第二节、地理信息科学的研究领域和主题
1、NCGIA针对地理信息科学的研究重点 2、Goodchild提出的研究主题 3、UCGIS提出的研究主题 4、瓦伦纽斯项目定义的研究项目 5、我国学者提出的研究主题 6、李德仁院士提出的地球空间信息学的七大理论问题 7、中国国家自然科学基金委员会在2001 年11月出版的 “地球空间信息科学”基金优先资助领域
1、NCGIA针对地理信息科学的研究重点
• 80 年代中期,美国国家自然科学基金委员会（NSF）支持成 立了美国国家地理信息与分析中心（NCGIA）针对地理信息 科学的研究重点：
1.空间关系； 2.空间数据模型； 3.空间认知；
4.空间推理；
5.地理信息机理； 6.地理信息不确定性等。
空间关系和空间推理
达和应用的机理, 研制开发各种地理信息技术系统, 为人
地系统的认知、研究与调控提供科学依据和手段, 促进人 地系统的持续发展。
地理信息流-物质流-能量流-人流
• 地理信息是地球系统内部物质流、能量流和人 流的一种运动状态和运动方式； • 由于地球系统信息流依附于物质流、能量流和 人流而存在, 即以物质流、能量流和人流为载 体, 因此, 可以通过研究地球系统信息流来认识 和理解地球物质流、能量流和人流的运动规律, 并通过对于地球系统信息流的模拟来获得对于 物质流、能量流和人流调控的科学依据
Байду номын сангаас
• “地理信息科学”（Geographical Information Science ）的概念，将其定义为:
• 信息科学有关地理信息的一个分支。
NSF的定义（1999）
• 地理信息 ( GI) 科学是一为追求重新定义地理概念和在地理 信息系统中成功应用的基本研究领域。 • 地理信息科学将深入研究以空间信息为主要研究对象的一些传 统科学，如地理学、地图学、大地测量学中的最基本命题，同 时将结合在认知与信息科学中的一些最新发展；
4. 地理信息运动过程中人的感应与行为机制;
5. 地理信息运动机器模拟的一般性问题，如 地球信息模拟物质 流、能量流和人流相互作用关系的时空转换特征;
2）．技术地理信息科学
研究如何描述、处理地理信息的技术。技术系统是地理思维
的物化和地理知识的载体, 是地理信息运动机理研究的语言 和手段, 也是地理信息应用和建设的现代工具。地理信息技 术是地理信息科学的研究手段。其内容包括:
1992年，Goodchild在提出地理信息科学的概念时，提出了一系 列基本理论问题和技术问题作为地理信息科学的研究主题，如： 1. 数据的获取和集成；
2. 分布式计算；
3. 地理信息的认知和表达；
4. 空间分析；
5. 地理信息基础设施建设；
6. 地理数据的不确定性及其对地理信息系统操作的影响；
7. 地理信息系统的社会实践等等。
续
• • • • • 第十一讲 地理空间数学基础 第十二讲 地图制图基本原理 第十三讲 地图分析与应用 第十四讲 全球导航定位系统 第十五讲 “3S”集成方法与应用
第一讲
地理信息科学及其优先发展领域
第一节 地理信息科学的概念 第二节 地理信息科学的优先研究领域
第一节
地理信息科学的概念
一、地理信息系统
理的方向前进, 形成了地理信息科学。
2、地理信息科学的概念
• 1990年，Goodchild在瑞士苏黎世举行的第四次空间资料处 理学术大会上，对GIS研究的优先领域作了一次名为“空间 信息科学”的关键演讲。经过修改后的文章定名为“地理 信息科学”，发表在“国际地理信息科学”(IJ GIS)杂志 上。第一次提出 “地理信息科学”的概念 （1992年）。
3、UCGIS提出的研究主题
1997年，美国大学地理信息科学联合会（The US based University Consortium of Geographical Information Science，简称UCGIS， 成立于1994年）提出了如下10个课题作为地理信息科学的研究主题： ① 空间资料采集与综合；
地理信息科学总论
地理信息科学总论大纲
• 授课人：马金辉、刘勇、颉耀文 • • • • • 第一讲 地理信息科学及其优先研究领域 第二讲 空间分析理论基础 第三讲 空间数据库 第四讲 空间数据挖掘与知识发现 第五讲 地理信息可视化
续
• 第六讲 遥感影像信息分析的基本理论、方法和 目的 • 第七讲 遥感数据基本特征 • 第八讲 遥感信息机理 • 第九讲 遥感影像分类与模式识别 • 第十讲 定量遥感
遥感
全球定位系统
地理信息系统 空间信息基础设施等支撑技术的开发研究。
3）．应用地理信息科学
• 在地理信息技术的支撑下, 将地理信息应用于空间分析和 空间规划, 为全球变化和区域的持续发展决策服务, 指导 人类的实践活动。全球变化与区域可持续发展是其主要应 用研究领域。其内容包括: (1)人口、资源、环境、经济和社会的区域规划与管理； (2)地理信息工程建设。 • 其根本目标在于将地理信息和地理信息技术应用于人类的 科学决策, 实现区域可持续发展。
二、地理信息科学
三、地理信息科学的学科体系
一、GIS的定义
GIS： Geographical Information System ESRI (Environmental system research institute) 的定义： 地理信息系统是计算机硬件、软件、地理数据和人的有机组 合，用来有效地获取、存储、更新、处理、分析和显示所有 与地理（空间）有关的各类信息。
黄杏元的定义
地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又 是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其 技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用 以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，
以便解决复杂的规划和管理问题。
张超的定义
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、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而建立起来的计算机 技术系统。
影与地学学院(ITC) (1989年)相继成立以“地理信息科学”命 名的系或专业。我国武汉测绘科技术大学也在1988年创建了 地理信息工程专业。 地理信息科学作为一门新兴学科的正式术语较早出现在 Laurini (劳里尼) 和Goodchild等人的有关文献之中。
相类似但又不相同的科学名词
• 地球信息技术(Geomat ics) • 地球信息机理(Geo-Informatics) • 图像测量学( Iconicmetry)、 • 图像信息( Iconic-Informatics)、 • 地理信息科学(Geographic Information Science) • 地球信息科学(Geo-Information Science) 等。
• 空间关系与空间位置的推理是GI 科学中的重要 领域。空间关系的认知模型与语言模型涉及诸
如接触、包容这样的定性拓扑原理。
• 对于空间对象不相交的空间关系,可用距离和方
向等来表征;
• 空间对象接触或叠置时,空间关系可用在点集理 论基础之上拓展的多种相交图式来表达。
2、Goodchild提出的研究主题
地理信息科学的科学体系
地球系统科学 地球信息机理 地球信息的结构特征、性 质与表达；地球圈层间信 息传输机理及过程；地学 信息传输的不确定性与预 测性；地球信息流的动力 学机制等等 物质流 能量流 信息流 对地观测系统 遥感技术 全球定位系统 地面台站网络
地理信息科学 理论 技术 应用
地球信息技术 信息获取/监测 信息模拟 信息传播/建设
信息模拟系统 地理信息系统 空间辅助决策 系统
区域可持续发展
区域农业 区域工业 区域经济 区域社会
信息基础设施建 设 因特网 信息高速公路
全球变化 气候变化、自然灾害 人类活动、环境生态
地理信息科学的科学体系 （据陈述彭等，2000）
1）．理论地理信息科学
地理信息科学的本质是揭示和模拟地理信息运动过程的内在机理, 地球信息机理也是其理论研究的主体。其内容包括: 1. 地理信息的本质、结构、描述、分类和表达; 2. 地理信息传输机制、物理过程及其增益与衰减以及信息流的形 成机理; 3. 地球信息的空间认知及其不确定性与可预见性;
2）、地理信息科学产生的科学背景
• 本世纪50 年代末, 随着数学和 统计方法的引入, 地理学经历 了的数量革命。但数量革命只 不过以数学语言或定量模型描 述地表现象的形态法则, 并没 有从根本上改变经典地理学的 认知模式和透视力度, 它所刻 画的地表模型仍然只是一个具 有总体分布特征和简单相互关 系的地理对象集合。 注重地球表层物质与能量的迁移和转化研究, 如对地 球物理过程、生物地球化学过程等的研究, 进而形成 • 定量革命以后,一部分研究者 转向物质流、能量流和人流本 规范、系统的生态环境研究。 考虑区域对生产要素流动的影响, 注重人的需求, 着 身的机制研究。 重揭示隐藏在人文现象背后的各种利益机制，包括 • 是经典地理学的继承与发展— 城市与区域经济研究，空间经济学、空间经济模拟 —二是科学融合与地理综合思 。 潮的逻辑扩展（地理科学的综 继承地理学悠久的描述传统, 吸纳数量革命的科学成 果, 在信息科学和技术的平台上向着揭示地表信息机 合性和统一性）
二、地理信息科学的概念
1. 地理信息科学产生 2. 地理信息科学的定义
1、地理信息科学的产生
地理信息科学(Geographical Information Science)，80年代中期 作为测绘、遥感和地理信息系统及其相关研究领域和机构的
称谓出现。如，加拿大Laval 大学(1986年)和荷兰国际航空摄
1）、地理信息科学产生和发展的技术驱动因素