地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域界定再思考

1、地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域界定再思考劉妙龍，周琳(同濟(jì)大學(xué)測雖與國土信息工程系，上海200092)摘要：地理信息科學(xué)形成與發(fā)展已十多年，該文介紹分析論證了 cbodchild關(guān)于地理信息科學(xué)是“信息科學(xué)有孕 地理信息的一個(gè)分支學(xué)科”定義的準(zhǔn)確性;通過對(duì)地理信息科學(xué)的發(fā)展，信息科學(xué)的學(xué)科界定認(rèn)知問題研究主題 等國內(nèi)外的一些研究工作與成果的重新思考分析與研究，較為詳細(xì)地討論了地理信息科學(xué)的重要研究主題，界定 了地理信息科學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域，旨在為推動(dòng)地理信息學(xué)科的發(fā)展做貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞:信息科學(xué);地理信息科學(xué);學(xué)科界定中圖分類號(hào)：p208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào).1672 - 0504(2004)03 - 0001

2、 - ()5收稿日期:2004-04- 12;修訂日期:2004-04-26基金項(xiàng)目.國家s然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“大城市形態(tài)生成擴(kuò)展理論與權(quán)型的實(shí)證研究”(49971031)作者簡介:劉妙龍(1944-)，男，教授，博上生導(dǎo)師，從事gis理論方法及極用領(lǐng)域的教學(xué)與研究，e- mail: liunil 地理信息科學(xué)(gi - science)是當(dāng)今最為活躍的 學(xué)術(shù)領(lǐng)域，在某種程度上講，它是一種地球新科學(xué)1 (earths new science)。但在其出現(xiàn)之初，無論是學(xué) 術(shù)界還是g1s產(chǎn)業(yè)界，對(duì)其可能的影響程度并不清 楚。作為多學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)科延拓與集成，地理信息 科學(xué)對(duì)于科學(xué)枝術(shù)與社會(huì)的影響正在

3、不斷突顯。 但在學(xué)術(shù)界，仍有不少學(xué)者將地理信息科學(xué)僅僅看 作是地理信息系統(tǒng)的同義名字，而不是一個(gè)嚴(yán)密的 科學(xué)與智能領(lǐng)域。地理信息科學(xué)出現(xiàn)十多年后，本 文旨在對(duì)學(xué)科的一些概念與認(rèn)知問題作深人探索， 對(duì)學(xué)科領(lǐng)域與智能范圍界定的幾種主張進(jìn)行討論與 評(píng)述，推動(dòng)地理信息科學(xué)的發(fā)展。1地理信息科學(xué)什么是地理信息科學(xué)？國際最為知名的地理信 息科學(xué)家，cbodchild m f在20世紀(jì)90年代初提出 地理信息科學(xué)新學(xué)科的論文中2，明確將其定義為 “信息科學(xué)有關(guān)地理信息的一個(gè)分支學(xué)科”，通過枚 舉地理信息科學(xué)主要研究命題的方式，勾畫了地理 信息科學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域與范圍。1994年底，一批知名的美國gis學(xué)者，在c

4、61: orack)學(xué)術(shù)會(huì)議期間，提議建立一個(gè)新的gis聯(lián)合鉅 織，并試圖對(duì)已經(jīng)幵始蓬勃發(fā)展的gis新學(xué)科領(lǐng)塤 作出界定。專家們對(duì)這個(gè)新生組織的名字進(jìn)行了激 烈的爭論，幾乎是對(duì)名稱中的每一個(gè)字，通過投票表 決的方式，最終一致同意將該新組織命名為“地理信 息科學(xué)大學(xué)聯(lián)盟(ucgis)”，并為新的組織與學(xué)科領(lǐng) 域界定了一個(gè)大家所能接受的解釋性“間接”定義： “大學(xué)地理信息科學(xué)聯(lián)盟致力于為理解地理過程地 理關(guān)系與地理類型而發(fā)展和利用新的理論、方法技 術(shù)和資料。將地理資料轉(zhuǎn)換成有用的信息是地理信 息科學(xué)的核心”3 。1999年初，美國國家科學(xué)基金委員會(huì)(nsf)的 一個(gè)工作組，在其向委員會(huì)的報(bào)告中提出

5、了地理信 息(g1)科學(xué)的一個(gè)“完整”定義：“地理信息(g1)科學(xué) 是一為追求重新定義地理概念和在地理信息系統(tǒng)牛 成功應(yīng)用的基本研究領(lǐng)域。地理信息科學(xué)研究地理 信息系統(tǒng)對(duì)于社會(huì)與公眾的影響，研究社會(huì)對(duì)亍 gis的影響。地理信息科學(xué)將深人研究以空間信肩 為主要硏究對(duì)象的一些傳統(tǒng)科學(xué)，如地理學(xué)、地匼 學(xué)大地測量學(xué)中的最基本命題，同時(shí)將結(jié)合在認(rèn)知 與信息科學(xué)中的一些最新發(fā)展；它也將與某些較為 專門的硏究領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)科學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)學(xué)心理 學(xué)等相互交疊，并繼續(xù)對(duì)這些領(lǐng)域的發(fā)展作出貢獻(xiàn) 它將支持在政治科學(xué)人類學(xué)領(lǐng)域的硏究，在地理信 息和社會(huì)的研究中利用這些領(lǐng)域的知識(shí)”。nsf并沒有完全采用這樣一個(gè)定義來設(shè)

6、定地理 信息科學(xué)的基本研究領(lǐng)域。十余年來，北美西歐澳 大利亞等很多西方國家，或許還應(yīng)包括中國，出現(xiàn)了 這樣一種趨勢，試圖利用“地理信息科學(xué)”這一術(shù)語萍 泛指幾乎任何一種涉及“地理信息系統(tǒng)”理論與應(yīng)用 的學(xué)術(shù)研究工作。地理信息科學(xué)作為一個(gè)正在發(fā)屐 中的新學(xué)科領(lǐng)域，具有顯著的學(xué)科深度與廣度;作為 一個(gè)多學(xué)科的集成領(lǐng)域，它不是一個(gè)簡單的gis教s 與應(yīng)用的新名詞。數(shù)十年來，gis已被廣泛應(yīng)用而成 為科學(xué)研究的重要工具，但它還不是gi科學(xué)的全體 利用gis工具進(jìn)行的研究，對(duì)于科學(xué)是重要的，對(duì)汙 發(fā)現(xiàn)與g1s相關(guān)的科學(xué)硏究是重要的，但它也并不是gi科學(xué)本身。當(dāng)然，毫無疑義，利用gis進(jìn)行的研究 有可能為

7、g1科學(xué)的討論揭示重要的硏究命題，有可 能對(duì)gi科學(xué)的研究進(jìn)程作出貢獻(xiàn)。學(xué)科選定了名詞，名詞就應(yīng)反映學(xué)科的內(nèi)涵與 本質(zhì)。顯然，從名詞的直觀詞義看，地理信息科學(xué)應(yīng) 是信息科學(xué)的一個(gè)分支。一個(gè)好的信息科學(xué)定義，必然能演繹出gi科學(xué)的確切定義;牛津英語詞典 （oxford english dictionary）對(duì)信息有多個(gè)定義解釋. 最接近于gi科學(xué)描述処理與研究對(duì)象的“信息”的 定義是：“信息是通信的知識(shí)，涉及某些被通報(bào)或談 論的特殊的事實(shí)對(duì)象或事件；與資料相反，信息是 智力新聞銳明解釋等”；對(duì)“信息科學(xué)”的定義則 是：“信息科學(xué)是與信息，尤其是與技術(shù)的或是科學(xué) 的對(duì)象的信息進(jìn)行存儲(chǔ)檢索和傳播的過

8、程相關(guān)聯(lián) 的知識(shí)的分支”。從哲學(xué)思維與認(rèn)知的角度，當(dāng)一個(gè)智能主體的智 力行為指向現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)對(duì)象或事物時(shí)，信息剠 會(huì)產(chǎn)生；信息是智力行為內(nèi)容的關(guān)鍵部分，尤其是箬 力行為內(nèi)容的概念部分或可轉(zhuǎn)換通訊與傳布部分 是概念化智能體認(rèn)知過程的聯(lián)系與媒介。而信肩 科學(xué)，則是研究在自然與人工系統(tǒng)中信息的特性與 行為，硏究信息從一個(gè)主體到其它主體的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)拔 過程形式機(jī)制”的科學(xué)。將“地理”這個(gè)單詞作為限 定詞設(shè)置于“信息”的前面，顯然這是對(duì)地理信息科學(xué) 科硏究領(lǐng)域的合理定義。地理信息科學(xué)的內(nèi)容和學(xué)私 體系，從根本上說是信息科學(xué)分支的范疇，gbodchild 地理信息和俘的這一定義，勧寸詳動(dòng)貼切的界定。2地

9、理信息科學(xué)的歷史2.1 ncgia的研究議題地理信息系統(tǒng)的歷史，其本身就是一個(gè)值得矸 究的論題。地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)制圖學(xué)緊密取 系，自20世紀(jì)60年代荘至更早的初始階段以來 地理信息系統(tǒng)計(jì)算機(jī)制圖學(xué)的理論概念計(jì)算詔 計(jì)與幵發(fā)取得了巨大發(fā)展;80年代中期，美國nsf 幵始資助一些科學(xué)與技術(shù)硏究中心，開展對(duì)g1s的 理論與應(yīng)用硏究；委員會(huì)地理學(xué)與區(qū)域科學(xué)規(guī)劃剖 主任ron abler教授對(duì)美國國家地理信息與分析牛 心（ncgia）提出并設(shè)定了應(yīng)當(dāng)考慮并全力幵展的f 個(gè)研究主題：1）空間分析與空間統(tǒng)計(jì)學(xué);2）空間關(guān)系 與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu);3）人工智能與專家系統(tǒng);4）可視化； 5）社會(huì)經(jīng)濟(jì)與制度問題。從歷

10、史的角度看，這5彳 硏究主題應(yīng)是正在呈現(xiàn)的新地球科學(xué)一地理信肩 科學(xué)學(xué)科范圍的第一次界定，這一界定對(duì)于地理信息科學(xué)的形成與發(fā)展至關(guān)重要。2.2領(lǐng)域的命名g1s發(fā)展歷程中，曾經(jīng)廣為流行的“地理信息與 分析”這一將gis的構(gòu)成要素與來自于地理學(xué)的空 間分析傳統(tǒng)組合而成的復(fù)合詞語，一度是學(xué)科發(fā)展 的見證。1990年，goodchild在瑞士蘇黎世舉行的第 四次空間資料処理學(xué)術(shù)大會(huì)上，對(duì)gis硏究的優(yōu)失 領(lǐng)域作了一次名為空間信息科學(xué)”的關(guān)鍵演講。紜 過修改后的文章定名為“地理信息科學(xué)”，發(fā)表在“匡 際地理信息科學(xué)”（ugis）雜志上。文章的名稱由 “空間”改變?yōu)椤暗乩怼?，雜志名稱也從“地理信息系 統(tǒng)”

11、改為“地理信息科學(xué)”，goodchild并沒有對(duì)這種 變換進(jìn)行專門的討論:在他對(duì)地理信息科學(xué)作出是 “信息科學(xué)有關(guān)地理信息的一個(gè)分支學(xué)科”的定義基 礎(chǔ)上，對(duì)其所命名為“地理信息科學(xué)”的學(xué)科內(nèi)容在8 個(gè)標(biāo)題下進(jìn)行了討論，分別是：1）資料采集與測度； 2）資料獲??；3）空間統(tǒng)計(jì)學(xué)；4）資料模擬與空間資料 理論;5）資料結(jié)構(gòu)、算法與処理；6）顯示；7）分析工 具;8）制度管理與倫理學(xué)問題。2.3地理信息科學(xué)大學(xué)聯(lián)盟1994年底，ucgis建立。在1997年的代表大 會(huì)上，ucgis提出了亟待開展研究的10個(gè)優(yōu)先領(lǐng) 域空間資料獲取與綜合；2）分布式計(jì)算；3）地理 表迖擴(kuò)展；4）地理信息認(rèn)知；5）地理信

12、息互操作；6 比例尺;7） gis環(huán)境下的空間分析;8）空間信息基礎(chǔ) 設(shè)施的未來；9）空間資料與基于gis分析中的不硝 定性；10） gis與社會(huì)。ucgis研究優(yōu)先領(lǐng)域中的、 個(gè)論題并沒有出現(xiàn)在goodchild的論題中，“空間信 息基礎(chǔ)設(shè)施的未來”是一個(gè)高度應(yīng)用性的論題，迻 現(xiàn)了科學(xué)與工程的緊密結(jié)合，在其它一些學(xué)科界定 研究中歸并在“gis與社會(huì)”的分類體系下；“互撓 作分布式計(jì)算與比例尺”是3個(gè)基礎(chǔ)硏究的論題 比例尺是尺度，更是一個(gè)理論與概念性的問題，而5 操作與分布式計(jì)算顯然是一些科學(xué)計(jì)算上的問題。 2.4瓦倫紐斯項(xiàng)目1995年，ncgia向nsf提交了一份命名為相 進(jìn)地理信息科學(xué)”的

13、硏究建議5，將新形成的gi科 學(xué)定義為基于3個(gè)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一門學(xué)科，分另! 是h）地理空問的認(rèn)知模型；2）地理概念表迖的計(jì)篝 方法;3）信息社會(huì)的地理學(xué)。瓦倫紐斯“三角形”頗 不平衡，但建議與完成的研究報(bào)告詳盡勾畫了地s 信息科學(xué)的當(dāng)今研究水平，為學(xué)科勾畫了研究前沼 與未來發(fā)展走向，是西歐北美地理信息科學(xué)家最大 權(quán)威的硏究成果。3地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域界定地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的界定，將重要研究主 題進(jìn)行羅列與分析應(yīng)是一種有效的構(gòu)筑途徑。這些 硏究主題的硏究有些較為成熟或完全，有的正在發(fā) 展之中，它們相互緊密聯(lián)系，共同構(gòu)成新的地理信肩 科學(xué)學(xué)科體系6 _。地理信息科學(xué)的整個(gè)學(xué)科體 系可分解為5個(gè)

14、領(lǐng)域共15個(gè)研究主題。3.1實(shí)體論與表迖3.1.1地理實(shí)體論實(shí)體論研究客觀世界存在的是 什么，有可能存在什么，為什么能存在？地理信息科 學(xué)的實(shí)體論研究為科學(xué)家們所使用和研究，也是廣大 公眾所使用的地理信息和地理概念。實(shí)體論試圖拐 供一種能維系現(xiàn)實(shí)世界中符號(hào)（實(shí)例）與類型（種類）牝 一致的正式理論，探索它們之間的相互關(guān)系和將它們實(shí) 施轉(zhuǎn)換的過程。姻里實(shí)體論成為ucgis所確認(rèn)的最為 重要的研究主題之一正是學(xué)科地理基礎(chǔ)的體現(xiàn)。 3.1.2地理現(xiàn)象表達(dá)地理現(xiàn)象的正確表迖，指的 是對(duì)現(xiàn)象概念化的說明，它應(yīng)能為不同的使用者所接 受與使用，因而需要有能夠支撐將一種資料關(guān)系自動(dòng) 轉(zhuǎn)換成另一種關(guān)系，從一個(gè)實(shí)體

15、域轉(zhuǎn)換到其它實(shí)體 域，在科學(xué)計(jì)算上能對(duì)對(duì)象進(jìn)行追溯確認(rèn)分類等的 方法。顯然，地理現(xiàn)象的表迖在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi)首先是類 型或類，通過資料轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)地理空間史 象的數(shù)字表征，為此需尋找能夠抓住地理現(xiàn)象本質(zhì)的 數(shù)字（學(xué)）公式，通過基于gis的資料表迖模似與挖 掘，完成地理現(xiàn)象與實(shí)體的有效表迖。3.2計(jì)算3.2.1定性空間推理作為廣義意義上的計(jì)算，空間 關(guān)系與空問位置的推理是人工智能領(lǐng)域重要的硏究主 題，也是gi科學(xué)中的重要領(lǐng)域。空間關(guān)系的認(rèn)知模型 與語言模型顯然涉及撒a接觸包容這樣的定性拓?fù)湓?理。對(duì)于空間對(duì)象不相交的空間關(guān)系，可用距離和方向 等來表征，空間對(duì)象接觸或疊置時(shí)，空間關(guān)系可用在點(diǎn) 集理

16、論基礎(chǔ)之上拓展的多種相交圖式來表迖。3.2.2計(jì)算幾何學(xué)計(jì)算幾何學(xué)是地理空間對(duì)象 和關(guān)系定量表迖的基礎(chǔ)，兒何問題的計(jì)算與求解是 早期的計(jì)算機(jī)機(jī)助制圖學(xué)和gis中的重耍內(nèi)容。歐 氏幾何學(xué)不可能在一個(gè)精確度限定的數(shù)字環(huán)境內(nèi) 以一種直接的方式實(shí)施幾何計(jì)算;線形簡化和地圖 綜合的很多問題，有賴于gi科學(xué)中的計(jì)算兒何學(xué) 盡管這些問題也與比例尺的尺度問題相關(guān)；至于一 些與鄰近性相關(guān)的計(jì)算幾何問題，可在voronoi > 法泰森（thiessen）多邊形或鄰近（proximal）多邊形等概念框架下進(jìn)行処理，它們共同構(gòu)筑了地理信息 科學(xué)中幾何計(jì)算的理論與應(yīng)用構(gòu)架。3.2.3空間數(shù)據(jù)庫中的有效變址檢索與搜

17、索多 維資料的有效變址是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)重要的研究 問題。2維、215維、3維地理信息構(gòu)成的空間數(shù)據(jù) 庫，變址問題頗為重要。早期gis中所使用的mor2 ton矩陣方法，圖形便像処理中的四叉樹八叉樹、徹等規(guī)律表迖，為變址檢索搜 索等復(fù)雜問題的有效解決提供了基礎(chǔ)。3.2.4空間統(tǒng)計(jì)學(xué)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)是與地理信息科 學(xué)具有密切聯(lián)系的重要研究領(lǐng)域?？諉栃畔⒌奶厥?性體現(xiàn)于空問自相關(guān)或空間相依性的無処不在空 間統(tǒng)計(jì)學(xué)為研究與処理空間自相關(guān)提供了有用的統(tǒng) 計(jì)方法，如空問自相關(guān)的測度和以空間單位資料為 基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)空間自相關(guān)作用的控制方法 等?？臻g統(tǒng)計(jì)學(xué)也是gis數(shù)據(jù)質(zhì)量與控制硏究的有 用工具。當(dāng)然，作為

18、具有相對(duì)獨(dú)立性的空間統(tǒng)計(jì)學(xué) 與地理信息科學(xué)的其它領(lǐng)域相對(duì)分離。3.2.5地理計(jì)算地理計(jì)算是gi科學(xué)的重要組成 部分，像用于基于柵格的空間分析綜合概念框架的 地圖代數(shù)，已不再是在空間信息不同表迖方式基石u 之上實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)g1s運(yùn)算，本質(zhì)上它是一種在相近 性和局部運(yùn)算基礎(chǔ)上將地學(xué)計(jì)算問題概念化的不同 方法，或許需在并行計(jì)算環(huán)境下才可以有效運(yùn)行。 高性能計(jì)算支持下的分形城市細(xì)胞自動(dòng)機(jī)基于主 體的城市演化模似等地理計(jì)算新發(fā)展，正在構(gòu)成g: 科學(xué)的科學(xué)計(jì)算與模似的新學(xué)科領(lǐng)域，成為新世紀(jì) gi科學(xué)的研究與開發(fā)應(yīng)用熱點(diǎn)。3.3認(rèn)知3.3.1地理對(duì)象認(rèn)知模型認(rèn)知模型涉及人類汩 地理現(xiàn)象的感知學(xué)習(xí)、記憶椎理和通

19、信的完整過 程。人類對(duì)地理環(huán)境認(rèn)知過程的研究，作為一種獲 取對(duì)空間關(guān)系地理本體論的認(rèn)識(shí)，理解與改進(jìn)gi5 的人機(jī)相互作用的方法而成為gi科學(xué)的重要研窮 主題。包括研究地理科學(xué)領(lǐng)域認(rèn)知問題在內(nèi)的整個(gè) 人類空間認(rèn)知問題硏究，是g1科學(xué)有關(guān)領(lǐng)域硏究的 基礎(chǔ)。在瓦倫紐斯項(xiàng)目實(shí)施期間，ncgia有一批知 名學(xué)者對(duì)地理空間公共意義上概念的公式化表迖和 地理現(xiàn)象的認(rèn)知模型等作出了重要貢獻(xiàn)。3.3.2人類與地理信息和技術(shù)的相互作用地理 信息系統(tǒng)包括界面設(shè)計(jì)和公眾參與在內(nèi)的人機(jī)相s 作用問題硏究是gi科學(xué)研究體系的一部分，它的重 要性一方面取決于gis的可應(yīng)用性與公眾參與問題 是否可以被分解成一般意義上的人機(jī)相

20、互作用問題，這里涉及gi科學(xué)的對(duì)象理念與工程技術(shù)設(shè)計(jì)； 另一方面也取決于地理對(duì)象的認(rèn)知與概念問題。有 一點(diǎn)可以肯定，gis工具與gi科學(xué)將大大拓展人類 認(rèn)知世界的能力與水平。3.4應(yīng)用組織與社會(huì)3.4.1地理資料獲取對(duì)地理空間位置與屬性的 理論信息資料等的測度與應(yīng)用硏究構(gòu)成了 gis硏 究的主體。gi科學(xué)的建立與構(gòu)成必須以測繪科學(xué) 理論（坐標(biāo)系統(tǒng)地球形態(tài)測度表達(dá)等）為基礎(chǔ)，而系 統(tǒng)一旦確定與建立，它就為地理世界的概念化地理 客觀世界的表迖與轉(zhuǎn)化提供了最直接的解釋基礎(chǔ)。 當(dāng)今最為先進(jìn)的遙感遙測技術(shù)與gps定位技術(shù)，成 為gi科學(xué)所研究與使用的所有地理資料和信息獲 取的最為有效與最為先進(jìn)的技術(shù)手段

21、，它們能保證 資料的實(shí)時(shí)多源多尺度特點(diǎn)，成為gi科學(xué)研究的 基礎(chǔ)。資料獲取手段與技術(shù)的使用與研究，成為gi 科學(xué)學(xué)科體系的重要組成。3.4.2地理信息的質(zhì)量地理信息的質(zhì)量精度與 誤差研究是gi科學(xué)研究的重要部分?？赡苡捎谠谫Y 料獲取時(shí)期的各種測度誤差，或由于在gis資料処理 過程中的各種變換誤差的導(dǎo)人而降低資料質(zhì)量。如 果認(rèn)知實(shí)體論或表迖方式不確切，說明與解釋也有 可能發(fā)生誤差。資料質(zhì)量的影響必須在模型靈敏度、 擬合置信度等框架內(nèi)首先作出確切評(píng)定，以保證gis 應(yīng)用系統(tǒng)與g1科學(xué)的準(zhǔn)確與有效。3.4.3空間分析空間分析原是數(shù)量地理學(xué)的重要 命題，但它與地理信息科學(xué)聯(lián)系密切。曾經(jīng)有學(xué)者提 出，空

22、間分析僅僅是gi科學(xué)原則在環(huán)境與社會(huì)科學(xué) 中一些實(shí)際應(yīng)用，空間分析的基礎(chǔ)已為實(shí)體論表迖 方法與空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的有關(guān)論題所覆蓋。但是，隨著空 間分析技術(shù)本身的發(fā)展，特別是以高性能計(jì)算為基礎(chǔ) 的地理計(jì)算學(xué)的形成與發(fā)展，已使空間分析的方法論 發(fā)生了根本的變革，它必將使gi科學(xué)的空間分析功 能產(chǎn)生質(zhì)的變革。在某種意義上講，是將空間分析劃 定為gi科學(xué)主題的一部分，或是gi科學(xué)應(yīng)用論題的 一部分，這樣一種明確的劃分可能并不重要。3.4.4地理信息組織與社會(huì) gis技術(shù)的社會(huì)應(yīng) 用與影響是gis應(yīng)用研究的主體。80年代前后，gis 中的大多數(shù)技術(shù)創(chuàng)新都是出現(xiàn)在一些直接的應(yīng)用層 面上，應(yīng)用軟件主要由研究機(jī)關(guān)學(xué)校

23、或咨詢部門的 幵發(fā)人員幵發(fā)，很少直接由科學(xué)家發(fā)明。8（）年代是較 件與資料商業(yè)化的十年，更是gis研究和發(fā)展學(xué)術(shù)仆 的十年 80年代末以來，學(xué)術(shù)的注意力更多地轉(zhuǎn)向了 技術(shù)與社會(huì)，對(duì)地理信息的經(jīng)濟(jì)社會(huì)法律諸方面的 注意與研究明顯增加，対gis研究的產(chǎn)品和分享，包 括g1s和相關(guān)技術(shù)使用中所涉及的效率有效性杞 會(huì)平等'性公眾參與公眾權(quán)力等明顯增加，推動(dòng)了 g 科學(xué)與gis技術(shù)的大眾化與社會(huì)化。3.5時(shí)間與空間3.5.1時(shí)間時(shí)間運(yùn)動(dòng)與演化是gis應(yīng)用最本質(zhì) 的東西，但迄今的gis軟件為処理地理信息的吋間 維所提供的工具非常有限。gis實(shí)體論從一幵始就 注重劃分空間與時(shí)間，實(shí)際上妨礙了 g1s

24、的科學(xué)用 途與發(fā)展。如果空間與時(shí)間真的可以獨(dú)立処理與硏 究，那么時(shí)間將不可能是gi科學(xué)研究的重要主題。 事實(shí)是，時(shí)間是gi科學(xué)硏究的一個(gè)完全的組成部 分，是一個(gè)跨越了大多數(shù)gi科學(xué)主題的研究課題 吋間一空間綜合集成地理信息系統(tǒng)硏究的興起與發(fā) 展是31科學(xué)發(fā)展的必然需要與表現(xiàn)。3.5.2空間尺度例尺比例尺對(duì)于gi科學(xué)有 多重的意義。在地圖制圖學(xué)中，比例尺指的是地匼 上的尺度大小與現(xiàn)實(shí)世界尺度大小的比值。地圖tt 例尺與現(xiàn)實(shí)世界的幾何形態(tài)相互作用，制圖過程牛 的地圖分析與地圖綜合受到比例尺的制約與影響； 尺度（比例尺）這個(gè)術(shù)語往往與表示物理過程的頰 模展布或特征長度相聯(lián)系尺度的變化功能的荽 化形狀

25、的變化緊密聯(lián)系；尺度又與分辨率相聯(lián)系 可表示能夠鑒別或表迖顯示或分析的最小實(shí)體的 大小此例尺（尺度）及與其相關(guān)的科學(xué)問題對(duì)于以 人類賴以生存的地球?yàn)檎w研究對(duì)象的gi科學(xué)，蓮 要性自不可言。4研究主題的比較將本文所討論提出的地理信息科學(xué)的15個(gè)研究主題，與gbodchild在1992年提出的gis研究主題，以 及由ucgis提出的優(yōu)先硏究領(lǐng)域進(jìn)行比較：（1）三者都提出了的研究主題有4個(gè)，分別是：1）資料獲取;2）表迖（資料模擬）;3）空間分析;4）圍 繞gi的社會(huì)問題。后三個(gè)主題與ncg1a所建議的 核心硏究問題有很好對(duì)應(yīng)關(guān)系。由二者提出了的硏究主題中，有3個(gè)右 goo dchild的建議與本

26、文所提出的論題中出現(xiàn)，但沒 有在ucgis的建議中出現(xiàn)，分別是：1）計(jì)算幾何學(xué)；2）空間數(shù)據(jù)庫；3）空間統(tǒng)計(jì)學(xué)。實(shí)際上，goo dchild 把這3個(gè)硏究主題的前兩個(gè)在“資料結(jié)構(gòu)算法與釔 理”這樣一個(gè)綜合命題下作了組合。另外有3個(gè)主 題，在ucg1s和本文中出現(xiàn)，但qxxkhild沒有援 及，分別是:1）本體論;2）認(rèn)知;3）資料質(zhì)量?！氨壤摺笔莡cgis提出的主題，但在本文中是作為時(shí)空 交叉研究而提出?？梢暬c顯示”是godchild提 出的研究主題，最近ucgis也把其確定為正在出現(xiàn) 的研究主題，本文在論述的各種模型與應(yīng)用系統(tǒng)中 都會(huì)涉及表迖的可視化問題，而沒有將其單列。（3）僅僅出現(xiàn)在

27、一個(gè)提議中的研究主題，good: child提議的所有研究主題，分別出現(xiàn)在其它一個(gè)或 兩個(gè)提議中；但ucgis提議的硏究主題，有4個(gè)更 具技術(shù)性的主題，并沒有在其它兩個(gè)提議中出現(xiàn)，另 別是:1）分布計(jì)算;2）地理信息互操作;3）空間信息 基礎(chǔ)設(shè)施的未來;4）地統(tǒng)計(jì)資料挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)。本文提出了的，但沒有出現(xiàn)在其它任何一個(gè)提 議中的有4個(gè)研究主題，分別是：1）人類與gi和技 術(shù)的相互作用；2）定性統(tǒng)計(jì)推理地理空問中的吋 間;4）其它地學(xué)計(jì)算論題?！叭藱C(jī)相互作用”主題，部 分為ucgis提出的論題所涵蓋，但在ucgis中已 轉(zhuǎn)換為“認(rèn)知”論題；而“處理時(shí)間”，在ucgis中已 為“地理表迖的擴(kuò)展”

28、所包容。5討論有労也理信息科學(xué)的硏究趨，本文與其它提議各 有所側(cè)重，要考慮學(xué)科的發(fā)展與展望，直接但明顯頗為 功利”的方法，是將提出的應(yīng)優(yōu)先予以考慮的硏究工作 與政府基金投人部門設(shè)定的優(yōu)先項(xiàng)目進(jìn)行比較。2000年，美國國家基金委的計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)和 工程（cise）理事會(huì)信息與智能系統(tǒng)部提出并制定了 s 個(gè)規(guī)劃研究領(lǐng)域：1）計(jì)算與社會(huì)系統(tǒng)；2）人機(jī)相互作 用;3）信息與資料管理;4）信息技術(shù)研究;5）知識(shí)與v、 知系統(tǒng);6）機(jī)器人學(xué)與人類擴(kuò)大;7）特殊項(xiàng)目數(shù)字 圖書館。中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2（）01年ii 月出版的“地球空間信息科學(xué)”基金優(yōu)先資助領(lǐng)域戰(zhàn) 略研究報(bào)告中，在基礎(chǔ)研究”、方法技

29、術(shù)”與“應(yīng)用矽 究”三個(gè)領(lǐng)域內(nèi)提出了 14個(gè)研究主題11 :1）遙感信肩 機(jī)理;2）地理空問認(rèn)知地理空問尺度;4）地理空間 關(guān)系a地理表示方法擴(kuò)展；6）地理信息不確定性；7 數(shù)據(jù)獲取與集成;8）地理可視化;9）空間分析方法與模 型;10）空間信息分布式計(jì)算;11）互操作；12）數(shù)據(jù)基 礎(chǔ)設(shè)置;全球變化u4）區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。囯內(nèi)外対gi科學(xué)在信息科學(xué)領(lǐng)域設(shè)定的研究具 有引人注目的相似性，這為地理信息科學(xué)應(yīng)是信息科 學(xué)一個(gè)分支的學(xué)科界定提供了充分的證據(jù)。當(dāng)然，地 理信息科學(xué)與地理學(xué)科具有天生的血緣親密關(guān)系，它 們研究現(xiàn)實(shí)世界共同的對(duì)象，但很顯然，地理信息科 學(xué)更多的是與本體論表迖計(jì)算問題有關(guān)，而地

30、理學(xué) 則側(cè)重丁企圖解釋與預(yù)測地理現(xiàn)象。地理信息科學(xué) 具有顯著的科學(xué)深度，它是信息科學(xué)的分支，更是一 門綜合的多學(xué)科領(lǐng)域，一門正在迅速發(fā)展中的新學(xué) 科，學(xué)科的成熟與發(fā)展必將造福于全人類。參考文獻(xiàn)：1 longley p a, goodciiild m f, maguire dj ,et al. ge2 ographical information system : principles , techniques , manage? mcnt and applicalionsm. john w. new york j999. 1- 20.2 goodciiild m f. ciographic i

31、nformation science j ga） graphic information science ,1992，6（3） :31 45.3 university consortium for geographic information science. research priorities for ga）gn>hic information science j . carto graphy and ch）2 graphic information system ,1996 ,23（3） :l 15 - 127.4 goodch1ld m f,egenhofer mj ,kemp

32、 k k，et al. intro： duct ion to t he varenius projecl j . geo graphic information sciz ence 3999,13（8） :731 - 745.5 ncgia. advancing geographic information science : a proposal to nsf by ncgiar. hit p :/ www. negia. ucsb. edu.6 duckiiam m，goodciiild m ft worbo ys m f，et al foundation of geographic in

33、formation science m . ta ylor & francis .london ,2003. 1 - 18.7 李徳仁.論地理信息科學(xué)的形成與發(fā)展j .武漢測繪科技大學(xué) 學(xué)報(bào)，1995，20（增刊）:18 - 22.8 周成虎，售學(xué)軍.對(duì)地球信息科學(xué)的思考!.地理學(xué)報(bào)，1998 （4） :372 - 380.9 童慶禧.地球空間信息科學(xué)之芻議j.地理與地理信息科學(xué)， 2003，19（4） :1 - 3.劉妙龍，貿(mào)佩德.楊冰.地理信息科學(xué)新界說.地球信息科10 學(xué)，2001 ：41 - 46.地球空問信息科學(xué)戰(zhàn)略報(bào)告硏究組.地球空間信息科學(xué)m.11 北京:高等教育出版社.2001.25 - 78.rethinking of the defin