地理信息科学专业PPT模板

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浅谈地理信息科学资源与环境科学学院地理信息科学 地理信息科学是1992年由Goodchild在国际杂志IJGIS上发表的“Geographical information science”提出，从而标志着地理信息科学作为一个学科正式成立。与地理信息系统相比，地理信息科学更加侧重于将地理信息将视作为一门科学，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。它以信息流的手段研究地球系统内部的物质流、能量流和人流的运动状态和方式。地理信息科学由三部分组成，“地理信息学”是其理论研究的主体，“地理信息技术”是其研究手段，“全球变化和区域可持续发展”是其主要应用领域。地理信息科学发展 2004年1月“NATURE”刊登了文章“Map Opportunities”，并提出地学技术（Geotechnology）与纳米技术和生物技术一起成为当今最为重要的新兴和最具发展前景的三大技术领域。 Google公司在2005年推出Google Earth系统，2006年2月“NATURE” 刊登了文章“The Web-Wide World”讨论Google Earth以及地理信息系统的未来发展。这两篇论文的发表，对地理信息科学的相关领域影响甚大。 主要研究方向地理信息科学主要研究方向有：地理空间认知时空GIS 分布式计算技术地理信息可视化地理信息服务空间信息集成与共享数字城市地理空间认知地理空间认知 有关空间认知（spatial cognition）研究最早可以追述到1948年由Tolman撰写的论文《鼠脑与人脑中的认知地图》，Tolman在该篇论文中首次提出了“cognitive maps”。地理空间认知的发展 在20世纪90年代中期，随着地理信息系统技术研究的深入以及社会化广泛应用，人们开始关注： GIS对于地理空间表达的合理性，如地理空间理解、地图结构表达和空间语言理解； GIS对于地理建模分析的科学性，如地理对象建模、空间尺度分析和空间决策过程； GIS对于地理信息系统技术的智能性，如人机交互界面、地理数据共享和地理信息系统互操作。由此推动空间认知研究进入了一个比较活跃的历史时期。地理空间认知的研究内容地理空间认知（geospatial cognition）研究人们可以活动于其中的空间，而不是室内空间、桌面空间甚至抽象的欧氏空间。研究的地理对象除了空间分布特征外，还具有丰富的地理语义，即空间属性和非空间属性在知识加工过程中是密不可分的。主要关注地理空间参照、地理概念、关系、不确定性、以及认知相关的空间知识表达（如自然语言形式和可视化图表式）和行为（如寻路和导航）等主题。空间认知的主体是人而不是机器，认知的对象是大脑而不是实在，认知的模式是大脑与客观实在之间的相互作用。机遇和挑战目前，对于空间的认知的研究还非常有限，有待于心理学、语言学、地球科学和哲学等多学科的交叉研究。如何将人类对于空间的认知模型和语义模型转化为数学或逻辑模型，将人类对于时空推理的概念和方法融合在地理信息系统中，是实现基于朴素地理学的智能化GIS的关键。时空GIS 时空GIS 时空GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息的计算机系统(简称TGIS)。 不但包含传统地理信息系统的空间特性，而且涵盖时间特性；它不但反映事物和现象的存在状态，而且表达其发展变化过程及规律。时空GIS是在前者研究的基础上，才慢慢发展起来的一个新兴领域，也是未来GIS的发展方向。 时空GIS的应用现状与发展现实世界处于永恒变化之中，当今社会面临的诸如土地的演化、环境的污染、海岸带的变迁、人口的急剧增长、城市的扩展与城市化趋势、骚乱的发生和扩散、传染病及火灾的传播等问题，无不与时间概念紧密相关。解决这些问题的关键是建立时空GIS。利用时空分析工具和技术来模拟和分析这些动态的过程和信息，探究和发掘隐含于其中的信息和规律，以便为相关部门提供相应的辅助决策信息。 时空GIS的应用 1、地学分析方面：建立时空GIS，实现对这些大型时空数据的组织、管理和分析应用。 2、地籍测量方面：可用于土地利用变化的统计、监测和预报，为政府部门的决策提供支持依据。 3、海洋现象方面：对不同时期海洋线的观测数据进行研究分析，揭示海洋线的整个历史演变过程。 4、国防建设方面：进行国家疆界与国界沿革的跟踪管理、军事作战态势推演和作战模拟仿真。 5、其它方面：在农业、林业、地质、水利、能源、气象、旅游、海洋、电力、通讯、交通、军事以及城市规划与管理、土地管理、资源与环境评价等各行业都具有广泛的应用前景。 时空GIS发展面临的难题 1、现实世界的复杂性增加了系统建立的难度。 2、需要与传统GIS接轨和兼容的困难。 3、现实世界语义理解与共享的困难。 4、海量数据的管理和存取的困扰。 5、缺乏合适的时空数据模型和数据结构。 6、实用时空数据库的开发与建立的困难。 7、有待强大时空GIS数据查询语言的开发。 时空GIS发展迄今为止时空GIS已得到了专家学者们的广泛关注，并做了大量卓有成效的工作，但目前所看到的各种方法中，针对具体的应用领域(如土地利用动态监测等)展开研究和应用的较多。如何结合GIS应用领域的特点，对目前具有代表性的TGIS理论研究成果进行总结分析，从中选择具有实际可操作的模型，并进行必要的扩展，研究综合型时空GIS的数据模型和建立框架，为时空GIS的应用奠定理论基础，具有非常现实的意义。云GIS 云GIS初探 -飞向云端的GIS 云GIS的特点简单设置迅速部署（预部署的GIS）减少基础设施投入减少维护和更新、升级投入按需付费数据、应用共享经济效益 ArcGIS云平台云GIS面临的机遇与挑战 数据的保密性数据的安全问题是最重要的问题。服务的延续性和可获取性数据隔离数据集成和共享需要建立一个标准或者规范数据传输瓶颈传输速度影响着云GIS的发展进程；但是随着高速网络的不断发展，这一瓶颈将会很快得到突破。应用实例1 - Cloud GIS 应用实例2 应用实例3 地理信息可视化地理信息可视化地理信息可视化是指通过可视化交互手段，将地理信息数据、空间分析模型进行显示和理解的过程。地理信息的可视化的研究内容包括：2维可视化（平面），2.5维可视化（地形可视化），3维可视化（地学实体可视化）以及多维可视化（时间维和其它专题维）。地理信息二维可视化方面的研究上已经取得了很好的效果。目前，研究重点主要集中在二维以上的可视化研究。 二维可视化 (Google Maps) 2.5维可视化主要是指数字地面模型（DTM)的构建研究。目前研究的主要手段是借助于不规则三角网(TIN) 和数字高程模型（DEM）。三维可视化 真正意义上的三维可视化主要用于描述地学实体的内部结构以及三维数据场。目前制约三维可视化发展的原因是其数据量大、绘制速度慢。增强虚拟现实增加虚拟现实是3D模型与动态影像融合，将多重实时数据与影像进行可视化和理解。视频案例 地理信息服务地理信息服务 GIS的应用模式正在由传统地理信息系统向地理信息服务转变，地理信息服务已成为信息服务业的重要组成部分。地理信息服务的关键是实现地理信息的标准化以及地理信息处理功能的通用性，只有在更高层次上不同应用及系统之间相互合作， 实现互操作， 才能真正达到地理信息共享的最终目的。地理信息服务特征 1、GIS提供的产品主要是地理信息， 其次才是让用户享受服务所必须的软硬件。 2、在实施部署的过程具有持续性特征， 不同于一般GIS 项目具有明确的期限。 3、用户个体的不确定性和随机性。 4、具有持续的经济收益或者社会效益。 地理信息服务的服务模式(一) 基于Mobile Agent的地理信息动态服务模式实现分布式计算环境和移动环境下地理信息服务的动态构建，支持掌上电脑、PDA和手机等多类型客户终端。基于Web Service的地理信息服务模式具有良好的一致性、互操作性和实施性， 可以比较好地解决GIS 中数据共享、服务共享以及与其他系统的无缝集成的难题。 地理信息服务的服务模式(二) 基于多协议集成的地理信息服务模式包括集成客户端、分布式地理信息服务和数据源等三层。在客户端与服务的调用及服务间的调用中， 都基于Web Service规范， 使用HTTP、SOAP协议进行通信。基于云计算技术的地理信息服务模式构建思想就是综合利用云技术和Web 服务技术， 以云技术管理整个计算网络，网络内各节点以Web 服务技术进行信息交换的技术构架。地理信息服务的服务模式(三) 基于多Agent结构的地理信息服务模式由一组软件Agent构成，这些Agent 既可以运行在同1 台机器上，可以分布在网络的不同机器上。基于LBS的地理信息服务模式主要针对车辆和个人， 可以划分为监控和导航两大类。提供数字产品的方式一种方式是专业的数字产品机构( 如测绘部门) 通过Internet 提供4D产品；另一种方式是向公众提供普及型产品—— 电子地图光盘。 地理信息集成与共享地理信息集成与共享空间数据组织管理方式具有很大的差异性，表现在属性字段组织、空间索引、数据存储方式等方面。空间数据库在组织设计阶段就已经产生了概念化的异构。 地理信息的异构性数据内容和数据源空间数据模型表达机制空间数据格式空间参考信息空间数据存储方式支撑软件平台 地理数据库设计过程中产生的概念化异构地理信息集成共享发展阶段基于本体的空间信息共享集成基于本体获取、描述和表达空间信息领域的知识，实现不同个人、部门之间对空间信息知识的共同理解，并实现空间信息的共享集成。在信息内容上，不仅要能够表达空间信息，更要人性化表达空间知识，符合人们认知习惯；在信息平台上，通过互联网络发展地理空间Web服务，实现远程寻找所需要的各种空间数据资源，进行各种空间信息分布式处理；在信息的交流上，从数据格式转换、信息共享发展到更智能化的、基于语义的互操作，满足不同行业信息交流的需要。数字城市数字城市数字城市源自1998年美国副戈尔所提出的数字地球。它是对真实地球及相关现象的数字化重现和认识。其核心是利用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，达到最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定的方式，方便地获得有关地球的信息。数字城市特点是嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维地球的描述。实例：Google earth，天地图 Google Earth 天地图数字城市建设内容城市设施数字化在统一的标准与规范基础上，对城市基础设施、交通设施等的数字化。城市网络化通过网络将分散的分布式数据库、信息系统连接起来，建立互操作平台；建立数据仓库与交换中心、数据处理平台、多种数据的融合与立体表达、方正与虚拟技术的数据共享平台。城市智能化包括了电子商务、电子金融、网上教育、网上医院、网上政务等方面。数字城市的应用 1．城市交通的智能管理与控制 2．城市资源的监测与可持续利用 3．城市灾害的防治 4．城市环境治理与保护 5．城市通讯的建设与管理 6．城市人口、经济、环境的可持续发展决策制定 7．城市生活的网络化和智能化。总结在我国，高技术研究发展计划（863）“十一五”专题领域中设立了“地球观测与导航技术”领域，并且在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》16个专项中，专门设置了“高分辨率对地观测系统”。这些863专题领域与国家专项的设置必将大大促进中国以及国际地理信息技术、科学以及空间信息应用的发展。 谢谢CIm红软基地