地理信息科学的概念
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地理信息科学的概念范文第1篇
1地理科学在科学体系中的地位
钱学森在20世纪80-90年代逐步完成了总结全人类研究的科学体系。概括起来分11个门类、5大巨系统、4项建设（图1、图2、图3、表1），下面分别表述原著与解解的内容。
附图
图1钱学森论人类的知识体系
Fig.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen
钱学森将当今人类对科学知识的体系，分为数学科学、自然科学、地理科学、社会科学、建筑科学、军事科学、人体科学、思维科学、行为科学、系统科学与美学11个体系。对上述人类知识体系解读，可以将自然科学、社会科学和地理科学作为客体世界的主要研究对象；而人体科学、思维科学和行为科学作为人类主体的主要研究对象；建筑科学界于客体与主体科学之间；军事科学实际上是指谋略科学（包括经济、政治、军事等），是在掌握所有科学基础上的智慧较量；美学是纵贯于各个学科的；数学科学与系统科学是横贯于各个学科的。因此有以下的科学分类网络系统（图2）。
附图
图2科学分类的网络体系
Fig.2Thenetworksystemofscienceclassification
在五个开放的、复杂巨系统中（图3），地理系统与星系系统、社会系统、人体系统、人脑系统并列，其中的物理、地理、事理、人理、脑理中的“理”都是指研究的“规律”。
钱学森提出的社会主义总体设计部（表1）中，除了政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设外，特别提出地理建设，笔者将其修改为地理系统工程，并增加了人口、科教、城镇、资源、灾害、产业。
表1社会主义建设的系统结构（略有修改）
TablelThesystemstructureofsocialismconstruction
附图
2地理信息科学
20世纪70年代以来，随着航天技术的迅猛发展，来自外层空间的遥感、遥测、定位、通讯信息海量地增加；随着计算机技术的迅猛发展，处理与解决这些海量数据的能力大幅度地提高。地理信息系统、地理专家系统、管理信息系统、辅助决策系统应运而生，使得地理信息科学首先获得发展的机会。正是地理信息科学这门用高新技术武装起来的技术科学的发展，带动了整个地理科学的建立与发展。
附图
图3五个开放的复杂巨系统
Fig.3Fiveopencomplexgiantsystem
地理信息科学的主要内容就是天地信息一体化网络系统，包括航天信息网络系统（外层空间卫星之间的信息网络）、地面的网络系统、天地之间的网络系统三部分，是有线网络与无线网络连通的一体化网络系统。1998年笔者发表了“航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用”的论文[5]，2002年又发表了“论地理信息科学的发展”[6]一文。两篇论文基本上代表了地理信息科学的创始与发展，当前各行各业都在进行数字化或信息化的建设，实际上都是天地信息一体化网络中的部分子网络或子系统。地理信息科学中最重要的原创性的成果是遥感信息模型与地理信息编码模型。
随着遥感信息的大量获取，数学家以模式识别为工具对遥感信息进行图像处理与分类，使用的数学工具主要是数理统计的方法，把遥感信息看成是没有成因关系的随机变量；物理学家则把获取遥感的物理过程视为遥感信息的成因，因此采用反演的方法，使用辐射传输方程为主的数学工具，事实上不承认地理现象的不确定性；大多数地理学家将遥感信息当成系列成图的基础信息，快速、准确地制作系列地图。地图是符号系统，其信息量远不可与遥感信息量比较，地图学家把遥感信息转化成符号系统的系列图谱。遥感信息模型则是将地理复杂现象中的非遥感信息转变为归一化的影像信息，与遥感信息一起用方程、统计与相似准则结合，也即演绎逻辑、归纳逻辑与类比逻辑结合；确定性与不确定性（包括随机的不确定性、模糊的不确定性、灰色的不确定性、分形的不确定性）辩证统一；图像与方程（一个像元或一个图斑、一个方程）耦合；抽象思维与形象思维互动而建立起来的一种地理复杂信息模型[7-9]。这种信息模型只有在遥感技术的推动下才有可能产生。这种信息模型是遥感信息与地理信息连接的纽带。
地理信息系统本来就是为了制作地图而创建的，因此地图学家将从遥感中提取的系列地图存入地理信息系统，是顺理成章的。但是这种地理信息系统无论空间分析功能多么强大，也不可能进行模型计算，外挂、内嵌种种方式都不可能解决直接进行模型计算问题。系列地图存入计算机的图形库时，信息又是冗余的，因此带来一系列与计算机技术发展格格不入的疑难，最为典型的是数据挖掘，数据挖掘说明存在数据库中的信息有冗余。遥感信息模型的运算要求地理信息系统可以直接进行模型计算，由此地理信息编码模型应运而生[10,11]。传统的地理信息系统以图形的叠合(Overlay)为主；而能够进行遥感信息模型运算的地理信息系统则以像元或图斑中的多位编码的抽取(Extract)为主。这又是完全相反的途径。地理信息编码模型还是地理定量信息与定性信息转化的纽带，也是地理信息系统中属性库与地理专家系统中知识库联系的桥梁。
总之，天地信息一体化网络系统是开放的复杂巨系统，研究这个巨系统的地理信息科学的内容远远超过了3S(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)的范围，而是以天地信息一体化网络系统为核心的天—地—人—机系统。地理信息科学虽然是从属于地理科学的技术科学，但是地理信息科学的诞生与发展是引领地理科学成长的核心力量，因此本刊更名时，将地理信息科学与地理科学相提并论，突出了地理信息科学的重要性。
3地理系统工程
地理系统工程当前尚未被广泛认识，已经认识到的也仅仅是系统工程在地理学中的应用。当地理信息科学中的模型在实践中应用时，必然会涉及地理系统工程的可操作性。地理遥感复杂信息模型的建立，可以进行定量预报和回溯，因此为地理系统工程打下了工程的基础。国民经济的主战场主要包括人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等8个方面，这8个方面是互动的。中国的人口问题、西部开发问题、21世纪水资源问题、能源问题、洪旱灾害问题、环境问题、生态农业问题、城镇体系问题、基建布局问题、产业结构动态调整问题以及相互之间的协调发展问题，无不属于地理系统工程。
地理现象是复杂现象，地理系统是开放的复杂巨系统。当研究西部开发时，如果国家各个部门各行其是，石油开发只考虑石油开采与输送管道；交通只考虑公路建设；铁路只考虑铁路建设；水利只考虑南水北调问题；城镇建设只考虑城市规划等，那么整体的西部地区有可能产生许多事倍功半的现象，例如修了公路没有物资运输；城市居民结构不尽合理；劳动力与产业结构不配套等。钱学森的社会主义总体设计部就是要把地理系统工程与政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设系统地结合起来，地理系统工程仅是其中的一个子系统。而人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业是地理系统工程中的子系统。人口中的数量、素质、结构、分布是人口系统中的要素；资源中的矿产资源、水资源、生物资源、土资源、大气资源等又是资源系统中的子系统；大气环境、水环境、土环境、生物环境、地质环境是环境系统的子系统；交通、铁路、航运、航空、供排水、供电、供气、供暖、电讯、电视、计算机网络是基础建设系统的子系统等。系统嵌套系统，分层次子系统与交叉子系统，构成完整的、开放的、复杂的巨系统。
研究开放复杂巨系统的方法，首先是将系统分解为多层次的子系统，明确其中的交叉子系统；其次是从定性到定量地确定子系统中各个要素与指标体系；第三是根据指标（相似准则）建立模型进行预测预报；最后是检验该巨系统的效益与效率。当前大多数是分别研究人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等子系统，在一个地区全面研究区域地理系统工程的有效实例不多，区域经济地理的研究还远远够不上地理系统工程。笔者曾在2000年底提出中国水资源、水灾害、水环境、生产用水、生活用水统一解决的洪水充分利用，全国水系网络化与渤海淡化的地理系统工程，中国科技报曾进行报道，之后笔者在“21世纪黄河系统工程方略”一文中进行阐述，首先所能进行的研究是虚拟地理系统工程。全国水系网络化与渤海淡化是21世纪的世纪工程，尚需有识之士共识，广泛地深入研究，进一步的论证。
如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究复杂的地理系统工程就是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，地理系统工程的实践指日可待。
4理论地理科学
地理信息科学一方面可以进一步为地理系统工程提供研究方法与手段；另一方面又为理论地理科学提供技术基础。从遥感信息模型发展到地理复杂信息模型再到地理数学[8]，为理论地理科学奠定了坚实的基础。
理论地理科学中首要的是建立开放的复杂巨地理系统的理论；其次是地理类比的广义相似理论[13]；第三是一般地理复杂模型理论与地理数学；第四是地理数学在部门地理—部门子地理系统工程与区域地理—区域地理系统工程中的应用。理论地理科学如果不能指导部门子地理系统工程的研究和区域地理系统工程的研究，那么就失去了理论意义。
如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究理论地理科学也是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，理论地理科学的建立指日可待。
5地理科学在可持续发展信息社会中的作用
地理学的发展经历了“地理环境决定论”、“人类中心主义”，然后达到了地理科学的可持续发展的阶段。地球上人类消耗的资源、能源是极其不平衡的，按照发达国家的水平，一个地球是满足不了全人类的需求的。可持续发展只有在信息社会中才能实现，人类一方面需要依靠科学技术开发资源，如太阳能的利用，靠基因工程使绿色植被更多地利用太阳辐射，靠纳米技术直接转化太阳能为电能；另一方面是靠信息技术节省资源、能源，如天地信息一体化网络系统就是信息社会的重要支柱之一，靠航天技术获取外层空间信息源，靠计算机技术建立信息网络。由此可见，地理信息科学在可持续发展信息社会中的作用[14]。随着地理信息科学的发展，地理系统工程与理论地理科学的发展，将为国民经济的主战场做出重要的贡献。
由上分析，可见地理科学与地理信息科学已经被广泛共识，地理系统工程与理论地理科学的发展尚不够充分，因此本刊更名为“地理与地理信息科学”是适时的，是既有继承性又有发展性的；是既有前瞻性又有现实性的。在这里我们希望地理科学界的同仁，切不要轻视技术，高新技术恰恰是新理论、新应用的强大推动力。
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地理信息科学的概念范文第2篇
关键词：人文地理与城乡规划；专业定位；课程体系；信息科学
中图分类号：G6420文献标志码：A文章编号：
10052909（2015）02002805
资源环境与城乡规划管理专业是1998年教育部根据社会经济发展的需要和学科发展的形势而设立的专业，发展至今，出现专业定位模糊，广度大深度小，就业竞争力受限等诸多尴尬问题[1]。2012年，教育部第四次修订《普通高等学校本科专业目录》（下简称《目录》），原资源环境与城乡规划管理专业被拆分为人文地理与城乡规划、自然地理与资源环境两个专业。2013年，人文地理与城乡规划专业招收第一届本科生。该专业教育在国内刚刚起步，探索人才培养方法还是一个崭新的课题。
南京邮电大学的人文地理与城乡规划专业，除同样面临新专业设置之初的机遇与挑战外，还有其独特的发展背景。2013年10月，经江苏省政府研究并报教育部批准，南京邮电大学、南京人口管理干部学院实行合并办学，组建新的南京邮电大学。在此之前，资源环境与城乡规划管理专业是南京人口管理干部学院特色专业之一，2002年开始招生，已有11年的办学历史，并已形成学历结构、职称结构合理，涵盖地理学、规划学、人口学等专业方向的教学科研团队。2013年，根据《目录》（2012版）要求，该专业开始
转型，招收人文地理与城乡规划
专业第一届本科生。合校前后，专业所依托的院校学科基础全然不同，依据新南邮的学科特色构建专业培养体系成为专业发展必须认真研究的课题。
文章从教育部的专业导向、人才市场需求两方面梳理人文地理与城乡规划专业基础定位。结合南京邮电大学自身特色，以大数据时代智慧城市的建设与应用要求为导向，寻求信息科学与地理学、规划学的结合点，并据此提出以信息科学应用为特色的人文地理与城乡规划专业课程体系构建原则与核心框架。
一、人文地理与城乡规划专业定位基本要求
人文地理与城乡规划专业基础定位应重点考虑两方面要素：一是教育部设置该专业的目标与要求，二是社会对专业人才的需求。
（一）专业设置导向
地理学和城乡规划专业是我国城乡规划人才培养的两大主要来源[2]。前者以南京大学、中山大学、北京大学、华东师范大学等传统地理强校为代表，主攻宏观层面规划，擅长理论探索、机理剖析与经济社会综合分析；后者以清华大学、东南大学、天津大学等建筑学老八校建筑老八校指之初最早开设建筑学、城市规划相关专业的八所高校，包括清华大学、东南大学、同济大学、天津大学、华南理工大学、重庆建筑大学（已并入重庆大学）、哈尔滨建筑大学（已并入哈尔滨工业大学）和西安建筑科技大学。
为代表，主攻微观层面规划，擅长空间设计与形体表达。两者各具特色，各有专攻。
1998版《目录》中涉及城乡规划的专业有地理科学类下属的“资源环境与城乡规划管理”和土建类下属的“城市规划”。这一专业设置与上述两大源头相对应。2012年《目录》调整，城乡规划相关专业仍为两个，一是地理科学类下属的“人文地理与城乡规划”，二是建筑类下属的“城乡规划”。与1998版《目录》相比，保留了地理、建筑两个学科门类下的城乡规划相关专业设置，但将原资源环境与城乡规划管理专业拆分为人文地理与城乡规划、自然地理与资源环境两专业。结合2012版《普通高等学校本科专业介绍》（见表1）不难发现，教育部认可并引导地理学、建筑学下两规划专业各自特色发展。地理学下属的人文地理与城乡规划专业，应区别于工学下属的城乡规划专业，做到强化主线，收缩口径，夯实基础，对口应用——立足宏观、中观区域层面，以地理学理论为基础，强化综合分析能力培养。（二）人才应用需求
教育部为人文地理与城乡规划专业设置的发展导向是否适应市场对规划类人才的需求，是专业定位必须要论证的第二重标准。
如将城乡规划系统细分，可分为规划编制与规划管理两个方面。仅就规划管理来说，地理学专业背景的规划工作者往往具有相对综合的专业知识储备和缜密严谨的逻辑思维能力，具备作为管理者的全局意识与综合协调能力。
规划编制工作又可分为宏观、中观、微观等不同的区域尺度层面。具有地理学专业背景的规划工作者擅长区域分析与经济、社会综合分析，在区域规划、城市总体规划等宏观层面规划中发挥核心作用并承担大部分工作，在控制性详细规划这一中观尺度规划工作中也能发挥重要作用。
针对具体某项规划工作，其工作流程又可划分为规划分析、规划方案与成果表达三个步骤。在成果表达的制图工作中，地理学背景规划工作者确有一定劣势。但在规划分析和方案设计阶段，地理学背景规划工作者发挥的作用与建筑学背景规划工作者旗鼓相当。
综上，地理学背景规划工作者往往具有系统全面的知识储备和突出的综合分析能力，在各类规划工作中发挥重要作用（见图1），不可或缺。强化地理学基础、重视机理分析能力培养的人文地理与城乡规划专业人才培养要求也完全符合市场对专业人才的实际需求。
二、信息科学与地理学、规划学学科融合的理论与实践基础
（一）地理信息系统的规划应用
地理信息系统科学是地理学中的重要分支，作为空间科学与信息科学的重要结合点，技术发展与应用已较为成熟。与CAD等绘图软件相比，GIS（地理信息系统）工具的特点与优势在于空间数据的组织、管理与分析，能够有效管理和处理海量数据，关联空间数据和属性数据。某种程度上可认为是绘图软件与统计分析软件的集成。
在美国，GIS已成为专业规划师的标准工具，脱离GIS的规划编制、规划管理几乎不存在，GIS用于地图处理、规划管理、分析与决策支持、公众参与等方面[3]。在我国，GIS在规划领域的应用相对有限& mdash;—在规划管理系统的设计构建中应用广泛，在规划编制中应用较为粗浅，主要用于自然地理环境要素分析与公共服务设施、基础设施的规划选址分析。规划工作者如能全面掌握地理信息系统原理及其软件的规划领域系统应用，则能顺应这一趋势，在规划工作中更好地发挥作用。
（二）大数据时代海量空间数据的获取与处理
与发展成熟但应用不足的地理信息系统分析方法相比，大数据时代空间数据获取与应用则呈现出海量数据、先进技术与跨学科创新思维三大特征《大数据时代——生活、工作与思维的大变革》中指出，数据本身、技能与思维是大数据价值链的三个构成。 。
随着信息网络的迅速发展，百度、谷歌等搜索引擎，阿里、京东、亚马逊等电子商务公司与腾讯等网络服务运营商掌握海量用户数据。随着智慧城市理论的兴起与“物联网”的建设，行政管理机构也将成为大数据的掌控者。海量数据如何提升城乡规划的科学性与适用性，大数据如何为规划所用，相关研究也陆续展开。
国内外有学者通过挖掘网络数据、居民行为数据，对居民时空行为、城市空间与城市等级体系进行研究[4]。如以百度指数为依据对比分析城市间联系强度[5]，通过微博数据挖掘分析网络社会空间特征[6]等。空间数据的采集与分析已从利用单一GIS 软件向多种信息设备相结合的阶段转变[4]。
针对智慧城市的建设热潮，国内有学者积极开展现行规划体系的“智慧”响应探索，提出在区域城镇体系规划、城镇总体规划及详细规划三大层次的规划建设中应用智慧城市数据信息、融入智慧城市建设理念的思路与要点[7]。如城镇体系规划层次借由新信息技术强大的数据分析能力充分挖掘区域内各城市优势发展的方向与重点，城市总体规划层次应考虑采取合适的路网形式，合理规划智慧交通基础设施等。
这一背景要求规划工作者不断学习新的数据获取与挖掘方法，探索并掌握大数据规划应用的方式途径。
三、以信息科学应用为特色的人文地理与城乡规划专业课程体系构建
（一）基本原则
南京邮电大学的人文地理与城乡规划专业发展，应在满足专业基础定位要求的同时，结合院校优势学科——信息科学、地理学、规划学三者的交叉领域，以地理学、规划学为基础，以信息科学应用为特色。其课程体系构建应遵循夯实地理学基础、围绕规划应用主线、突出空间信息挖掘与分析能力培养的原则。
1.夯实地理学基础
地理学基础理论、方法与分析能力的培养是人文地理与城乡规划专业区别于工学下属城乡规划专业的核心内容，体现专业定位的基本要求。通过基础必修课程学习，了解地理学基础理论框架与范畴、边界与特色，掌握学科基本概念、理论与方法，是专业人才培养的根基。课程设置中，自然地理学、经济地理学、人文地理学等地理学基础课程必不可少。
2.突出空间信息挖掘与分析特色
大数据时代，应强化网络数据挖掘与信息设备数据采集、大数据分析等理论方法的学习与能力培养。为此，应以数学、计算机、网络等知识系统强化为基础，通过设置地理信息系统、数据库技术与应用、数理统计应用等与地理、空间规划相关的信息技术类课程，培养学生的空间数据获取与分析能力。
3.围绕规划应用主线
无论是地理学基础分析能力的培养还是空间数据获取与分析能力的训练，最终应落实到进行空间分析、指导空间规划上来。城乡规划应用是专业教育知识体系构建的主线，相关课程设置与能力培养都应围绕这一主线展开。因此，城乡规划基础知识的全面系统掌握对于夯实专业的基础定位至关重要。为使学生对城乡规划领域基本概念、理论、研究方法等有相对全面系统的认识，城市规划原理、城乡规划学导论等应作为专业基础课程设置。
（二）课程体系框架设计
以上述原则为依据，结合南京邮电大学学科设置特色与要求，初步设定人文地理与城乡规划专业核心课程体系。该体系包含专业基本知识、专业特色知识两大模块，从通识教育、专业教育两个层面设置课程（见图2）。其中，专业基本知识模块强化地理学、规划学基础理论与方法的学习，专业特色知识模块突出空间信息获取与分析特色技术应用能力的培养。
通识教育层面，设置高等数学、高级语言程序设计、数据库技术与应用、概率论与数理统计等课程。除高等数学外，其他课程均为学校特色公共基础课程。此类课程为培养空间数据获取与分析能力奠定了扎实的数理基础。
专业教育层面，将自然地理学、经济地理学、人文地理学、城市规划原理、城乡规划学导论、地理信息系统原理等全面系统介绍学科基础理论、概念、方法的课程设置为专业基础课程，将城市地理学、计量地理学、人口地理学、城市总体规划、村镇规划、网络地理信息系统、计算机辅助设计等深入介绍分支学科发展及强化实践应用的课程设定为专业课程。
这一课程体系仅就专业核心课程进行设定。在核心课程之外，可根据需求选择性设置地图学、城市经济学、城市社会学、社会调研方法等辅助课程，有助于学生全面系统掌握专业分析研究方法。具体课程体系建设中，还需针对课程设置顺序、各学期学时与学分安排、实践教学环节设计、教学大纲编写等深入研究。
四、结语
目前在人文地理、城乡规划的研究与实践领域，空间信息采集、挖掘与分析技术应用相对粗浅，存在领域狭小，工具单一，深度不足等问题。但随着大数据时代生活、工作方式的变革与智慧城市建设的深化，基于大数据应用的空间分析思维与技术必将在规划领域发挥重要作用。面向应用的人才培养，应考虑增加信息类课程的设置以迎接大数据时代海量数据分析应用的挑战，而信息技术类专业，应针对不同领域的需求，增补相应领域的基础知识课程。如面向智慧城市建设应用的信息技术类专业人才，应对规划原理、规划基本分析方法等城乡规划领域基础知识有所了解。
上述背景下，文章结合人文地理与城乡规划专业的发展定位和信息技术的学科优势，提出专业课程体系构建原则，为后续学校本专业培养方案设置拟定思路，并为其他院校该专业发展提供借鉴。
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地理信息科学的概念范文第3篇
摘 要：该文通过对国内外自然地理学内容体系及其演变过程的梳理，结合中国现实的自然地理问题，以案例和实践为导向的课程改革完善了高校自然地理学的课程内容，丰富了实践案例，使得教学效果得到了显著提高。
关键词：自然地理学；案例；实践；课程改革
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）11-0171-03
Curriculum Revolution Research of University Physical Geography Based on Case and Practice――Taking Anhui Science and Technology University as an Example
Zhang Zhenguo1 et al.
（College of Resources and Environment，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China）
Abstract：The curriculum revolution improved the curriculum content and increased practice cases according to carding content system of physical geography and its evolution. Teaching effect is improved significantly according to case and practice oriented curriculum revolution.
Key words：Physical geography；Case；Practice；Curriculum revolution
自然地理学是研究自然地理环境的组成、结构、功能、动态及其空间分异规律的学科，它既是地理学的重要分支，又是信息科学群的重要基础内容，是一门极具应用性和现实性的学科[1]。在地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等信息技术飞速发展的形势下，我国自然地理学的学科建设、理论体系架构以及内容体系也需进一步改进与完善，以有效地促进自然地理学的内容体系、科学化、信息化，并推进对现实环境各类问题的认识的不断深化。
自然地理学是安徽科技学院资源与环境学院地理信息科学专业大学本科的专业基础课程。随着自然地理学理论的不断发展，新技术的不断出现，教学方法的不断改进，人才培养层次和水平不断提高，要求自然地理学教学需要承担增强学生的理论水平，同时要锻炼学生分析问题解决问题的能力和达到为社会不断输送理论水平高、工作能力强、品学兼优的“技术+管理”复合型专门人才的教学目标。因此，尝试对自然地理学课程内容体系、教学方法与手段、实践教学等方面进行改革与探索十分必要。为解决本科生学习自然地理学过程中存在的实际困难与问题，提高自然地理学课程教学效果，促进自然地理学与其专业课程的融合，笔者以满足学生需要与实现培养目标为出发点，尝试进行了以案例和实践为导向的自然地理学课程改革研究。
1 研究方法
为提高《自然地理学》课程教学质量，促进学生对自然地理学基本原理及应用自然地理学解决实际问题能力的提高，进一步完善学生的知识结构，本课题研究遵循现状分析―文献梳理―资料收集―分析问题―案例、实践的课程改革―解决问题的研究思路（图1）。本研究主要应用比较分析法、文献检索、专家咨询法、调研法等方法。“现行自然地理学内容体系及教学中存在的问题分析”部分，在构建指标体系基础上，采用调研与深度访谈方式来获取数据，采用比较分析法比较不同发展时期自然地理学的主要内容以及不同国家和地区的《自然地理学》著作内容体系。在“教学方法与教学内容的改革优化”部分，则主要以访谈与个案调查方法的研究结论为依据，采用系统分析与个案研究相结合，宏观分析与微观分析相结合，规范分析与实证分析相结合，加强自然地理学的教学研究对教学内容进行优化设计。
2 研究现状
2.1 关于自然地理学研究内容体系 自然地理学与地理信息、土地管理、区域规划等课程内容有诸多交错，在有限的教学时间内需要把握重点、合理取舍，自然地理学的主要研究内容包括研究某一区域内地质、地貌、土壤、植被、夂颉⑺文等要素的结构、功能、物质迁移、动态演变以及地域分异规律。通过与其他课程有效整合后，将“自然地理概念”、“自然地理结构”、“区域自然及地域分异规律”、“土壤污染”、“气候变化”、“植被分类”、“空间分布体系”作为自然地理学教学的重点。
2.2 自然地理学课程实践教学模式的改革研究 通过课程讨论和实地调查的方式来提高学生对自然地理研究的认识水平以及分析问题、解决问题的能力，强调学生对教学的参与性，对于提高学生的学习积极性十分重要，并具有引导作用。过去我国自然地理学研究引用国外的理论较多，但由于国情不同，经济发展阶段不同，所以内容出现理论与实践脱节的现象。在进行理论讲解的同时，增加实践教学内容，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力。也有学者提出构筑面向本专业全体学生的“授课―模拟―调查”的实践平台[2]，结合自然地理学课程的特点与讲授内容，以地统计学理论解释地域分异等问题，创新提出自己的观点和想法。
2.3 自然地理学课程教学方法与手段的改革研究 有学者提出在教学过程中利用多媒体教学手段，采用“案例式”、“启发引导式”、“讨论式”和“自助式”等教学方法，同时改变传统的考核方式，以适应新的教学改革[3]。其中，以“讨论式”教学法能够拓宽学生的知识视野，加强理论与实践的联系，增强学生的创新意识和创新能力。也有专家提出综合运用典型案例分析、课堂讨论、启发引导式提问、自助式课下学习等多种教学方式方法[4]；采用传统教学与现代多媒体技术相结合的教学手段；通过以实际调查为核心的综合实习制度的实施，搭建培养优秀复合型人才的教学平台。
2.4 自然地理学课程教学内容的改革研究 有学者强调以先进性、创新性教学理念和适应性、引领性原则改革课程教学内容[5]；以宽厚的地学背景和艰苦朴素、求真务实的精神为依托，重视专业理论水平和实践能力的培养，强化创新思维、创新能力的激发，造就“技术+管理”复合型人才。本着“先进性”和“创新性”的教学理念，设计与改革课程内容。
纵观自然地理学教改研究现状，从研究内容、教学方法、模式、教学内容等角度均提出了一些针对性的建议，但也存在一些不足：一是对于现阶段学习自然地理学的导向、目标没有进行清晰的界定；二是对自然地理学教学中存在的问题，往往是基于现状的定性归纳总结，缺少当前各地热点研究问题解决的鲜活案例及实践经验支持；三是研究方法大多为定性分析，定量研究较少，未能为研究结论提供良好的方法支撑；四是对实践和案例式教学多为设想及建议，没有充分试验进行验证。
3 课程改革
3.1 现行自然地理学内容体系及教学中存在的问题分析 首先，从自然地理学课程体系、学生先修课程、教学方法等几个方面制定评价教学效果的三级指标体系，对安徽科技学院已修自然地理学学生或毕业进行抽样调查，全方位了解自然地理学课程的教学效果、存在的问题及原因。其次，对国内自然地理学任课教师和教学专家采取深度访谈的方式，从学科专家和授课教师角度了解该课程教学中存在的困难分析其原因。对自然地理学课程现行教学内容及教学中存在的问题进行了归纳分析。
3.2 培养目标设定与自然地理学课程改革设计 针对调查反映的问题，结合本科教学大纲对学生培养目标等基本要求，从以下步骤对现行自然地理学课程体系进行了优化。首先，培养对象基本情况分析，主要包括培养对象专业基础、先修课程的学习及学生知识结构等多个方面，以达到明确培养对象基本情况的目的。其次，在明确学生基本情况基础上，以专业的培养要求和社会实践的应用能力为导向制定该课程的教学目标，即在保证学生掌握基本知识的同时，满足地理信息科学专业对自然地理学的现实要求，并培养提高学生对自然地理学学以致用的能力。
3.3 自然地理学课程教学内容与教学方法的改革优化 结合前期调研结果分析，以及进一步的访谈结果为依据，以课程体系的培养目的、目标为准则，确定匹配的教学内容及与之适应的教学方法。首先，建设“相关人物”档案库：由于课程内容所限，学生无法全面了解有关知识，为了使学生全面系统地了解自然地理学发展情况，在绪论教学中都增加了相关人物的详细材料。其次，建立一套详细的“文献解读”：为了让学生了解自然地理学相应领域的观点和理论，选取一些重要的参考文献，并由老师进行点评和分析，以便学生更好地理解。再次，建立一系列的“学生学习记录”：包括照片、录像、演讲及讨论记录，以便更好地总结学生对该课程学习的有效途径。最后，根据对自然地理的基本知识、基本概念、典型案例、综合应用、前沿专题、热点问题等内容更新，结合现阶段我国自然地理问题特点和解决要求，补充全国及区域地理问题案例。
3.4 实践教学改革 打造调查研究的平台，拓展发现问题视野的实践教学，在自然地理学教学中有着重要的地位与作用。为学生营造研究气氛，挖掘研究问题的潜力，发挥分析问题、解决问题的主观能动性，丰富教学内容，与课堂教学形成互补、互促的态势，学生对该课程的学习由被动转为主动，可以整体提高课程的学习水平。学生能运用课堂理论结合地理信息科学专业特点设计调查研究路径。如土壤一章中“关于地力评价的调查研究方法”，学生设计出按照“随机选点，辐射扩散”的调查研究方法，即采用空间分析的方法，满足采样点的需求，然后插值获取该地地力等级的评价（图2）。
另如，讲解地理区划章节时，可给学生提供不同的地图数据资料，鼓励学生采用地理信息科学专业知识，通过绘制地形图、专题地理图等图幅加强学生对地理事物的空间位置、形态及其分布范围、分布特征、分布规律等认识。指导学生读图、识图，然后再进一步分析该图所反映地理事物的位置、数量、大小、分布范围、分布规律、特征和地理事物间的相互关系及其影响，以培养学生对现实问题的理解、认识并探讨解决路径的能力。图3为学生所做淮河流域位置图。
3.5 分析总结 主要就上述调研结果、实践教学内容及教学方法优化、案例式教学进行了归纳总结，指出研究中存在的不足和改进方向，并根据自然地理的基本知识、基本概念、典型案例、综合应用、前沿专题、热点问题等内容更新。
4 结语
自然地理学历来都重视实践课程，翻开全国各有关高校的教学计划，无一例外地都有安排实践教学的内容，但受实验课课时及实验条件等因素的限制，尚未开设选做的具有前沿性和创新性的实验项目，因此，有必要增设一定量的创新性实验，这对培养创新人才至关重要。具体做法就是将一些验证性实验改进为综合性实验或设计性实验，增设创新性实验项目，增强学生的实践创新能力。同时，将实验和野外实习与教师纵横向课题、大学生创新课题项目及毕业论文相结合，以改变学生心目中自然地理学课程实验以观察、描述为主，技术含量不高、仪器落后的观念，提高学生开展自主创新的兴趣，使得自然地理学课程的实践教学在培养学生实践能力和创新能力方面发挥更大的作用。
参考文献
[1]刘福刚，高岩.自然地理实践教学内容和方法的改革[J].聊城大学学报，2004，17（3）：98-10.
[2]张振国，简兴，邱银国，等.应用型本科院校 GIS 专业人才培养方案的研究――以安徽科技W院为例[J].测绘与空间地理信息，2014，37（10）：13-16.
[3]孟万忠，刘晓峰，马义娟.加强地图在高校地理实践教学中应用的探讨[J].太原师范学院学报（社会科学版），2007，6（6）：157-159.
[4]冀玉祥.英国高校地理专业课程体系的特征与意义[J].经济地理，2000（5）.
地理信息科学的概念范文第4篇
关键词：3S集成技术 ； 公路工程 ； 3S ； 可行性研究
Abstract: the line selection, from the highway engineering geological exploration, engineering design to the highway operation management, 3S technology information analysis method has other irreplaceable role. Finally the application prospect of 3S integration technology in highway engineering are discussed.
Keywords: 3S integrated technology; highway engineering; 3S; feasibility study
中图分类号E932.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（201中图分类号2
引言：
随着现代空间探测及计算机信息技术的发展,遥感、全球定位系统、地理信息系统技术(简称3S)在高速公路可行性研究及勘察设计中发挥越来越重要的作用。 自从1998年1月31日美国副总统戈尔提出了“数字地球”(Digital Earth)的概念后,“数字地球”“数字城市”相继成为本世纪的热门术语和新兴学科,数字地球的核心是地球空间信息科学,地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是“3 S”技术及其集成,所谓“3 S”是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)的统称,是目前对地球观测中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术,他集中了空间探测、电子技术、计算机、数据库、互联网、通讯、人工智能和地球科学等众多最新成就,为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。
3S集成技术在发达国家已得到了广泛的应用，在我国也得到了高度重视，随着计算机技术的应用，空间技术交叉渗透，信息科技蓬勃发展，3S集成理论正在得到不断的发展，已逐步在土地、资源、农业、水利、工程建设、物探和环境等领域得到应用。 本文主要研究3S集成技术在道路工程的应用[1]。
1．3S集成技术的概述
“3S”是地理信息系统（Geographical Information Systerm简称GIS）、遥感（Remote Sensing 简称RS）和全球定位系统（Global Positioning Systm简称GPS）的英文缩写简称，其中GPS和RS分别用于获取点、线、面等空间信息或监测其变化，GIS是完成空间数据的存储、分析和处理。这三种空间信息技术已经较广泛的应用。
三者在空间信息管理上各具特色,均可独立完成自身具有的功能,同时相互之间又有许多关联,在解决问题的功能上各有优点与不足。三者的结合与集成已成为空间科学的发展方向和必然趋势。3S技术在公路规划和勘察选线方面的应用研究和勘察设计实践,在多段高速公路及大型隧道的勘察设计应用中取得了很好的效果,不但提高速度2~3倍以上,而且可以全面认识公路工程地质环境的特征,提高工作质量,尤其在减少不良地质危害、优化选线设计质量等方面,具有巨大的经济效益和社会效益,具有很好的发展应用前景[2]。
3S集成不是GPS、RS、GIS的简单组合，而是一种利用现代测绘技术、遥感技术、定位技术、图像和图像处理技术与计算机技术于一体，向GIS和RS数字图像处理系统提供足够的数量、精度、可靠性、完备性的空间数据，通过空间分析、预测、决策，确保地理信息问题的优化、系统地解决[1]。3S集成是高度自动化、实时化、智能化的对地观测系统，并有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能。
3S融合技术是公路勘察的先进手段。遥感、全球定位系统和地理信息系统技术为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。3S技术各有特长:遥感图像能够快速获取大面积信息,但有些地物属性又不可全面感知(如高程和经纬度);GPS可以迅速定位目标,但没有地理属性;GIS具有信息查询分析和管理能力,但数据的获取比较困难;因此它们的结合应用是当代信息科学发展的必然趋势。3S技术的结合有多种形式,主要根据工作需要而定。应用卫星和航空遥感图像与计算机信息处理技术的结合,可以快速编制各种比例尺(1∶200 000~1∶10 000甚至更大比例尺)的遥感图和解译工程地质图,指导选线勘察工作。其综合效益可以提高30%~200%以上,地质选线速度可以提高3~5倍以上。遥感、全球定位系统与地理信息系统的功能和数据资源,彼此可以相互结合,实现功能互补,资源共享。基于GPS的遥感探测,可以获得具有3维地理信息的遥感图像数据,并输出3维地形模型数据(DEM)和各种实用图件,大大简化了传统地形测量的过程,是地理制图技术的一个飞跃[3]。
应用GIS 3维地形模型叠加遥感图像的技术,可以生成真实的地形模型,是当前在计算机上进行公路环境分析、优化路线方案的现代化技术之一。对优化路线方案, 提高设计质量和速度有关键作用,是当前高等级公路勘察设计自动化的主要发展方向。另外,应用3S系统的信息采集、分析与制图功能,可以有效进行公路交通各个阶段的管理工作。例如,路区遥感图像的更新及专题图的输出,工程建设数据统计与图像图形显示,车流量与经济发展分析,车辆GIS与GPS动态安全管理等。从公路选线、工程地质勘察、工程设计到公路运行管理,3S技术的信息分析技术有其他手段不可替代的作用;遥感航测制图更有其速度快、质量高、节省人力物力的优势,而3维遥感航测数据是公路勘测设计自动化的基础。
2. 3S技术在公路工程应用中的特点
2.1集成化
传统的公路测量、设计表现为离散式、分离式的测、设、绘的过程,譬如野外测量就可以分为测角、量距、水准等三大要素,而利用3S技术的勘测设计则是集成测绘技术,表现为外业、内业用图一体化、集成化。
2.2实时化
经典的公路工程从规划、勘测、设计到施工、运营是建立在对路线外业观测数据的后处理基础上的,到获得3维坐标有一定的时间滞后。而3S技术可根据某些内容的要求实时、快速地确定3维坐标。
2.3动态化
3S技术依据其技术系统,将拟建公路的相关信息(地形、地质、气候、水文等)收集、分析、处理,在计算机上产生出数字地形、地质及构造的立体模型,直观地进行路线设计,动态演示公路的平面和立面位置。
地理信息科学的概念范文第5篇
关键词：问题教学法；地理信息系统原理；空间认知
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）44-0187-02
高校教学改革的重点是教学方法的改革。但长期以来，高校中普遍流行的教学方法就是课堂讲授法，该方法虽然能使学生系统全面地获取知识，但因其过分强调预设，形成了以教案为中心的封闭性教学，学生在教学过程中的主体地位难以落实，因而使课堂教学变得机械，课堂气氛沉闷。因此，如何探索有效的教学方法，以增强大学生学习的积极性和主动性，提高课堂教学质量，是摆在大学教师面前不可回避的现实问题。
一、地理信息系统原理课程的特点
地理信息系统是地理信息科学专业的入门课程，该课程覆盖面广，涵盖基本概念、基础理论、技术原理和应用方法等。其中基本概念是构成该学科的基础，包含专有部分和通用部分，各概念间难区分，总体说来晦涩难懂。技术原理是课程的主体，其数据结构、程序算法和实现均不直观，难于揣摩。应用方法涉及一系列的思维转换，无法身临其境，有空洞感。课程存在知识台阶，不能和已有知识无缝衔接，同时基础学科众多，其先修基础课程开设不全，教师需即时补充基础知识点。因此课程教学内容存在由易到难、由虚到实、逐层递进的内在关系。
教师常采用铺垫、启发、引导、提问和讲授相结合的教学方法，但教学效果仍不尽如人意。
我们曾对本校地理信息科学三个年级236位学生进行了问卷调查和访谈，91%认为学习有难度（一般，较难），95%的认为内容抽象。多数认为现有的讲授方法难以保证持久的注意力和兴趣，有厌学情绪。
凡此种种，给课堂教学带来极大挑战。因此，如何在现有的教学条件下，改进教学方法，提高教学质量，显得尤为重要。
二、问题教学法的含义与特点
随着教学理论的研究和教法的探索，问题教学法越来越受到重视。它有着悠久的渊源，历史上用提出问题的方式教导学生的孔子和苏格拉底，他们就采用问题教学法。它以提出问题为主线，即教师提出问题，学生自学教材，探求问题，讨论问题，教师引导讲解，最终达到解决问题的教学目标。可见，问题教学法具有“针对性、参与性、主动性”的特点[1]，它既能改变传统教学中教师教给学生的都是定论知识的现象，又改变了传统的大学课堂中教师满堂灌的弊病。该方法通过讨论争辩、质疑探索，使学生的学习变得主动，也能培养学生的问题意识，大大调动学生的学习积极性。它把学生的学习变为感受知识―理解知识―深入探究的活动，使学生实现了再发现和再创造，养成良好的学习习惯，提升学习能力。同时，问题教学法对于教师来说能有助于教师化解理论讲授的枯燥性，降低教学的难度，提升教学效果。因此我们不难发现，采用问题教学法可以让地理信息系统原理课程教学中的问题迎刃而解。
三、地理信息系统原理课的兴趣养成
1.教学模式。问题教学法实施过程可概括为三环六步模式。三环为：①自学，即提出问题。提出问题是此法的首要环节。首先，学生可以根据对教材的预习，提出自己需要解决的问题，然后教师将筛选、总结归纳出的典型性问题作为教学的依据，如教学中相关概念的区别与联系、关系与法则的理解等，即生成问题。②研学，即讨论问题。它是此法的核心，它主要展示学生研究问题的过程，从而使学生掌握解决问题的具体方法。当学生的思维模糊不清时，教师必须提出需进一步澄清的问题。③固学，即解决问题。以培养学生的知识迁移能力为目的，通过学生讨论引发的问题，教师总结解决问题的方法，使学生的经验和知识达到再增长。六步为具体化：①明确目标。创设问题情境，使学生发现，提出问题，明确要解决的主要问题。②学生自主探究。分析问题，提出假设，设计解决问题方案。③小组研讨。学生分小组讨论未解决的问题，教师通过巡视、质疑、提问、上堂板演等形式，发现学生共同性的疑难问题，对互助研讨加以引导。④质疑点拨。通过学生间和师生间的讨论、质疑、争论、辩解、分析、更正、补充等互动形式，形成班内全员参与、积极探究、氛围热烈的场面，把课堂教学推向，使学生再次享受获得知识的快乐。⑤总结归纳。师生梳理、总结。⑥检测达标。用检测题等方法进行测试，学生答，教师评，并展示交流，并为接续导出下堂课的新知做准备[2]。时间分配一般为35∶10，前35分钟解决学生已预习的问题，完成本节课教学内容，后10分钟，导出新问题，分发材料，指导预习，确保前后衔接。
2.教学设计。参照以上模式，在地理信息系统原理课程教学中，遵从三环六步，将理论教学从整体设计为课前、课中、课后三大过程。课前，教师编写教案，实现知识问题化，问题层次化；学生预习上次课导出问题的基础知识，并回顾旧课的内容。课堂上，首先进行目标再现，由教师简述教学目标；接下来用提问、竞答等方式对预习情况进行调查，重点关注学生预习中发现的问题与质疑；教师归纳汇总问题，即时设计解决方案；后续问题讨论，教师适当点拨，并适时精讲；最终在教师指导下，对本课内容进行总结梳理、明确重点难点与关键点。在每次课的最后10分钟，依照提供给学生的“导学案”及讲授提纲与知识要点，从常规概念，用普通思路导出问题，指定自学的教材内容，提出学习目标，留待下次课讨论学习。课后，教师对课堂进行回顾，总结经验教训；学生温习已学内容，预习教材，查询相关基础知识。
3.教学实例。在空间认知一课的教学中，于前一节课的末段，指定了自学的内容，设计出“现实世界到底有什么？基本空间对象有哪些？你找到的对象是连续，还是离散的？怎样表达它？”等带递进和层次的问题作为导学案，由学生课后自习。这样就将教学延伸到课外，缓解了课时紧张。
课中第一段，教师简述目标――现实世界的基本空间单元和表达方法，完成目标再现，提示地理语义是从空中看世界；后接层次问题的提问，学生分小组自由回答，教师适当启发，以掌握问题和质疑；接下来的讨论，因为学生对问题和基础知识比较陌生，依教材常能得出的仅是“世界由空间实体组成”这一结论，难以逃脱常规思维的束缚，难以建立起正确的认识观，需要加以及时引导、精讲，教师依“地物―离散的―呈点线面状；地理现象―连续分布―分割为形状大小相同的面元”进行了点拨，这时学生积极参与，课堂气氛活跃；接下来是分小组总结环节，指定较好的小组进行总结发言，可辅以幻灯片演示，最终让学生明确关键点（难点）――离散化，点状、线状和面状抽象是自然离散化，是仅关注自己感兴趣的东西，可称实体空间观；真实而连续的现实世界，需要另行离散化，划分空间面元就是要离散连续的空间对象，可称为连续空间观，最终总结出基本空间单元为点状、线状、面状和栅格4类，基本空间图元为点、线、面与像元。从而让学生建立正确的空间认知观和空间表达方式，完成主体教学。
课中的第二段，教师导入下次课的问题。
下课后，师生进入课后阶段。
整个过程，根据教师的节奏，环环紧扣，调动了学生的兴趣和主动性，达到了对知识前所未有的深度学习，教学效果良好。同时，结合教改，将讨论、答问和总结，计入课堂考试成绩，完成课堂考试。
对于比较复杂的内容采用了打通两节课连上的形式，将一二段时间分配为80∶10。
四、结语
实践证明，运用问题教学法进行地理信息系统教学，保证了教师的主导地位，体现了学生的主体性，降低了理论的抽象性，增强了学生的兴趣，培养了学生的学习能力，提高了目标的达成度。实践中还发现鼓励同学大胆质疑与讨论，才是成败的关键。
参考文献：
地理信息科学的概念范文第6篇
地理信息系统（GIS）是采集、存储、管理、分析和描述地理信息的空间信息系统。GIS诞生于20世纪60年代，随着人们对资源、环境和灾害防治等问题的日益关注，其在短短五十年的时间里得到蓬勃发展，从一开始仅在地学领域应用到现今几乎深入社会生活的各个领域。GIS的迅速发展，带动了大量相关人才的需求，对GIS教育提出了更高的要求[1]。
GIS涉及计算机、测绘、管理等多学科，从理论和技术方法上，可分为数据采集、数据加工处理和应用等多个分支，《地图学》是其最重要的理论与方法支撑。GIS是《地图学》在计算机技术支持下发展的产物，《地图学》与GIS一样，都以空间地理信息为操作和表现对象，其相关理论、原理和技术方法等在GIS中的地理信息加工处理、可视化表达、分析应用等方面都得到充分体现[2]。
《地图学》是使用图形及符号模型系统再现客观实体，反映和研究自然与社会现象的空间分布、变化、组合和相互联系及其空间变化规律的科学。地图是一种特定而又十分重要的空间信息描述及计算机表示信息系统数据的基础与来源，为以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布的数字地球系统提供最基础与真实的图形和相关属性数据。因为地球是人类赖以生存的基础，所以《地图学》是与人类的生存、发展和进步密切关联的一门信息技术学科。知识经济时代，知识的更新日益加快，《地图学》的基本理论和应用技术也飞速发展[3]。
《地图学》既是一门具有悠久历史的传统科学，又是一门随现代信息科学技术发展而迅速发展的学科。如何在教学中帮助学生牢固地掌握本学科的基础知识，以适应科学技术的快速发展变化，一直是《地图学》教育领域中最关注的问题。在整个世界都已经信息化的今天，不同专业的学生学好《地图学》是非常重要的。下面笔者以GIS专业为例，谈一谈《地图学》教学。
长江大学是一所湖北省重点支持的综合性大学。GIS专业培养适应我国社会主义现代化建设需要，具备地理信息系统与地图学的基本知识、基本理论、基本技能，熟练应用计算机的能力，具有创业精神和创新能力的高级专门人才。根据本专业人才培养的目标，《地图学》作为本专业的专业基础课程之一，对于实现上述专业培养目标具有举足轻重的作用。通过对本门课程的学习，学生掌握地图学的基本知识、基本理论和地图各要素的表示方法，理解并掌握普通地图（特别是地形图）的阅读及量算，专题地图的编制、分析及应用，了解现代地图制图的新技术、新方法，为后续《地理信息系统原理》、《地图编绘与设计》、《地图分析》、《电子地图学》等课程的学习打下良好的基础。
二、精选优秀教材
由于《地图学》课程理论较深，涉及知识面广，学习该门课程要求基础知识较丰富，而该课程学时数又相对较少，因此教师针对专业特点，选择合适的教材并合理安排教学内容显得十分重要。目前有关《地图学》的教材版本很多，侧重点各有不同。按照长江大学教材选用管理规定，优先选用教育部推荐教材和国内具有影响力的优秀教材。2001-2006年，我们选用蔡孟裔等编著的由高等教育出版社于2000年出版的《新编地图学教程》（面向21世纪课程教材）；2007-2009，年我们选用由武汉大学出版社于2004年出版的祝国瑞主编的《地图学》（高等学校测绘工程专业核心教材）；根据我校GIS专业培养计划的修改，最近几年我们选用由科学出版社于2006年出版的王家耀等编著的《地图学原理与方法》（21世纪高等院校教材）。这本书系统、完整地介绍了地图学的原理和方法，包括地图和地图学的基本特征、定义、基本内容、学科体系、发展历史与趋势，地图的数学基础，地图内容表示方法与制图综合，现代地图制图的技术方法，地图分析与应用等[4]。这本书强调原理与方法相结合、理论与实际相结合、经典与现代相结合，内容的可读性、客观性很强。经过试用，本书十分符合制订的教学计划，教学效果良好。
一本教材肯定不可能达到最理想的教学效果，为了弥补教材的局限性，我们在教学过程中采用了由武汉大学出版社于2004年出版的祝国瑞主编的《地图学》作为主要参考教材。该书系统地介绍了地图学领域的理论、技术和方法，包括地图的基本知识、地图投影、地图数据、地图符号设计、图形设计、制图综合、制图数学模型、地图编辑设计、地图制图工艺、地图出版印刷及地图分析应用等[5]，是一本为测绘工程专业编写的核心教材。该教材在某些知识的讲解上具有独到之处，十分适合作为补充教材。
三、教学内容安排
如何在选定教材的基础上做好教学内容的安排是十分重要的一件事。《地图学》的教学内容主要包括理论地图学、地图制图学和应用地图学三部分。针对GIS专业的特点，应将教学目标与新技术的进步结合起来，以现代的内容对传统的内容加以拓宽及调整删减，将新内容、新技术与传统内容有机结合，把传统内容转化到现代内容中。
在长期的教学过程中，我们总结以前的经验，对《地图学》课程内容采用模块化的组织方法，共划分为六大知识模块。每个模块具有相对的独立性。知识点是教材的重点或难点，也是教学大纲要求理解、应用的知识单元，根据知识单元的多少与掌握的难易程度，确定相应的授课学时。下面对各知识模块做详细说明。
知识模块一：地图与地图学的基础知识，这一模块的讲授共用八学时。主要知识点包括：地图的概念、地图的类型、地图的基本内容、地图的分幅与编号、地图的基本功能能和用途、地图学的历史与发展、地图学的学科体系构成、地图学与其他学科的联系、地图学的发展趋势等。
知识模块二：地图数学基础，这一模块的讲授共用八学时。主要知识点包括：地球体的自然表面、物理表面、数学表面的概念及它们之间的关系、地球坐标系与大地定位、地图投影的基本概念、比例尺的概念、变形椭圆的概念、投影变形的基本公式、地图投影的分类、几类常见的地图投影的特点、地图投影的应用与变换等。
知识模块三：地图内容要素的表示方法，这一模块的讲授共用十八学时。主要知识点包括：地图数据、地图符号的分类、基本图形变量、地图符号设计、地图图形设计、地图色彩设计、地图注记、普通地图内容表示方法、专题地图内容的表示方法等。
知识模块四：制图综合，这一模块的讲授共用四学时。主要知识点包括：制图综合的基本概念、影响制图综合的基本因素、制图综合方法、制图综合的基本规律、地图要素的制图综合、制图数学模型等。
知识模块五：现代地图制图技术，这一模块的讲授共用四学时。主要知识点包括：数字地图的概念、分类与产品、数字地图的数据结构、地图数据库、地形图数据库与数据生产、多媒体电子地图与互联网地图、遥感制图等。
知识模块六：地图分析与应用，这一模块的讲授共用六学时。主要知识点包括：地图分析方法、地形图的野外应用、地图的专题应用等。
制图综合和地图分析与应用两个模块所安排学时不多，是因为在教完《地图学》后，我们还安排有《地图编绘与设计》和《地图分析与应用》两门专业课，作为对地图学所讲内容的重要补充，以提高学生在《地图学》领域的知识水平。
四、实践教学设置
地图学课程是地理信息、测绘和遥感等专业的重要专业基础课程，它的教学内容紧凑、理论知识集成度高、实践操作性强。为了培养学生的地理学综合分析能力，全面提高学生素质，本课程安排了八学时的实验和为期两周的课程设计实习，实验安排在理论教学中穿行，课程设计安排在理论教学结束后集中实习。
地图学实验的主要目的是巩固相关理论知识，培养学生的动手能力。具体内容如下：
地图投影：通过绘制某区域的经纬网与方里网，加深有关高斯-克吕格投影的知识；根据经纬网的特点判断各地图投影的性质。
地图符号的设计与使用：通过设计制作栅格、矢量的点状符号，设计制作线状、面状符号，学会常见绘图软件中地图符号的设计方法，并利用多种方法设计不同类型的符号。
地图矢量化：基于屏幕矢量化普通地图的部分要素，通过对地图部分要素的矢量化，了解从纸质图形转化为计算机数字图形的基本过程，掌握数字地图制图软件中地图数据数字化输入的处理方法。
设计制作专题地图：基于ArcGIS或Mapinfo软件，设计制作表示面装地理信息的各种专题地图。通过专题地图的设计与制作，掌握表示面状地理信息的主要方法，学会在制图软件支持下独立地开展专题地图设计与制作。
课程设计内容包括：编制各种类型的专题地图，对全国人口分布、构成及演变进行分析；设计和编绘一幅电子地图。课程设计主要是结合实例，对地图学基本理论和方法进行综合运用。
上述实践教学，提高了本科生解决问题和综合分析的能力，使学生对地图学知识的掌握提到了一个新的高度。
地理信息科学的概念范文第7篇
关键词：GIS；空间认知；疾病预防；分析推理
0 引言
在疾病防控中，GIS的主要作用在于运用空间分析和数据挖掘，进行疾病监测预警分析、发病地区分析、发病原因分析、传染病传播分析、统计分析与可视化等[1]。陈如桂[2]等应用医学地理与GIS方法分析病情分布时空结构及其与环境及社会经济因素的相关性，在确立对病情定量评估方法的基础上，建立病情动态监测与预报模型，有效防治疾病的发生、流行。尹轶华[3]等利用GIS强大的数据管理分析和显示功能，与医学疾病相结合，搭建疾病信息系统平台，对疾病实施动态监控预测。肺结核病发病有很强的空间性，具有传染疾病聚集性分布的特点，与地区地理信息高度相关[4，5]。据卫生部结核病控制中心报告，我国自1982年起进行全国结核病人统计报表，最近20余年以来，我国结核病传染源的发现数明显增加。但与流行病调查结果相比较，传染性病人的发现率不足30%。在调查中发现的肺结核病人有54%未曾就医，59%的病人就医于综合医疗机构，而未实行归口管理，这种情况给扼制结核病疫情带来一定困难。成都市自实行DOTS策略以来，结防工作取得历史性突破，圆满完成结防十年规划制定的相关目标，取得阶段性成果。在已取得的成果和历史累积的大量数据中，如何发现发病热点区域，揭示空间关联模式，成为结核病发病空间认知的重要内容。文章拟在成都市结核病相关统计的基础上，深度发掘结核病的空间聚集性，展示发病格局，推演发病的时空演进，探讨GIS和地理空间推理在疾病防控中的应用。
1 主要理论基础
1.1 地理本体
地理本体是一种领域本体，这类本体描述的词表关系到某一具体的学科领域，提供了某个学科领域中概念的词表以及概念之间的关系，或者该学科领域的重要理论[6]。作为一种领域本体的地理本体，是基于本体的地理数据框架中的一个层次，在其中可定义诸如公路、铁路、建筑等地理学科的本体概念；另一个层次关注实际的地理数据集，领域本体中的许多概念可能在应用本体具有不同的名称，并存在名称相似而实质不同的情况。
1.2 地理空间认知
地理空间认知研究是地理信息科学的核心内容之一，包括地理事物在地理空间中位置的研究和地理事物本身性质的研究。地理认知研究主要包括地理知觉、地理表象、地理概念化、地理知识的心理表征和地理空间推理，涉及地理知识的获取、存储和使用[7]。
1.3 地理空间推理
空间推理是人类空间认识世界的一项基本活动。高俊（1997）认为，地理空间知识可以表示为“地理空间关系+语义”，即地理空间推理就是地理空间关系的推理，它包括了一般的空间推理问题，是从空间知识形式化建模和逻辑推断的角度认识空间。
2 结核病防控中的地理本体构建
2.1 基于GIS的结核病防控
GIS应用于结核病防控的总体目标是利用现代信息技术手段，将单纯的结核病信息与地理位置结合，实现结核病防控中数据分析的多元化，将隐含信息通过可视化的手段挖掘出来，为保障人民健康服务。
结核病防控与GIS结合，其信息来源复杂，数据量大，具有综合性。其主要数据有：
2.1.1 基础地理
涉及的基础地理数据有：境界、水系、交通、居民地、医院、经济指标等。
2.1.2 疾病数据
结核病病患个体基础数据：姓名、性别、年龄、详细住址、病情状况等。
2.2 结核病地理本体构建
基于此，特构建如图1所示的结核病防控地理本体框架和图2所示的结核病人的本体实例。
3 基于GIS的结核病分析与推理研究
3.1 结核病防控地理数据组织
GIS空间数据组织的对象来源于现实世界的地理现象，因此，必须对现实世界进行抽象和表达，以建立现实世界的GIS数据模型。本研究基于疾病防控地理本体框架，根据结核病发病的特点，利用层次分析法归纳出空气质量、经济状况、流动人口三个确定易感人群的主要影响要素。对所需数据分类分层，并确定研究所需地理数据及表达方式（表1）。
基于此，疾病防控地理数据库采用了geodatabase面向对象数据模型。这种数据模型的定义目的在于使得GIS数据集中的特征更加智能化，物理数据模型与其逻辑数据模型更加接近[8]。
3.2 结核病发病的空间自相关性分析
地理空间自相关反映的是一个区域单元上某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相关程度[9]。在这个问题的研究上，Moran首先提出了度量空间自相关的方法Moran's I，目前，几乎所有涉及空间自相关的研究中都如此应用。Moran's I的统计显著性通常采用随机试验方法，一般采用Z值检验检验区域间是否存在空间自相关。当Z值为正时，表示在地理分布中存在正的空间自相关，这时可以认为空间上是区域化的、集聚的；当Z值为负时，表示空间自相关；但Z值为零时，观察值属于独立随机分布，认为空间上是独立的、非相关的和随机的。
据此，对成都市2005年和2006年关于结核病相关统计数据进行计算，根据空间数据的分布可以得到正态Moran's I的期望与方差，并最终得到标准Z-值如下：
2005年活动性病人登记率Z=0.37122，
2005年涂阳病人登记率Z=-0.11666，
2006年活动性病人登记率Z=0.38732，
2006年涂阳病人登记率Z=-0.09125。
通过空间自相关分析得到不同年份的Moran's I值，可以看到，活动性病人具有明显的空间聚集效应。而作为活动性的一种的涂阳病人在空间上不具有聚集效应。事实上结核病作为一种传染病，除了其传染性外，与该地区地理信息高度相关。
3.3 结核病发病的热点区域分析
Moran's I仅仅使用一个单一的值来反映一定范围内的自相关，很难发现发病的热点地区，即对周围区域发病有重要影响的地区，必须进行局部的空间相关性分析，为此需要计算Getis's G统计量，G值越高，则表示发病情况在该区域附近有某种“扩散效应”，揭示了结核病发病在该区域附近产生了聚集，即所谓的“热点区域”，该片区应为重点防控区域。
对结核病发病的局部相关分析的G值从高到低排列如下：
1）2005年活动性病人登记率：武侯区、成华区、双流县、青羊区、金牛区、锦江区、郫县、龙泉驿区；
2）2005年涂阳病人登记率：武侯区、成华区、双流县、金堂县、青白江区、龙泉驿区、锦江区、温江区、金牛区；
3）2006年活动性病人登记率：武侯区、成华区、双流县、青羊区、郫县、金牛区、锦江区、龙泉驿区；
4）2006年涂阳病人登记率：武侯区、成华区、双流县、龙泉驿区、温江区、金牛区、郫县、青羊区。
由结核病发病的局部相关分析结果可以得到若干发病热点区域：武侯区、成华区、双流县、青羊区、金牛区、锦江区、郫县、龙泉驿区等。
3.4 结核病发病的时空演进
研究中采用基于地理元胞自动机[10]建立传播模型与历史病情动态模拟模型，模拟结核病传染的时空演进。
根据结核病发病的特点，利用层次分析法归纳出空气质量、经济状况、流动人口三个主要影响要素，对这三个要素进行分级，确定了每个地区的这三个影响要素的级别后进行量化，由量化结果制作栅格图并进行栅格计算，得出每个元胞的影响因素之和，然后根据空间自相关性获取发病热点区域，由以上部分确定元胞被感染的概率P，进而得出如图3所示的结核病扩散模拟结果：
4 结束语
地理信息科学中的本体、认知、推理研究涉及方方面面，本文在建立结核病防控地理本体的基础上，以疾病防控作为研究内容，从空间认知基础出发，提出认知需求，寻找解决问题的方法，通过空间分析和推理，获得新的认知，回归认知，获取了结核病发病的空间自相关性以及热点区域与时空演进模式，分析了成都市各个行政区结核病发病的空间自相关性以及热点区域，显示出活动性病人具有明显的空间聚集效应，并分析出发病热点相关区域，为疾病的科学防控提供参考依据。
参考文献：
[1] ESRI 中国（北京）有限公司.ESRI ArcGIS医疗公共卫生地理信息系统解决方案[K].
[2] 陈如桂，杨林生，王五一.GIS在卫生与健康领域的应用探索――中国鼠疫医学地理信系统的设计与建立[J]. 地理科学进展， 1999，18（4）：368-372.
[3] 尹轶华，赵纯勇.基于GIS的疾病信息系统的研究设计[J].西华师范大学学报（自然科学版），2004，25（1）：99-103.
[4] 王成科，蒲松常.585例痰涂片阳性肺结核病例空间聚集性分布探讨[J].现代预防医学，1994，21（2）：109-110.
[5] 王红光，王文昌，彭斌等.结核病发病的空间分析[J].第三军医大学学报，2006，28（8）：859-860.
[6] 孙小燕.本体理论及其在地质环境管理信息系统中的应用[D].南京：南京师范大学，2006.
[7] 鲁学军，周成虎，龚建华.论地理空间形象思维――空间意象的发展[J].地理学报，1999，54（5）：401-408.
[8] Michael Zeiler著.张晓祥，张峰，姚静等译.为我们的世界建模-ESRI地理数据库设计指南[M].北京：人民邮电出版社，2004.
地理信息科学的概念范文第8篇
关键词：城市规划；地理信息；
中图分类号：TU984 文献标识码： A
一、地理信息系统概念
GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统成为了获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具和手段，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
二、GIS在城市规划与管理中的应用
随着城市社会经济的发展，社会对城市规划与管理的要求越来越高，城市规划与管理的范围不断扩大，依赖的信息涵盖了城市的过去、现在和将来，这些信息涉及面广、信息量大，80%以上属于空间信息，传统的手工作业和分析手段远远不能满足城市规划与管理的要求。而GIS技术能把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来，满足用户对空间信息管理的要求，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。因此GIS越来越多的应用于城市规划的辅助设计、建设项目的审批等工作。GIS在城市规划与管理中主要应用于以下几个方面：
（1）GIS在城市规划中的应用
GIS技术可以保证基础数据详尽、可靠、准确，从而大大提高规划设计的科学性。
GIS软件可以方便快捷地生成各种规划用图、表格和报告，利用数据库管理数据，可以动态的更新、增补。随着卫星遥感技术的发展，卫星遥感图片的质量得到很大提高，信息量也大大增加，结合GIS强大的空间分析功能，充分利用卫星遥感图片的空间信息，进一步地促进城市规划工作的发展。
（2）GIS在建设项目审批中的应用
城市规划与管理地理信息系统开发研究建设项目的规划审批是规划局业务科室中日常工作量较大的工作，传统的手工建设项目审批存在计算精度差、审批周期长、规划图纸不易保存、数据规范性差等诸多缺点。把GIS技术引入到建设项目的审批中来，可以优化建设项目审批流程、加大项目审核的深度、提高规划与管理审查的质量、增加审批的公开透明度。 （3）GIS在建设项目管理中的应用
以工程项目为主线，整合规划部门各科室与项目相关的文字信息、图形信息、空间信息等，构建城市规划与管理项目信息库。实现地上、地下资源、环境和基础设施信息的数字化全覆盖，充分发挥GIS与RS、GPS集成的优势，形成基于一张图模式的信息资源共享。
三、城市规划与管理地理信息系统发展现状
国际上城市规划与管理地理信息系统的研究始于1970年代初期，经过30多年的迅猛发展，目前发达国家已将它作为城市的重要基础设施之一，用于城市动态管理和规划发展，并将它作为对城市重大问题和突发性事件进行科学决策与处置的现代化手段。城市规划和管理信息化建设进程大致可以分为以下几个阶段：
（1）以管理信息系统（Management Information Systems简称MIS）为主体结合的静态的城市资源管理信息建设阶段：如建立城市的基础地理信息数据库、地籍数据库和地下管网数据库、城建档案等空间或非空间数据库，实现城市资源的计算机管理。在登录、查询、检索和图形输出等方面，较传统工作方式有了比较大的提高。
（2）以城市GIS为主体结合办公自动化（Office Automation简称OA）的动态规划与管理信息建设阶段：面向城市规划，推进办公自动化，加强业务运行系统的建设，扩大服务范围，提高城市动态模拟、实时监测与调控管理的能力。
（3）以“数字城市"为长远目标，面向城市可持续发展的全数字化信息系统的建设，目前处于探索阶段。城市规划与管理信息系统作为“数字城市”的一个重要组成部分，用于辅助城市发展、决策也处于研究和试验阶段。
目前我国的GIS在城市规划与管理领域应用发展迅速，一些较早开展信息化建设的城市规划部门对其规划业务进行了调整。经过工作流重组，使其更加规范、灵活，更能适应计算机系统的运行，在此基础上建立的城市规划与管理信息系统更加的实用。尽管如此，在实际应用中仍暴露出许多问题：
（1）系统重复建设的现象严重
各级政府的规划部门为了提高规划决策的科学性、提高规划实施管理的先进性纷纷着手建立自己的规划与管理地理信息系统，而且各个城市的系统建设规模也越来越大。但是很多城市的城市规划与管理的地理信息系统建设都是“一对一”式开发，一个城市做一套系统，一方面造成系统没有稳定成熟的推广应用价值；另一方面，大量的劳动都花在了枯燥、重复率高的工作上，造成极大浪费。
（2）缺乏灵活性
目前，在我国许多城市己经建立一些图文一体化应用系统，然而，这些系统对业务
流程的控制往往缺乏灵活性，系统组织机构的改变和业务流程的调整将导致大量的程序维护工作，即系统缺乏一定的柔性，难以适应业务流程调整的需要。
（3）没有统一的标准与规范