困難分析其原因。對自然地理學(xué)課程現(xiàn)行教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了歸納分析。
3.2 培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定與自然地理學(xué)課程改革設(shè)計(jì) 針對調(diào)查反映的問題，結(jié)合本科教學(xué)大綱對學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)等基本要求，從以下步驟對現(xiàn)行自然地理學(xué)課程體系進(jìn)行了優(yōu)化。首先，培養(yǎng)對象基本情況分析，主要包括培養(yǎng)對象專業(yè)基礎(chǔ)、先修課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面，以達(dá)到明確培養(yǎng)對象基本情況的目的。其次，在明確學(xué)生基本情況基礎(chǔ)上，以專業(yè)的培養(yǎng)要求和社會(huì)實(shí)踐的應(yīng)用能力為導(dǎo)向制定該課程的教學(xué)目標(biāo)，即在保證學(xué)生掌握基本知識(shí)的同時(shí)，滿足地理信息科學(xué)專業(yè)對自然地理學(xué)的現(xiàn)實(shí)要求，并培養(yǎng)提高學(xué)生對自然地理學(xué)學(xué)以致用的能力。
3.3 自然地理學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革優(yōu)化 結(jié)合前期調(diào)研結(jié)果分析，以及進(jìn)一步的訪談結(jié)果為依據(jù)，以課程體系的培養(yǎng)目的、目標(biāo)為準(zhǔn)則，確定匹配的教學(xué)內(nèi)容及與之適應(yīng)的教學(xué)方法。首先，建設(shè)“相關(guān)人物”檔案庫：由于課程內(nèi)容所限，學(xué)生無法全面了解有關(guān)知識(shí)，為了使學(xué)生全面系統(tǒng)地了解自然地理學(xué)發(fā)展情況，在緒論教學(xué)中都增加了相關(guān)人物的詳細(xì)材料。其次，建立一套詳細(xì)的“文獻(xiàn)解讀”：為了讓學(xué)生了解自然地理學(xué)相應(yīng)領(lǐng)域的觀點(diǎn)和理論，選取一些重要的參考文獻(xiàn)，并由老師進(jìn)行點(diǎn)評和分析，以便學(xué)生更好地理解。再次，建立一系列的“學(xué)生學(xué)習(xí)記錄”：包括照片、錄像、演講及討論記錄，以便更好地總結(jié)學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的有效途徑。最后，根據(jù)對自然地理的基本知識(shí)、基本概念、典型案例、綜合應(yīng)用、前沿專題、熱點(diǎn)問題等內(nèi)容更新，結(jié)合現(xiàn)階段我國自然地理問題特點(diǎn)和解決要求，補(bǔ)充全國及區(qū)域地理問題案例。
3.4 實(shí)踐教學(xué)改革 打造調(diào)查研究的平臺(tái)，拓展發(fā)現(xiàn)問題視野的實(shí)踐教學(xué)，在自然地理學(xué)教學(xué)中有著重要的地位與作用。為學(xué)生營造研究氣氛，挖掘研究問題的潛力，發(fā)揮分析問題、解決問題的主觀能動(dòng)性，豐富教學(xué)內(nèi)容，與課堂教學(xué)形成互補(bǔ)、互促的態(tài)勢，學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，可以整體提高課程的學(xué)習(xí)水平。學(xué)生能運(yùn)用課堂理論結(jié)合地理信息科學(xué)專業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)調(diào)查研究路徑。如土壤一章中“關(guān)于地力評價(jià)的調(diào)查研究方法”，學(xué)生設(shè)計(jì)出按照“隨機(jī)選點(diǎn)，輻射擴(kuò)散”的調(diào)查研究方法，即采用空間分析的方法，滿足采樣點(diǎn)的需求，然后插值獲取該地地力等級的評價(jià)（圖2）。
另如，講解地理區(qū)劃章節(jié)時(shí)，可給學(xué)生提供不同的地圖數(shù)據(jù)資料，鼓勵(lì)學(xué)生采用地理信息科學(xué)專業(yè)知識(shí)，通過繪制地形圖、專題地理圖等圖幅加強(qiáng)學(xué)生對地理事物的空間位置、形態(tài)及其分布范圍、分布特征、分布規(guī)律等認(rèn)識(shí)。指導(dǎo)學(xué)生讀圖、識(shí)圖，然后再進(jìn)一步分析該圖所反映地理事物的位置、數(shù)量、大小、分布范圍、分布規(guī)律、特征和地理事物間的相互關(guān)系及其影響，以培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)實(shí)問題的理解、認(rèn)識(shí)并探討解決路徑的能力。圖3為學(xué)生所做淮河流域位置圖。
3.5 分析總結(jié) 主要就上述調(diào)研結(jié)果、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法優(yōu)化、案例式教學(xué)進(jìn)行了歸納總結(jié)，指出研究中存在的不足和改進(jìn)方向，并根據(jù)自然地理的基本知識(shí)、基本概念、典型案例、綜合應(yīng)用、前沿專題、熱點(diǎn)問題等內(nèi)容更新。
4 結(jié)語
自然地理學(xué)歷來都重視實(shí)踐課程，翻開全國各有關(guān)高校的教學(xué)計(jì)劃，無一例外地都有安排實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，但受實(shí)驗(yàn)課課時(shí)及實(shí)驗(yàn)條件等因素的限制，尚未開設(shè)選做的具有前沿性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因此，有必要增設(shè)一定量的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這對培養(yǎng)創(chuàng)新人才至關(guān)重要。具體做法就是將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為綜合性實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，增設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)習(xí)與教師縱橫向課題、大學(xué)生創(chuàng)新課題項(xiàng)目及畢業(yè)論文相結(jié)合，以改變學(xué)生心目中自然地理學(xué)課程實(shí)驗(yàn)以觀察、描述為主，技術(shù)含量不高、儀器落后的觀念，提高學(xué)生開展自主創(chuàng)新的興趣，使得自然地理學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力方面發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)
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篇11
“唯一不變的是變化本身”——肯尼迪。在全球化和人類活動(dòng)地域擴(kuò)張的21世紀(jì)，理解變化變得越來越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。這些變化在一定的空間范圍內(nèi)發(fā)生，這個(gè)范圍可以小到個(gè)人或周圍的小空間，也可以大到整個(gè)地球（Brenner 1999）。我們用時(shí)空維度來更好地記錄空間的相關(guān)變化（Goodchild 1992）。為了理解、保護(hù)和改善我們的生活環(huán)境，人類已經(jīng)積累了約十萬年或更長時(shí)間發(fā)生的變化的寶貴記錄。這些記錄通過各種傳感技術(shù)獲得，這些傳感技術(shù)包括我們?nèi)祟惖囊曈X、觸覺和感覺，以及最近發(fā)展的衛(wèi)星、天文望遠(yuǎn)鏡、原位傳感器和傳感器網(wǎng)（Montgomery and Mundt， 2010）。傳感技術(shù)的進(jìn)步極大地提高了記錄的精度和時(shí)空范圍。總的來說，我們已經(jīng)積累了EB級的記錄數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)集每天以PB級的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。
云計(jì)算的出現(xiàn)為解決地理科學(xué)的挑戰(zhàn)，即能夠靈活訪問廣泛集中的、實(shí)體化的以及負(fù)擔(dān)得起的計(jì)算機(jī)資源，帶來了可能的解決方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世紀(jì)的地理空間科學(xué)與所描述的密集問題可以受益于最新的云計(jì)算框架，并充分利用時(shí)空原理以優(yōu)化云計(jì)算。要抓住云計(jì)算和地理空間科學(xué)之間的內(nèi)在關(guān)系，我們引入了空間云計(jì)算：a）解決地理空間科學(xué)中的4個(gè)密集問題；b）促進(jìn)實(shí)施和優(yōu)化云計(jì)算匯集、彈性、按需以及其他特點(diǎn)。
2 空間云計(jì)算（Spatial Cloud Computing （SCC））
云計(jì)算正在成為下一代的計(jì)算平臺(tái)，政府機(jī)構(gòu)正在促進(jìn)它的使用以降低啟動(dòng)、維護(hù)和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。結(jié)合地理空間科學(xué)，幾個(gè)試驗(yàn)性的云計(jì)算項(xiàng)目正在諸如FGDC、 NOAA和 NASA等聯(lián)邦機(jī)構(gòu)內(nèi)實(shí)施。商業(yè)機(jī)構(gòu)，如微軟、亞馬遜和ESRI正在調(diào)研如何在云計(jì)算環(huán)境中操作地理空間應(yīng)用，了解如何最好地適應(yīng)這個(gè)新的計(jì)算模式。早期的調(diào)研發(fā)現(xiàn)云計(jì)算不僅能夠幫助地理空間科學(xué)，而且能夠采用時(shí)空原理進(jìn)行優(yōu)化以最好地使用分布式計(jì)算資源（Yang et al.， 2011）。地理空間科學(xué)問題具有強(qiáng)時(shí)空約束和原則，能夠通過系統(tǒng)地考慮通用時(shí)空規(guī)則來獲得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理現(xiàn)象是連續(xù)的，數(shù)據(jù)表示在時(shí)空上是離散的；2）物理現(xiàn)象在空間、時(shí)間和時(shí)空關(guān)系上是異構(gòu)的；3）物理現(xiàn)象在局部地理域上是半自治的，并且能夠被分割和合并；4）地理空間科學(xué)和應(yīng)用問題包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算/處理資源、物理現(xiàn)象和用戶的時(shí)空位置；上述四種位置的相互作用隨空間分布強(qiáng)度愈發(fā)復(fù)雜；5）時(shí)空現(xiàn)象越接近越相關(guān)（Tobler' first law of geography）。
一個(gè)支持地理空間科學(xué)的云計(jì)算平臺(tái)應(yīng)該利用上述時(shí)空原則和限制，以便以一種時(shí)空形式更好地優(yōu)化與使用云計(jì)算，而不是設(shè)置限制條件和重新設(shè)計(jì)應(yīng)用架構(gòu)（Calstroka and Waston 2010）。
時(shí)空云計(jì)算涉及地理空間科學(xué)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算規(guī)范，通過將分布式計(jì)算環(huán)境應(yīng)用于地理空間和其他科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其能夠被時(shí)空原則所優(yōu)化。
空間云計(jì)算框架包括物理計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、分布在多個(gè)區(qū)域的計(jì)算資源，和用來管理為終端用戶提供服務(wù)的資源的空間云計(jì)算虛擬服務(wù)器。
空間云計(jì)算可以用一個(gè)架構(gòu)來表示，這個(gè)架構(gòu)包含物理計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、分布在多個(gè)區(qū)域的計(jì)算資源，以及一個(gè)管理為終端用戶提供服務(wù)的資源的空間云計(jì)算虛擬服務(wù)器。
空間云計(jì)算環(huán)境的核心組件主要通過結(jié)合時(shí)空原則的SCCM來支持地理空間科學(xué)，以尋求計(jì)算資源的優(yōu)化。基于傳統(tǒng)空間云計(jì)算平臺(tái)和核心GIS功能是能夠?qū)崿F(xiàn)的，例如動(dòng)態(tài)重投影和空間分析。本地用戶和系統(tǒng)管理員通過SCCM管理接口，能夠直接訪問私有云服務(wù)器，云用戶能夠通過空間云門戶訪問云服務(wù)。還需要進(jìn)一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS環(huán)境在云計(jì)算與地理信息科學(xué)兩方面可用的一致性。在下一節(jié)中，我們使用四種有代表性的應(yīng)用來說明四種密集的問題。
3 空間云計(jì)算應(yīng)用
為說明云計(jì)算如何能潛在解決四個(gè)密集問題，我們選擇了四個(gè)科學(xué)和應(yīng)用場景來分析這些問題、時(shí)空原則和潛在空間云計(jì)算解決方案間的內(nèi)在聯(lián)系。
3.1 數(shù)據(jù)密集型
地理空間科學(xué)中的數(shù)據(jù)密集型問題至少可以總結(jié)為三個(gè)方面：1）利用專門的投影和地理坐標(biāo)系統(tǒng)，多維地理空間數(shù)據(jù)在二維以上空間表示；2）諸如衛(wèi)星觀測、照相獲取、或者模型模擬，會(huì)收集或產(chǎn)生海量多維數(shù)據(jù)；3）數(shù)據(jù)的全球分布。許多數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用訪問和數(shù)據(jù)整合，因此，大數(shù)據(jù)可能在快速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸，或者通過組合技術(shù)實(shí)現(xiàn)最小傳輸。
為解決這些數(shù)據(jù)密集型問題，我們開發(fā)了一種DaaS——分布式的目錄和基于空間云計(jì)算的門戶，來發(fā)現(xiàn)、訪問、使用地理空間數(shù)據(jù)。這個(gè)DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空間社區(qū)的云服務(wù)上正在進(jìn)行開發(fā)與測試。
空間云計(jì)算可考慮擁有和使用數(shù)據(jù)、服務(wù)、計(jì)算和終端用戶的位置、能力、容量和質(zhì)量等信息并予以優(yōu)化，當(dāng)然是在計(jì)算、地理空間科學(xué)和應(yīng)用使用時(shí)空原則的情況下。
3.2 計(jì)算密集型
計(jì)算機(jī)密集型是地理空間科學(xué)需要解決的另外一個(gè)問題。在地理科學(xué)元素中，在信息/知識(shí)的數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取和現(xiàn)象模擬應(yīng)用中計(jì)算密集型問題愈發(fā)突出。這些問題包括：1）地理空間科學(xué)在建模和分析方面天然是耗費(fèi)計(jì)算資源的；2）參數(shù)提出需要運(yùn)行復(fù)雜的地球物理算法，以從海量觀測數(shù)據(jù)中獲取現(xiàn)象值（Phenomena Values），這個(gè)復(fù)雜的算法運(yùn)算使得參數(shù)提取更具有計(jì)算密集型特征；3）當(dāng)考慮到地球系統(tǒng)的所有動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)，模擬地理空間現(xiàn)象是非常復(fù)雜的。周期性的現(xiàn)象模擬密集計(jì)算的不斷循環(huán)，高性能計(jì)算機(jī)常用來提升此類計(jì)算速度。更重要的是，現(xiàn)象處理的時(shí)空原則可用來優(yōu)化分布式計(jì)算單元的組織，以實(shí)現(xiàn)時(shí)空科學(xué)模擬和預(yù)測（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。這些原則對于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取、現(xiàn)象模擬的云計(jì)算來優(yōu)化計(jì)算資源也是很關(guān)鍵的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通過：1）利用動(dòng)態(tài)需求和能力，為計(jì)算工作選擇最匹配的計(jì)算單元；2）并行化操作單元以降低這個(gè)處理時(shí)間或提高整個(gè)系統(tǒng)的可操作性，3）利用更加匹配的工作、計(jì)算應(yīng)用以及存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，優(yōu)化整個(gè)云操作性。由于科學(xué)算法的多樣性和動(dòng)態(tài)性，最好的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)是PaaS和IaaS。
3.3 并發(fā)訪問密集
互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和“在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間將正確信息提供給任何人”的理念，使得基于位置的地理空間服務(wù)流行開來（Jensen 2009），并允許數(shù)以千萬計(jì)的用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)（Blower 2010）。例如，Google Earth通過其SaaS支持?jǐn)?shù)百萬互聯(lián)網(wǎng)用戶并發(fā)訪問。這些并發(fā)密集型訪問在某一時(shí)間（例如2011年3月日本海嘯和地震期間）非常密集，而在另外時(shí)間則很少。為更好地滿足這些并發(fā)訪問，空間云計(jì)算需要彈性調(diào)用更多的來自不同區(qū)域的服務(wù)進(jìn)程來應(yīng)對訪問峰值。
實(shí)驗(yàn)證明計(jì)算進(jìn)程越多，性能越高。彈性自動(dòng)提供和釋放計(jì)算資源允許我們共享其他無并發(fā)訪問峰值的應(yīng)用的計(jì)算資源，以應(yīng)對當(dāng)前的并發(fā)訪問峰值。
3.4 時(shí)空密集型
為更好地理解過去和預(yù)測未來，一些被收集的地理空間數(shù)據(jù)是基于時(shí)間序列的，將已有的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列的重建工作也已實(shí)施。時(shí)空密集型的重要性體現(xiàn)在時(shí)空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、時(shí)空數(shù)據(jù)建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科學(xué)現(xiàn)象關(guān)聯(lián)分析（Kumar 2007）、颶風(fēng)模擬（Theodoridis et al.， 1999）以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（在傳輸負(fù)載與拓?fù)鋸?fù)雜性上飛速發(fā)展）（Donner et al.， 2009）之上，面臨著的挑戰(zhàn)也來自于這些。
針對數(shù)據(jù)采集，不同的路徑傳感器、照相機(jī)以及公眾探測技術(shù)用來獲取實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)信息（Goodchild 2007）。已存在的路徑連接和節(jié)點(diǎn)也被添加進(jìn)來作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。模型模擬在高性能計(jì)算環(huán)境中進(jìn)行。不像靜態(tài)路徑規(guī)劃可利用Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)，近實(shí)時(shí)的路徑規(guī)劃則不能如此（Cao 2007），我們不得不針對每一個(gè)路徑規(guī)劃請求進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)的計(jì)算。此復(fù)雜性給計(jì)算和地理科學(xué)帶來很大的挑戰(zhàn)。由于路徑規(guī)劃請求的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，我們不能為應(yīng)對最大量的用戶而去維持最大的計(jì)算能力，通常我們不需要全部的計(jì)算能力。云計(jì)算提供的彈性與按需特征能夠用來解決這個(gè)問題，PaaS最適合這種應(yīng)用。
4 機(jī)遇與挑戰(zhàn)
這篇論文羅列了21世紀(jì)地理空間科學(xué)面臨的諸多巨大挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)、計(jì)算、并發(fā)和時(shí)空分析密集特征。我們論證采用空間特征的云計(jì)算的最新進(jìn)展能夠?yàn)榻鉀Q這些巨大挑戰(zhàn)提供潛在的解決方案。
時(shí)空云計(jì)算的成功依賴許多因素，例如時(shí)空云計(jì)算在能夠采納云解決方案的地理空間科學(xué)家中的推廣，在能夠采納時(shí)空原則進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)和部署云平臺(tái)的計(jì)算科學(xué)家與工程師中推廣。我們列舉了幾個(gè)方面，包括：
4.1 時(shí)空原則挖掘和提取
地理空間現(xiàn)象在時(shí)間和空間上不斷變化，利用四維或更多維去表示或描述其演變是可能的。我們已建立了歐幾里德和其他空間去描述這些現(xiàn)象。由于現(xiàn)象的復(fù)雜性和多維的龐大，我們力圖簡化維度，引入現(xiàn)象的特征或模板去幫助更好地在理論和計(jì)算環(huán)境中表示，使得其具有可計(jì)算性。
在地理空間科學(xué)中，由于人類活動(dòng)的擴(kuò)展和全球化，一些表示方法需要重新定義。例如，我們需要整合陸地區(qū)域、海洋和大氣進(jìn)程以更好地理解氣候變化。另一方面，我們需要更好地描述地理空間現(xiàn)象如何影響我們的生活。這些時(shí)空關(guān)系幫助我們形成更好的時(shí)空原則，開發(fā)多維狀態(tài)下的時(shí)空案例。橫向應(yīng)用需要多領(lǐng)域的不同背景的科學(xué)家進(jìn)行合作。社會(huì)上，跨領(lǐng)域和地域的處于分散狀態(tài)的科學(xué)家合作是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
4.2 重要的數(shù)字地球與復(fù)雜的時(shí)空科學(xué)及應(yīng)用
Digital Earth要求將我們星球的數(shù)字信息進(jìn)行整合，并開發(fā)出地理空間問題的解決方案。理解可預(yù)知的模式并提供特定環(huán)境下的解決方案，這是非常必要的。解決這些問題不僅為人們提供需求便利，而且從長遠(yuǎn)看能夠改善人們的生活質(zhì)量。
為此，需要研究：a）辨明具有較大影響的基礎(chǔ)性的應(yīng)用，以及需要的計(jì)算支持；b）結(jié)合可獲取的分布式計(jì)算能力，分析應(yīng)用中的四個(gè)密集型問題；c）通過考慮云計(jì)算能力和時(shí)空需求，擴(kuò)展或指定數(shù)學(xué)和概念模型到計(jì)算機(jī)模型，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可計(jì)算性；d）為決策者和其他最終用戶解決或提出問題；e）通過改進(jìn)傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型模擬以改善應(yīng)用；f）總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)化通用云計(jì)算技術(shù)。
4.3 支持空間云計(jì)算（SCC）特征
空間云計(jì)算嚴(yán)重依賴計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，除了工程研究和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施特征的可用外，網(wǎng)絡(luò)、CPU、RAM、硬盤、軟件許可和其他資源的使用/狀態(tài)，對于優(yōu)化使用時(shí)空原則的云計(jì)算環(huán)境也是重要的。
在調(diào)研面向解決四種密集型地理空間問題的云計(jì)算特征工作中，需要進(jìn)行擴(kuò)展研究以更好地理解計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用的時(shí)空特性，應(yīng)用和計(jì)算資源的優(yōu)化調(diào)度也是關(guān)鍵的（Mustafa Rafique et al. 2011）。
4.4 安全
云計(jì)算公司通常會(huì)使用授權(quán)和認(rèn)證技術(shù)來保護(hù)用戶隱私，云服務(wù)提供商確保其基礎(chǔ)設(shè)施安全并擁有可行的保護(hù)用戶數(shù)據(jù)與應(yīng)用的解決方案是必須的。美國聯(lián)邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全訪問與授權(quán)成為統(tǒng)一功能，這計(jì)劃為三個(gè)步驟（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底線；b）持續(xù)監(jiān)控；c）潛在訪問與授權(quán)。
（注：本文譯自《國際數(shù)字地球?qū)W報(bào)》International Journal on Digital Earth）
譯者簡介：
翟永（1969-），男，碩士，高級工程師；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成以及安全保密技術(shù)。
篇12
一、引言
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS，下同）是以計(jì)算機(jī)軟件、硬件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)地理信息采集、管理、分析和表現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，已經(jīng)成為地理信息科學(xué)的核心[1]，廣泛應(yīng)用于土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)建設(shè)等領(lǐng)域。特別是與遙感技術(shù)相結(jié)合，GIS正深入解決全球性問題：厄爾尼諾現(xiàn)象與酸雨、核擴(kuò)散與核廢料以及全球氣候與環(huán)境的變化監(jiān)測?？梢哉f，GIS已經(jīng)深入社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為很多領(lǐng)域中新的工作手段和方法[2]。
作為注重學(xué)科交叉與滲透的環(huán)境科學(xué)專業(yè)而言，開設(shè)GIS課程教學(xué)具有一定的前瞻性。將環(huán)境科學(xué)專業(yè)與地理學(xué)有機(jī)融合，更加凸顯環(huán)境科學(xué)的“大環(huán)境”特征，也更能符合全球環(huán)境的研究趨勢[3]。GIS與環(huán)境科學(xué)在研究對象和研究方法上具有一定的相似性和互補(bǔ)性，在環(huán)境問題愈來愈突出的今天，設(shè)計(jì)和開發(fā)服務(wù)于環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)的輔助決策支持工具GIS，將具有極大的發(fā)展?jié)摿?。目前，我國開設(shè)GIS專業(yè)的高校和開設(shè)GIS課程的專業(yè)非常多，開設(shè)GIS課程的非專業(yè)的數(shù)量也在逐漸增加[4]。鑒于GIS課程的學(xué)科與技術(shù)并重的特點(diǎn)，非GIS專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整，如計(jì)算機(jī)、地圖學(xué)、地理學(xué)、測繪學(xué)、程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫等知識(shí)，導(dǎo)致非GIS專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)抓不住重點(diǎn)，反感理論性知識(shí)，缺乏主觀能動(dòng)性[5]。重慶三峽學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院經(jīng)過20多年的發(fā)展，環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)為重慶市重點(diǎn)學(xué)科，并于2013年順利獲批碩士學(xué)位授予權(quán)。目前學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)已經(jīng)開設(shè)了GIS課程，但是從我院目前的課程建設(shè)情況來看，該課程的建設(shè)仍處于起步階段，從教學(xué)體系、實(shí)踐模式方面仍面臨著前述問題。因此開展課程建設(shè)，進(jìn)行教學(xué)研究，順應(yīng)學(xué)校提出“向應(yīng)用型科技大學(xué)轉(zhuǎn)型”的辦學(xué)理念以及“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級人才”的辦學(xué)宗旨，已成緊迫的任務(wù)。
二、環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS課程教學(xué)要求
一般而言，GIS技能主要分為三個(gè)層次：基本應(yīng)用型；綜合分析型；開發(fā)管理型[6]。其中基本應(yīng)用型側(cè)重于將GIS作為工具，掌握GIS基本概念，并能夠使用l～2種GIS軟件進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)輸入、分析和制圖工作。環(huán)境科學(xué)專業(yè)作為非地理信息系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)GIS課程，其技能要求定位為基本應(yīng)用型，即立足環(huán)境科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，強(qiáng)調(diào)GIS的技術(shù)性，側(cè)重于實(shí)踐教學(xué)，針對本專業(yè)相關(guān)的環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測以及環(huán)境影響評價(jià)等與空間信息相關(guān)的問題，掌握GIS工具空間分析操作技能，解決專業(yè)相關(guān)的問題。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更顯重要，通過加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，進(jìn)而提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求[7]。
根據(jù)設(shè)定的基本應(yīng)用型目標(biāo)，筆者對環(huán)境科學(xué)專業(yè)的GIS課程體系進(jìn)行了部分的教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)，以探索適合于本專業(yè)GIS課程教學(xué)的模式。
三、教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)
針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，緊扣能力目標(biāo)的基本應(yīng)用型要求，將教學(xué)分為三個(gè)梯次，梯次一：要求了解GIS是什么，掌握GIS的基本原理，主要在課堂教學(xué)中精細(xì)化課程內(nèi)容；梯次二：掌握GIS主流軟件的操作方法和應(yīng)用，主要結(jié)合課程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)完成該梯次的教學(xué)設(shè)計(jì)；梯次三：應(yīng)用階段，在環(huán)境科學(xué)專業(yè)范圍內(nèi)，基于GIS基本功能解決實(shí)際問題。主要在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)提升學(xué)生的應(yīng)用能力。基于上述三個(gè)梯次的教學(xué)總體設(shè)計(jì)，教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)改革與優(yōu)化介紹如下。
1.梯次一：理論課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)精細(xì)化設(shè)計(jì)。梯次一為課程引入與理論了解階段，考慮GIS具有綜合性強(qiáng)、多學(xué)科集成，知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)科與技術(shù)統(tǒng)一性，且發(fā)展與內(nèi)容更新速度快，滲透性和空間抽象性強(qiáng)等特點(diǎn)[8]，針對環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，梳理GIS課程體系，選擇兼具概念與實(shí)踐并重的教材《地理信息系統(tǒng)原理、方法和應(yīng)用》（鄔倫主編，科學(xué)出版社），該書詳細(xì)劃分了理論基礎(chǔ)講解、GIS功能介紹與應(yīng)用技術(shù)，有助于教學(xué)內(nèi)容的自由選擇。考慮環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生的背景，將GIS的基本概念、組成、功能及其應(yīng)用領(lǐng)域、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)處理與分析、GIS空間分析原理與方法及GIS產(chǎn)品制作與輸出作為重點(diǎn)內(nèi)容講解。讓學(xué)生由淺入深，了解GIS具體功能，數(shù)據(jù)的來源與特點(diǎn)，如何將現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)化、信息化，如何利用GIS解決身邊的問題（如公園選址、交通管理、城市拆遷與洪水分析等），增強(qiáng)利用GIS作為輔助決策工具的興趣和學(xué)習(xí)自主性。
針對梯次一的基本要求和課程內(nèi)容選擇，筆者理論教學(xué)課時(shí)精簡為32個(gè)學(xué)時(shí)。具體安排：（1）導(dǎo)論，4個(gè)學(xué)時(shí)，主要講述GIS的基本概念、組成、演變歷史和發(fā)展趨勢、基本功能、與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系以及GIS主流軟件的認(rèn)識(shí)。（2）GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，8個(gè)學(xué)時(shí)，主要講述空間參照系統(tǒng)、地圖投影、空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)模型、柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編碼方法等。（3）空間數(shù)據(jù)處理，6個(gè)學(xué)時(shí)，主要講述空間數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)融合、空間插值與拓?fù)潢P(guān)系編輯。（4）空間分析，8個(gè)學(xué)時(shí)，主要講述空間查詢與量算、空間疊加分析、緩沖區(qū)分析與網(wǎng)絡(luò)分析等。（5）GIS產(chǎn)品可視化與輸出，4個(gè)學(xué)時(shí)，主要講述地圖制作與輸出、專題地圖設(shè)計(jì)。
2.梯次二：理論教學(xué)與專業(yè)實(shí)例設(shè)計(jì)。為了加強(qiáng)教學(xué)過程理論與專業(yè)實(shí)際的聯(lián)系，筆者提出將“農(nóng)業(yè)點(diǎn)源大氣污染可視化分析”課題作為專業(yè)實(shí)例設(shè)計(jì)，貫穿整個(gè)GIS課程教學(xué)過程中，以提高學(xué)生主觀能動(dòng)性。
國家環(huán)保部2012年公布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），首次將PM2.5（年均和日均濃度限值分別為定為0.035mg/m3和0.075 mg/m3）、O3納入常規(guī)空氣質(zhì)量評價(jià)，并收緊了PM10、氮氧化物等標(biāo)準(zhǔn)限值，以期“十二五”期間使我國大氣PM2.5污染得到緩解，區(qū)域大氣復(fù)合污染得到有效遏制，大氣環(huán)境質(zhì)量得到持續(xù)改善。選擇農(nóng)業(yè)點(diǎn)源大氣污染可視化分析，整個(gè)課題既貼近現(xiàn)實(shí)，又屬于環(huán)境專業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。這個(gè)課題設(shè)計(jì)內(nèi)容主要涉及農(nóng)業(yè)點(diǎn)源大氣污染源調(diào)查、農(nóng)業(yè)區(qū)空間分布、人口分布、污染源季節(jié)特征、大氣污染擴(kuò)散模式等，結(jié)合緩沖區(qū)分析得到農(nóng)業(yè)點(diǎn)源大氣污染時(shí)空分布與影響區(qū)域劃分。根據(jù)這一課題的設(shè)計(jì)，在課堂教學(xué)上提出問題，引導(dǎo)學(xué)生總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，以原有專業(yè)知識(shí)在解決問題上遇到的瓶頸，自然引導(dǎo)利用GIS技術(shù)解決此類問題。將各部分內(nèi)容分版塊劃分，貫穿到各章節(jié)授課內(nèi)容中。如導(dǎo)論中以谷歌地球、尋找本拉登實(shí)例作為開始，讓學(xué)生了解實(shí)例以及GIS的基本功能，并指出谷歌地球是數(shù)據(jù)來源之一；空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與處理講解中引導(dǎo)學(xué)生如何采集與處理農(nóng)業(yè)點(diǎn)源大氣污染的相關(guān)各類型數(shù)據(jù)，指出相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可在GIS中實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)就可以親自操作；空間分析講解中指出緩沖區(qū)分析和空間插值可解決污染影響區(qū)域劃分和時(shí)空分布，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以設(shè)計(jì)操作。
通過上述的專業(yè)實(shí)例貫穿，可以有效引起學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和興趣，感覺GIS就在身邊，又產(chǎn)生“技癢”，促進(jìn)梯次三的實(shí)踐教學(xué)。
3.梯次三：實(shí)踐教學(xué)課題化設(shè)計(jì)。上機(jī)實(shí)驗(yàn)是環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，依據(jù)所設(shè)計(jì)的課題，在實(shí)驗(yàn)過程中得以實(shí)現(xiàn)和解決，將大大加強(qiáng)對GIS課程的理論理解與掌握，激發(fā)進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的動(dòng)力。具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排如表1所示。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與教學(xué)學(xué)時(shí)1∶2配套。
三個(gè)專業(yè)實(shí)例化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，基本包含了GIS基本操作技能，在讓學(xué)生親自了解GIS的強(qiáng)大功能的同時(shí)，更真正體會(huì)到了在GIS中的具體操作過程。
四、結(jié)語
環(huán)境科學(xué)專業(yè)與地理學(xué)有機(jī)融合，更加凸顯環(huán)境科學(xué)的“大環(huán)境”特征，也更能符合全球環(huán)境的研究趨勢。加強(qiáng)環(huán)境專業(yè)GIS教學(xué)與改革是順應(yīng)我國新時(shí)期高等教育“造就一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的優(yōu)秀工程師”的要求。筆者提出GIS教學(xué)過程中貫穿專業(yè)實(shí)例課程化的改革方式，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在實(shí)踐中增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手與解決問題的能力，達(dá)到基礎(chǔ)應(yīng)用型的技能要求，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。
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篇13
Keywords: 3S integrated technology; highway engineering; 3S; feasibility study
中圖分類號E932.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-2104（201中圖分類號2
引言：
隨著現(xiàn)代空間探測及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展,遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)(簡稱3S)在高速公路可行性研究及勘察設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用。 自從1998年1月31日美國副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽恕皵?shù)字地球”(Digital Earth)的概念后,“數(shù)字地球”“數(shù)字城市”相繼成為本世紀(jì)的熱門術(shù)語和新興學(xué)科,數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學(xué),地球空間信息科學(xué)的技術(shù)體系中最基礎(chǔ)和基本的技術(shù)核心是“3 S”技術(shù)及其集成,所謂“3 S”是全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)的統(tǒng)稱,是目前對地球觀測中空間信息獲取、存儲(chǔ)管理、更新、分析和應(yīng)用的三大支撐技術(shù),他集中了空間探測、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)、通訊、人工智能和地球科學(xué)等眾多最新成就,為人類探測地球和分析環(huán)境提供了先進(jìn)有效的手段。
3S集成技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已得到了廣泛的應(yīng)用，在我國也得到了高度重視，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，空間技術(shù)交叉滲透，信息科技蓬勃發(fā)展，3S集成理論正在得到不斷的發(fā)展，已逐步在土地、資源、農(nóng)業(yè)、水利、工程建設(shè)、物探和環(huán)境等領(lǐng)域得到應(yīng)用。 本文主要研究3S集成技術(shù)在道路工程的應(yīng)用[1]。
1．3S集成技術(shù)的概述
“3S”是地理信息系統(tǒng)（Geographical Information Systerm簡稱GIS）、遙感（Remote Sensing 簡稱RS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Systm簡稱GPS）的英文縮寫簡稱，其中GPS和RS分別用于獲取點(diǎn)、線、面等空間信息或監(jiān)測其變化，GIS是完成空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和處理。這三種空間信息技術(shù)已經(jīng)較廣泛的應(yīng)用。
三者在空間信息管理上各具特色,均可獨(dú)立完成自身具有的功能,同時(shí)相互之間又有許多關(guān)聯(lián),在解決問題的功能上各有優(yōu)點(diǎn)與不足。三者的結(jié)合與集成已成為空間科學(xué)的發(fā)展方向和必然趨勢。3S技術(shù)在公路規(guī)劃和勘察選線方面的應(yīng)用研究和勘察設(shè)計(jì)實(shí)踐,在多段高速公路及大型隧道的勘察設(shè)計(jì)應(yīng)用中取得了很好的效果,不但提高速度2~3倍以上,而且可以全面認(rèn)識(shí)公路工程地質(zhì)環(huán)境的特征,提高工作質(zhì)量,尤其在減少不良地質(zhì)危害、優(yōu)化選線設(shè)計(jì)質(zhì)量等方面,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景[2]。
3S集成不是GPS、RS、GIS的簡單組合，而是一種利用現(xiàn)代測繪技術(shù)、遙感技術(shù)、定位技術(shù)、圖像和圖像處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，向GIS和RS數(shù)字圖像處理系統(tǒng)提供足夠的數(shù)量、精度、可靠性、完備性的空間數(shù)據(jù)，通過空間分析、預(yù)測、決策，確保地理信息問題的優(yōu)化、系統(tǒng)地解決[1]。3S集成是高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化的對地觀測系統(tǒng)，并有自動(dòng)、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能。
3S融合技術(shù)是公路勘察的先進(jìn)手段。遙感、全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)為人類探測地球和分析環(huán)境提供了先進(jìn)有效的手段。3S技術(shù)各有特長:遙感圖像能夠快速獲取大面積信息,但有些地物屬性又不可全面感知(如高程和經(jīng)緯度);GPS可以迅速定位目標(biāo),但沒有地理屬性;GIS具有信息查詢分析和管理能力,但數(shù)據(jù)的獲取比較困難;因此它們的結(jié)合應(yīng)用是當(dāng)代信息科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。3S技術(shù)的結(jié)合有多種形式,主要根據(jù)工作需要而定。應(yīng)用衛(wèi)星和航空遙感圖像與計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的結(jié)合,可以快速編制各種比例尺(1∶200 000~1∶10 000甚至更大比例尺)的遙感圖和解譯工程地質(zhì)圖,指導(dǎo)選線勘察工作。其綜合效益可以提高30%~200%以上,地質(zhì)選線速度可以提高3~5倍以上。遙感、全球定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)資源,彼此可以相互結(jié)合,實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ),資源共享?；贕PS的遙感探測,可以獲得具有3維地理信息的遙感圖像數(shù)據(jù),并輸出3維地形模型數(shù)據(jù)(DEM)和各種實(shí)用圖件,大大簡化了傳統(tǒng)地形測量的過程,是地理制圖技術(shù)的一個(gè)飛躍[3]。
應(yīng)用GIS 3維地形模型疊加遙感圖像的技術(shù),可以生成真實(shí)的地形模型,是當(dāng)前在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行公路環(huán)境分析、優(yōu)化路線方案的現(xiàn)代化技術(shù)之一。對優(yōu)化路線方案, 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度有關(guān)鍵作用,是當(dāng)前高等級公路勘察設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向。另外,應(yīng)用3S系統(tǒng)的信息采集、分析與制圖功能,可以有效進(jìn)行公路交通各個(gè)階段的管理工作。例如,路區(qū)遙感圖像的更新及專題圖的輸出,工程建設(shè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與圖像圖形顯示,車流量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析,車輛GIS與GPS動(dòng)態(tài)安全管理等。從公路選線、工程地質(zhì)勘察、工程設(shè)計(jì)到公路運(yùn)行管理,3S技術(shù)的信息分析技術(shù)有其他手段不可替代的作用;遙感航測制圖更有其速度快、質(zhì)量高、節(jié)省人力物力的優(yōu)勢,而3維遙感航測數(shù)據(jù)是公路勘測設(shè)計(jì)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。
2. 3S技術(shù)在公路工程應(yīng)用中的特點(diǎn)
2.1集成化
傳統(tǒng)的公路測量、設(shè)計(jì)表現(xiàn)為離散式、分離式的測、設(shè)、繪的過程,譬如野外測量就可以分為測角、量距、水準(zhǔn)等三大要素,而利用3S技術(shù)的勘測設(shè)計(jì)則是集成測繪技術(shù),表現(xiàn)為外業(yè)、內(nèi)業(yè)用圖一體化、集成化。
2.2實(shí)時(shí)化
經(jīng)典的公路工程從規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)營是建立在對路線外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的后處理基礎(chǔ)上的,到獲得3維坐標(biāo)有一定的時(shí)間滯后。而3S技術(shù)可根據(jù)某些內(nèi)容的要求實(shí)時(shí)、快速地確定3維坐標(biāo)。
2.3動(dòng)態(tài)化
