[PPT模板]地理信息学科展望王家耀院士.ppt

GIS科技进步与学科发展解放军信息工程大学测绘学院GIS专业建设,王家耀解放军信息工程学大学测绘学院,汇报内容：一：GIS学科专业的形成渊源二：GIS学科专业的建立三：GIS科技进步与学科发展互相促进四：不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步 与学科发展,一：GIS学科专业的形成渊源,渊源之二计算机地图制图 20世纪70年代初，受电子计算机绘制机械图的影响，开始培养和组建计算机地图制图的教师队伍，70年代中开始建设计算机地图制图实验室，70年代末（1979）开始招收第一个计算机地图制图专业的本科班，创建了计算机地图制图专业。认识：地理信息系统源自计算机地图制图。,一：GIS学科专业的形成渊源,渊源之三地图数据库 计算机地图制图技术产生了数字地图。数字地图是地球信息场的一种抽象表达，是地球空间数据的集合。地球空间数据开始采用文件系统进行处理，在此基础上发展为数据库系统管理，形成地球地图数据库，当数据库的功能由数据管理发展到可视化、查询检索，并进一步扩展到空间分析和决策支持功能时，便形成了地理信息系统。所以，卫生应当是军事测绘数据库大规模建设的需要,在计算机地图制图专业的基础上20世纪80年代中期设置了地图数据库专业。,一：GIS学科专业的形成渊源,渊源之四空间信息源的多元化 随着空间信息技术的发展，获取地理信息的技术手段越来越多，最初的地理信息系统的信息源主要是传统地图数据；导航定位系统、遥感等技术的应用，GIS的空间信息源更加多元化，图形（含GPS道路更新数据）、影像、数字高程模型、各种专题数据和多媒体数据的多元一体化及完全面向对象、大大丰富了GIS的信息源和功能。认识：地理信息系统源于地图、计算机地图制图和地图数据库，又超越地图、计算机地图制图和地图数据库。,一：GIS学科专业的形成渊源,空间认知工具的演进：地图到地理信息系统 在计算机出现之前，人们主要是利用地图获得对空间地理环境的认知，在地图上进行各种量算、统计、和规划设计。计算机出现以后，人们就试图构造一种工具来采集、存储、管理、分析和利用地理空间环境信息，即利用地理信息系统来认识地理环境，进行各种量算统计和规划设计，进行各种空间分析，并辅助人们进行与地理环境有关的各种决策。,一：GIS学科专业的形成渊源,空间认知系统与地理信息系统的比较 把人的空间认知系统与地理信息系统进行比较，可以看出他们是如此惊人的相同,即二者的工作原理是一样的，都是信息加工系统：输入信息、进行编码、存储记忆、作出决策、输出结果。这就是环境信息流在人的大脑中的处理过程被地理信息系统所模拟和复制的原因，当然他们也有很多差别。智能地理信息系统实际上是人的空间认知能力与认知过程的仿真。,地图学功能的扩展的延伸-地理信息系统 基于前述“计算机地图制图空间数据库地理信息系统”的发展以及人的空间认知系统和地理信息系统的比较，启动了地理信息系统的科学研究。,二、GIS学科专业的建立,地图学功能的扩展的延伸-地理信息系统 20世纪80年代中完成地形分析系统的研究。80年代末和90年代初启动城市公安地理信息系统研究。1994年着手“建立全军军事地理信息系统”研究，1996年完成任务，确立了军事地理信息系统的层次模式和软件开发模式，并在此基础上开始型号项目“军事地理信息系统”（工具软件）研制。1997年出版了军事地理信息系统。这些都为学科专业的调整和地理信息系统学科专业设置奠定了基础。,二、GIS学科专业的建立,二、GIS学科专业的建立,地图学新的生长点 空间信息可视化与虚拟地理环境 可视化理论与技术用于地图学始于1993.国际地图学协会（ICA）于1993年在德国克隆召开的第16界学术大会上宣告成立可视化专业委员会，其主要任务是定期交流可视化在地图学领域的发展状况和研究热点，并加强与计算机领域的协作。,地图学新的生长点 空间信息可视化与虚拟地理环境 1996年该委员会与美国计算机协会图形学专业委员会进行了跨学科的协作，制定了一项称为“cartoproject”的行动计划，旨在探讨计算机图形学领域的理论和技术如何有效的应用于空间技术可视化中，同时探讨怎样从地图学的观点和方法来促进计算机图形学的发展。受此启发，我院从1995年开始研究空间信息可视化及其最有效的应用虚拟现实技术。,二、GIS学科专业的建立,GIS与VR技术对于拓宽学科领域的作用 技术进步与学科发展历来是相互促进的。GIS与VR技术作为地图学功能的拓展与延伸和新的增长点，作为地理信息工程的支撑技术，极大的促进了地理信息产业的发展，同时促进了地理信息工程学科的形成，为地图制图学与地理信息工程（工科）和地图学与地理信息系统（理科）的学科专业设置奠定了基础。,二、GIS学科专业的建立,学科设置的演进1946年设立地图制图专业 50年代中期开始培养研究生 1982年获得地图制图硕士学位授予权 1986年获地图制图博士学位授予权 19961997讨论学科专业设置时，基于社会需求和技术发展，提出将地图制图调整为“地图制图学与地理信息工程”（属测绘科学与技术）被国务院学位委员会采纳，并设立“地图学与地理信息系统”（属地理学）1997年原“地图制图”博士点自动调整为“地图制图与地理信息工程”1999年获地图学与地理信息系统博士学位授权点。,二、GIS学科专业的建立,三、GIS科技进步与学科发展相互促进,在正式设立地图制图学与地理信息工程（工科）和地图学与地理信息系统（理科）的学科专业以来的十余年间，共完成军事地理信息系统的国防型号项目项，预研项目项和多个重大工程项目的研制任务，获国家科技进步二等奖项，军队科技项目一等奖项，二等奖项，出版学术著作部，其中获全国优秀测绘教材一等奖部，为学科发展奠定了坚实的科技进步基础。,三、GIS科技进步与学科发展相互促进,在从事GIS领域科学研究和取得多项研究成果的基础上，努力实现两个转化：一是向理论方面转化，出版学术著作16部，其中获全国高校测绘类优秀教材一等奖2部；发表学术论文200余篇，其中被SCI、EI收录18篇；二是测绘成果向工程化、产业化方面转化，有8项成果已作为装备装配部队、公安、人防，还有一些成果用于城市信息化，发挥了很好的作用。为了推进科技成果的工程化产业化，先后与地方政府合作，建立了河南省3S工程研究中心和苏州市数字城市工程研究中心。,师资队伍水平 现有中国科学院、中国工程院院士各1名，国务院学科评议组成员1名，教授14名，副教授31名，博士生导师10名，硕士生导师31名。全国优秀科技工作者 军队专业技术重大贡献奖“求是”杰出青年实用工程奖 全国高校优秀青年教师 全军优秀教师 总参首届“人梯奖”总参优秀中青年专家 首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选形成了一支以两院院士为核心，青年教师为骨干的高水平教师队伍,三、GIS科技进步与学科发展相互促进,三、GIS科技进步与学科发展相互促进,GIS科技进步与学科发展是的人才培养质量显著提高 近十年来已毕业本科生10000多人，其中，有10名学员分别获全国大学生数学建模竞赛国家一、二等奖，两名学员获首届“超图杯”GIS软件设计大赛二等奖，毕业生表现了较强的综合素质和适应能力，受到用人单位的好评；培养研究生300余人其中博士生50余名，毕业研究生大多成为军队和地方各条战线的领导和技术骨干，其中担任教授和相当职务的有40多人，被评为军队优秀中青年专家的7人。,三、GIS科技进步与学科发展相互促进,由于GIS科技进步与学科发展的互动，地图制图学与地理信息工程、地图学与地理信息系统学科专业得到了稳步发展。2000年被评为“军队重点学科”，2002年被评为“国家重点学科”。现已形成五个相对稳定的、力量分布均衡、居于学科发展前沿的研究方向，建立了以理论地图学为先导，以地图制图智能化与一体化为手段，以地理空间数据库和空间分析建模为依托，以军事地理信息系统和战场环境仿真为核心的发展思路。学科建设整体水平处于国内领先地位，达到国际先进水平。2005年获国家级教学成果一等奖，2009年被评为国家级教学团队，2010年被评为总参科技创新团体。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 问题的提出：目前，对地观测数据已成为地图制图与地理信息工程的主要信息源。然而，由于对地观测数据具有多参照系、多类型、多尺度、多时态、多语义等特点，造成集成应用中的数据不一致、不连续，数据共享程度低，存在信息孤岛，数据库重复建设，无法同步更新等严重问题，导致地理空间数据在国家和军队重大战略决策中无法充分、及时发挥整体作用和效益，因此，统一各种异构地理空间数据，构建一个能有效同化多源地理空间数据的平台，以帮助人们正确认识地理环境及其变化规律，具有重要意义。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点内涵：同化，指将不同的东西处理成相同或相近的东西。地理空间数据同化，指将不同空间基准、不同尺度、不同时态、不同语义等地理空间数据统一到一个（基准、尺度、时态、语义）标准下，得到一个体系下的地理空间数据。目的：使异构地理空间数据得以整合，为研究区域规划、综合规划管理、应急决策指挥提供统一的、高质量的地理空间信息服务。,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 研究内容：1.不同空间基准地理空间数据的同化 大地坐标基准和高程基准的建立和动态维持不同空间基准的地理空间数据的转换（大地坐标系和高程系）高程基准（陆地）和深度基准（海洋）的统一大区域甚至全球高程数据和深度数据处理到一个统一的高程基准和深度基准上,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 研究内容：2.不同语义的地理空间数据的同化 地理本体理论 基于地理本体理论的地理实体的形式化描述框架 地理实体的本体库 语义转换规则及规则库 异构语义自动转换“适配器”,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 研究内容：3.多尺度地理空间数据的同化 多尺度地理实体的特征和分类体系 拓扑关系和空间形态约束下的地理实体多尺度表达的一致性匹配 不同类型地理实体的关联规则及其尺度变化规律 面向对象的多尺度地理空间数据的联动（级联）更新 多尺度空间数据同化误差传播模型与质量控制方法,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 研究内容：4.不同时态地理空间数据同化 多位动态空间数据库中典型地理要素实体变化特征规则及其提取方法 时空变化影响因子组成及耦合机理 时空插值方法（算法）与自适应选择模型 质量配准（匹配）,之一：地理空间数据同化问题越来越受到重视和关注，并将成为研究的热点 研究内容：5.多源统计数据与地理空间数据的融合与同化 多源统计数据的统计指标与地理因子的关联建模方法 基于关联模型的多源统计数据多级格网空间化方法与算法 主要自然与社会经济统计指标的关联地理因子图谱 基于图谱的空间化统计数据的快速更新方法,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之二、由着重地理信息源获取一端向地理信息深加工一端漂移已成为必然趋势问题的提出：20世纪50年代以来，随着卫星导航定位（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术的发展，地理信息源的获取突破了时间和空间的限制，形成了数据量及其巨大的信息流，出现了“数据海量，知识贫乏”的严重问题，迫切需要解决“数据-信息-知识”的问题。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之二、由着重地理信息源获取一端向地理信息深加工一端漂移已成为必然趋势内涵：地图学正从最初的信息获取功能逐步推移到信息存储（载体）的功能，进而到信息的分类、分级的检索功能，并转向（地学）分析、数据挖掘与知识发现、预测和模拟的功能。目的：把着重点放在地理信息的智能深加工和实用的最终产品上来，更直接的面向国民经济和国防建设的主战场，为宏观决策和工程规划设计、数字化战场建设和联合作战指挥提供更高效的、深层次的、浓缩的地理信息产品。,之二、由着重地理信息源获取一端向地理信息深加工一端漂移已成为必然趋势 研究内容：1.地学空间分析研究的深化和实用化 实用的地形分析模型和算法 针对不同领域的地学空间分析模型、算法及应用 基于实用化地学分析模型和算法的地学规律探索,之二、由着重地理信息源获取一端向地理信息深加工一端漂移已成为必然趋势 研究内容2.空间数据挖掘与知识发现的自动化与实用化 SDMKD模型与算法研究 各种专用高级知识发现工具箱的开发基于空间数据复杂关系的空间信息关联、模式和相互关系的研究基于空间数据与多源统计数据同化的综合数据挖掘与只是发现方法（模型与算法）,之二、由着重地理信息源获取一端向地理信息深加工一端漂移已成为必然趋势 研究内容3.地理信息产品形成的多样化（分析型地图、探索型地图、知识地图等）地理信息产品新概念研究 地理信息产品体系构成 多维动态地图的生成及可视化 网络地图的生成及网络传输 数字地图（4D）及其深加工产品的生成,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之三：地理信息服务的网络/网格化、大众化与普适化问题的提出：目前主动服务意识不强。地理信息手段的应用扩展到了各个领域和广阔的地理区域，出现了大量不同类型、分布异构的GIS，导致信息不能共享、系统之间不能互联互通，造成重复建设、应用效率低、不能解决重大复杂的问题，很难大众化和普遍化应用。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之三：地理信息服务的网络/网格化、大众化与普适化内涵：信息化地图学，以地理空间信息获取、处理、服务的一体化作为一个系统，以提供地理信息服务为最终目标。目的：通过转变思想观念，促进地理信息服务方法、技术手段的转变，变被动保障为主动服务，提高地理信息服务效能。,之三：地理信息服务的网络/网格化、大众化与普适化 研究内容：1.服务是信息时代地图学的核心和最终目标 传统地图学数字化地图学信息化地图学的演变规律和特色 地理信息系统的演变及其特点 信息时代地理信息服务的主流模式,之三：地理信息服务的网络/网格化、大众化与普适化 研究内容：2.基于网络服务（web service）的地理信息共享与空间数据互操作 网络服务的概念和基本构架 网络服务（WMS、WFS、WCS、WPS）组件开发 异构系统的地理空间数据互操作方式 网络服务标准体系,之三：地理信息服务的网络/网格化、大众化与普适化 研究内容：3.基于网格服务（Grid Service）的信息资源共享与协同解决问题 网络（Grid）的本质及国内外发展网络地理信息系统（GridGIS）的基本概念和特点GridGIS的部署模式、建设模式、运行模式和服务模式 面向服务的Grid节点的智能化实现技术 网络服务工作流建模与服务链自动构建 服务发现与服务组合（柔性重组）分布式数据模型与管理 GridService标准化,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之四：地理空间数据综合的智能化问题的提出：一是GIS中空间数据的多尺度表达的需要；二是多尺度地理空间数据库自动派生的需要；三是系列比例尺地图生产的需要；四是多尺度地理空间数据库联动（级联）更新的需要。,之四：地理空间数据综合的智能化 研究内容：1.制图综合的基本理论、方法和综合指标的计量化 制图综合的基本依据及其作用 制图综合的认识论与方法论 制图综合方法体系 制图综合的指标体系及其计量化,之四：地理空间数据综合的智能化 研究内容：2.制图综合模型、算法和知识 制图综合变换模型Mk1Mk2的求解 制图综合模型体系及应用 制图综合算法体系及应用制图综合知识的总结、表达与知识库构建及基于知识的推理,之四：地理空间数据综合的智能化 研究内容：3.全要素、全过程、可控制的整体自动制图综合过程控制与质量评价 基于知识的综合模型、算法、过程控制和质量评价的总体架构设计 Agent实体生存和交流模式及其结构化描述 具有图形操作能力、探测能力、智能性强和运算速度的基于ABTM制图综合算法 联接模型、算法、知识及质量评价的自动制图综合链及基于综合链的综合过程控制模型 实用自动制图综合系统构建 基于保质设计DFQ的自动综合模型框架、数据模型DFQR、质量控制过程、拓扑一致性评价与保持、算法和综合结果的质量评价模型,之五：地理信息系统（GIS）与虚拟地理环境（VGE）的集成与一体化 研究内容：1、地理信息系统（GIS）的功能及特点“管理型GIS分析型GIS决策支持型GIS”的GIS功能演变 GIS的表达方法“二维可视化三维可视化”的演变 GIS技术的发展演进 GIS与VGE集成的必要性与可能性,之五：地理信息系统（GIS）与虚拟地理环境（VGE）的集成与一体化 研究内容：2、虚拟地理环境（VGE）的功能及其特点 VGE功能的演变及缺陷 VGE表达方法的特点和优势 已出现的VGE软件的特点分析 VGE技术的演进 VGE与GIS集成的必要性与可能性,之五：地理信息系统（GIS）与虚拟地理环境（VGE）的集成与一体化 研究内容：3、GIS与VGE集成与一体化 GIS与VGE集成框架与集成平台 基于网络/网络环境的GIS与VGE服务柔性重组技术 空间数据多尺度可视化（二维、三维）表达的自适应地图符号系统 面向时空模拟与仿真的演化模型,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之六：以多模式时空综合认知模型为核心的地图制图学与地理信息工程学科理论体系。问题的提出：过去更多的是研究地图空间认知，实际上GIS、VGE也是进行空间认知的工具。,之六：以多模式时空综合认知模型为核心的地图制图学与地理 信息工程学科理论体系。研究内容：1、多模式时空综合认知将成为地图制图学与地理信息工程学科的基础理论“多模式”、“时空”、“综合认知”三个关键词的概念和本质“多模式时空综合认知”作为地图制图与地理信息工程学科基础理论的依据,之六：以多模式时空综合认知模型为核心的地图制图学与地理 信息工程学科理论体系。研究内容：2、地图空间认知是多模式时空综合认知的基础 地图空间认知的概念和特点 地图空间认知的基本过程 地图空间认知与地理信息系统的关系 地图空间认知与虚拟地理环境的关系,之六：以多模式时空综合认知模型为核心的地图制图学与地理 信息工程学科理论体系。研究内容：3、地理信息系统（GIS）空间认知是地理空间认知的拓展与延伸，虚拟地理环境（VGE）空间认知是地理空间认知的新的生长点 GIS在空间认知中的特殊功能和作用 VGE在空间认知中的特殊功能和作用,之六：以多模式时空综合认知模型为核心的地图制图学与地理 信息工程学科理论体系。研究内容：4、以多模式时空综合认知为核心的地图制图与地理信息工程学科的理论体系 地图制图与地理信息工程的过程，就是传输地理信息的过程，多模式时空认知贯穿地图制图与地理信息工程的始终 地图视觉感受论是进行多模式时空综合认知的基础 地图模型论是进行多模式时空综合认知的方法论 地图符号学从地图语言学的角度支撑多模式时空综合认知 地理本体论从语言转换的角度支撑多模式时空综合认知,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之七：地图制图与地理信息工程思维学问题的提出：上世纪80年代提出地图制图专家系统以来，30多年无进展，基础研究乏人问津，需要重新启动。要将狭窄应用（狭窄和专业化）驱动研究回归到好奇人驱动研究。地图制图人工智能研究不能没有理论指导。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之七：地图制图与地理信息工程思维学研究内容：1、地图制图与地理信息工程抽象（逻辑）思维学2、地图制图与地理信息工程形象（直感）思维学 3、地图制图与地理信息工程灵感思维学,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之八：基于系统科学的地理空间信息获取、处理与服务的一体化 问题的提出：长期以来，地理空间信息获取、处理与服务三个环节严重脱节，从信息获取到提供地理信息服务的周期很长，实现基于网络/网格的地理空间信息获取、处理、服务的一体化已成为当务之急。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之八：基于系统科学的地理空间信息获取、处理与服务的一体化 内涵：把“系统论、信息论和控制论”统一体来，站在马克思主义哲学的高度把“三论”统一在“系统论”上，用系统科学的观点，把信息获取、处理和服务都看作是地理信息工程大系统中的“系统”目的：把地理信息工程建设的着重点放在基于网路/网格的体系能力上来，实现地理信息获取、处理与服务的一体化，缩短从地理信息获取到提供地理信息服务的周期。,四、不断探索新的生长点，在更高层次上促进GIS科技进步与学科发展,之八：基于系统科学的地理空间信息获取、处理与服务的一体化研究内容：1、系统论与信息论、控制论的关系 2、基于网络/网格的地理信息获取、处理与服务一体化 3、地理空间信息获取的技术体系 4、地理空间信息处理的技术体系 5、地理空间信息服务的技术体系 6、地理空间信息产品体系,五、总结,1、GIS与地图学、地理学、测绘学、计算机信息科学有着密切的联系，地理学是GIS的认知论基础，地图学是GIS的方法论基础，对地观测（卫星导航定位系统、遥感）是GIS信息获取与应用的重要技术手段，计算机信息科学是GIS发展的最重要的工具和依托。2、理论与技术是推动科技进步的两个轮子。没有先进理论指导的技术是盲目的技术；没有先进技术支撑的理论是落后的理论。GIS科技进步与学科发展是相互促进的。没有科技进步不可能有学科的发展；没有学科的发展，也不可能有科技的进步。只有处理好理论与技术、科技进步与学科发展的关系，才能推动科技进步与学科发展。,五、总结,3、GIS研究成果要实现两个方面的转化：一是向理论转化，要出高水平的学术论文和学术著作；二是向工程化、产业化转化，要出实用化的GIS产品。只有这样，GIS科技进步与学科发展才具有生命力。4、GIS中的“S”有三种含义：一是“System”（系统）；二是“Science”（科学）；三是“Service”（服务）。从学科专业的角度讲，集这三种含义于一体是完整的，从地理信息系统到地理信息服务是思维上的创新，这样才能推动GIS科技进步与学科发展。5、不断拓展和延伸GIS功能和开拓新的研究领域，探索新的生长点，这是新形势下不断推动GIS科技进步与学科发展的关键，是GIS学科可持续发展的基础动力。,