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第1篇：地理信息科學基礎理論范文

關鍵詞：GIS；發展；演化

一、前言

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是一種專門用于采集、存儲、管理、分析、和表達空間數據的信息系統。其既是表示、模擬現實空間世界和進行空間數據處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關于空間信息處理分析的“科學技術”。

二、GIS的提出和迅速發展

50年代，由于電子計算機科學的興起和它在航空攝影測量與地圖制圖學中的應用，使人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯和處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據，并希望通過計算機對數據的分析來直接為管理和決策服務，這樣就導致了地理信息系統的問世。

1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍數據庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發展土地信息系統（LIS），用于地籍管理。1963年，加拿大測量學家R.T.Tomlinson首先提出了地理信息系統這一術語，并建立了世界上第一個GIS—加拿大地理信息系統（CGIS），用于自然資源的管理和規劃。稍后，美國哈佛大學研究出SYMAP系統軟件。但是，由于當時計算機技術水平不高，存儲量小、磁帶存取速度慢，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，地學分析功能極為簡單。當時的系統能實現手扶跟蹤數字化地圖，進行地圖數據的拓撲編輯，分幅數據的拼接，并發展了基于柵格的操作方法。

進入70年代以后，由于計算機硬件和軟件技術的飛速發展，尤其是大容量存取設備—磁盤的使用，為空間數據的錄入、存貯、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發展增強了人機對話和高質量圖形顯示功能，促使GIS朝著實用方向迅速發展。一些發達國家先后建立了許多專業性的土地信息系統和地理信息系統。GIS這一技術成為一個引人注目的領域。

三、80年代的GIS—地理信息系統（Geographic Information System，GIS）

80年代是GIS在理論、方法和技術上取得突破與趨向成熟的階段。由于大規模和超大規模集成電路的問世，推出了第四代計算機，特別是微型計算機和遠程通訊傳輸設備的出現，為計算機的普及應用創造了條件，加上計算機網絡的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開發工具的廣泛應用和數據庫技術的推廣，推動了GIS的數據處理能力、空間分析功能、人機交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出技術的進一步發展，并逐步走向成熟。GIS的應用從解決基礎設施的規劃（如道路、輸電線等）轉向更加復雜的區域開發問題。當時，GIS已跨越國界，在全世界范圍內全面推廣，應用領域不斷擴大，并與衛星遙感技術結合，開始應用于全球性的問題（如全球變化、全球沙漠化監測等）。因此，國際著名的GIS專家，即前面提到的R.T.Tomlinson認為：“如果70年代是GIS發展的鞏固時期，那么80年代則是國際上GIS發展具有突破性的年代”。這個時期，GIS還保留有地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的含義和意思。

四、90年代的GIS—地理信息科學（Geographic Information Science，GIS）

地理信息系統技術的應用大大提高了人類處理和分析大量有關地球資源、環境、社會與經濟數據的能力，而地理信息系統技術及其應用的進一步發展則必須以地球信息機理理論為基礎。陳述彭院士在論述地理信息系統發展時強調了對于地球信息基礎理論的研究，并指出地球信息基礎理論的實質內容：地理信息系統已不僅僅限于物質流與能量流的信息載體，而且包括研究地學信息流程的動力學機理與時空特征、地學信息傳輸機理及其不確定性(多解)與可預見性等；并認為：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于這個Info還包括很多地學規律，其分析模型必須以地學為基礎。

Goodchild于1992年提出地理信息科學(Geographic information Science)的概念。地理信息科學主要研究在應用計算機技術對地理信息進行處理、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，如數據的獲取和集成、分布式計算、地理信息的認知和表達、空間分析、地理信息基礎設施建設、地理數據的不確定性及其對于地理信息系統操作的影響、地理信息系統的社會實踐等。地理信息科學的提出是地理信息系統技術及應用發展到相當水平后的必然要求，它是在人們不再滿足于僅僅利用計算機技術來對地理信息進行可視化表達及其空間查詢，而強調地理信息系統的空間分析和模擬能力時產生的；它在注重地理信息技術發展的同時，還注意到了與地理數據、地理信息有關的其他一些理論問題，如地理數據的不確定性、地理信息的認知以及社會對于地理信息技術運用于實踐的認可等。由此可見，地理信息科學在地理信息技術研究的同時，還指出了對于支撐地理信息技術發展的基礎理論研究的重要性。 世紀之交，由于地理信息系統的應用日益廣泛，加上航空和航天遙感、全球定位系統、數字網絡(Internet)和地理信息系統等現代信息技術的發展及其相互間的滲透和整合，逐漸形成了以地理信息系統為核心的地球空間信息集成化技術系統，為解決區域范圍更廣、復雜性更高的現代地學問題提供了新的分析方法和技術保證；同時，這些現代信息技術的綜合發展及其應用的日益深廣，掀起了全球變化研究與對地觀測計劃的新高朝，于是時勢造英雄，促使一門新興的交叉學科“地理信息科學”的脫穎而出。這個時期，GIS己經漸變地含有地理信息科學（Geographic Information Science，GIS）的含義和意思。

五、現在的GIS—地理信息服務(Geographic Information Service，GIS)

近年來，隨著地理信息產業的建立和地球數字化產品的普及應用，GIS的發展進入到各行各業乃至各家各戶的用戶時代，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。這個時期，社會對GIS的認識普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系統已成為許多機構（特別是政府決策部門）必備的工作和決策咨詢系統。國家級乃至全球級的地理信息系統已成為公眾關注的問題，地理信息系統已被列入“信息高速公路”計劃，也是美國前副總統戈爾提出的“數字地球”戰略的重要組成部分。地理信息系統的研究和應用正逐步形成行業，具備了走向產業化的條件。

近來，個人數字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、移動電話的普及給新的應用創造了許多機會。這樣的應用有流動工作人員和基于位置服務。流動工作人員，顧名思義，他們工作在遠程位置，如客戶處、分公司或者野外現場。這些工作人員經常要為完成某項任務下載一段所需的數據，在遠端使用這段數據，然后在每天工作結束的時候將改動更新（同步地）到主數據庫上。這種場景的一個重要方面是：客戶端保留有數據，并以離線方式在本地對數據進行操作。基于位置服務的使用是近年來出現的一個重要趨勢，這類服務徹底改變了對用戶地理位置的依賴。隨著全球定位系統（GPS）的應用，可以很容易確定任何一個客戶/使用者的精確位置，并根據用戶的地理位置提出最佳解決方案。基于位置服務的影響和重要性促使開放GIS協會（Open GIS Consortium，OGC）提出了開放位置服務（Open Location Service，OpenLS），希望能夠將地理空間數據和地理操作的資源集成到位置服務和電信基礎設施中去。美國聯邦政府已于2001年10月頒布了規定：所有蜂窩電話的位置在67%的使用時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，對于空間技術的需求卻在不斷增長。位置服務（Location Based Service，LBS）的巨大魅力在于通過固定或移動網絡發送GIS功能和基于位置信息，從而在任何時間應用到任何人、任何位置和任何設備上。當前，LBS已成為科學研究、技術發展和市場開拓領域共同的熱點話題。此時，GIS已朝著地理信息服務(Geographic Information Service，GIS)的方向發展。

六、結　論

第2篇：地理信息科學基礎理論范文

關鍵詞：人才培養體系 實踐教學 教學改革

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0205-02

國內地理信息系統（GIS）專業自1998開設至今已經有近15年的歷史了，目前國內設置GIS專業的高等院校已近200所。在此期間，GIS科學技術的不斷發展、GIS應用水平的不斷提升使得整個空間信息產業對GIS人才的需求也逐漸增強。GIS教育也正在蓬勃發展之中，面對社會對人才要求的不斷提高，出現了系列值得關注的問題：譬如學校傳統的教育培養模式是否需要進行調整？傳統的教育內容是否能夠滿足需求？怎樣的培養模式才能夠加強人才的競爭力？如何根據社會需要和學生需求以及學校特點合理地構建一套GIS創新型人才培養體系是專業建設急需解決地問題。

培養應用型、創新型的GIS人才一直是我們作為GIS教師的目標與責任。對此，本文分析了目前我國GIS專業本科生培養的現狀及存在的一些問題，針對GIS專業人才培養改革的迫切需要，系統探討了如何充分發揮GIS專業特色，培養應用創新型人才的措施和方法；結合首都師范大學地理信息系統國家特色專業人才培養的具體實踐，詳細論述了特色專業人才培養體系在建設理念、師資隊伍、條件平臺、課程教材、實驗教學等方面的建設舉措和進展，為其它相關高校專業建設和人才培養提供可供借鑒的思路和方案。

1 建設目標與舉措

首都師范大學地理信息系統專業成立于2001年，以“教學、科研、團隊協調發展，學科、專業、課程相互促進”為發展理念，依托“211工程”重點建設學科、4個國家、省部級優秀教學平臺和4個國家和省部級科研創新平臺等，高水平科研與教學相互結合和促進，加強開放、交流與合作；深入開展以促進學生知識、能力、素質協調發展為目標的創新性教學改革，完善人才培養體系。經過近10年的建設，在師資隊伍、平臺建設、教學改革等方面取得了一系列成績。但是鑒于地理信息系統學科年輕、發展又快，地理信息系統專業本、碩、博課程都存在一定的問題，實習實踐有待加強，學生培養與國際接軌等老問題和層出不窮的新問題。

因此，本專業以人才培養為中心，以行業對人才的需求能力為出發點，研究人才知識結構與需求趨勢，以高水平師資隊伍建設、課程體系與教材建設、教學模式與方法改革、實踐體系改革等建設為過程和手段，構建應用創新型人才培養體系和方案；建設一支掌握先進教育技術、教學水平高、實踐與科研能力強、熟悉行業人才需求的隊伍；建設校內校外相結合、國內國外項聯系、實驗與實習相貫通、應用與創新同步的立體化人才培養平臺。

圍繞該建設目標，在具體建設過程中，采取下列措施。

（1）實踐教學體系改革：結合目標定位，深入調研國內外知名高校的專業課程體系，結合學校實際，改革現行課程體系，加強實踐教學體系建設；使課程體系能力模塊化，理論、實踐與應用創新三位一體化，模塊之間鏈接化，實踐技能訓練綜合化，選修課組方向化，專題設計創新化。主動適應社會需求和創新性人才培養的需求。（2）課程內容與教材改革：針對現有課程內容重復性較大、部分授課內容老化的不足，依據人才培養目標改革教學內容和教材體系，決定課程內容的新舊取舍。保證教學內容的經典與前沿相結合，理論與實踐相結合；保證課程群模塊內部以及模塊之間的有機銜接；結合教學實踐和經驗，開展教材建設，重點建設面向新培養目標的特色教材和實踐教材。（3）專業師資隊伍改革：優化教師與科研隊伍，建立完善的GIS教學科研體系，包括高素質的教學隊伍和齊全的教學實驗設備。在本科生課程授課師資體系中，聘請高水平校外專家進本科生課堂；專業核心平臺課推行教學水平較高的主講教師負責制；推進產學研的緊密結合。（4）教學手段與方法改革：緊緊圍繞應用創新人才培養的目標，積極推動和引導教學方法改革，采用問題式、討論式、任務驅動式、現場實踐式等多樣化教學方法，改變傳統教學中教師主動、學生被動的教學方式，提高學生學習興趣，使學生主動發現問題、思考問題，培養學生從解決實際問題的角度理解知識、應用技術、創新發展。（5）人才培養模式改革：加強學生實踐能力特別是綜合應用實踐的鍛煉，為應用創新大好基礎；注重個性化培養，優選若干具有潛質的學生開展研究型學習，實現人才培養模式的創新；通過制度建設和管理體制改革，建立一套能培養學生創新意識、創新思維、創新能力的運行機制；鼓勵學生參加科研活動，設立科研創新學分與創新獎學金，利用學術報告、發表學術論文、各種科技大賽獲獎、參加教師科研、申報科研立項等多種渠道，引導學生進行創新。

2 課程與教材建設

在課程設置方面，本專業的專業課程分為三大系列：計算機科學類（數據結構、數據庫、計算機圖形學、計算機圖象處理、C語言、C++、VB、JAVA等面向對象的編程技術）、地理科學類（自然地理學、人文地理學、環境學、國土資源學、城市規劃等）和地理信息系統科學與技術類（地圖學、地理信息系統、計算機制圖、遙感、全球定位系統、組件GIS、WEBGIS、ARCGIS、PCI等）。學生必須修滿教學計劃培養方案規定的180學分方能畢業。課程147學分（含實習18分），其中通識教育51分，專業基礎28分，專業核心25分，專業方向課43分；實驗教學33學分。

團隊教師積極進行教學改革。所有專業課必修課均配備優秀教材（其中自編教材20%），引進和選用外文教材3門，必修課配備率達17%。6門課程中采用學生參與課堂討論的方式進行教學，收到良好效果，獲得三項學校探究式課程建設立項。90%課程參加學校課程建設，其中優秀課程20%。90%專業基礎課和專業核心課由副教授以上的教師主講，所有的教授、副教授都為本科生授課或做學術報告。實驗指導教師多為博士和副教授。所有教學實習都指派有副教授以上教師指導學生。獲得“北京市教育科學研究優秀成果一等獎”等教學獎勵22項，其中包括地理信息系統國家精品課程1門、北京市精品課程1門。

根據教學改革的指導思想，本專業積極推進優秀教材建設，力求理論教材和實驗教材在內容設計上注重理論基礎、實驗內容技術與方法的綜合性、區域性、應用性和先進性，并體現理論與基礎、室內與野外、經典與先進的有機結合。自編的系列實驗教材和講義，基本體現了教材建設的理念。截至目前，本專業已經主編專著和教材25部，其中包括《地理信息實驗系列教程》、《遙感圖像處理系列教程》等實驗教材4部，參編教材4部。目前中心自編實驗教材與講義，對于充實地理學發展前沿起到了重要的作用。教學過程中針對本校不同專業、不同課程的特點，進行優化組合。有3本教材入選國家“十五”、“十一五”教育部規劃教材，1項教材獲北京市精品教材。

3 實踐教學體系建設

本專業的實踐教學以地理科學與技術國家級實驗教學示范中心為建設單位，以地理信息系統系列課程為建設平臺，分別建立了基礎、專業、野外綜合、探究性的實驗教學平臺。其中，由3個基礎實驗室（測量與地圖實驗室、遙感實驗室、GIS實驗室）和5個專業實驗室（GPS實驗室、衛星遙感數據接收實驗室、車載三維信息獲取實驗室、三維激光實驗室、虛擬地理環境實驗室）組成課內實驗平臺，由5個野外綜合實習基地（秦皇島地質地貌、野鴨湖濕地自然保護區、北京金山測量與地圖、北京地面沉降監測、北大方正3S技術開發與應用實習基地）組成校外綜合實習、實踐平臺，由五個省部級重點實驗室組成實驗教學與科研創新平臺。

在實踐教學體系建設上，地理信息系統專業構建了符合學科特點、兼顧學習規律的“基礎實驗-綜合實驗-設計實驗-研究創新”四級逐步提高的“一體化、多層次、開放式”的創新性實驗教學體系。

實驗課程、實驗項目設計的總體思想是“以學生為本，傳授知識、培養能力和素質提高協調發展”。在實驗課程設計中，加強理論與技術應用的有機結合，加強地理新技術的應用；在實驗項目設計中，鼓勵教師依托科研項目開設綜合性、創新性實驗項目；扶持特色實驗課程和項目的發展；加強學生自主學習、合作學習、探究學習的能力訓練。

實踐教學內容上，強調體現區域性、綜合性、實踐性的學科特點，根據專業和課程特色，分層次設立基本型、綜合型、設計型、創新型實驗，構建“基本理論驗證-基本技術操作-開發應用創新”的多級實驗內容。堅持“室內基礎實驗與野外綜合實踐相結合”、“地理信息科學基礎理論與高新技術相結合”、“高水平科學研究與創新型實驗設計相結合”，以培養具有扎實地理信息科學基礎理論、基本知識與基本技能，掌握現代地理技術并具有應用創新精神的地理信息科學與技術復合型人才。

由專職、兼職教師組成的實驗教學隊伍，保證了科學研究與實驗教學的有機結合。目前任職教師中，有70%的教師承擔了各級各類科研項目，較好地提升了理論課、實驗實習課的教學內容。如在ARCINFO地理信息系統實驗課程中，任課教師依托所承擔的“國土資源大調查項目—— 數字國土”，設計了基于ARCINFO的土地利用空間數據庫建設實習；在GIS空間分析實驗課中，依托863項目“GIS在農村社會經濟統計分析中的應用”設計了基于GIS的人口空間自相關分析實習項目等等，保證在實驗教學中前沿性科研的實驗內容占一定的比例。

實驗教學與科研、工程和社會應用實踐結合主要表現在三個方面：一是地理信息科學基礎理論與地理新技術相結合；二是高水平科研與創新型實驗相結合；三是野外實習基地在遴選中遵循了區域性、綜合性、先進性的原則。

4 人才培養體系建構

地理信息系統專業以學生為本，積極開展人才培養體系建設。初步搭建了本科—碩士—博士—博士后較為完善的人才培養體系，并初步建立了“五個結合”的人才培養模式，即“地理信息科學基礎理論與地理信息高新技術相結合”、“室內基礎實驗與野外綜合能力培養相結合”、“高水平科學研究與創新型教學相結合”、“本科生、研究生探究式教學相結合”、“教學示范輻射與合作交流相結合”，形成了“基礎實驗—綜合實驗—設計實驗—研究創新”四級逐步提高的實驗教學模式。在狠抓學生專業學習基礎上，本專業根據用人單位需求，研究就業市場信息，力求為學生就業加強服務。通過組織地理信息系統應用、開發競賽的各類活動，提高學生實踐活動能力。聯系高水平的業內人士來做報告，為學生將來就業搭建起人脈網絡。學生科研立項和畢業論文依托科研、工程和社會應用實踐等項目的比重逐年提高，選題的準確性、方法的先進性和成果的應用性都有顯著的提高。主要舉措體現在以下幾點。

（1）高水平科研與教學相互促進，力爭為每一位師生提供適宜發展的學術空間。集成5個省部級重點實驗室優勢資源，建立創新教育平臺，并與教學平臺有機結合；師生借鑒科研思路，開展創新教育和研究性學習；學生探究式學習有效地反哺了教師創新教育能力。（2）以高新技術應用激發學習熱情，培養學生掌握高新技術應用“一技之長”。獲國家科技進步獎、國家專利的成果，轉化為自主知識產權的實驗教學儀器和軟件，激發學生探究式學習興趣、培養解決地理學實際問題能力；通過增設5門探究式實驗課、出版10部實驗教材、建設國家精品課程、精品教材等與國內外50多所大學共享互動、不斷提高。（3）讓學生在科研和學科競賽中掌握高新技術深入應用。依托團隊主持的國家級項目，組織70%的本科生參加科研，先后獲國家、省部、校級立項191項，38篇。2008年，3項本科生科研項目入選“國家大學生科學研究與創業行動計劃”。在全國、省部、校級大學生挑戰杯賽、數學建模與計算機應用、GIS軟件開發等競賽中獲獎120多人次。（4）營造實驗教學國際化環境，培養實際工作能力。與歐美7所大學聯合開展中國地理實習，已成為固定環節，有效激發了師生教與學的興趣、培養合作學習能力；與6個國際品牌的遙感、GIS軟件公司合作，建立ARCGIS、ENVI、PCI、JX-4、EZMAP、IMAGEINFO實訓基地，有效促進了師生專業軟件應用能力與國際接軌。

近年來，本科生畢業論文80%是依托教師的科研項目開展的，部分本科生的科研成果在教師承擔的科研項目中得到了沉淀。本科生的實踐和創新能力也有了顯著的提高，參與創新、訓練、競賽活動的學生達60%，獲校級大學生科研立項38項，獲實驗室開放基金43項；獲全國大學生“挑戰杯”大賽北京市一等獎、全國大學生數學建模與計算機應用競賽北京市一等獎、北京市數學建模競賽一等獎等國家、省部級和校級各種獎勵47項。

學生的學習質量逐步提高，帶來的社會聲譽逐步上升。考研率突破45%，陸續有10余名學生成功申請出國交流學習計劃并出國繼續攻讀碩士學位。近三年中本科生英語四級累計通過率93.5%以上，一次就業率均達到98%以上。

5 結語

地理信息系統專業成立以來，在師資隊伍、平臺建設、教學改革等方面取得了一系列成績。但是鑒于地理信息系統學科即年輕、發展又快，地理信息系統專業本、碩、博課程都存在一定的問題。為此，我們開展并將繼續延續地理信息系統應用創新型人才培養體系建設，繼續完善以地學高新技術應用為特色的實驗教學體系和培養模式，努力將高水平科研成果轉化為實驗教學的先進儀器和軟件，顯著提高學生學習熱情和應用高新技術解決實際問題的能力，明顯提升教師團隊創新教育能力。

參考文獻

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[3] 王艷慧.GIS專業本科生課程教學改革的探討[M]//地理學教學研究改革與實踐.北京大學出版社，2008，7：35-40.

第3篇：地理信息科學基礎理論范文

1橫向課程模塊化結構劃分

該體系以科學基礎、人文素養、工程實踐能力和跨文化交流能力的協調發展為導向，以基礎科學研究為人才培養服務，讓學生在課堂中拓展知識，在實踐中提高創新能力，在學習生活中養成優良的綜合素質，因材施教，以發揚學生個性為原則，開展個性化人才培養課程體系的優化設計。其中全校通修課主要以培養學生的正確價值分析與判斷能力，和諧健全人格，并有良好的語言運用與溝通能力和管理思維為目標，設置哲學、政治、體育、軍事等課程；學科通修課程以培養學生掌握GIS關聯學科知識為基本目標，開設資源、環境、生態、網絡通訊等相關課程；開放選修課以培養學生個性化發展為主要目標，設置GIS前沿和應用拓展的相關學科課程；而專業發展課程則體現其專業人才培養需求，包括6大基本課程模塊：GIS類課程、地理類課程、測繪類課程、計算機類課程、數學類課程和創新科研與實踐類課程。其中地理類課程模塊培養學生GIS基礎理論，數學類課程模塊培養學生的嚴密的邏輯思維能力，測繪類模塊培養學生的實踐動手能力，計算機類課程培養學生信息化技能，GIS類課程培養學生空間思維和空間分析能力，創新科研與實踐類課程培養學生分析問題和解決問題的能力。

2縱向菜單式、個性化GIS課程邏輯結構設計

在現有的模塊化、層次化課程體系的基礎上，增加課程之間的縱向邏輯聯系，建立面向領域問題解決為目標的，橫向分層次、縱向分方向的課程結構體系，搭建菜單式GIS課程結構體系，以指導、發現和培育個性化地理人才的基礎。該體系包括4個縱向層次：全校通修課、學科通修課、專業方向課和方向拓展課，縱向層次間通過方向課程間的聯系，建立樹狀課程關聯結構體系。在該課程體系結構下，學生可以根據各自感興趣的學習方向/領域問題，方便選擇系統化學習的課程體系，如對于地理空間分析與數據挖掘方向感興趣同學，在學校通修課的基礎上，學習地理類、測繪類學科通修課，選擇性學習計算機類和數學類課程，并在方向課上修習空間分析、空間數據挖掘等核心課程，并選修本方向核心擴展課程——地理大數據挖掘。既體現了厚基礎、寬口徑的基礎教學要求，又充分滿足了個性化發展的需求，實現個性化人才培養的菜單式定制。

3面向領域問題的GIS實踐教學課程優化設計

實踐教學是GIS實現創新教育的一個重要環節，也是全面提升GIS學生創新能力的關鍵。以提高學生分析問題和解決問題能力為出發點的GIS實踐教育，也應體現層次性、模塊化結構特征。將實踐教學劃分為基礎性實驗、綜合性實驗和設計、創新性實驗3個層次，其中基礎性實驗著重基本實驗技能培養，主要為原理性實驗，強調驗證性，由各課程的實驗實習課完成。每門實驗課包含若干實驗內容，以驗證、鞏固課堂理論知識為目的，培養地學認知能力和動手能力。綜合性實驗主要強調地理學理論、方法和技術的綜合運用，以解決地理學中的問題、培養學生綜合分析和解決問題的能力為主，主要包括數字測圖實驗、遙感技術與應用、地圖設計與編繪實習等。創新性實驗由學生自擬或自主完成具有創新意義的設計課題或項目，以強化訓練學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生科研創新能力為主要目標，如網絡GIS開發與地理信息服務實習、自適應地圖可視化與位置服務實習等。該體系一方面便于學生全面了解地理問題解決的各環節，從而真正達到提高解決實際地理問題的能力；同時，也有利于教學與科研的互動，在教學中培養訓練創新思維以及研究、解決問題的能力。

4結語

第4篇：地理信息科學基礎理論范文

[關鍵詞]旅游管理 GIS 實驗教學

一、旅游管理專業開展GIS實驗課程的重要性

1.地理信息系統的特點。地理信息系統(GIS,Geographical Information System)是在計算機軟硬件支持下,對整個或部分地球表層(包括大氣層)的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。它具有以下幾個基本特征:數據的空間定位特征、空間關系處理的復雜性、海量數據管理能力。GIS的處理對象是地理數據。地理數據除屬性和時間特征外,還具有空間位置特征,這是GIS區別于其他信息系統的根本特征。因此,GIS除了要處理一般的屬性數據外,還要處理相應的空間位置數據和空間關系。

2.地理信息系統在旅游業中的應用。旅游業所涉及的信息與地理位置有著密切的關系。例如旅游景區的位置、旅游道路的信息、客源地的分布等,都屬于空間數據。目前GIS在旅游業中主要應用于以下幾個方面:(1)旅游信息的查詢。通常游客在選擇出游之前首先要查詢旅游地的各方面信息。而GIS具有的數據采集、組織、管理等功能可以提供旅游地全面的地理區位信息。(2)旅游開發與規劃。在旅游開發規劃方面,GIS主要的應用有旅游資源的空間分析、旅游地發展條件分析、旅游客源市場分析、旅游環境的空間分析、旅游景區經營管理中的靜態與動態空間配置分析、旅游流量流向分析等。(3)旅游專題制圖。隨著GIS技術的不斷發展,電子地圖也越來越成熟。和傳統紙質地圖相比,電子地圖具有地圖編輯方便、數據存儲與管理方便、表達信息多樣、成本低等優點。因此,GIS技術應經被用于旅游專題地圖的制作。

二、實驗內容設計

1.基礎性實驗。基礎性實驗的主要目的是使學生熟悉GIS軟件的界面、基本功能,了解軟件的基本操作、空間數據的采集、管理與處理,掌握空間數據的分析與應用方法。實驗內容主要包括熟悉基本功能模塊、數據的采集和處理、空間信息查詢、圖形數據和屬性數據的編輯、空間數據的可視化表達、緩沖區分析、疊置分析、網絡分析等內容。

2.綜合性實驗。主要是在學生掌握GIS基本功能、分析方法的基礎上,結合本專業的知識來分析解決在實際中遇到的問題。實驗內容主要包括:制作某區域的旅游資源分布圖;景點的可視域分析;確定旅游區的保護范圍;為景區周邊的賓館、飯店等設施布局;景點之間最短路徑分析。這幾個實驗都是旅游管理實踐中經常遇到的問題,涉及到了地圖學、旅游規劃原理等相關理論背景,并且涵蓋了大部分GIS空間分析功能。

3.設計性實驗。設計性實驗要求學生綜合多門學科的知識,充分運用已學到的知識發現問題、分析問題、解決問題。實驗的主要內容包括:根據地區景區之間的網絡拓撲關系,設計一日游路線;分析某地區的旅游環境,對旅游環境進行評價,并分析經濟、社會發展等因素對該地區旅游的影響。通過實驗,鍛煉學生運用GIS工具來解決相對較為復雜的專業問題的能力,最大限度發揮學生學習的主動性。

三、實驗教學方法與手段

實驗教學內容的實施需要通過先進的教學方法和手段才能取得良好的教學效果。根據不同的實驗類型、實驗內容,針對不同的對象,采取不同的教學方法與手段,既注重鍛煉學生的基本技能,又兼顧能力發展的協調性、系統性,全面提高學生的實踐能力。

1.學生自我訓練為主,教師引導為輔。GIS實驗教學以學生自我訓練為主,學生在教師的指導下,從了解實驗背景、學習相關理論知識開始,通過實驗教學,能夠掌握基本操作技能。在綜合性和設計性實驗學習階段,建立以學生為中心的實驗教學模式,在教師的引導下,學生運用所學知識分析問題,自行尋找解決問題的方案,實施方案。

2.以案例教學為主。案例教學能夠使學生通過一個個由淺入深、由簡到繁的案例,了解GIS的基本原理和功能,掌握GIS在旅游管理專業的應用方法。案例的選擇非常重要,應根據實驗教學內容、教學目的和教學要求進行選擇。案例教學方法能夠將地理信息系統基礎理論知識與學生本專業的理論知識聯系起來,調動學生的積極主動性,激發學生學習的熱情和興趣。

3.注重課后訓練。實驗報告的撰寫一般在課后完成,要求以電子文檔的形式提交。實驗報告的內容包括實驗背景、原理、實驗目的、數據、操作步驟、實驗結果等。其中,實驗操作過程要求既有文字,又有截圖,力求將其操作過程表達清楚完整,同時防止學生之間的相互拷貝;實驗結果要求文字與圖表相結合,引導學生對實驗結果進行分析,最終解決問題。通過課后實驗報告的撰寫,可以促進學生自主訓練、探索創新的能力,

4.合理的考核評價標準。考核評價的方式可以采取“平時成績+操作技能+考試成績”相結合的實驗考核標準。其中,平時成績包括學生考勤、課堂表現等。操作技能主要指通過學生提交的實驗報告檢驗實驗的完成情況,包括采用的實驗方法是否合理、操作步驟是否正確、實驗結果正確與否、圖表的表示是否準確完整、是否拷貝等。通過多層次的考核標準,綜合考查學生的學習效果,充分調動學生學習的積極性,提高學生的實踐探索能力。

四、總結與展望

對于旅游管理專業的學生來講,掌握GIS技術是非常必要的。旅游管理專業GIS實驗教學的內容應緊密結合本專業理論原理,合理選擇實驗案例,運用恰當的實驗教學方法和手段,以學生自我訓練為主、教師引導為輔的方式,同時注重學生的課后訓練,制定合理的考核評價標準,從而調動學生學習的興趣,鍛煉學生實踐能力、探索能力,提高學生獨立分析問題、解決問題的能力。

參考文獻:

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[2]陳建.非GIS專業地理信息系統課程實驗教學研究初探―以資源環境與城鄉規劃管理專業為例.南京曉莊學院學報,2005,21(6).

第5篇：地理信息科學基礎理論范文

地理信息系統（GIS）是采集、存儲、管理、分析和描述地理信息的空間信息系統。GIS誕生于20世紀60年代，隨著人們對資源、環境和災害防治等問題的日益關注，其在短短五十年的時間里得到蓬勃發展，從一開始僅在地學領域應用到現今幾乎深入社會生活的各個領域。GIS的迅速發展，帶動了大量相關人才的需求，對GIS教育提出了更高的要求[1]。

GIS涉及計算機、測繪、管理等多學科，從理論和技術方法上，可分為數據采集、數據加工處理和應用等多個分支，《地圖學》是其最重要的理論與方法支撐。GIS是《地圖學》在計算機技術支持下發展的產物，《地圖學》與GIS一樣，都以空間地理信息為操作和表現對象，其相關理論、原理和技術方法等在GIS中的地理信息加工處理、可視化表達、分析應用等方面都得到充分體現[2]。

《地圖學》是使用圖形及符號模型系統再現客觀實體，反映和研究自然與社會現象的空間分布、變化、組合和相互聯系及其空間變化規律的科學。地圖是一種特定而又十分重要的空間信息描述及計算機表示信息系統數據的基礎與來源，為以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面與空間和地理分布的數字地球系統提供最基礎與真實的圖形和相關屬性數據。因為地球是人類賴以生存的基礎，所以《地圖學》是與人類的生存、發展和進步密切關聯的一門信息技術學科。知識經濟時代，知識的更新日益加快，《地圖學》的基本理論和應用技術也飛速發展[3]。

《地圖學》既是一門具有悠久歷史的傳統科學，又是一門隨現代信息科學技術發展而迅速發展的學科。如何在教學中幫助學生牢固地掌握本學科的基礎知識，以適應科學技術的快速發展變化，一直是《地圖學》教育領域中最關注的問題。在整個世界都已經信息化的今天，不同專業的學生學好《地圖學》是非常重要的。下面筆者以GIS專業為例，談一談《地圖學》教學。

長江大學是一所湖北省重點支持的綜合性大學。GIS專業培養適應我國社會主義現代化建設需要，具備地理信息系統與地圖學的基本知識、基本理論、基本技能，熟練應用計算機的能力，具有創業精神和創新能力的高級專門人才。根據本專業人才培養的目標，《地圖學》作為本專業的專業基礎課程之一，對于實現上述專業培養目標具有舉足輕重的作用。通過對本門課程的學習，學生掌握地圖學的基本知識、基本理論和地圖各要素的表示方法，理解并掌握普通地圖（特別是地形圖）的閱讀及量算，專題地圖的編制、分析及應用，了解現代地圖制圖的新技術、新方法，為后續《地理信息系統原理》、《地圖編繪與設計》、《地圖分析》、《電子地圖學》等課程的學習打下良好的基礎。

二、精選優秀教材

由于《地圖學》課程理論較深，涉及知識面廣，學習該門課程要求基礎知識較豐富，而該課程學時數又相對較少，因此教師針對專業特點，選擇合適的教材并合理安排教學內容顯得十分重要。目前有關《地圖學》的教材版本很多，側重點各有不同。按照長江大學教材選用管理規定，優先選用教育部推薦教材和國內具有影響力的優秀教材。2001-2006年，我們選用蔡孟裔等編著的由高等教育出版社于2000年出版的《新編地圖學教程》（面向21世紀課程教材）；2007-2009，年我們選用由武漢大學出版社于2004年出版的祝國瑞主編的《地圖學》（高等學校測繪工程專業核心教材）；根據我校GIS專業培養計劃的修改，最近幾年我們選用由科學出版社于2006年出版的王家耀等編著的《地圖學原理與方法》（21世紀高等院校教材）。這本書系統、完整地介紹了地圖學的原理和方法，包括地圖和地圖學的基本特征、定義、基本內容、學科體系、發展歷史與趨勢，地圖的數學基礎，地圖內容表示方法與制圖綜合，現代地圖制圖的技術方法，地圖分析與應用等[4]。這本書強調原理與方法相結合、理論與實際相結合、經典與現代相結合，內容的可讀性、客觀性很強。經過試用，本書十分符合制訂的教學計劃，教學效果良好。

一本教材肯定不可能達到最理想的教學效果，為了彌補教材的局限性，我們在教學過程中采用了由武漢大學出版社于2004年出版的祝國瑞主編的《地圖學》作為主要參考教材。該書系統地介紹了地圖學領域的理論、技術和方法，包括地圖的基本知識、地圖投影、地圖數據、地圖符號設計、圖形設計、制圖綜合、制圖數學模型、地圖編輯設計、地圖制圖工藝、地圖出版印刷及地圖分析應用等[5]，是一本為測繪工程專業編寫的核心教材。該教材在某些知識的講解上具有獨到之處，十分適合作為補充教材。

三、教學內容安排

如何在選定教材的基礎上做好教學內容的安排是十分重要的一件事。《地圖學》的教學內容主要包括理論地圖學、地圖制圖學和應用地圖學三部分。針對GIS專業的特點，應將教學目標與新技術的進步結合起來，以現代的內容對傳統的內容加以拓寬及調整刪減，將新內容、新技術與傳統內容有機結合，把傳統內容轉化到現代內容中。

在長期的教學過程中，我們總結以前的經驗，對《地圖學》課程內容采用模塊化的組織方法，共劃分為六大知識模塊。每個模塊具有相對的獨立性。知識點是教材的重點或難點，也是教學大綱要求理解、應用的知識單元，根據知識單元的多少與掌握的難易程度，確定相應的授課學時。下面對各知識模塊做詳細說明。

知識模塊一：地圖與地圖學的基礎知識，這一模塊的講授共用八學時。主要知識點包括：地圖的概念、地圖的類型、地圖的基本內容、地圖的分幅與編號、地圖的基本功能能和用途、地圖學的歷史與發展、地圖學的學科體系構成、地圖學與其他學科的聯系、地圖學的發展趨勢等。

知識模塊二：地圖數學基礎，這一模塊的講授共用八學時。主要知識點包括：地球體的自然表面、物理表面、數學表面的概念及它們之間的關系、地球坐標系與大地定位、地圖投影的基本概念、比例尺的概念、變形橢圓的概念、投影變形的基本公式、地圖投影的分類、幾類常見的地圖投影的特點、地圖投影的應用與變換等。

知識模塊三：地圖內容要素的表示方法，這一模塊的講授共用十八學時。主要知識點包括：地圖數據、地圖符號的分類、基本圖形變量、地圖符號設計、地圖圖形設計、地圖色彩設計、地圖注記、普通地圖內容表示方法、專題地圖內容的表示方法等。

知識模塊四：制圖綜合，這一模塊的講授共用四學時。主要知識點包括：制圖綜合的基本概念、影響制圖綜合的基本因素、制圖綜合方法、制圖綜合的基本規律、地圖要素的制圖綜合、制圖數學模型等。

知識模塊五：現代地圖制圖技術，這一模塊的講授共用四學時。主要知識點包括：數字地圖的概念、分類與產品、數字地圖的數據結構、地圖數據庫、地形圖數據庫與數據生產、多媒體電子地圖與互聯網地圖、遙感制圖等。

知識模塊六：地圖分析與應用，這一模塊的講授共用六學時。主要知識點包括：地圖分析方法、地形圖的野外應用、地圖的專題應用等。

制圖綜合和地圖分析與應用兩個模塊所安排學時不多，是因為在教完《地圖學》后，我們還安排有《地圖編繪與設計》和《地圖分析與應用》兩門專業課，作為對地圖學所講內容的重要補充，以提高學生在《地圖學》領域的知識水平。

四、實踐教學設置

地圖學課程是地理信息、測繪和遙感等專業的重要專業基礎課程，它的教學內容緊湊、理論知識集成度高、實踐操作性強。為了培養學生的地理學綜合分析能力，全面提高學生素質，本課程安排了八學時的實驗和為期兩周的課程設計實習，實驗安排在理論教學中穿行，課程設計安排在理論教學結束后集中實習。

地圖學實驗的主要目的是鞏固相關理論知識，培養學生的動手能力。具體內容如下：

地圖投影：通過繪制某區域的經緯網與方里網，加深有關高斯-克呂格投影的知識；根據經緯網的特點判斷各地圖投影的性質。

地圖符號的設計與使用：通過設計制作柵格、矢量的點狀符號，設計制作線狀、面狀符號，學會常見繪圖軟件中地圖符號的設計方法，并利用多種方法設計不同類型的符號。

地圖矢量化：基于屏幕矢量化普通地圖的部分要素，通過對地圖部分要素的矢量化，了解從紙質圖形轉化為計算機數字圖形的基本過程，掌握數字地圖制圖軟件中地圖數據數字化輸入的處理方法。

設計制作專題地圖：基于ArcGIS或Mapinfo軟件，設計制作表示面裝地理信息的各種專題地圖。通過專題地圖的設計與制作，掌握表示面狀地理信息的主要方法，學會在制圖軟件支持下獨立地開展專題地圖設計與制作。

課程設計內容包括：編制各種類型的專題地圖，對全國人口分布、構成及演變進行分析；設計和編繪一幅電子地圖。課程設計主要是結合實例，對地圖學基本理論和方法進行綜合運用。

上述實踐教學，提高了本科生解決問題和綜合分析的能力，使學生對地圖學知識的掌握提到了一個新的高度。

第6篇：地理信息科學基礎理論范文

關鍵詞:地理信息系統;應用理論;技術研究;應用分析

中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)25-7287-03

Application and Research of GIS

ZENG Jiang-yuan

(College of Remote Sensing Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Abstract: With the development of information technology, Geographic Information System (GIS) tending to be more diversified , multi-disciplinary and cross-cutting. This talks about the application of GIS theory, application type, application of research focus and specific analysis, at the same time, forecasts and analysis the trend of the future development of GIS.

Key words: Geographic Information Systems; the application of theory; technical studies; application analysis

地理信息系統(Geograp hic Information System簡稱GIS)是用于回答具有物質屬性和空間坐標且與時間相關聯問題的藝術、科學、工程和技術的統稱,是以計算機為工具,用來創建和描述地理實體和地理現象及其時空特征和時空關聯特性的數字表達方法。近十多年來,地理信息系統作為集計算機科學、地理科學、測繪科學、環境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣學科迅速地興起和蓬勃發展。它作為對地域空間分布相關的地理數據及其屬性數據進行采集、存儲、管理、分析的軟件系統和開發工具,是一個圖形與數據完美結合的系統,它不僅能將所需要的數據更形象、更直觀地與圖形緊密聯系起來,而且能把結果以圖形的方式顯示出來,這給管理決策人員更科學、更直觀、更準確、更及時地制定計劃、處理問題提供了依據。

1 GIS 的應用理論

1.1 空間查詢分析

空間查詢分析主要包括基于空間圖形數據的分析運算、基于非空間屬性的數據運算以及空間和非空間數據的聯合運算,目的是解決人們所涉及地理空間的實際問題,提取和傳輸地理空間信息,以便進行輔助決策。空間查詢分析功能是GIS最基本最常用的功能,也是與數字制圖軟件相區別的主要特征。空間查詢分析功能是GIS的主要特征和評價GIS軟件的主要指標之一。

1.2 疊置分析

大部分GIS軟件是以分層的方式組織地理空間目標,將地理空間目標按主題分層提取,同一地區的整個數據層集表達了該地區地理空間目標的內容。每個主題層稱作一個數據層面。數據層面既可以用矢量結構的點、線、面圖層文件格式表達,也可以用柵格結構的圖層文件格式表達。

疊置分析就是把同一地區的兩幅或兩幅以上的圖層重疊在一起進行圖形運算和屬性運算,產生新的空間圖形和屬性的過程。其目的是尋找和確定具有不同地理屬性的要素分布或者按照確定的指標,對疊置后產生的具有不同屬性級的多邊形進行重新分類分級。

疊置分析是GIS最常用的提取空間隱含信息的手段之一。它是GIS中一項非常重要的空間分析功能。人們經常需要了解一個鄉的森林覆蓋面積、一個縣的公路里程以及一個地區的河流密度等等。要知道這些結果,不能僅僅依靠空間查詢,而且需要將地理空間目標進行切割,必要時需要重建拓撲關系,然后進行疊置分析,以致確切地統計出森林覆蓋面積、公路里程和河流密度等屬性數據。

1.3 緩沖區分析

所謂緩沖區就是地理空間目標的一種影響范圍或服務范圍。緩沖區主要有點緩沖區、線緩沖區、面緩沖區三種類型。

緩沖區分析是利用建立的緩沖區作為一個輸入圖層,并與將要進行緩沖區分析的圖層進行疊置分析得到所需的結果的過程。緩沖區分析需要緩沖區多邊形與疊加圖層內對象間的求交計算,重新建立拓撲關系和新的對象的屬性賦值,產生新的圖層。在一些應用中,如選址分析、土地是以性評價、多因素綜合分析評價等,緩沖區分析可能會被反復使用。

1.4 網絡分析

網絡是由一系列相互聯系的線狀要素組成,網絡是現代生產生活中不可缺少的物質流、能量流和信息流的通道。例如水流、客貨流等都是通過各種網絡進行流動和傳輸的。

網絡分析是GIS的一種重要的分析類型。在地理空間中,許多自然、人工的線狀地物相互之間構成網絡。如道路網、地下管線網、電網、河流網等。在這些網絡上,人們需要進行路徑選擇、資源分配、運輸路徑規劃、故障診斷等分析。網絡分析的主要目的是對這些網絡進行地理分析和模型化。

1.5空間統計分析

空間統計分析主要用于空間數據的分類與綜合評價,它涉及到空間和非空間數據的處理和統計計算。為了將空間實體的某些屬性進行橫向或縱向比較,往往將實體某些屬性制作成統計圖表,以便進行直觀的綜合評價。有時人們不滿足于某些絕對指標的顯示與分析,需要了解它的相對指標,因而密度計算也是空間統計分析的常用方法。另外,空間數據之間存在著許多相關性和內在聯系,為了找出空間數據之間的主要特征和關系,需要對空間數據進行分類評價,也稱作空間聚類分析。

1.6 數字地形模型(DTM)與地形分析

DTM主要用于描述地面起伏狀況,可以用于提取各種地形參數,如坡向、坡度、地表粗糙度等,并進行通視分析、流域結構生成等應用分析。模型可以有多種表達方法,包括網格、等高線、三角網等。

DTM最初是為高速公路的自動設計提出來的。此后,它被用于各種線路選線的設計,各種工程的面積、體積、坡度計算,任意兩點間的通視判斷以及任意斷面圖繪制等。在測繪技術中被用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖、制作正射影像圖以及地圖的修測;在遙感應用中可以作為分類的輔助數據;在GIS中,可作為基礎數據,用于土地利用現狀的分析、規劃及洪水險情預報等;在軍事上可應用于導航、導彈制導等。

2 GIS應用類型

根據GIS 所應用的領域不同可將其劃分為:地籍信息系統(CIS)、基于影像的信息系統(IBIS)、土地信息系統(LIS)、自然資源管理信息系統(NR2MIS)、市場分析信息系統(MAIS) 、規劃信息系統(PIS)、空間信息系統(SIS)、空間決策信息系統(SDIS)、城市信息系統(UIS)和交通運輸地理信息系統(GIS2T)等。盡管現存的地理信息系統軟件很多,但對于它的應用,歸納概括起來有兩種情況。一是利用GIS系統來加工和管理用戶的數據;二是在GIS的基礎上,利用它的二次開發技術開發用戶專用的地理信息系統。

3 GIS主要基礎理論及技術研究的熱點

進入21世紀以后,地理信息系統主要的基礎理論和技術研究熱點有了新的變化,代表了地理信息系統研究的新進展,主要歸納如下:

1)3D地理信息系統(3DGIS)的研究

在傳統的二維(2D)GIS中,通常是將垂直方向的信息抽象成一個屬性值,如DTM中的高程,然后進行空間操作和分析。如果在垂直方向上的采樣多于一個,如: 資源勘探中在一個鉆孔中的多個采樣,2DGIS則難以處理。在這種場合下具有真三維(3D)處理和分析功能的GIS系統是必需的。而所謂的3DGIS就是在二維GIS的基礎上對具有三維地理參考坐標的地理信息輸入、存儲、編輯、查詢、空間分析和模擬操作的計算機系統。目前3DGIS在數據結構方面研究比較多。

2)GIS時空系統(spatio-temporal system)研究

在許多應用領域中,如環境監測、地震救援、天氣預報等,空間對象是隨時間變化的,而這種動態變化的規律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS忽略時態主要是受器件的限制,也有技術方面的原因。近年來,對GIS中時態特性的研究變得十分活躍,即所謂“時空系統”。根據處理時間和有效時間的劃分,可以把時空系統分為4類:靜態時空系統(static ST system)、歷史時態系統( historical ST system)、回溯時態系統(rollback ST system)和雙系統bitemporal ST system)。時空系統主要研究時空模型,時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析。目前比較流行的做法是在現有數據模型基礎上擴充,如在關系模型的元組中加入時間,在對象模型中引入時間屬性。

3)GIS 空間數據共享和數據標準研究

現有GIS軟件與應用都有自己的數據格式和數據標準,不同GIS軟件之間還不能直接讀取和操縱其他GIS軟件的數據,而必需經過數據轉換。所以在GIS的建設和發展中對空間數據共享和數據標準化問題迫切需要進行研究。一方面國家和行業部門指定自己的外部交換數據標準,要求采用公共的數據格式,以解決不同GIS軟件之間空間數據的轉換問題;另一方面指定空間數據相互操作協議(OGIS); 指定一套大家能夠接受的空間數據操作函數(API),軟件開發商必須提供與這一API 函數一致的驅動程序,這樣不同的軟件就可以操作對方的數據。目前已有幾個重要空間數據轉換標準:DIGEST―數字地理信息交換標準(Digital Geographic Information Exchange Standard)由北大西洋公約組織NATO的數字地理信息工程組DGI2WG制定。STDS―空間數據轉換標準(Spatial Data Transfer Standard)由美國地質測量協會USCS 制定,是一種不同計算機體系中空間數據的轉換標準。OGIS―開放地理數據互操作規范(Open Geodata Inferoperdility Specification) 是通過各軟件開發商提供的與其定義的API 函數一致的驅動來實現的,從而使得不同軟件可操縱對象的數據。

4)構件式地理信息系統ComGIS研究

提出GIS的構件化思想是符合軟件資源重組、提高軟件生產效率這一思路的。所謂的ComGIS就是把GIS的各個功能模塊分解為若干構件或控件,每個構件具有不同的功能,不同的構件可以來自不同時間和不同的開發商。利用構件的OLE(對象連接與嵌入)和ActiveX(OCX)控件技術,用戶可以在工業標準的可視化開發環境中,如Visual Basic ,Vi2sual C++,Delphi ,PowerBuilder等,只需在設計階段將GIS組件嵌入到用戶的應用程序中,就可以實現地圖制圖和GIS功能。

5)萬維網地理信息系統WebGIS研究

WebGIS是Internet 技術應用于GIS開發的產物。從WWW的任意一個節點,Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖,以及進行各種空間檢索和空間分析,從而使GIS 進入千家萬戶。WebGIS具有以下特點: 全球化的GIS 的應用及研究熱點探討用戶都可以通過瀏覽器訪WebGIS站點提供的各種GIS服務,甚至還可以進行全球范圍內的GIS數據更新。 WebGIS 給更多用戶提供了使用GIS 的機會。WebGIS可以使用通用瀏覽器進行瀏覽、查詢GIS 空間信息,額外的插件(plug2in)、ActiveX控件和JavaApplet通常都是免費的,這樣可以降低終端用戶的經濟和技術負擔,很大程度上擴大了GIS的潛在用戶范圍。 具有很好的擴展性。WebGIS很容易跟Internet上的其他公用信息服務融合在一起,實現無縫集成,從而可以建立靈活多變的GIS應用。 跨平臺特性。在WebGIS 以前,盡管一些廠商為不同的操作系統(如: Windows 、UNIX、Mac2intosh)分別提供了相應的GIS軟件版本,但是沒有一個GIS軟件真正具有跨平臺的特性。而基于Java的WebGIS可以做到“一次編程,到處運行(write once ,run anywhere)”,充分發揮了跨平臺的特點。

4 GIS 具體應用分析

4.1 GIS與RS的綜合應用

RS具有實時、連續、準確獲取大范圍地表信息的能力,而GIS具有強有力的地學分析手段。結合RS與GIS技術,可以把絕大部分地表信息做及時、快速、準確的動態顯示,并據此作出分析。其具體操作是先利用RS提供的多時相遙感圖像獲取不同時期的相關專題數據,結合研究區域的地形圖,利用GIS的空間分析功能(數值計算、圖形疊加等) 結合數學模型來獲得某類地表信息的動態變化顯示及作趨勢預測。可把這種技術應用于: 城市用地變化分析、高原冰川變化分析、土地利用動態監測、生態環境動態監測等等。

GIS與RS的集成模式主要有如下三種:1) 分開但平行的結合。主要在數據層面結合,兩個數據處理系統相互獨立存在。它們在數據層面進行數據交換。2) 表面無縫的結合。使用統一的用戶界面,但為不同的工具和數據庫。3) 整體結合。在界面、工具和數據庫方面均實現無縫的功能集成和數據集成。

4.2 GIS與GPS的綜合利用

GPS的定位誤差越來越小,GIS的空間分析功能越來越完善,把GPS連接到GIS系統中,在GIS可視化圖形界面上實時觀察GPS定位點的運動過程。比如在運鈔車安全狀況監視時,把GPS放在該車上,然后把接收裝置接到GIS系統中,在運鈔車所經區域的交通底圖上可以很方便、精確地跟蹤其所處位置,一旦運鈔車安全發生意外,可通知最近的相關部門處理。

把GIS與軍事監控設備連用,把軍事監控設備所獲得的實時、精確的信息(數據、圖形、圖像、聲音、電信號等,經GIS錄入、處理、顯示和分析,對戰場作全方位、不間斷、滾動式顯示,為決策者提供輔助決策的功能。

目前來說,GIS與GPS的集成在技術層面主要有以下幾種模式:1.GPS(單機定位)+柵格電子地圖;2.GPS(單機定位)+矢量電子地圖;3.GPS(差分定位)+柵格/矢量電子地圖;4.GPS(差分定位)+動態圖層。他們都是通過在GIS中設置動態接受GPS傳輸的定位觀測數據的動態圖層實現的。

4.3 三維GIS與虛擬現實的綜合利用

三維GIS是許多應用領域對GIS的基本要求。三維GIS和二維GIS相比,可以幫助人們更加準確真實地認識我們的客觀世界。以前的三維顯示只能應用在大型的主機和圖形工作站上,而且只在極少數的部門如地震預測、石油勘探、航空視景模擬器中得到應用,成本動輒上百萬美元。隨著計算機技術的發展,硬件成本不斷地降低,一臺普通的PC機就可以很輕松地進行真三維顯示和分析。以前的GIS大多提供了一些較為簡單的三維顯示和操作功能,但這與真三維表示和分析還有很大差距。現在,三維GIS可以支持真三維的矢量和柵格數據模型及以此為基礎的三維空間數據庫,解決了三維空間操作和分析問題。

4.4 GIS與移動通信技術的綜合利用

WAP/WML技術作為無線互聯網領域的一個熱點,已經顯示了其巨大的應用前景和市場價值。WAP柳ML技術與GIS技術的結合產生了移動GIS(Mobile GIS)應用和無線定位服務LBS(Location一basedServices)。通過WAR/WML技術,移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網絡提供的各種服務。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里。大多數的分析家都認為,到2010年,無線網絡將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

當前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設備無關接口”的互操作。各種移動設備對于從地理信息服務器所獲得的信息,其表現方式是各不相同的,用戶輸人方式也不相同。因此,對于不同的移動設備需要一種統一的標記語言。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里:大多數的分析家都認為,到2010年,無線網絡將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

5 GIS 未來發展趨勢

地理信息系統在社會生產、經營和管理決策的廣泛應用與農業領域各學科的發展相輔相成。一方面其應用促進了學科的知識創新和理論深入研究;另一方面,各學科的不斷發展又反過來促進系統不斷完善,作為一項具有廣闊應用前景和強大生命力的高新技術,未來的發展趨勢主要有以下幾個方面:

1) 3S技術的集成:建立基于3S的空間決策支持系統,實現系統各部分之間的利用管理一體化、實時化、空間化,基本思想是由RS提供最新的圖像信息,GPS提供精確的空間信息為GIS各種信息的存儲、處理、分析和應用提供技術支持。

2) GIS與專家系統的集成:GIS與專家系統的結合是建立智能化空間決策支持系統的重要途徑。它為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環境,調用各種信息資源和分析工具,幫助決策者提高決策水平和質量。

3) 實現空間信息網絡化建立基于GIS的應用系統與互聯網的有機結合,是在廣域網環境下一種GIS的應用。最終的目標是以網絡為平臺,采用分布式體系結構的GIS系統將在全球范圍內得到廣泛應用。利用這種技術,人們可以通過互聯網對自己所需要的空間信息進行查詢、分析、決策的輔助和管理,普通用戶不再需要復雜的專業軟件和專門的培訓就可以享受全球化空間信息技術所帶來的便利。

以上僅列舉了地理信息系統一些主要的發展方向。21世紀的科技發展是交融化、多元化的。一項新的技術、一個新的想法或者一個新的概念,只要對生產力發展有用,就會成為發展的熱點。同時,一項科研如果想持續地發展成為一個體系、一門學科,就必須在當今的社會發展中不斷找到自己新的發展思路和新的方向,不然就會被社會淘汰。

參考文獻:

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[4] 楊德明,王龍俊,付偉.GIS應用淺談[J].東北測繪,2003(1).

第7篇：地理信息科學基礎理論范文

1.1 根據我國自然利用和經濟發展的需要,建立了相當完整的學科體系

1952年全國進行高等院校院系調整,一些綜合大學建立了地理學系,并屬理科。在各大區與省師范院校中普遍設立地理學系,師資培養有很大進展。在幾十年的教學和研究實踐中,地理學的方向和領域不斷發展。在“”前高等學校的地理教育,采用前蘇聯的教學體制,分專業教學,以二三級分支建立專業,加強了數理化自然科學,增加了實踐時間,使地理人才培養有很大的發展。在為國家自然資源利用和經濟社會發展服務過程中,地理學研究機構逐步增加,形成了相當完整的學科體系。首先是在中國科學院建立了綜合性的地理學研究機構和有地區特色且針對我國特殊的地理問題的專業性地理學研究機構。改革開放以來,在綜合大學和師范大學建立的研究機構更多。80年代我國人文地理學得到復興,促進了應用地理、計量地理、旅游地理等學科的建立和發展。由地球信息科學家開拓的GIS在全國學術界和社會許多部門得到廣泛的應用,推動了地球信息科學在我國的發展,初步建立起一個地理信息科學基本體系。地理學研究機構和地理研究的發展,使地理學在為國家目標服務和科學問題的研究方面發揮著極其重要的作用。

1.2 “以任務帶學科”,提高了地理學的應用價值

“以任務帶學科”是我國50年來地理學取得蓬勃發展的一條基本經驗。地理學家組織與參與完成了國家一系列重大的關于我國自然條件、自然資源、農業發展方面的調查研究任務,包括大規模的地區綜合考察、綜合自然區劃、農業區劃、黃淮海平原的綜合治理、國土規劃和發展研究等。在這個過程中,大大提高了地理學應用價值和科學水平,也是大量分支學科發展和形成的基本動力。相應地為政府和社會提供了大量的建議和科學資料,在生產實踐中產生了巨大的經濟效益和社會效益。

1.3 理論研究在一些領域取得重要進展

50至60年代,提出了水熱平衡、化學元素地表遷移和生物地理群落等自然地理學的三個方向。學術思想早于當前全球變化研究中逐漸獲得共識的地球生物化學循環和地球系統科學的思想。通過實驗研究在農田生態系統中水分循環和水鹽運動規律及其與作物生長關系方面,在環境生物地球化學、環境背景值和環境健康方面,在地域分異規律與中國自然地理區劃、土地類型與土地利用、區域自然地理以及農業區劃、地域生產綜合體與區位理論和空間結構理論方面,在青藏高原隆起及其影響,在專題地圖學和綜合制圖的理論方面等重大的理論和實踐問題上取得了一系列重要成果。近年來對地球表層系統理論、地圖圖譜和社會地理理論的探討也取得了進展。

1.4 地理學的技術革命不斷發展

50和60年代我國地理學即開始了技術革新。70年代末的騰沖遙感開拓了我國的遙感事業。同時開始探討數學方法的應用。之后,模型建立和空間分析在區域研究和城市發展規劃中逐步推廣。系統論在地貌學及許多分支學科研究領域中的應用取得了明顯的進展,推動了一系列重要科學問題研究的深入。改革開放以來,中國科學院、高等學校GIS實驗室的建立,促使空間分析方法愈來愈多地在各種預報、預測和發展研究領域中得到應用。地理信息系統作為傳統科學與現代技術相結合的產物,不僅推動了地理學的發展,也為各種涉及空間數據分析的學科提供了新技術方法。

1.5 編纂了一系列大型學術著作

過去的幾十年中,以我國著名地理學家領銜組織編纂了一系列大型的地理學圖書和圖集,在建立我國地理學理論體系、積累地理學研究資料和向社會宣傳大量研究成果方面起到了重要的作用。最突出的有:《中國自然地理叢書》、《中國自然地圖集》、《中國土地利用圖》、《中國經濟地圖》、《中國人口地圖》、《中國農業地理叢書》、《中國人文地理叢書》等。

1.6 高等地理教育和高級地理學人才培養的形勢較好

現在地理學一級學科的博士點在全國已有8個,二級學科自然地理的博士點9個,人文地理3個,區域經濟的3個,地圖和GIS的3個。自然地理、人文地理、區域經濟、地圖和GIS的碩士點共有92個。地理學培養的人才活躍在國家的規劃、計劃、環境和生態管理以及研究與教學等領域。

1.7 中等地理教育經歷了艱難的發展

50年來我國中等地理教育出現了“兩起兩落”。目前國家教育部門,根據素質教育的要求,正在組織全國的專家大力進行國家基礎教育課程改革。根據我國自然環境狀況、發展狀況和國際化的要求,制定教學大綱和編寫地理基礎教育教材,我國中學地理教育正在第三次崛起。目前的?+X"高考科目改革方案,將促使學校和學生恢復對地理學的重視。

今天,可以肯定地說,我國地理學的影響力在擴大,而且已經超出了專業的界限,地理學的決策應用價值大大加強了。地理學家的上述工作,在一定程度上促進了我國自然條件的合理利用,阻止了自然惡化的趨勢,地理學的方法逐步為社會所了解和應用,地理學的成就在很

大程度上為社會所認同。甚至可以說,地理學的發展在某種程度上改變了人們的時空觀念和有關領域的工作方式。今天,國家和社會如此地了解西部地區、黃土高原、黃河長江、青藏高原、黃淮海、國土開發和可持續發展;地理學家開辟的GIS和遙感應用技術如此在社會廣泛應用并發揮著重要的作用等。地理學的一些基本觀念如“區域”及“區域差異”、地圖及GIS思想、“人地關系協調”等概念在愈來愈多的領域被采用。半個世紀以來,就為國家自然利用和經濟發展研究的規模和在國家建設發揮的作用來講,世界上沒有哪一個國家的地理學能夠與我國相比。

在50年的發展過程中,我國地理學所走的道路也是有教訓的。如片面地批判地理環境決定論,導致在環境問題和環境科學興起之初處于被動;取消人文地理學,自然地理學與經濟地理學存在分割狀態;在相當長的時間里,缺乏與世界上大多數國家的學術交流;我們在理論的總結和創新方面仍然比較落后。

2 當前我國地理學發展的形勢

改革開放以來,國內與地理學的發展和應用有關的產業部門、科研院所,進行了大量的關于我國自然資源、環境整治、GIS的應用及國土開發等方面的研究和發展,形成了異常活躍和競爭的局面。近年來,在國家體制向市場經濟轉軌、科研體制進行一系列改革的背景下,計劃經濟時代的科研計劃、撥款制度、人事制度等已不復存在,而新的科教體制尚未規范和完善,地理學科研與教學單位面臨著一系列實際問題,如教學經費的不足,“大鍋飯”不再存在,各種競爭日益激烈,一些地理單位甚至缺乏基本的生存條件。這迫使地理單位進行改革,近年來我國地理學發展的總趨勢是強化了社會需求和市場指向,出現了非常活躍的局面。

在一系列學術領域,地理學的地位受到挑戰。地理學家曾經在這些領域作出了許多開拓性的貢獻。如在農業區劃、國土規劃、GIS、城市研究、地區經濟、旅游開發、全球變化、資源利用、環境保護、可持續發展等方面,現在地理學必須謀求新的發展和提高。隨著人口、資源、環境、發展等全球性問題之重要性日益突出,很多學科占據了一些傳統研究領域,如第四紀地貌、氣候學的研究等。現在,地質學在向上擴,大氣科學在向下沉,生態學和環境科學已自成體系,經濟學在發展區域經濟,社會學在研究地區發展不平衡,建筑學向城市規劃擴展,凡此等等,地理學的一系列領域面臨其他學科的競爭和挑戰。

由于改革開放和社會主義市場經濟的逐步建立,大學地理教育面臨著如何培養適應市場需要的理論型、應用型、技術型和新的地理教育型的人才問題,部分專業存在著畢業學生的分配問題。由于其他學科和領域對人才的競爭,大學和科研機構的人才流失也比較嚴重。

在上述競爭背景下,高等學校地理學廣泛地進行了改革和創新,出現了若干共同的趨勢。在教學和研究的目標方面,普遍定位在資源環境問題、社會經濟的發展與規劃及GIS、遙感技術的應用。主要從事的領域涉及到資源利用與保護、土地管理、環境(包括生態)的變化與綜合整治、國土規劃與城市規劃、區域開發與可持續發展、旅游發展與規劃,GIS應用。相應地在高校地理院系伴隨著機構的改變和名稱的變化,普遍設立資源環境學院,包括資源、環境、地理、城市規劃、旅游、土地管理等;師資的成分、教材的內容、培養方向等均發生了變化。這些變化適應了社會的需求,為解決實踐問題作出了貢獻,也拓寬了研究和教育領域,在一定程度上加強了基礎研究,研究的數量也大大增加,并使師資、人才和招生生源得到了保障,畢業生分配有了較多且穩定的渠道,教育和科研經費也有了較多的來源。地理學科研機構的改革,實行績效工資,將在SCI等檢索刊物上發表文章作為考核和晉升的主要標準等,雖然其效果還有待觀察,但顯然加強了研究的專業化和研究論文的數量和質量,爭取了更多的課題和經費,調動了研究人員創新的積極性,促進了優秀人才成長。

現階段我國地理學發展也出現了一系列令人擔憂的問題和傾向:

(1)地理學理論、基本概念和區域地理等經典內容的教學和研究被削弱了。教員為對付崗位責任制而疲于奔命,普遍重科研、輕教學。一些院系不僅改名,也改了專業方向,地理系在派生出旅游、房地產管理、環境學等方向的同時,本身迷失了方向,人地關系等地理學的核心和本質方面的研究和教學淡化了。由于理論研究的削弱,這些年來我國地理學的創新少了,還出現了自然和人文再次分離的苗頭。

(2)地理學不同于某些實驗室科學,需要有多種尺度的時間和空間研究。因此,定位臺站的長期、連續觀測和原始數據的分析研究,是地理學發展的基礎之一,但除了在少數研究所外,這種工作愈來愈弱化。在科研院所,普遍存在忙于爭課題和完成論文數量,不甘坐冷板凳做扎實細致工作的現象。在表面繁榮之下隱藏著一種浮躁之風,這樣難于出“多年不鳴,一鳴驚人”的源頭創新成果。在GIS和數量方法的應用取得明顯進展的同時,地理學家對野外的考察研究也削弱了,一些資源環境和國土開發的重大課題的研究,需要臺站進行長期觀測的研究,但普遍存在野外工作的人員和時間“不到位”的現象。

(3)全國性的協作和重大課題的研究愈來愈困難。目前的科研機構和科研體制,注重科學家的個人創造性,在組織結構方面愈來愈小型化,研究目標愈來愈體現為,特別是在SCI、SSCI檢索的期刊上。在這種情況下,一些大型的研究,如國家大區域的資源環境及發展的綜合研究,大型地理叢書和綜合性的學術著作的編寫,以及其他圍繞大項目的協作等明顯削弱了。如果這種情況不能改變,地理學的應用價值就將下降。

(4)為爭課題而迎合長官意志、政府行為和企業行為,科學研究的超前性和獨立性被削弱。地理學研究落后于社會需求和科學發展前沿,缺乏敏銳揭示隱患及對一系列重要實踐問題作出迅速反映的能力。

認真檢討我們與國際地理學發展的差距,發現我們對全球問題的研究還相當薄弱,地理學家還沒有走出去,在把握全球性的重大問題的基礎上開展我們的研究,并把研究成果推向國際;對國家重大的發展問題及其他決策問題的關注和研究薄弱, 特別是對高級理論性綜合性人才的培養缺乏應有的關注,要注意培養世界一流的全球性理論和應用的高級人才、區域專家;對地理學發展的理論、發展方向的關注薄弱,與整個科學發展大趨勢、其他學科發展前沿、科學哲學、國外地理學先進思想存在隔膜;信息化的應用仍不普遍。在地理學的基本觀點方面,我們對全球問題的關注和研究不夠。

3 21世紀我國地理學發展的展望

在為美國《科學》雜志撰寫的社論“科學在中國:意義與承諾”中指出:“中國正處在發展的關鍵時期,面臨著優化經濟結構、合理利用資源、保護生態環境、促進地區協調發展、提高人口素質、徹底消除貧困等一系列重大任務。完成這些任務,都離不開科學的發展和進步。這就對中國的科技進步提出了緊迫的要求。”顯然,地理學是實現這些國家重大任務的重要支撐學科之一。

我們要為一系列重大的決策問題提供科學依據。這些決策問題是重大的資源利用和自然保護問題、重大自然災害的治理問題、國家的地區開發戰略和發展問題等。在21世紀發展中,這些問題將進一步突出。在所有的區域性問題中,地理學家要重視我國西部地區的生態環境和發展問題。在新的歷史時期,國家決策的許多問題,地理學家都可以參與工作。要通過這些重大問題的研究,進一步提高地理學的決策應用價值,對國家一系列重大問題,需要建立起迅速反映的能力。

70年代以來國際地理學的發展,愈來愈從注重由自然支配的環境變化轉移到人類支配的環境變化;地理學家愈來愈重視參與全球問題和國際性的研究計劃;加強了發展研究和發展規劃研究;地理教育的主要內容愈來愈傾向于“我們共同的未來”;信息化成為地理學發展的重要推動力量。地理學家在參與國家和政府的決策方面也在表現出更大的積極性。最近美國出版的一部專著《改變世界的十大地理學思想》指出地圖學和GIS思想、人類在人與自然關系中的調整、空間組織與相互依賴等地理思想,曾經和正在強烈地改變著這個世界,也是最有價值的研究領域[1]。

在愈來愈多的新學科出現和參與我國的資源環境和發展問題研究的情況下,地理學面臨著激烈的競爭。為了弘揚地理學傳統,為社會和科學發展作出獨特的貢獻,地理學必須根據自己的優勢和學科特點,找準自己的方向,特別注意發現新的問題和新的領域。

3.1 關于21世紀我國地理學的發展方向

(1)國土整治研究。在21世紀來臨時,我們必須明確地理學能給國家和人類解決什么問題,包括區域性的資源開發利用、生態環境退化的監控與治理、全球變化及其區域響應。全球環境變化和發展問題研究、全球一體化和多樣化是國際地理學發展的基本方向。青藏高原問題及其對我國大的自然格局的影響是地理學重大的長期研究目標。各種特殊類型的區域,如濕地、湖泊、山地等的環境和利用問題。在所有的區域性問題中,地理學家要在更大程度上重視我國西部地區的生態環境和發展問題。加強資源環境的監測、保護、規劃與整治研究,建立工程地理學。

(2)發展研究。這個方向自60年代在國際上逐步形成以來,已經成為地理學發展的主流之一。我國經濟高速發展,強烈地改變著我國的自然和社會經濟結構;我國發展面臨著嚴峻的可持續性問題。這些問題的研究,可為實施可持續發展戰略服務。地理學家和地理工作者要了解我國的自然、生態環境和城鄉發展,包括城市發展與規劃、區域發展及可持續發展、農村發展等,就需要進一步開展地區經濟與社會及城鄉發展研究。

(3)地理信息應用研究。GIS技術、遙感技術、空間數據的應用是地理學也是地球科學發展的重要推動力量。國家目標是發展地理信息科學,推動“中國數字地球”戰略,為區域社會經濟可持續發展與生態環境保護提供分析預報和決策支持的新的科學手段;為地球科學及其他有關學科研究提供時空信息并進行資源與生態環境研究分析、預測預報和時空調控的科學基礎。與此同時,地圖已經成為以數據形式存在的動態多維產品,地圖圖譜是促進GIS應用的發展、使我們對日益復雜和相互聯系的事物的理解更加深刻的重要研究方向,這些技術可用于其他學科,但地理學對其發展和應用起到基本的作用。

3.2 地理學的教學改革問題

地理學是21世紀人才必備的素養,世界各國都越來越重視地理教育。美國1992年制定了面向未來的教育改革計劃,規定地理學是所有大學和專業必修的五門課程之一(其余為英語、數學、物理、歷史)。為了適應我國21世紀社會經濟發展的需要,在地理學的課程設置及課程建設問題上,急需加強概念性的地理學及其中的自然地理學、人文地理學與地球信息科學的基礎課程,核心地理學課程必須保持和創新。美國一些科學社會學者最近預測的知識經濟時代創新領域中,有很大部分(如資源的可持續利用技術、環境保護技術、生態恢復技術)必須具備地理學基礎。21世紀的地理學,不僅只是文理交叉的學科,而是可能分化成理論、應用與技術相互分離的教學、研究單位,因此,需要在人才培養上注意全面、全球綜合性的理論思維,要適應實踐和科學的發展,開創新的地理學課程。地理學若不能滿足社會的需求,那么其他學科肯定會取而代之。如在哈佛大學商學院,“新經濟地理學(the New Economic Geography)”已成為一門核心課程。

3.3 推進地理學理論和地理學思想的創新,加強基礎理論的研究和教學

要以綜合的觀點和學科交叉的方式研究地球表層系統的演變及其動態機制。地球表層系統包括區域性的自然系統、人—地系統和社會經濟系統三個子系統。自然系統中我們關注自然支配的環境變化,這方面的問題仍需進一步研究。如青藏高原的隆升及對我國和東亞環境的影響,我國的水土流失及沙漠化的自然因素等。在當今這個地球上,更重要的問題是人類支配的環境變化,核心是“人地關系地域系統”。要探討這個系統的內部組成、主要關聯及其與外部環境的關系,揭示人類對環境變化的感知和響應,以及人類對環境的利用和影響及環境對人類的影響。在較小空間尺度上,揭示地表物質元素轉化與遷移的機制;在宏觀層面上,研究氣候變化和全球物質反映之間的關系。從不同的空間尺度研究人口、資源、環境之間關系實質,并尋找解決的途徑。通過較小尺度的研究,經過尺度轉換,為大范圍區域的整治提供理論基礎和政策依據。為了促進地理學理論和地理學思想的創新,需要加強與其他專業學者之間的聯系和磋商,進行跨學科的交叉和滲透。

3.4 發展地理學的方法論

21世紀在地理學各分支學科繼續發展的情況下,要求我們在地理學的方法論方面作深入探討并取得某些共識,地理學不是各種有關專業的簡單匯合,而是具有明確的核心和一致性。地理學已經具有一套比較完善的方法論概念。

(1)區域概念。包括全球的概念、區域差異和區域相互依賴性的概念,沒有區域就沒有地理學。針對不同的空間尺度界定不同的區域論題,研究發生在區域中的過程和演變規律,而不是靜態地研究區域。各種地帶和各種類型地域(流域、區域、地方)的研究、全球變化的區域響應、陸地生態系統的演變、溫室氣體增加的影響等,在不同區域是不一樣的,因為地表各種過程在不同時空尺度表現差異及其自身的抗干擾能力和恢復能力不同。在人文領域內,區域或國家一體化和多樣化發展,是地理學研究和教學的基本范疇。

(2)統一地理學的觀念。這種觀念強調研究人類活動成為一大驅動因素的地球表層系統及其中的“人—地”地域系統。在最近出版的《對地理學的再審視——對科學和社會的新聯系》[2]一書中,地理學研究的地球表層系統被分解成三個系統:環境系統、人類社會系統和環境—社會系統。而且,地理學研究的重點是其中的環境—社會系統即環境—社會動力學。在漢城召開的第29屆IGU大會上,前任IGU主席Messerli報告的主題就是:地理學研究的主要領域正在由自然支配的環境變化演變為人類支配的環境變化[3]。幾十年以來,特別是近年來, 老一輩地理學家就強調對重大的地理學問題開展綜合性多學科交叉研究的極端重要性。自然地理學不考慮人類的活動和人文地理學忽視自然和生態基礎都是致使的弱點。現代地理學的基本特點是:統一地理學、全球地理學和有人的地理學。地理學的“研究重點放在各圈層的相互作用及其與人類活動造成的智能圈的耦合與聯動上”[4]。

(3)將格局和過程關系的研究作為重要的觀點和技術路線。發生在各種類型和各種尺度的區域中的過程必然產生一定的格局,而格局的變化又會影響到自然、生態、社會發展的進程,這就產生了格局和過程間相互作用的研究。這種相互作用還表現在區域之間的相互依賴性,包括不同尺度區域之間的相互依賴性。如對不同時間序列、不同空間尺度的土地利用和土地覆被變化的研究就是如何。IGBP的全球變化和陸地生態系統項目將格局和過程關系的研究作為重要的技術路線[5]。實地調查、區域比較、尺度轉換等傳統方法和新興的空間分析、系統模擬是這種研究的基本方法。

3.5 擴大對相關國際性計劃的參與和全球問題的研究

中國經濟發展的國際化程度在提高,我國的國際影響日益擴大,我國地理學在更大程度地走向世界是必然要求。因此,要加強全球觀念和加強全球問題的研究,并在國際性會議上和國際交流中不斷展示我們的成果,甚至我們要培養將主要精力用于全球問題研究和參與國際學術活動的國際型的地理學家,積極參與國際和全球的研究計劃。

3.6 加強地理實驗和工程地理學研究,促進技術創新,以信息化推進地理學的發展

信息化使現實空間表征的理論方法得到了革命性的發展。GIS和遙感技術的應用通過時空數據和空間分析,使我們可以更迅速更好地認識相互聯系事物的本質和區域間的差異及其相互依賴。為了深入研究和揭示地球表層動態系統中物質循環和要素作用機理,必須重視地理學的實驗研究,并使微觀和宏觀研究相結合。但是,這些不能代替樣本研究,不能代替考察和觀測等,否則,我們不能認識“真實世界”及其動態系統,改進真實系統的描述。大型工程的戰略研究為我國大規模建設時期所急需,目前尚很薄弱,建立工程地理學,既適應這種需求,又開拓了地理學的應用領域。

3.7 加強地理學的基礎教育和科普工作

基礎教育的主要目標之一是讓青少年了解國情和培養愛國主義、國際主義的情感。為了“我們共同的未來”也是我國地理教育主要內容之一。當今世界,資源、環境、人口、發展等全球性問題越來越尖銳,而地理學是各基礎學科中最能綜合、直接地對付這些問題的課程。因此,世界各國都越來越重視地理教育。最近,辦公室向黨和政府官員推薦新編中學地理課本,說明地理學普及的重要性。要通過基礎教育和科普工作,讓國民中有愈來愈多的人了解什么是地理學,地理學能干什么,如何培養人們的地理學觀念,推動地理學的發展。

4 結語

近年來我國正在實施“科技創新計劃”和“教育振興計劃”,為地理學單位的改革和發展提供了較為優越的條件,也提出了更高要求,我們有條件在新的世紀中實現地理學的更大發展。地理學科研單位正在進行整合,一些單位進入中國科學院“創新基地”,內部組織結構和人員結構都有較大變化。高等學校地理院、系的改革以改名開始,隨后也進行了不同程度的結構調整,“211工程”和理科基地建設使幾個重點大學地理學得到很大程度的加強(但一般高校,尤其是普通師范學院,地理系仍然舉步維艱)。袝"計劃、杰出青年基金、“創新基地計劃”和國家自然科學基金重大、重點項目、面上項目強調“源頭創新”,進入這些計劃和項目的單位和個人重視基礎研究和理論研究,也有了進行這種研究的條件。長期以來,地理學家和地理學思想,對人類社會經濟的發展作出了巨大的貢獻。今天,我們的國家和全球的自然和社會經濟結構正在發生劇烈的變化,向地理學提出了一系列重大的科學問題和實際問題。地理學,這門偉大的學問正面臨著更大發展的機遇,全國地理學工作者聯合起來,把我國由地理大國發展為地理學強國。

【參考文/！/獻】

[1] Hanson S,ed.Ten Geographic Ideas That Changed the World [M].New Brunswich:Rutgers University Press.1997.

[2] Rediscovering Geography Committee.Rediscovering Geography:New Relevance for Science and Society [M].Washington:National Academy Press,1997.

[3] Messerli B,Martin Grosjean,Thomas Hofer,et al.From naturedominated to human-dominated environmental changes [J].IGU Bulletin,2000,50(1):23-38.

第8篇：地理信息科學基礎理論范文

關鍵詞：城市道路，慢行交通，交通標志，設置參數

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

近年來，隨著城市節能減排和“低碳、降耗”生活理念的推廣，慢行交通受到了廣泛的關注和重視，慢行交通是城市綜合交通系統中不可分割的組成部分。道路交通標志作為無聲的“道路語言”，在道路交通系統中發揮著重要作用。本文從城市道路慢行交通標志的設置角度分析，通過建立數學模型探討適合我國城市特點的慢行交通標志，從而改善城市慢行系統交通條件。

1 慢行交通系統特性

1.1 慢行交通系統的概念

（1）慢行交通的定義

慢行交通，一般也稱為非機動化交通(non-motorized transportation)。主要表現為步行和非機動車交通，出行速度一般情況下不大于20 km•h-1。

（2）慢行交通系統的構成

城市慢行交通系統由兩大部分構成：步行交通系統和非機動車交通系統。其中步行的主要對象為行人，非機動車的主要對象包括自行車、 電動車、 殘疾人車、 人力三輪車等。

1.2 慢行出行者交通特性

（1）慢行出行者基本特性

慢行速度：步行速度一般為1.0~1.2m/s，自行車速度一般為12~15 km/h；

（2）慢行出行者社會特性

安全性：行人和騎行人更容易在交通事故中受傷甚至死亡；經濟水平：選擇慢行交通的出行者往往是低收入家庭；年齡：老年人在選擇以慢行交通為主要出行方式的出行者中所占比例在50%以上。

2 慢行交通標志設置相關理論

2.1慢行交通標志的概述

（1）慢行交通標志定義

慢行交通標志是以視覺形象為載體，以單純、顯著、易識別的物象、圖形或文字符號為直觀語言，通過視覺傳達方式向出行者傳遞信息。

（2）慢行交通標志分類

針對慢行環境空間在形式和類型上的差異，慢行交通標志按功能可分為：管理性標志：多以明示、告知、勸說、指令、警告、禁止等為特征；導向性標志：通過方向、圖形、符號及文字向出行者傳達方位及目的地信；信息說明性標志：通過圖形或文字向出行者傳達說明性信息。

（3）慢行交通標志的構成要素

構成要素主要包括文字、標志符號和載體三部分。其中文字要素：信息傳達準確，指代單一，能夠彌補容易產生歧義的標志；標志符號：形式多樣，能夠將復雜的信息通過準確的語義和符號表達出來；載體要素：用物質和非物質的載體傳播物質、信息和文化。

2.2慢行交通標志對人的作用機理

（1）交通標志對人知覺的作用機理

人的知覺是大腦作用于感覺器官的外部事物各部分的整體反應[1]。交通標志的版面設計利用感知規律，設計成圖形較小，背景較大的形式。圖形是感知的中心，通過背景來襯托展現。

（2）交通標志對人視覺的作用機理

視覺是人在大部分的感知渠道中獲取外部信息的第一信道。通過知覺獲得靜態和動態的交通信息超過了80％ 。我國在慢行系統交通標志設置中采用紅、黃、綠、藍、黑、白六種顏色。

（3）人對交通標志的認知能力

道路使用者在有限的時間內完成對交通標志的識別及理解的能力被稱為人對交通標志的認知能力。慢行交通出行者對交通標志信息的識別和處理過程一般可以分為發現、識別、認讀、理解和反應五個階段[2]。

3 慢行系統交通標志參數確定方法

3.1交通標志位置確定

慢行交通標志的前置距離，必須讓出行者有足夠的時間去完成標志的認讀、大腦對信息的處理和判斷以及采取行動進行減速、停車等動作的過程（以電動自行車為例）。

圖1出行者行駛和對標志的認知模圖

需滿足：

根據《電動自行車通用技術條件》相應規定，干態制動時≤4m，濕態制動時≤15m；的最小值為，其中一般為250cm~350cm；（電動自行車騎行者）一般為160cm；取15°[3]。由此計算得到標志的前置距離。下表為不同速度下標志前置距離的建議值。

表1不同速度下慢行交通標志前置距離建議值

3.2交通標志文字尺寸確定

交通標志的文字高度可通過可視性理論來確定。基于以下兩個臨界條件建立模型[4][5]：

①騎行人在B點剛剛能夠看清標志內容；

②騎行人在C點讀完并理解標志所傳達的信息，與此同時剛好到達D點，即C點與D點重合。

根據以上結論，下表給出了標志在設置中文字的參考尺寸。

表2標志設置中文字的參考尺寸

3.3交通標志版面尺寸確定

通過研究標志字高模型，可以計算出在不同時速下的文字大小，從而來計算標志的高度a，寬度b。一般來說，a=6*H(H為字高)。確定了a值之后，寬度一般采取黃金分割比例來確定，以滿足出行者視覺上的美感，即 a：b=0.618：1。

4結論

交通標志作為城市道路的重要交通設施，在引導城市交通、提高道路通行能力、減少交通擁堵等方面發揮著重要作用。本文通過分析出行者的交通特性，界定慢行系統交通標志的定義及分類，構建出行者行駛和對標志的認知模型，從而計算交通標志設置的前置距離、文字高度、版面尺寸三個主要技術參數，并分別針對不同使用對象給出了不同條件下參數的建議值，為規范城市慢行系統交通標志的設置起到重要作用。

5參考文獻

[1]高俊,地理信息科學的空間認知研究[J].遙感學報,2008.3.

[2]趙炳強,交通標志設計中的視覺工效問題分析[J].交通管理.1996.

[3]石屈鵬.對城市道路交通標志設置的探討[J].四川警官高等專科學校學報,2006. 8(18).

[4]黃凱,指路標志極限信息量及漢字字高模型研究[D].交通部公路科學研究院,2008.3

第9篇：地理信息科學基礎理論范文

關鍵詞：MOOC；四維項目驅動；GIS專業教學；教學評價

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0174-02

隨著Web2.0時代的到來，新型MOOC教學模式是實現教育的公平性，同時達到個體的終身教育與個性化教育的重要方式。傳統教學中“項目驅動”模式[1]為通過項目的設計、協作與開發，使學生獲得成功的體驗，培養理論與實踐的綜合應用與分析能力真正全面提高學生綜合職業素質。將MOOC教學[2]模式結合成熟的“四維項目驅動”教學方式是本文探討的重點。GIS專業程序設計的教學方式改革也得到學校支持，依托清華“學堂在線”平臺，啟動了MOOC（慕課）/混合式教學改革試點班項目。

一、目前GIS程序設計課程教學中的問題

《C#程序設計》涉及GIS專業開發基礎，知識點多、更新快，在常規教學內容的安排上沒有相對固定的模式。目前，GIS專業的開發課程《C#程序設計》主要采用2種教學內容[3-4]：（1）傳統的教學模式，老師課堂上講解知識點，學生實驗課做實驗。教學進度按部就班，循序漸進。這種模式不適合于目前GIS專業程序設計課時較少，后續專題地理信息系統開發難度大等特點；（2）過于注重項目設計與實踐，缺乏對程序設計本質的理解，很容易使學生陷入對操作命令的記憶，知其然而不知其所以然的誤區。

目前的教學形式仍以教師為主，課程內容與結果相對固定，雖然有利于把握課程講解進度，及時了解學生反饋，適時進行指導，但因為課時有限其項目實現過程與成果簡單，不能激發學生的探索積極性。并且現在網絡技術的發展，學生很容易在網絡上找到相近的實驗過程與結論，其課題設計報告復制后稍作修改便算完成。甚至也有部分學生以模仿與抄襲的方式完成課題設計。這與教學初衷大相徑庭，達不到課程設計的預期要求，學生很容易產生依賴性和惰性。對應的考核方式也較為簡單，學生考勤記錄較全、設計結果基本正確、完成相應的課程設計報告就算合格。這些考核方式容易導致學生為了考核而學習，嚴重影響了學生的主觀能動性，其課程教學效果會受到很大的影響。

二、面向MOOC的“四維項目驅動”教學模式

1.MOOC理念引入。目前各位專業程序設計的課程教學內容具有較高相似度，再加上現有成熟的網絡技術與豐富的慕課內容，保證了理論知識以及技術更新的時效性。教師在慕課（MOOC）平臺下對開發課設計，把開放優質教育資源和MOOC納入教學改革發展戰略中，進行有計劃分步驟地嘗試和探索。基于MOOC平臺的數字課程作為一種深受學習者歡迎的教學資源形式，在國內外已備受教師、學生歡迎，究其原因，微課是在建構主義方法指導下、以在線學習或移動學習手段的教學形式，是把課堂教學精華制成視頻片段，再以學生喜聞樂見的方式呈現出來，因此具有強大的生命力。

結合到現在新興的數字微課理念，以視頻為主要載體，圍繞某個知識點或技能點開展的直接切入核心教學點，短小精悍、引人入勝、效果凸顯的視頻課程。微課含有明確的教學目標，充分體現具有教育特色的一體的教學模式。在推動高等院校數字教學資源水平和教學質量，提升教師教學能力，熟練掌握、運用、整合、創新現有優質資源，探索創新教學模式與方法，創建個人優秀教學資源空間，提高實踐教學能力方面，微課將成為重要教學資源，同時為實施翻轉課堂教學改革，提供不可或缺的前置學習資源。

2.項目驅動型教育模式。“四維項目驅動”教學模式核心是“四維”及在項目驅動的基礎上加強過程化管理。“一維”為MOOC課堂學習，學習程序設計基礎理論；“二維”為同學間的相互“結對”學習與編程。教師根據學生的意愿，或借助軟件隨機分組，或由學生自由組合分組，在接下來的課堂教學中，針對授課內容和學生情況適時創設場景，通過分組協作學習給學生創造更多自主探究和思維碰撞的機會，讓學生在互動和交流中，共同經歷知識的構建過程；“三維”為項目的驅動，設計好小組的項目計劃，整個學期的學習過程圍繞著項目開展；“四維”為學生小組相互評價體系。項目實施過程是教師和學生共同參與的教育實踐活動，師生為完成共同的教學任務產生的師生關系極大地影響著教學的效果。民主、平等的師生關系本身就是最好的教學方法，不僅有利于教學活動的順利開展和提高教學效率，而且有利于學生主體性作用的發揮。

3.教學環節。程序設計課程是我院地信專業專業方向必修課，通過本課程的學習，使學生了解GIS二次開發的原理、方法、過程和實現技術；掌握應用型GIS從數據生產、數據分析、數據庫設計、系統設計、程序實現的全過程。但是學生普遍缺乏相應的程序開發知識背景和算法思想，因而對這門課程缺乏興趣，有畏難情緒。如何讓學生更好地利用計算機去解決專業領域中的問題以及日常事務等問題，培養學生的獨立思考能力和實踐能力，“四維項目驅動”教學模式在此教學平臺上有其踐行的可能性。教師首先對命題案例的要求進行大致描述，完成過程以小組討論會的形式完成，各小組間互相展示自己的項目，互相啟發。特別是項目展示會中，負責該項目的學生將自己置身于專業開發團隊中，其他組的學生作為用戶提出自己的想法和要求。通過課堂上積極的表達與溝通，使學生不再局限于以自身現有知識去理解所學內容，而是通過借鑒他人的經驗吸引新知識，可以讓學生在不斷的質疑和辯論中去共享知識和智慧，發現真理，掌握規律，既增長知識，又發展能力。同時，教師利用項目匯報等機會給學生提供了展示自己學習和思考成果的舞臺，并且教師、學生雙方即時評價、交流和溝通，教師對學生信任的鼓勵，無疑會有利于學生理性認識的深入，使學生在學習、實踐的過程中，挖掘自己在GIS專題軟件設計方面的潛能，從而大大增強學習的自信心，成為更加孜孜不倦的課程學習者。

從圖1中可以看出“四維項目驅動”教學模式，從不同的角度在充分發揮MOOC課自適應教學優勢的基礎上，做到最優化的過程控制，從四個方面促進學生對知識的掌握，提高自我學習能力。

4.評價模式。相互間的評價體系不僅能促進學生學習的主動性，還能提高學生的競爭意識。特別是在實踐教學環節上，以項目為載體培養學生編程能力和團隊的組織協調能力。將創新能力培養滲透在課程實踐環節的教學中。具體措施是對于各個小組要求完成的項目，由學生小組或根據不同的思想、設計獨立完成，課程成績為理論考試+項目評分+平時成績得到最終成績。成績的分布和分析如下：全班共47人，其中一人缺考，實考人數46人，統計規律如下：

從圖表2分析可知，整個區間分布為正態分布符合課程設計要求，同時也說明了理論考試的難度適中。但是從實踐分數與理論分數比可以看出，其比值基本上都大于1，說明同學們的實踐能力得到了很大的提高，更多的同學注重實踐經驗。特別是比值大于1.0小于1.2的同學項目實踐分數較高，與之對應的成績分布，說明班級上絕大部分同學通過課程改革取得了較好的效果。但是比值在1.2以上的情況與之對應的成績，說明這兩名同學實踐成績還算可以，但是理論知識掌握不牢，還需要進一步加強理論知識的學習。

通過具體成績的分析，我們可以看出“四維項目驅動”的教學模式取得了階段性的成功，值得進一步的研究和推廣。

三、結語

C#程序設計作為GIS開發類課程的前期綜合實踐課程，其教學效果影響著學生對于計算機程序設計的理解深度及應用能力。把新興的MOOC數字微課結合“四維項目驅動”教學法對原有教學模式進行教學內容、教學形式、考核方式的改進，提高了學習效率，改善了教學效果。可進一步加強設定項目的數量與質量，通過“四維”完善項目內容設計，細化階段任務，嚴格的控制項目實施流程，利于理論與實踐的緊密結合，并及時更新學習的進度，促進學習的主動性。不斷地研究、改革、實施、總結，會使程序設計課程教學更加符合培養理論基礎扎實、實踐能力強的GIS專業人才的要求。

參考文獻：

[1]楊海.體驗式教育模式的哲學基礎芻議[J].科教縱橫，2010，（9）：44-245.

[2]王永固，張慶.MOOC：特征與學習機制[J].教育研究，2014，（9）：72-73.