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地球空间信息机理研究的进展

2020-03-09 8页 doc 22KB 3阅读

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地球空间信息机理研究的进展专题三&地球空间信息机理研究的进展 地球信息科学是一门新兴学科,在形成过程中,长期以地球信息技术研究为主,近年来地球信息工程领域的研究日渐突出,地球信息理论领域的研究较薄弱。目前,在地球信息转变机理、地球空间认知、地球信息的表达、地球信息的不确定性、地球空间关系、地球空间尺度以及地球信息共享中的标准、规范和立法等方面已形成一些亟待深入研究的前沿问题。 地球信息机理中研究的前沿问题主要有: (1) 地球信息形态转变与地球空间认知机理。 地球信息形态转变是地球信息科学研究的核心内容。地球信息主要有数据、信息和知识三种形态...
地球空间信息机理研究的进展
专题三&地球空间信息机理研究的进展 地球信息科学是一门新兴学科,在形成过程中,长期以地球信息技术研究为主,近年来地球信息工程领域的研究日渐突出,地球信息理论领域的研究较薄弱。目前,在地球信息转变机理、地球空间认知、地球信息的表达、地球信息的不确定性、地球空间关系、地球空间尺度以及地球信息共享中的标准、和立法等方面已形成一些亟待深入研究的前沿问题。 地球信息机理中研究的前沿问题主要有: (1) 地球信息形态转变与地球空间认知机理。 地球信息形态转变是地球信息科学研究的核心内容。地球信息主要有数据、信息和知识三种形态,它们之间的转变是地球信息流动中的关键。在由地球数据到地球信息的转变过程中,传感器获取的数据与地球系统之间的关系是一个关键问题。目前普遍关注的研究领域是遥感数据的转变机理,其中重点研究的问题主要有遥感信息的形成与大气传输机理、地表遥感信息转换机理、高光谱遥感信息机理、微波遥感信息机理以及遥感信息的尺度效应等。地球信息的智能化转变也是目前的热点问题之一,其研究内容主要包括语言信息理论、知识模型的测度理论、语义联系与语义操作、数据挖掘、文本挖掘、知识发现等。 认知科学是20世纪60年代发展起来的新兴学科,它与计算机科学和决策理论相结合,产生了人工智能科学,与计算机科学和地理科学一起,构成了地理专家系统的理论基础。地理专家系统 - 1 - 由地理学的认知理论和计算机人工智能技术两部分组成,由认知科学和地理科学相结合而产生的地理学认知图式是地理专家在解决地理问题时的逻辑思维体系,它反映了地球空间认知的一般规律,其中的许多环节都是目前研究的重点,如空间意象和地理意向等。地球空间认知的研究既可以促进地球信息技术系统的进步,使之充分发挥人类对地球感知的理解以及现代信息技术的优势,还可以推动地球信息表达方法的改进,也可以加快地球信息技术的普及,因此它是目前地球信息科学理论研究领域最重要的热点之一。 (2)地球信息表达方法的拓展。 地球系统复杂多样,这要求地球信息的表达方法具有多样性。地球信息的表达方法是地球信息系统中的核心问题之一,它与地球系统的空间分析和模拟密切关联,表达体系的选择主要取决于地球信息在分析、模拟和解释中的应用。目前,地球信息表达方法主要存在两方面问题,其一,地理信息系统中的数据表达技术能够记录多个变量之间的复杂组合关系,但只能按特定的一种比例尺对平面作静态描述,虽然从概念上可以将二维表达方法拓展到三维立体应用,但其处理能力很低,目前的数据模型还不能对三维动态系统进行描述;其二,数据表达方法只能处理绝对的、精确的数据,而地球实体之间的关系往往是不确定的,它们仅在特定条件下才能以理解的方式给予描述,即目前的数据模型尚不具备对不确定性空间关系及其时空特征的表达能力。鉴于此,目前备 受关注的两个前沿问题是多维动态空间信息理论和不确定性空间信息理论。 (3)地球信息的不确定性。 地球系统非常复杂,由于观测仪器和技术水平、数据定义和模型的不准确性、信息概括中的取舍、信息分辨率的限制以及不同数据间的相互作用等原因,地球信息之中难免会存在一定的误差,而且在地球数据处理和转换以及信息传输中也必然产生一定的失真,因此地球信息的不确定性是影响地球信息质量的主要因素,目前它也是地球信息理论研究中的前沿问题之一,其研究内容主要有地球数据误差和模糊度的描述、度量、模拟、可视化和传播等。 (4)地球空间关系。 空间关系是指地球实体之间存在的一些具有空间特性的关系,们是空间数据组织、查询、分析和推理的基础。空间关系复杂多样,除了确定性关系外,还有模糊空间关系、反映实体运动状态的空间关系、不确定性空间关系等,这些空间关系随时间而变,诸多空间关系与时间关系交织在一起,形成多种时空关系,使地理信息系统空间数据组织与处理变得非常复杂和困难。近期该领域的研究集中于空间关系语义、空间关系的描述模型、空间关系的表达方法等问题。 (5)地球空间尺度。 尺度是地球科学的一个重要的概念,地球现象和过程的发生 和变化都受尺度的制约,其中一些现象和过程只发生在某个尺度上,但绝大多数现象和过程在很多尺度上都可以发生,只是其变化规律不同,而且这些现象和过程的变化与尺度之间的关系是非线性的,因此在地球科学分析、模拟和预测中,都非常重视尺度的作用。尺度的变化制约着观测、表达、分析和交换信息的详细程度,是地球信息及其技术应用的主要瓶颈之一。 目前该领域重点研究的问题是: 1)地球数据对尺度的敏感性及其时空尺度变化; 2)地球系统过程和模式稳定的尺度范围及特征尺度识别; 3)可变分辨率的数据模型和多尺度综合表达方法; 4)基于尺度的智能化自动综合。 (6)地球信息共享的规范、标准与立法。 信息社会的重要标志之一是信息资源共享,实现信息共享需要一定的共享规则,该规则主要由信息标准、规范、政策、法律等组成,其中标准、规范是实现共享的前提,立法则是保证共享的法律依据。信息高速公路的发展加快了信息标准、规范和法律建设的步伐。目前需要加强共享规则的整体研究,一方面加强地理信息标准化的系统研究,另一方面需要尽快展开信息共享机制、政策和信息立法的研究与制订,以适应社会发展的需求。 研究内容主要包括: 1)网络基础上信息共享的概念、定义和主要技术支撑; 2)信息共享的范围、内容、形式、载体和控制; 3)共享信息的分级和价格政策; 4)共享信息的现势性保证与更新规定; 5)共享信息的质量评价指标体系; 6)共享信息的产权与知识产权保护; 7)共享信息的立法与实施。 地球信息科学的发展趋势: 经过近50 a的发展,地球信息科学已形成较完整的学科体系。预计在未来的几十年内,地球信息科学将保持理论化、工程化和学科交叉泛化的发展特点;地球信息技术将呈现信息标准化、信息表达多维化、技术集成化和智能化的发展态势;地球信息工程和应用将向平台网络化和应用社会化的方向发展。 (1)学科的理论化和工程化以及学科交叉的泛化。 长期以来,地球信息科学一直是一门技术性学科,理论研究和工程研究均十分薄弱。自地球信息科学形成以来,关于地球信息哲学和地球信息机理的理论研究受到越来越广泛的重视,而且多种大规模地球信息工程的提出,不但极大地推动了地球信息工程研究领域的快速成长,使其迅速成为整个学科的“领头”领域,而且也促进了其它领域的发展。目前理论化和工程化趋势尚处于起步阶段,它们将日趋突出。此外,地球信息科学是一个横断交叉学科,随着学科领域的拓展,它将与更多的学科交叉融 合,进而形成更多的分支学科,即学科交叉领域的泛 化也是地球信息科学的一个重要发展趋势。 (2)地球信息及其技术标准化。地球信息及其技术产品的研究与开发是为了最大可能地获取各种地球信息,应用地球信息技术,建设地球信息工程尽可能地提高产品的质量,增加产品的产量,扩大应用范围,其中至关重要的一条是在地球信息及其技术产品的生产过程中,每一个生产环节都必须按照事先取得共识的标准来进行,只有这样,在产品生产中的信息和技术集成、工程建设以及在产品应用中的信息和技术共享才能顺利实现。由此可见,地球信息及其技术大生产呼唤地球信息和技术的标准化趋势。互操作地理信息系统和网络地理信息系统的出现,推动了地球信息及其技术标准化的步伐,使之成为地球信息科学的重要发展趋势之一。(3)信息表达多维化。从本质上说,GIS处理的空间数据是三维连续分布的,但由于三维GIS在数据的采集、管理、分析、表达和系统设计等方面比二维GIS复杂得多,目前的GIS应用仍停留在处理地球表面的数据上,大多数GIS平台都支持点、线、面三类空间物体,不能很好地支持曲面(体)。尽管有些GIS软件试图用二维系统来描述三维空间系统,但它不能精确地反映、分析和显示三维信息。此外,地理信息系统所描述的对象往往具有时间属性,即时态,但目前大多数地理信息系统都不能很好地支持对时间维的处理。为了准确地表达三维地球系统的动态现象,必须把二维GIS数据模型拓展到三维、四维,甚至五维,即地球信息表达方法的多维化也是一个值得关注的问题。 (4)地球信息技术集成化。集成包括信息集成、地理信息系统与专业模型库和知识库之间的集成、GIS之间的集成、信息生产中各个技术环节的集成以及3S技术集成等。地球信息的集成推动了地理信息系统的发展,地球信息技术的集成促进了地球信息工程的进步,即集成化趋势贯穿于地球信息技术发展的整个过程。在未来的信息社会中,地球信息及其技术共享的呼声将会越来越高,集成化的趋势也会越来越明显。构件式软件技术是顺应集成化潮流的软件技术之一,它的出现改变了封闭、复杂、难以维护的软件开发模式,推动了GIS软件的系统集成化和应用大众化,同时也很好地适应了网络技术的发展,是一种W ebGIS的解决。(5)地球信息平台网络化。Internet/Intranet已经成为GIS的平台,利用Internet技术在W eb上发布数据是GIS发展的必然趋势。W ebGIS是顺应信息平台网络化趋势而发展起来的一种新型地理信息系统,具有分布式应用体系结构,其中的多个主机、多个数据库与多台终端通过Internet/Intranet而组成网络,它既是GIS走向社会化和大众化的有效途径,也是GIS发展的必由之路。 (6)地球信息技术智能化和虚拟化。赛博空间(CyberSpace)以计算机技术、现代通信技术、网络技术、虚拟现实技术的综合应用为基础,构造出一种进行社会交往和交流的新型空间。计算机软件技术的发展经历了从软件模块化到软件对象化转变的过程,目前正在进一步向软件智能化发展。软件智能体(Agent)是软件设计进一步抽象的结果,是为适应广泛的分布式网络计算环境而发展起 来的软件技术,其中空间智能体处于分布式网络计算环境中,感知并作用于这一环境,以各种不同的形式出现,实现空间数据的智能获取、处理、存储、搜索、显示以及决策支持。在赛博空间中,以这种空间智能体为构成模块的GIS系统就是CyberGIS,它是对地球信息技术智能化和虚拟化的集中体现。 (7)地球信息及其技术应用社会化。地球信息科学是在社会需求的推动下形成和发展起来的,同时它的应用领域也在不断拓展。在地球信息科学形成过程的早期,其用户主要是地球科学的学术和教育部门,此后地球信息及其技术的应用迅速向不同层次的行政管理部门、生产部门以及公司企业拓展,并逐渐进入市场,扩大市场份额,形成一个极有活力的朝阳产业。21世纪,随着全球性信息基础设施建设步伐的快速推进和数字地球的实施,一个庞大的 地球信息圈层即将成为这个世界的主体,地球信息及其技术将渗透到人类社会的各个行业,走进千家万户,改变人们的生产方式、生活方式和思维方式,使人们徜徉在多维信息网络空间中,随时感受地球信息和技术给人类带来的好处。 参考文献 [1]千怀遂,孙九林,钱乐祥.地球信息科学的前沿与发展趋势[J].地理与地理信息科学,2004,20(2):1-7. [2] 陈述彭,何建邦,承继成.地理信息系统的基础研究—地球信息科学[J].地球信息1997,11-20. [3]刘树臣.世界地球科学发展动向及我国地学发展的基本思路[J].2002,2-5. [4]武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室.我国地球空间信息学现状和中长期发展方向[J].2004,4(6). [5] 陈述彭,曾杉.地球系统科学与地球信息科学.地理研究,1996,15(2):1-10. [6] 李衍达:信息技术发展的新趋势,科技导报.6.1977.Pp.6一7. [7] 周成虎,鲁学军.对地球信息科学的思考[J].地理学报,1998,53(4):372-380. [8] 龚建华,林珲,肖乐斌,等.地学可视化探讨[J].遥感学报, 1999,3(3):236-244. [9] 李德仁.信息高速公路、空间数据基础设施与数字地球[J].测绘学报,1999,28(1):1-5. [10] 李军,费川云.地球空间数据集成研究概况[J].地理科学进展, 2000,19(3):203-211.
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