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地理信息科学的特点范文1
关键词：教学内容；地理信息系统原理；研讨式
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）09-0116-02
一、《地理信息系统原理》实施研讨式教学的必要性
（一）信息化条件下大学本科教学模式的需求
目前，传统的教学模式以被动的接收信息与知识、靠记忆获取知识已经不符合时代潮流，不能满足信息化时代对大学生提出的要求。从教与学各个方面进行教学改革，以教促学是信息化时代本科教学的需要。大学本科生毕业之后，帮你解决问题的是你思维，不是你记住多少，记住什么，而是你怎么想的，怎么解决问题。信息时代的教学模式在文化继承的同时更注重培养人的创造性，实现对文化的不断超越，这是信息时代对每一个社会成员素质的基本要求。
（二）“数字湖南”人才建设的需求
“四个湖南”即绿色湖南、创新型湖南、数字湖南和法治湖南，其中创新是发展的动力和活力，数字化是重要支撑。建设数字湖南，充分利用信息技术，是“四个湖南”建设的基础和支撑，是加快建设“两型社会”的客观要求和必然选择。地理信息科学（GIS）专业学生是“数字湖南”建设的潜在与贮备人才，是“数字湖南”建设的生力军。
（三）贯彻实施国家高等教育质量工程的需求
21世纪，知识经济化、经济全球化和高度信息化，对新世纪人才提出了更高的要求。人才强国的战略把教育工作提高到一个新的高度，高等教育由精英教育走向大众化教育，素质教育纳入到整个教育质量体系之中。《国家中长期教育改革和发展规划纲要》把全面提高质量作为高等教育发展的核心任务，高等教育质量工程成为教育发展与改革的重点。
二、《地理信息系统原理》课程研讨式教学内容
（一）《地理信息系统原理》课程教学重点与教学难点
《地理信息系统原理》是地理信息科学专业的核心课程，也是测绘工程、土地资源管理等专业的主干课程。地理信息系统是利用计算机技术对地球表层空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、分析和显示的技术系统，处理和管理的对象是地理空间实体数据及其关系。课程主要目的是使学生掌握空间数据的存贮、管理和组织方式和空间分析的方法，了解地理信息系统学科的基本特征，了解国内外大型地理信息系统软件的空间数据结构组织，并掌握常用GIS软件的操作。根据《地理信息系统原理》课程特点和教学目的，本课程的教学重点为空间数据获取方式与空间数据质量、空间数据模型、两种常用空间数据结构和编码方式、空间数据库的组织方式、空间分析的原理与方法。本课程的教学难点为空间数据模型、两种常用空间数据结构、空间分析的原理。
（二）《地理信息系统原理》课程研讨式问题的设计
依据《地理信息系统原理》课程的教学重点和教学难点，结合数字城市建设对人才的实际需求，在地理信息科学专业和测绘工程专业设置4―6个研讨式的问题，以教师提出问题，学生思考与讨论问题，教师引导式解决问题的方式进行教学。在研讨式教学过程中，研讨式的问题的设置是关键，设置的问题需要能激起学生的兴趣，又能结合信息化时代对地理信息科学的相关要求。以长沙市公交线路的空间分布、空间数据建模、空间数据编码与路径分析为例，设置5个研讨式的问题，学生在课堂上分小组讨论问题，并总结小组答案，组长描述解决问题的过程与最终解决问题的方式。
三、《地理信息系统原理》课程研式教学方式
（一）小班模式
针对30人以下的小班教学，研究GIS本科专业必修课程课堂教学时学生参与方式，确保即能完成教学任务又能激发学生学习积极性。30人以下的小班，以5人为一个小组，6个小组，每个小组通过课前收集资料，课堂讨论与组长汇报解决方案，课后整理总结。《地理信息系统原理》共设置5个研讨式问题，3个问题在理论课堂解决，2个问题在实验课堂解决。
（二）大班模式
针对30人以上的大班教学，依据学生个体差异，分2个大组进行研讨式问题的设计，提供2组研讨式问题。每组研讨式问题列出5个研讨式问题，每个小组通过课前收集资料，课堂讨论与组长汇报解决方案，课后整理总结。3个问题在实验课堂解决，2个问题在理论课堂解决。
四、《地理信息系统原理》课程研讨式教学的效果
在2011级和2012级地理信息系统和测绘工程专业的《地理信息系统原理》课程实行研讨式教学，课程总课时为32理论，16实验，其中地理信息系统专业采用小班教学模式，在3次理论和2次实验课堂中采用研讨式教学。测绘工程专业采用大班教学模式，在2次理论和3次实验课堂中采用研讨式教学。
从表1可以看出，采用研讨式教学模式，学生参与度明显提高，能够体现学生学习的积极性和主动性。但研讨式教学时教学进度比较慢，《地理信息系统原理》共48课时，教学内容比较多，受到课时的限制，研讨式教学的内容和研讨式教学的问题不应设置的太多，因此，研讨式问题的设置一定是教学重点和教学难点，研讨式教学目的是为了学生更好地理解教学难点内容。
参考文献：
[1]陈志刚，张紫屏.课程改革的难题：凯洛夫教学模式的遗留[J].2013，311（6）：25-38.
[2]袁维新.科学探究教学模式的反思与批判[J].教育学报，2006，2（4）：13-17.
The Discussion on Teaching Content and Mode of Geographic Information System
ZHAO Chun-yan，CHU Rong
（College of Science，Central South University of Forestry & Technology，Changsha，Hunan 410004，China）
地理信息科学的特点范文2
在对学生成绩总体评价方面,单位或企业都很看重学生的在校成绩,希望学生成绩在良好以上的单位占92.0%。在学生获得各类证书方面,希望学生外语成绩通过四六级考试的比例为72.0%,但有些单位不要求学生通过等级考试,这样的单位有软件公司和从事纯测绘的单位。希望学生掌握计算机程序设计语言能力的单位占96.0%,但在计算机等级考试方面,希望学生过二、三级考试的单位占64.0%,也有28.0%的单位不需要学生过计算机等级考试,这样的单位往往是行业管理单位或规模较小的单位。考虑学生是否具有“全国GIS应用水平考试证书”的单位不多,选择可有可无的单位占80.0%,选择需要的只占12.0%,“全国地理信息系统应用水平考试证书”考试是由地理信息系统软件及其应用教育部工程研究中心组织的。目前除高校外,对大多数企业来讲不是很了解,有待进一步加强宣传力度,当其纳入到政府行为的全国职业资格考试范畴时才会引起学生和用人单位的重视。在行业内地理信息系统软件使用方面,有84.0%的单位要求学生熟练掌握地理信息系统软件使用,说明单位看重学生的对行业内地理信息系统软件的实际动手能力。在地理信息工程应用方面,希望学生在校期间参加过工程应用项目经历的比例达84.0%,且92.0%的单位希望学生掌握了数据整理与建库技术。在地理信息系统软件开发方面,要求学生基本掌握或熟练掌握地理信息系统二次开发技术的比例达96.0%,要求熟练掌握的主要是地理信息系统软件公司和信息中心等单位达48.0%。由于调查的是测绘地理信息行业,有68.0%的单位希望学生具有从事外业测绘工作的经历和能力,不要求学生具备外业测绘能力的单位多数是软件公司和信息中心。除外业测绘能力外,有96.0%的单位强调学生具有摄影测量与遥感方面的知识,因为企业都知道摄影测量与遥感技术是未来空间信息获取的主要手段,此项知识的掌握有助于单位未来业务拓展。自学能力是一个人从事终生学习的基本要求,几乎所有的单位都希望学生具有自学能力,有72.0%特别强调很需要,说明一个单位的发展离不开员工的知识更新。希望学生具有科学研究潜力的单位占80.0%,只有20%的单位不强调这一要求,其中私有企业几乎都要求学生具有科学研究的潜力,表明企业要发展,必须要求员工具有科学研究潜力来保证。多数企业注重学生在校期间参加各类竞赛活动并获奖,有60.0%单位表示会优先考虑录用获得过各类竞赛奖的学生,只有16.0%单位不会考虑。至于学生在校期间是否获得奖学金,有60.0%的单位明确表示不考虑,表明单位注重学生实际能力的因素大于课堂考试成绩因素。在团队协作精神方面,有96.0%的单位强调学生这一素质,因此大学期间如何培养学生的团队精神是今后学校应该关注的问题。就学生的交际能力方面,84.0%的单位表示学生应该具备较强的交际能力。在学生业余爱好方面,强调学生具有体育、艺术爱好的单位比例分别是48.0%和36.0%,也有20.0%的单位不对学生业余爱好提出要求。在学生生源的地域方面,有76.0%的单位不考虑学生的地域要求,希望学生来自农村或周边省份的单位所占比例均为16.0%单位,这样的单位是基础测绘单位,希望学生能吃苦、稳定。在性别方面,有72.0%的单位不考虑学生的性别,有28.0%的单位希望是男生。这是由于GIS专业性质所决定,GIS专业人员大多在室内工作,男女生没有什么太大的区别。而希望招收男生的主要是从事测绘与地理信息生产任务的单位。
2地理信息科学专业本科学生能力结构体系
2.1学生能力结构体系
人的能力是在人的生理素质的基础上,经过教育和培养,并在实践过程中吸取前人的智慧和经验而形成和发展起来的。能力=知识+科学方式+技能[6,7]。地理信息科学是一门集计算机科学、地理学、测绘科学、环境科学、空间科学以及管理科学等学科为一体的交叉学科,这就要求GIS专业的学生不仅要有扎实的理论基础,还应该具有较强的动手能力和软件开发能力,同时自主学习能力是学生适应未来学科发展和拓展应用领域的基础[8]。具体来讲,对一个GIS本科生的基本要求是:起码要熟练掌握一门计算机语言,能够开发简单的GIS应用模块,能够掌握二种以上的常见地理信息系统软件,并至少具有一种二次开发的能力,尽最大可能让学生参与相关的科学研究与实用地理信息工程项目的开发[9]。由此可见,GIS专业学生能力除一般大学生所具备的能力和素质之外,更要突显以下七个方面的能力:专业基础理论与前沿技术、地理信息系统软件使用与数据采集处理能力、空间数据建模与分析能力、地理信息工程建设能力、地理信息系统二次开发设计能力、自主学习能力以及GIS科研与创新能力等。基于上述分析,我们可以构建地理信息科学专业学生能力结构体系,通过专家打分后采用改进的层次分析法进行综合评价得到各结构项的权重[10-12],如表2所示。在该能力结构体系中,强调学生的基础理论、兼顾学生的基本技能,同时也突出了地理信息系统工程应用的特点和创新能力。权重的高低并不代表知识重要程度,因为表中的7个方面的知识和能力是地理信息科学专业所必须具备的,它是指各知识结构在整个知识结构中的比例,可以成为地理信息科学专业课程体系设置的基础。
2.2能力结构体系应用
东华理工大学地理信息科学专业从1999年开设,专业教师一直在探索该专业学生能力体系结构,并根据能力结构体系制订和修订教学计划。东华理工大学地理信息科学专业是依托测绘学科开设的,所以东华理工大学的特色在于突出空间信息的获取与表达、地理信息工程开发与建设两个方面。对此,东华理工大学加强了测绘类和计算机类课程的理论与实践性教学的比重,体现理论与实践性课程“四年不断线”的教学计划设计思路。例如,测绘类课程开设了地图学、测量学、测量平差基础、摄影测量学、GPS测量原理、遥感原理等课程;计算机类课程开设了计算机基础、C语言、高级程序设计、数据结构、数据库原理与地图数据库、计算机地图制图、GIS二次开发等课程;实践性课程有数字化测图软件(测量学)、GIS软件及应用、遥感软件及应用,GIS设计与开发、专业综合实习、生产(毕业)实习。这样保证了学生从大一到大四每年都能在测绘类、计算机类、实践类三方面都有相应的理论课程或实践性教学环节,对巩固学生的理论知识与实践能力、对学生能力培养起到了很好的推动作用。此外,东华理工大学还注重为学生提供科技创新与动手能力的机会,例如实行本科生导师制、鼓励学生参加老师生产型或研究型课题、引导学生参加各类科技创新与竞赛活动等。实践表明,通过教学计划的调准,学生能力有稳步提高的趋势。例如,东华理工大学2013届地理信息科学专业有一个本科生就成功地在网络环境下研发了一个“基于GIS的高校餐饮物流配送管理信息系统”,并应聘到上海诚信所从事软件开发工作,这与平时东华理工大学加强学生知识结构与能力培养是分不开的。
地理信息科学的特点范文3
关键词：GIS应用,问题,创新,发展
引言
GIS是地理信息系统（Geographical Information Systems）的英文缩号，是构建“数字城市”和“数字地球”的核心技术。不论是地理信息系统、地理信息软件，还是地理信息科学、地理信息服务，其英文缩写都是GIS，但每一个概念的形成到发展都差不多经历了十年，GIS学科的形成与发展非常巧地与GIS中的“S”内涵丰富联系在一起。美国环境系统研究所公司（简称ESRI公司成立于1969年），是全球最大的GIS技术和服务提供商，她的ArcGIS解决方案已经迅速成为提高政府部门和企业服务水平的重要工具。目前Arc GIS系列产品已遍布全球200多个国家和地区，超过百万个用户单位、涵盖几乎所有的GIS应用领域，其中包括美国最大的200个城市中几乎所有的政府部门，超过2/3的500强企业和7000余所高等院校。而目前我们经常在使用的各种GIS软件也是在其基础上再次开发延伸。
1目前GIS问题存在与解决
GIS是一门综合交叉的空间信息科学，它与古老的地理科学以及测绘科学
有着千丝万缕的联系。目前GIS已经发展成为一门集计算机科学，地理学、测绘科学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等多门科学为一体的新兴的综合性边缘学科。作为一门新兴的边缘、交叉学科、GIS具有独特的理论基础、知识结构、技术体系，以及功能特征，成为当代科学的前沿和一个跨学科的科学领域。但同时由于我国各部门各行业的管理体制以及教育体制等因素，造成很多学校和单位不管条件如何，为了跟风设置GIS专业多、人员多、设备投入多，而研究产生的数据资料成果质量不高，且还各自封锁，造成重复投入，各成体系，浪费惊人，“高投入、低产出”，缺少真正的核心技术。因而当务之急亟需纠正浮躁作风，针对性地集中力量开发和解决社会对GIS技术真正需求。
2GIS的应用、创新
GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关
数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。我国的GIS技术经过20世纪七八十年代的启蒙，80年代未90年代的发展推广，以及新世纪以来的全面应用和普及，从最初的空间数据管理与应用发展为广泛的地理空间信息服务，GIS的应用已经渗透到国民经济的各个领域，GIS技术与产业获得了迅猛发展，国际与国内相关的交流与合作也日趋频繁。而在测绘领域的“3S”技术中GIS是核心，为此也对GIS提出了挑战——需要创新。
2．1 GIS学科创新
创新是一个民族发展壮大的灵魂，创新也是一门学科保持旺盛生命力的源泉。而GIS从上世纪60年代萌芽开始，已超过半个多世纪的历程，一些基本理论与技术问题已解决。随着计算机软硬件、“3S”等技术的发展，GIS经历了面向数据处理，面向空间分析两个阶段；目前，简单的空间数据表达，已不能满足各行业对海量空间和非空间数据进行数据挖掘，从而进行辅助决策的要求，空间信息工程正进入面向空间辅助决策阶段。同时，新一代计算机网络、网格和通信息技术发展，也为空间信息系统的深层应用提供了条件和环境，地理信息科学正面临着新的发展机遇，传统的以空间信息处理为主体的GIS，正逐步被以空间信息为载体，海量（天量）空间与非空间数据挖掘和处理为主体的新的空间信息工程所取代，地理信息正在进入以大技术、大平台、大共享、大应用为特征的现代地理信息系统工程新阶段。。
2．2 GIS理论创新
没有理论创新，技术不会有根本的突破、现代的GIS理论与技术根本上是基于传统的地图模型，即利用坐标串来描述和表达空间信息。这种静态的基于地图模型的传统GIS空间数据模型面向的是空间数据，尤其是地图数据而不是直接面向空间信息，也就是空间信息必须用某种算法从空间数据中导出。在网格等新技术背景下，基于这种模型的空间信息共享面临着“空间数据的基准不一致，空间数据的时态不一致，语义描述的不一致以及数据贮存格式的不一致”等四大障碍，这即是导致“空间信息孤岛”产生的根源。目前，主要还是利用开放的空间数据标准来解决；要从根本上解决这个问题还需要研究新的数据模型理论，例如基于哲学认知的本体理论就是一个研究的热点。传统2维的空间数据模型，主要以简单的符号化方法来表现空间信息，具有很大的局限性；3维数据模型则以仿真手段为主，真实地还原空间信息本身的空间特性，但3维的空间数据模型和数据结构要比2维复杂得多，有关3维空间数据模型与数据结构的研究是目前学科前沿研究的热点和难点之一。。
2．3 GIS技术创新
技术创新在GIS学科领域占有十分重要的位置。计算机软硬件技术的发展，直接导致了GIS的诞生，将计算机技术应用于空间数据管理就产生了GIS；基于传统的地图2维空间数据模型，经典的集中式结构GIS利用空间数据文件和关系型属性空间数据库相结合的方式，管理、存储、表达（可视化）和推演（空间分析）空间信息是GIS最为成熟的技术。计算机网络技术的发展，导致了分布式网络GIS的产生；基于局域网技术，人们发展了基于客户端服务器（C/S）结构的GIS，开创了分布式GIS的先河； C/S结构实现了客户端服务器端的计算平衡，并使空间信息的共享达到了一个前所未有的水平；随着Internet的飞速发展，人们很快在C/S结构的基础上，发展了多层的浏览器/服务器（B/S）结构（WebGIS）,这种结构克服了C/S结构中“胖客户端”的弊端，无论在哪里，只要有一个普通的浏览器，就可以登录WebGIS系统，用户和数据彻底分开，结构上更加松散，但目前WebGIS技术还很不成熟，在很多方面亟等发展，例如；浏览器通过中间件与应用和数据服务器进行通信和连接，那么有关GIS的各种中间件，包括控件、组件和智能体技术研究十分火热；为便于网络传输空间数据的解压缩技术研究十分关键；分布式数据与数据仓库技术（实现图形数据、属性数据、影像数据、DEM数据、专题数据和统计数据的一体化、档案化管理）基于空间数据仓库的知识挖掘技术，分布式空间数据共享技术、空间信息的Web服务技术，浏览器端的空间数据可视化技术，基于WebGIS的辅助空间决策技术等都是WebGIS的技术前沿领域。
现代大科学的一种发展趋势就是科学技术化，技术科学化，科学技术一体化。这种特点在地理空间信息科学中表现得尤为明显。如上述所提到的空间数据模型、空间信息共享、空间数据挖掘、虚拟地理环境等，理论与技术的特点都很明显，且二者密不可分，这就要求现代高级的GIS人才，要同时具有较强的理论与技术创新能力。。
3结束语
随着GIS技术的不断发展，目前世界上常用的GIS软件已达400多种、我
国的GIS软件也由2004年的51个、05年的66个一直在逐年增加。它们大小不一，风格各异，各种GIS专业应用中的电子地图、多媒体电子地图、网络电子地图、移动设备导航电子地图等多种地图可视化系统应运而生，用户范围也更加大众化。而今后更应从空间数据挖掘和知识发现研究、虚拟现实技术的实用化、地球空间信息网格技术、空间数据不确定性与数据质量控制等需要进一步推进GIS技术的创新，并对目前GIS爆炸式的发展更应引起我们足够的注意、研究与理性的思考。
主要参考文献：
﹝1﹞刘南、刘仁义· Web GIS原理及其应用﹝M﹞·北京：科学出版社2002.6.
﹝2﹞ 边馥苓·我国高等GIS教育:问题、创新与发展﹝J﹞地理信息世界2007.2.
地理信息科学的特点范文4
1研究进展和成就
土地信息科学作为一门新兴的信息科学技术,已走过了近40年的发展历程。目前正以每年25%~40%的速度快速增长。毫无疑问,土地信息科学是国土现代化无可替代的重要技术支撑,它的广泛应用,必将给土地资源的研究和发展带来革命性的变革[3]。
1.1土地利用遥感动态监测研究我国土地利用/土地覆被变化遥感动态监测研究始于20世纪70年代。1974年开始引进美国地球资源卫星图像,开展遥感图像处理和解译工作。1978年全国第二次土壤普查,许多地区利用航片借助计算机技术勾绘出了土地利用现状图和土壤图。20世纪80—90年代,微型计算机的出现促进了遥感技术的发展,我国土地信息科学研究进入新的阶段。1980—1983年我国利用陆地卫星图像资料对全国土地进行遥感调查,编制了1∶250000和1∶2000000土地利用现状图。利用航空遥感图像判读编制了1∶10000、1∶25000、1∶50000的土地利用现状图和土地利用类型图。航空遥感与GPS应用到城镇大比例尺(1∶2000~1∶500)地形图测绘工作中,为城市土地规划建设提供了依据。90年代初,在国家土地管理局的组织下,东部采用航空遥感信息完成1∶10000土地利用调查,西部以航空遥感和卫星遥感信息相结合完成1∶50000、1∶100000和1∶200000土地利用调查。近十几年以来,随着卫星遥感分辨率的不断提高,遥感技术在土地利用动态变化监测中发挥越来越重要的作用。在国家科委和国家科学基金委“九五”到2010的重点发展领域和优先资助领域中,将土地利用动态变化遥感监测作为研究重点之一[4]。目前,遥感技术因其能提供动态、丰富和廉价的数据源已成为获取土地利用/土地覆被变化最为行之有效的手段。卫星遥感在全球和区域尺度土地利用/土地覆被变化研究与应用方面均取得了突破性进展[5]。
1.2土地信息系统建设研究1980年中国科学院遥感所成立了第一个地理信息系统研究室,并于1985年组建了“资源与环境信息系统”国家重点实验室。1990年,武汉大学建立“测绘遥感信息工程”国家实验室。在此基础上我国开展了大量的土地信息相关的开发研制工作,如中国测绘局在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上,建成1∶1000000国土基础信息系统和全国土地信息系统[2]。国土资源部已将“加强信息系统建设,实现信息服务社会化”列为国土资源部门的五大任务之一,并已成立了以部长为首的部信息化领导小组,组建了部信息中心。在新一轮国土资源大调查中设立了“数字国土工程”专项,我国国土资源信息化工作已全面展开[6]。与此同时,我国一大批土地信息化相关的重点项目已经或者正在开发、实施。例如,黄杏元等根据城市土地定级因素所具有的空间特征和相关性,采用地理信息系统的技术和方法,运用空间数据库存贮、管理和操作各类与城市土地定级估价有关的信息和数据,完成了南通市土地定级信息系统的设计,建立了土地定级估价数据库[7]。武汉大学资源与环境学院开发了农用地分等定级估价信息系统,不但可以减少农用地分等定级估价工作中大量烦琐的计算工作,而且可以大大提高分等的速度和精度。
1.3人才培养和学术交流成果研究近年来,我国研究者出版了一系列有关论述土地信息科学的专著,如由胡月明等编著的《土地信息系统》(华南理工大学出版社2001年出版)、海等编著的《土地管理信息系统》(中国农业大学出版社2000年出版)等。同时,我国学者也发表了大量的土地信息科学相关的学术论文,如彭俊等就“土地信息学”的建设进行了深入的探讨。严泰来等就土地信息学科前沿的若干问题作了深入的剖析。孙静等就土地利用遥感动态监测技术方法作了详细介绍。近年来,许多高校科研院所开设了与土地信息科学有关的专业、课程和培训班,培养出了一大批从事土地信息科学教学、研究和实践的工作人员。
2前沿领域
无论从发展土地信息科学的角度,还是从国家社会经济进步的需求来看,土地信息科学面临着不少困难和新的挑战,同时也迎来发展的有利契机。本文主要从空间信息数据库角度提出一些土地信息学科的前沿问题。
2.1空间数据表达与系统开发标准化土地信息的标准化程度决定了系统的兼容性、可移植性,同时也保证信息的共享和可持续利用[8]。土地信息系统的标准化包含两方面的含义。首先,要服从软件系统工程的标准,服从系统的设计、开发标准和网络协议标准。其次,土地信息系统要遵从土地行业及地理界的标准,服从空间地理信息(点、线、面)的描述、管理和表示的数据标准。目前我国土地信息系统建设缺乏统一的技术标准,系统低水平设计、软件重复开发现象严重。土地信息化基础设施薄弱,基础数据库建库与更新仍是一个瓶颈问题。应确定基础数据生产和利用的法定地位,加快制定有关国家标准,加强数据质量控制,统一土地空间数据模型[9],具体如土地信息系统中名词术语标准、图形与影像数据采集技术规程、数据交换格式标准、数据精度和质量标准、土地数据的分类与代码等[3]。值得一提的是,宋其友等编著的《土地信息学》较为系统地介绍了土地信息的数据模型、数据获取、应用模型等[10]。
2.2空间数据信息挖掘问题当前全国各地国土资源部门构建了多层次、多类型的国土资源数据库。数据库的数据规模、质量与数据的完备性都达到前所未有的高度,这种情形为数据库的信息挖掘提供了良好条件[11]。随着国土信息化进程的深入,不同时间、不同区域、不同方式来源的土地信息数据越来越多,积累了大量的空间数据资料,如何在系统支持下由“死”数据变为“活”数据,挖掘深层次的信息成为当前土地信息科学的热点问题[12]。事实上,不少人对这个问题也做了深入研究。比如,有人利用一个地区各个图斑的周长面积比的平均值来衡量这个地区的土地开发程度,也有人从城市各个商业网点布局来发现一些经济现象[13]。
2.3时空数据结构问题时间、空间、属性是构成GIS的三个基础成分。黄杏元等指出时间是土地信息系统中不可缺少的一维,它不仅仅作为数据的一个组成部分,而且与空间数据相互关联地存在着[14]。然而,目前的土地信息系统软件除三维表面模型外,基本上是二维模型,难以描述土地时空的三维性。若要实现这一目标,二维的土地信息系统模型需要作根本性的改进[15]。
2.4数据压缩和数据更新淘汰问题土地空间数据涉及跨部门、跨行业的多种数据格式和多种数据类型的大量资源、环境和社会经济图形、属性数据。这些空间数据在以几何级数的形式增长,而计算机数据存储空间却是以算术级数在增加,势必有一天存储空间容纳不下巨量的地学信息数据[13]。研究科学的空间数据压缩方法显得十分必要。
2.5遥感影像数据解译精度与可信度问题遥感影像数据解译精度与可信度是贯穿于土地利用动态变化监测过程的核心问题之一,也是困扰遥感技术在土地利用动态监测中应用的重要限制因素。多数据源的数据融合问题、确定信息与不确定信息问题、人—机交互界面设计等是今后土地信息科学发展所面临的主要问题。
3发展趋势
3.1多学科的集成性研究张荣群[16]指出土地信息科学涉及遥感与测绘技术、计算机信息技术、数学和统计学、地图学,以及与土地相关的地理学、环境生态学、土壤学、气象学、城市科学和管理学等学科。遥感测绘技术以及全球定位技术为土地信息系统提供丰富的数据来源;计算机科学为土地信息系统的发展提供强大的软、硬件环境;环境资源(土地资源相关)科学则是土地信息系统工作的对象。
3.2土地信息的网络化研究土地管理业务具有业务种类多样性、数据量大、手续繁杂等特点,要求各个部门共享信息,协同处理。Internet具有不受时空限制能快速、直观地土地信息,对于合理保护、利用和开发土地资源,整合资源优势,最大限度地挖掘土地生产力,保证土地资源的可持续利用等方面具有积极作用[17]。正如朱明仓[18]指出的在网络信息技术的强大推动下,具有时间特性的土地信息数据也必将通过先进的网络技术实现各种土地信息用户的互连和信息资源共享,不仅实现增强协同处理业务能力,进行业务监督,更能把土地信息传给千家万户,真正使普通老百姓加入到土地管理中来,最终实现土地信息的开放性和实用性[3]。目前土地网络化研究前沿是通过WebGIS实现的。利用web技术可以实现基于地图的浏览、查询、分析应用等功能,从而能够构建智能化、个性化、交互式的土地信息管理和服务平台,实现开放的、互操作的数据共享LIS系统。当前用于WebGIS的浏览器的中间键有多种,对客户端,主要有Ac-tivex,JavaApplet,P1ug-in,Autodesk公司Mapguide等方式;对服务器端,主要有CORBA,CGI和JavaServerlet,武汉大学研制的GeosuIf等方式[17]。
3.3土地信息系统的智能化研究土地信息系统是一个基于土地空间数据的信息系统,它必须具有自动采集和处理空间数据的功能,而且能智能式分析和运用数据,提供科学的决策咨询,以回答用户可能提出的各种复杂问题[3]。在土地信息系统中加入专业领域的知识和有关空间推理知识形成知识库和专家系统(ES)模块,实现对空间土地数据综合分析人脑思维化。我国学者在智能化的土地信息系统开发中也做了大量工作。如,郑顺义等基于对知识工程的土地信息系统的研究,开发了交通建设用地分析系统TransLand,该系统开发了智能决策部分,包括知识库、模型库的管理,以及推理、解释等模块。系统的运行证明,建立基于知识的土地信息系统可以克服传统土地信息系统的一些缺陷和不足,利用其进行土地分析,能够从定量、定性、定位的角度对交通建设用地的有关问题进行全方位的分析和决策[19]。
3.4地面、航空、航天的多层次综合遥感监测近年来,地面、航空、航天的多层次综合遥感在LUCC研究中的应用越来越受到人们的重视。通过地面、航空、航天的多层次综合遥感监测,建立国土资源卫星监测网络,系统地获取土地利用、土地覆被变化不同分辨力的遥感图像数据。
3.5综合“3S“技术应用,发挥整体功能遥感技术作为一种勘查技术手段和一种信息源,其应用是非常有限的,但是,当遥感(RS)与地理信息系统(GIS)和全球卫星定位系统(GPS)集成后,其技术应用的能力和范围将会得到极大的提升和拓展。可见,3S技术(GIS、RS、GPS)充分集成,建立适合LUCC监测领域应用的综合多功能型的遥感信息技术是今后的发展方向。
地理信息科学的特点范文5
【关键词】空间信息技术；3S；矿山测量
0 前言
空间信息技术是20世纪80年展起来的，其核心和主体是“3S”技术，即遥感、全球定位系统、地理信息系统，作为一项综合性的技术已构成当代高技术的一个重要组成部分。与传统的对地观测手段相比，它的优势在于能够提供全球或大区域精确定位的高频度宏观影像 ，扩大了人类的视野，加深了对地球及其变化的了解。目前，空间信息技术已在全球与区域通信、导航定位、资源调查、灾害和环境的动态监测、区域和城市规划等领域得到了广泛应用[1]。
近年来，中国空间信息技术发展取得一系列重要进展，其中，遥感信息技术方面，已建立资源卫星数据服务体系，形成一定市场规模，相应遥感数据生产加工市场潜力巨大，相关企业也正在迅速发展与壮大。此外，卫星定位技术方面已得到广泛应用，并形成相当规模的产业群体[2]。矿山测量应用于矿区生产与管理的各个环节，矿山测量技术经过几十年的发展，在理论和技术上基本能够满足矿山开采生产的要求，但信息时代的矿山测量面临的是新的任务和要求，近十几年来空间信息技术在矿山测量界取得了较大进展，其理论研究和实际应用不断发展和完善，这些先进技术已经在一些矿区得到广泛应用，并取得了显著的经济效益。
1 空间信息技术在矿山测量中的应用
以“3S”集成为主导的空间信息技术体系已逐渐成为测绘学或地球信息学（Geoinformatics或Geomatics）新的技术体系和工作模式，其先进性、时效性明显。以空间信息技术为技术支撑，现代测绘仪器、技术正处于快速的发展之中。空间信息技术是矿山测量实现其现代任务的重要的技术支撑和保证，以“3S”技术和其他测量仪器技术的有机结合为基础的矿区资料环境信息系统就是空间信息技术在矿山测量中应用的综合性成果[1]。
1.1 遥感及其在矿山测量中的应用
遥感依据不同的物体的电磁波特性不同来探测地表物体对电磁波的反射和发射，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感包括卫星遥感和航空遥感，航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到了广泛的应用，卫星遥感用于测图也正在矿究之中并已取得一些意义重大的成果，基于遥感资料建立数字地面模型（DTM）进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。
遥感科技正在走向定量化 、自动化与实用化。遥感观测技术向多传感器、多平台、多角度和三高（高分辨率、高光谱、高时相）的方向发展；1m及更高空间分辨率的多光谱遥感数据已商品化；具有几十、上百个光谱段的高光谱遥感正在从航空向航天平台迈进，它能够鉴定矿物岩石的成分及土壤的物化性质；合成孔径雷达图像处理与应用发展喜人；无地面控制遥感影像定位技术，国际上已达到15m甚至更高的精度[3]。
遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富的经验。应用遥感资料，可获取矿区实时、动态、综合的信息源，对矿区环境进行监测，为矿区环境保护提供决策支持，在进行找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面也已得到应用。合成孔径雷达干涉（InSAR）测量技术是近年来微波遥感发展的一个重要方向，InSAR 利用雷达信号的相位信息提取地球表面的高精度三维信息，可以测量地面点的高程变化，是目前空间遥感技术中获取高程信息精度最高的一项技术，由于它可以获得全球高精度的（毫米级）、高可靠性的（全天时、全天候）地表变化信息，因此能够有效地监测由自然和人为因素引起的地表形变。
1.2 全球定位系统及其在矿山测量中的应用
全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。全球定位系统共三部分构成：空间部分、地面控制部分、用户装置部分等。GPS的主要特点是全天候、全球覆盖、三位定速定时高精度、快速省时高效率及应用广泛。未来几年中，GPS和俄国研制的GLONASS两个卫星导航定位系统的技术水平、精度和抗干扰能力将会大幅度提高。有中国参与的欧洲Galileo 卫星导航定位系统 2005年已进入实质建设阶段，将于 2010年前后建成，其精度和性能将大大优于目前的 GPS系统，从而打破美国GPS在全球的垄断局面[2]。
GPS作为一项引起传统测绘观念重大变革的技术，已经成为大地测量的主要技术手段，也是最具潜力的全能型技术，在矿山测量、控制测量、工程测量、环境监测、防灾减灾以及交通运输工具的导航方面发挥着重要的作用。由于GPS不仅具有全天候、高精度和高度灵活性的优点，而且与传统的测量技术相比，无严格的控制测量等级之分，不必考虑测点间通视，不需造标，不存在误差积累，可同时进行三维定位等优点，在外业测量模式、误差来源和数据处理方面是对传统测绘观念的革命性转变。
目前，在矿山测量中，主要应用GPS技术建立区域性或局域性的大地测量GPS控制网，进行矿区地表移动监测等等。其中，定位精度比 DGPS高100倍的GPS-RTK实时载波相位差分技术，以其高精度、全天候、高效率等优势，在大地测量和工程测量中，显示出巨大的潜力和广阔的前景。传统的定位和施工放样，不仅仪器种类繁多，需要人员多，而且精度容易受施工作业现场影响。GPS-RTK 综合了其他测量仪器的功能，提高了作业效率，对于图形的数字化管理和使用也起到了促进作用，利用 GPS-RTK 测量手段可以得到每一个测点的三维坐标，并采用数据、图形和位置等不同的表现形式反映到不同的应用环境中，解决了图形不能统一到国家坐标系中这一问题。GPS-RTK 在矿山测量中的应用，使得代表着当今尖端科学水平的3S技术在矿山测量中成功实现突破[3]。
1.3 地理信息系统及其在矿山测量中的应用
GIS是近20年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析与输出地理图形及其属性数据。这样，就可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于使用。地理信息系统作为对空间地理分布有关的数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统，其发展和应用对测绘科学的发展意义重大，是现代测绘技术的重大技术支撑。GIS正在向地理信息科学或空间信息科学的方向发展，并与计算机技术、信息技术相互借鉴、渗透，将成为一门独特的影响广泛的空间信息科学技术。
地理信息系统在地质、矿产领域的应用可以概括为三个方向：GIS技术建立多源数据找矿模型、矿山地理信息系统（Mine GIS，MGIS）和三维矿山[4]。目前虽然在我国矿山资源勘查、开发和生产管理中已经有多种GIS软件系统发挥了作用，但是由于许多原因如地下矿产资源数据获取不易性、不完整性及矿山地下采掘空间动态性等等，使得这些软件在矿山不完全实用，因此致力于研发适宜矿山特点的矿山地理信息系统是十分必要的，十几年来国内外的科技人员特别是矿业界的科技人员在MGIS的基本理论、技术体系、方法及实用软件开发方面做了大量的工作，取得了可喜的成果；三维矿山是矿山客观实体的一个模型描述， 通过三维矿山的建设，地质、矿业界人士能够更直观、更精确地圈定矿体边界，了解不同矿体分布的三维形态，准确地解译和圈定地下地质体，借以指导矿业开发和深部找矿预测，现在三维矿山已成为地学与信息科学的交叉技术前沿和热点。
2 结语
随着计算机技术、空间信息技术的发展，平面模型在向空间模型转化，数值记录在向数字模型转化 ，测绘科学也正逐步发展为内涵更为丰富的地球空间信息学，以“3S”集成技术为主导的空间信息技术虽然还在起步阶段，但其对于矿山测量的发展所起到的促进作用是不可估量的，在空间信息技术技术的推动下，矿山测量学正在演绎着深刻的变革，朝着“矿山空间信息学”的方向前进。
【参考文献】
[1]3snews中国地理空间产业门户网站[OL].http：///.
[2]郭达志.论“矿山空间信息学”：矿山测量的现展[J].测绘工程，2006，15（3）.
地理信息科学的特点范文6
关键词：地理信息系统；实验教学；案例教学；教学方法
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）11-0131-02
人文地理学与城乡规划管理（以下简称城乡管理）专业开设《地理信息系统》（以下简称GIS）课程的目的，是为了让学生能够在已掌握的专业课程的基础上，利用GIS工具，主要是一些GIS软件，解决与本专业相关的自然、社会、经济、文化等与空间信息相关的问题。[1]由于实践应用性强是GIS课程的特点，故课程的实验教学尤为重要，实验课程的学习和基础理论知识的学习在课时安排上基本上不能低于1：2。针对城乡管理专业的培养目标，在GIS课程的实验教学上，要使学生能熟练使用一种GIS工具软件来解决实际应用问题。但是，城乡管理专业的课程设置并没有涉及太多的计算机知识、测绘知识、信息科学等方面的课程，单纯地从GIS的理论内容上讲授，学生不容易接受，而用GIS软件成熟的功能来解决实际问题，更能激发学生的学习兴趣，也利于他们对知识的理解和掌握。所以，针对城乡管理专业的特点，本文就开展实验教学活动进行了研究探讨。
一、主要实验内容的设计
对城乡管理专业的学生而言，实践性教学环节有必要更深层次地加强。根据城乡管理专业的特点，采用美国ESRI公司的ArcGIS软件的Arcinfo部分，并介绍ArcGIS软件的其它组成部分。在GIS实验内容的选取上分成三个部分：验证性实验部分、综合性实验部分和设计性实验部分，注重训练学生利用GIS工具解决实际问题的能力。
1.验证性实验
验证性实验是必做的实验，主要是训练学生对ArcGIS软件的安装、认识、界面的熟悉、功能掌握。因此，验证性实验项目主要包括：①ArcGIS软件的安装；②空间数据的采集与编辑；③图形和属性数据的查询等方面的内容。通过上述训练，使学生能够了解该软件的基本功能和扩展功能，并熟悉各种功能的操作步骤，做到能够独立、熟练地使用软件。
2.综合性实验
综合性实验是指学生经过一个阶段的学习后，在掌握一定的基本知识和基本技能的基础上，运用一门课程多个知识点或多门课程的知识，对学生实验技能和方法进行综合训练的一种综合型实验。[2]由于在学习地理信息系统课程以前，学生已经学习了一些专业课，所以，可以通过综合性实验培养学生使用GIS解决专业问题的能力，综合性实验是必做性实验。
综合性实验主要是训练学生结合已经学过的GIS空间分析功能以及已经学过的本专业的其它课程的知识，来设计解决本专业领域中遇到的与地理信息相关的问题。[3]例如，利用GIS的叠置分析和缓冲区分析功能、网络分析功能，来解决在城市规划中道路的设计问题。主要通过设计好的解决实际空间问题的分析模型，运用Arcinfo软件提供的空间分析扩展模块进行分析，并把分析结果与教师事先做好的分析结论相比较，来检查学生实验操作的正确性。
综合性实验内容主要包括：①城市规划中的学校的选址；②根据城市道路状况进行最短路径问题分析与应用；③GDP区域分布图的生成与对比等。[4]这些综合性实验课程的设置，主要是针对城乡管理专业的专业发展方向而设立的，其中要运用到地图学的投影理论、城市地理学、区域经济学的基本理论等相关背景知识。而且，在设置方式上以给出既定的分析模型为依托，注重训练学生灵活运用Arcinfo软件的空间分析功能解决实际问题的能力，并涵盖GIS的大部分空间分析扩展功能。
3.设计性实验
设计性实验是训练学生提升本专业知识与GIS课程知识相结合的能力，主要设置的训练项目包括：①土地定级估价系统的设计；②土地适宜性分析系统的设计。选择这两个实验，首先是与本专业所学课程有密切的关系，另外，其研究的可扩展性相对较强。设计性实验的目的是训练学生的空间建模能力，在专业背景的支持下，建立系统的专业应用模型，进行GIS知识和专业知识相结合的拓展训练，学会自主利用GIS工具来解决相对较为复杂的专业问题。在一定程度上，这部分的实验带有一定的探究性学习的性质。设计性实验为选做实验，以供有兴趣和能力的学生拓展应用GIS的能力和知识面。
二、实验教学方法设计
根据不同的实验目的和内容，采用不同的教学方法。
1.原理验证试验的教学方法
对于原理验证实验中的基本技能实习内容，主要采用的教学方法为多媒体课件演示。学生在实验时可以根据实验指导书进行操作，数据可以使用Arcinfo自带的数据。
2.综合实验的教学方法
对于综合实验部分的内容，采用的是案例教学。要求学生发挥主观能动作用，增强实践和运用知识的能力与经验。在典型案例教学中，案例的素材取之于实践，有真实的细节。在教学过程中，学生真实地面对问题，其处理和解决的方法就是以后工作中的实际应用。[5]案例的选取在GIS实验教学中是非常重要的，选好案例是首要条件。现实生活中的案例一般模型设计比较复杂、知识背景牵涉面广，所以，在教学过程中首先要对选取的案例进行精简，把复杂的案例简化到学生能够接受的形式，并且对分析模型也做相应的简化，调整到学生能够接受的水平。例如，在学校的规划选址问题上，实际教学就精简到地理位置、学生娱乐场所的配套、与现有学校的距离间隔、道路交通情况等四个因素进行建模分析。这样，让学生既了解了叠置分析的原理和操作过程，又与城镇详规的专业知识相联系起来，从而提高学习GIS课程的兴趣。
3.设计性实验的教学方法
对于设计性实验部分，采用的教学方法主要是自学、讨论和教师单独指导。教学形式上采用教师提点、学生自己探索的方式。利用GIS工具进行与自然、人文相关问题的空间建模是设计性实验教学的重点，所以，在教学引导的过程中，要刻意结合城乡管理专业的发展方向。在课程设计上，除了软件的操作训练外，重点安排空间建模方法的训练，特别是在充分利用已有的数据的基础上，最终让学生独立设计出合适的分析模型。学生可以通过独立申请大学生创新基金或是通过参加单位举办的各种地理信息系统创新大赛进行设计性实验，由学生自己设计、自己实施，加以教师指导，充分发挥学生的主动性、创造性，提高他们的综合能力。
很多专业开设了地理信息系统课程。但是，对于实验教学部分，还需要根据专业的具体培养目标，采用不同的实验内容，使用不同的教学方法，才会使学生在学完课程之后有所收获。
参考文献：
[1]俞晓莹，王春兰.资源环境与城乡规划管理专业实践教学探讨[J].江西电力职业技术学院学报，200，19（2）.
[2]陈建.非GIS专业地理信息系统课程实验教学研究初探——
以资源环境与城乡规划管理专业为例[J].南京晓庄学院学报，200
5，（06）.
[3]汤国安，周卫.“地理信息系统”的课程设计与实践[J].地球信息科学，2006，7（2）.
[4]汤国安，杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2007.
[5]石永明，田永中.地理信息系统实验课程教学探讨[J].实验室科学，2011，14（1）.
[6]宋戈，袁兆华.资源环境与城乡规划管理专业人才培养问题的探索[J].东北农业大学学报（社会科学版），2005，3（2）.
