時間：2023-12-29 14:40:39
導(dǎo)語：在地理信息科學(xué)進展的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
系統(tǒng)綜述(systematicreview)又稱系統(tǒng)評價，起源于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是指在復(fù)習(xí)、分析、整理和綜合原始文獻的基礎(chǔ)上進行的二次研究方法［12］，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于循證醫(yī)學(xué)(evidence-basedmedicine)［13］，逐步應(yīng)用于社會學(xué)、教育學(xué)、圖書情報等領(lǐng)域［14］。系統(tǒng)綜述可被精確區(qū)分為兩種類型:(1)定性系統(tǒng)綜述，原始文獻的研究結(jié)果被分析與總結(jié)，但未經(jīng)統(tǒng)計學(xué)合并;(2)定量系統(tǒng)綜述，又稱元(meta)分析或薈萃分析，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法對若干個研究結(jié)果進行定量統(tǒng)計合并的過程。在某些不強調(diào)或較難實施統(tǒng)計學(xué)合并的研究領(lǐng)域，直接將定性系統(tǒng)綜述稱為系統(tǒng)綜述，將其作為一種對某研究問題、主題或現(xiàn)象的可獲得的所有研究進行評價和解釋的方法，目標在于通過一種可信的、嚴格的以及可審計的方法來提供公正的研究評價［15］。信息科學(xué)與旅游科學(xué)的交叉研究屬于較難實現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)合并的研究領(lǐng)域，因此本文采用定性系統(tǒng)綜述方法，簡稱系統(tǒng)綜述。本文關(guān)于信息科學(xué)與旅游的交叉研究的系統(tǒng)綜述研究包含如下步驟:(1)確定研究問題為了全面了解與分析信息科學(xué)與旅游的交叉研究現(xiàn)狀，本文確定了如下系統(tǒng)綜述的研究問題:①信息科學(xué)研究中面向旅游的研究主要有哪些方面?②旅游研究中與信息科學(xué)相關(guān)的研究主要有哪些方面?③信息科學(xué)與旅游的交叉研究有哪些趨勢?(2)確定文獻搜索策略基于所確定的研究問題，設(shè)計如下文獻搜索策略:①搜索工具與數(shù)據(jù)庫:采用GoogleScholar、IEEEXplore、ScienceDirect;②搜索關(guān)鍵字:采用關(guān)鍵字組合“tourism”AND(“computer”O(jiān)R“communicationtechnology①”)，即“旅游”與“計算機”或“通信技術(shù)”同時出現(xiàn);計算機科學(xué)與技術(shù)是信息科學(xué)研究領(lǐng)域中最為活躍的方向之一，計算機科學(xué)與技術(shù)、通信科學(xué)與技術(shù)在信息科學(xué)研究中具有一定的代表性;經(jīng)過反復(fù)搜索測試，“計算機”與“通信技術(shù)”作為關(guān)鍵字與“旅游”進行組合搜索，搜索結(jié)果能夠較為全面地覆蓋信息科學(xué)與旅游的交叉研究，實現(xiàn)本文系統(tǒng)綜述的研究目標;③搜索的時間范圍:2000年之后。(3)文獻搜索按照上述搜索策略分別在3個工具與數(shù)據(jù)庫進行搜索。GoogleScholar顯示共有54500條結(jié)果(2011年12月22日)，其只提供最相關(guān)的前1000條;IEEEXplore(搜索字段為“摘要”)共搜索到46條結(jié)果(2011年12月24日);ScienceDirect(搜索字段為“題目”或“關(guān)鍵字”或“摘要”)共搜索到36條結(jié)果(2011年12月24日)。(4)文獻篩選在上述搜索到的條目中，按照表1所示的文獻入選和剔除標準，篩選用于本文系統(tǒng)綜述的文獻。表1所示第一步完成后共有512篇文獻入選。第二步經(jīng)過多次逐步細化篩選，最終確定用于本文系統(tǒng)綜述的入選文獻共245篇，其中期刊論文158篇，會議論文87篇。245篇文獻來自106種期刊和58種會議，文獻來源分散且涉及領(lǐng)域廣泛，有關(guān)文獻來源、作者等的定量分析結(jié)果已另文撰寫［16］，本文則側(cè)重對系統(tǒng)綜述研究步驟(1)所確定的研究問題的回答。(5)分析與完成報告根據(jù)系統(tǒng)綜述研究步驟(1)所確定的研究問題，對入選文獻進行分類、分析與總結(jié)。分析結(jié)果見下一章節(jié)。為了分別回答問題1與問題2，本文需要將入選文獻劃分為旅游研究和信息科學(xué)研究兩種視角，分別簡稱為旅游類研究和信息類研究。而事實上，當(dāng)兩種研究產(chǎn)生交叉與融合，進行上述嚴格區(qū)分是較為困難的。為此，本如下處理:(1)按照文獻來源所屬學(xué)科范疇進行劃分，如來源于TourismManagement及《旅游學(xué)刊》的文獻則劃入旅游類，來源于ExpertSystemswithApplications及《計算機工程》的文獻則劃入信息類;(2)按照期刊載文的學(xué)科范疇劃分，如《華東經(jīng)濟管理》刊載旅游類文章，則歸為旅游類，《北京工商大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》刊載信息技術(shù)類文章，則歸為信息類;(3)按照入選文獻的具體內(nèi)容劃分，一些綜合性期刊無法直接確認屬于哪一類，則閱讀入選文章原文，如果偏重人文社會學(xué)視角，則歸入旅游類;如果偏重信息科學(xué)及技術(shù)視角，則歸入信息類。由此，經(jīng)管類、電子商務(wù)、地理類等期刊歸入旅游類中，測繪類期刊歸入信息類中;兩類分別含有入選文獻147篇和98篇。
綜述結(jié)果與分析
1:信息科學(xué)研究中面向旅游的研究主要有哪些方面?“面向旅游”并不特指專用于或?qū)ｉT針對旅游的研究，而是指其研究問題由旅游領(lǐng)域而產(chǎn)生，或者旅游是其最為典型的應(yīng)用。面向旅游的信息科學(xué)研究幾乎涉及了信息科學(xué)研究范疇的各個方面，而許多研究領(lǐng)域更是體現(xiàn)了信息科學(xué)領(lǐng)域較新及較前沿的研究方向與熱點，如表2所示①。面向旅游的信息科學(xué)研究中最受關(guān)注的研究主題是應(yīng)用系統(tǒng)、人工智能、地理信息系統(tǒng)、移動應(yīng)用、推薦系統(tǒng)以及語義網(wǎng)與本體等;而Web服務(wù)、虛擬現(xiàn)實、普適計算、計算機仿真也受到了一定程度的關(guān)注。下面對表2排序前10的研究主題的進展情況進行詳細闡述。應(yīng)用系統(tǒng)指面向各種終端設(shè)備，如電腦、手機、PDA(掌上電腦)、電話等使用者的可用人機交互系統(tǒng)，也包含網(wǎng)站(Web)應(yīng)用系統(tǒng)。本文為了強調(diào)移動應(yīng)用和推薦系統(tǒng)兩類特殊的應(yīng)用系統(tǒng)，在本類研究主題統(tǒng)計中將其排除，另列類別。應(yīng)用系統(tǒng)研究占據(jù)了面向旅游的信息科學(xué)研究的較大比重。一方面是因為信息科學(xué)向旅游研究中進行滲透的最初方式正是其在旅游行業(yè)中的實際應(yīng)用;另一方面是入選文獻中我國研究占據(jù)較大比重且較集中于該類研究。應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)研究可分為:①戰(zhàn)略設(shè)計或?qū)嵤┙ㄗh，如航空業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)研究［17］，以及非洲撒哈拉以南地區(qū)的旅游組織實施電子商務(wù)的建議［18］;②技術(shù)架構(gòu)設(shè)計，如基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)(serviceorientedarchitecture，SOA)的旅游資源信息服務(wù)模型研究［19］;③系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，如一種智能旅游行程導(dǎo)航系統(tǒng)［20］，以及四川［21］、山西［22］和贛東北［23］等目的地或區(qū)域管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。人工智能是面向旅游的信息科學(xué)研究較多采用的方法與技術(shù)，可將相關(guān)研究分成以下幾個方面:①推理，即采用人工智能推理技術(shù)支撐各種應(yīng)用系統(tǒng)，如基于貝葉斯網(wǎng)的旅游行程推理［24］;②數(shù)據(jù)挖掘，如旅游突發(fā)事件預(yù)測預(yù)警［25，26］、消費者特征分析［27］、基于機器學(xué)習(xí)的旅游博客觀點挖掘［28］以及數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)在旅游業(yè)中的應(yīng)用［29］;③主體(agent)，如主體旅游者進行數(shù)據(jù)采集、分析并向旅游者進行旅游推薦［30－32］;④評價，如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的上海旅游可持續(xù)發(fā)展能力評價［33］;⑤決策支持，如旅游目的地選擇決策支持系統(tǒng)［34］。旅行活動是一種人地關(guān)系，地理信息是設(shè)計與開發(fā)各種旅游應(yīng)用系統(tǒng)的重要信息資源，地理信息系統(tǒng)就是為這些應(yīng)用系統(tǒng)提供地理信息使用接口的重要支撐系統(tǒng)。個性化目的地推薦系統(tǒng)［35］、基于短信服務(wù)的餐館推薦系統(tǒng)［36］、導(dǎo)航系統(tǒng)［20］、位置服務(wù)系統(tǒng)［37］、旅游資源監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)［38］以及古建筑信息系統(tǒng)［39］等應(yīng)用系統(tǒng)都離不開地理信息系統(tǒng)的支撐。上述“應(yīng)用系統(tǒng)”主題研究中，幾乎所有面向目的地與區(qū)域的管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)都離不開地理信息系統(tǒng)。有關(guān)旅游地理信息系統(tǒng)本身的研究也較為活躍，如雅安市WebGIS(萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng))的實現(xiàn)研究［40］、基于WebGIS的旅游地理信息系統(tǒng)研發(fā)［21］以及泰山三維(3D)地理信息系統(tǒng)的研發(fā)［41］。移動通信技術(shù)，特別是移動終端技術(shù)的快速發(fā)展，使得面向旅游者手持終端(如手機、PDA)的各種移動應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。相比較于傳統(tǒng)的計算機應(yīng)用，移動應(yīng)用較好體現(xiàn)了旅游以“人為中心”而不是計算機為中心的理念。相關(guān)研究主要集中于面向旅游者服務(wù)的信息推送與搜索［37］、導(dǎo)航［42，43］、實時路線及目的地推薦［34，36，44，45］;并向普適計算的方向進行擴展，如手機電子門票［46］、基于全球定位系統(tǒng)的車輛監(jiān)控與導(dǎo)航以及手機與環(huán)境之間的交互游戲［47］等。除了面向旅游者服務(wù)外，移動應(yīng)用研究還包含面向旅游研究者、旅游公共管理與服務(wù)部門以及旅游企業(yè)的旅游行為數(shù)據(jù)采集與分析，如可通過基于手機數(shù)據(jù)的散客流分析，對目的地住宿的可容納量進行估算［48］。移動應(yīng)用中與位置信息相關(guān)的應(yīng)用也被稱為位置服務(wù)，如位置信息服務(wù)、導(dǎo)航以及實時路線推薦等。推薦系統(tǒng)是為解決互聯(lián)網(wǎng)“信息過載”問題而提出的一種個性化服務(wù)，幫助用戶從大量信息中發(fā)現(xiàn)其可能感興趣的或者滿足其需求的資源，如信息、服務(wù)以及商品等，并自動生成個性化推薦［49］。目前，推薦系統(tǒng)在旅游中的典型應(yīng)用為旅游行程規(guī)劃，可面向旅游電子商務(wù)用戶［50］，也可面向互聯(lián)網(wǎng)用戶［4，51，52］;可規(guī)劃旅行的時間、地點以及活動等全套行程規(guī)劃［4，51－53］，也可推薦旅游目的地［35］、餐廳［36］以及住宿［54］等。推薦系統(tǒng)主要采用人工智能［50］、語義網(wǎng)［24，53］、移動應(yīng)用［36，45］、定位與地理信息系統(tǒng)［36］等技術(shù)。相關(guān)研究還涉及用戶個性語義模型［55］、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計［56］等方面。語義網(wǎng)(semanticWeb)是傳統(tǒng)網(wǎng)站的一種擴展。在語義網(wǎng)中，信息具有明確的含義———語義，人類語言與機器語言之間能夠相互理解，機器能夠自動地處理和集成網(wǎng)上對于人而言可用的信息，使得人與機器之間的交流變得像人與人之間交流一樣順暢。本體(ontology)是用來描述網(wǎng)絡(luò)文檔中術(shù)語的明確含義及其之間關(guān)系的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)語義網(wǎng)信息處理的自動化，提高網(wǎng)站搜索的準確性以及網(wǎng)站服務(wù)質(zhì)量［57］。旅游領(lǐng)域是語義Web與本體研究的問題來源與典型應(yīng)用對象，如基于語義Web與本體技術(shù)的旅游中小企業(yè)間信息交換［58］、動態(tài)生成客戶供給的客戶關(guān)系管理［59］、旅游網(wǎng)站信息系統(tǒng)［60］、旅游目的地管理系統(tǒng)［61］以及旅行推薦系統(tǒng)［24，30，53，54，56］。這些系統(tǒng)能夠?qū)β糜晤I(lǐng)域知識進行本體表達，從而集成對于用戶有用的或者滿足用戶需求的語義信息;其中，旅游知識域的本體表達［62］、行程規(guī)劃的語義信息推理［24］是實現(xiàn)這些系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。Web服務(wù)(Webservices)是Web上數(shù)據(jù)和信息集成的有效機制，是解決Web上各種應(yīng)用系統(tǒng)高維護與更新代價的最為合理的解決方案［57］。因此，Web服務(wù)在旅游中主要用于信息集成、交換以及系統(tǒng)之間的互操作［63，64］。Web服務(wù)技術(shù)對于旅游目的地管理而言非常重要，能夠?qū)崿F(xiàn)旅游目的地營銷系統(tǒng)與旅游企業(yè)之間以及目的地旅游企業(yè)之間的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換、共享以及集成［65］。Web技術(shù)還是Web推薦系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，能夠獲取推薦系統(tǒng)所需的動態(tài)與實時的萬維網(wǎng)數(shù)據(jù)［52］。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要用于旅游目的地、景區(qū)、景點的市場營銷。國內(nèi)的相關(guān)研究集中于旅游目的地、景區(qū)及景點等的虛擬展示，如西安市360度全景虛擬旅游系統(tǒng)［66］、北京妙峰山古建筑群的網(wǎng)絡(luò)虛擬漫游系統(tǒng)［67］、村鎮(zhèn)民俗旅游資源的立體展示［68］。鄭鵬等認為這是一種旅游產(chǎn)品的虛擬試用體驗［69］。而國外的相關(guān)研究則側(cè)重于游客的現(xiàn)場體驗，特別針對歷史文化遺產(chǎn)與遺跡，如意大利的PEACH(personalexperiencewithactiveculturalheritage，個性化體驗活動的文化遺產(chǎn))項目針對提升游客在博物館對于文化遺產(chǎn)的體驗［70］以及馬來西亞凱利城堡(Kellie’sCastle)的虛擬旅游原型研發(fā)［71］。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在旅游中的應(yīng)用還包含了旅游開發(fā)與遺產(chǎn)保護，如十三陵景區(qū)的虛擬復(fù)原［72］。普適計算模式下人們能夠在任何時間、任何地點、以任何方式進行信息的獲取與處理。由于移動終端設(shè)備及其應(yīng)用的發(fā)展，普適計算在旅游研究中非常活躍，如一種面向移動終端的基于旅游本體的信息廣播與推送方法研究，用以解決傳統(tǒng)移動終端對于旅游者需要花費昂貴的“漫游”網(wǎng)絡(luò)連接費用以及需要主動獲取信息等問題［73］;一個面向德國雷根斯堡(Regensburg)游客的移動終端游戲的設(shè)計與應(yīng)用，游客可以通過在空中晃動手機來與游戲中的歷史人物溝通，該游戲以一種有趣的方式向游客介紹雷根斯堡的歷史［74］。普適計算是我國目前形成研究熱點的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論與技術(shù)之一。計算機仿真技術(shù)研究中面向旅游的研究包含基于概率統(tǒng)計方法對上海旅游服務(wù)系統(tǒng)顧客滿意度進行仿真［75］以及基于系統(tǒng)動力學(xué)方法對新度假制度對城郊旅游的影響進行仿真［76］等。
問題2:旅游研究中與信息科學(xué)相關(guān)的研究主要有哪些方面?旅游研究中與信息科學(xué)方法與技術(shù)相關(guān)的研究范圍較為廣泛，表3顯示本文入選文獻中歸入旅游類的研究主題共有43種①。其中最受關(guān)注的研究主題是電子商務(wù)、網(wǎng)站評估以及在線消費者行為。人工智能、移動通信、地理信息系統(tǒng)等信息科學(xué)方法與技術(shù)在旅游中受到了相應(yīng)重視。旅游網(wǎng)站空間、系統(tǒng)評價、網(wǎng)絡(luò)營銷、應(yīng)用系統(tǒng)以及正在大范圍普及的Web2.0互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式也受到了旅游研究的重視。信息科學(xué)領(lǐng)域中的某些前沿研究也在旅游研究中得到了關(guān)注，如計算機仿真、推薦系統(tǒng)、Web服務(wù)、語義網(wǎng)與本體。進一步對表3各類主題的文獻內(nèi)容進行剖析與歸納，可以得到以下旅游研究中與信息科學(xué)方法與技術(shù)相關(guān)的6個研究范疇:信息技術(shù)對旅游的影響研究主要包含信息技術(shù)對旅游產(chǎn)業(yè)的影響與信息技術(shù)在旅游中的應(yīng)用影響兩個方面。其中，信息技術(shù)在旅游中的應(yīng)用影響又分為現(xiàn)狀研究、作用研究、影響因素研究等方面。信息技術(shù)對旅游產(chǎn)業(yè)的影響主要體現(xiàn)在其對傳統(tǒng)旅游產(chǎn)業(yè)價值鏈的重構(gòu)上，集中表現(xiàn)于電子商務(wù)對旅游產(chǎn)業(yè)的影響［77］、新型電子中介(供應(yīng)商、互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站、拍賣網(wǎng)站、數(shù)字電視、移動商務(wù)等)對傳統(tǒng)電子中介(計算機訂座系統(tǒng)、全球分銷系統(tǒng)等)的影響［78］、信息技術(shù)對分銷渠道的影響［79］。信息技術(shù)在旅游中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究主要側(cè)重于旅游企業(yè)，如電子商務(wù)在北京旅游企業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀［80］、土耳其旅行社對互聯(lián)網(wǎng)的使用情況［81］、愛爾蘭旅游中小企業(yè)和鄉(xiāng)村微型住宿業(yè)對信息技術(shù)使用情況的分析［82］、南非中小旅游企業(yè)對于信息技術(shù)使用的狀況研究［83］.信息技術(shù)對旅游的作用研究既包含旅游企業(yè)整體層面，如信息技術(shù)對埃及中小接待企業(yè)發(fā)展的積極作用［84］、知識管理對于澳大利亞旅游業(yè)的作用［85］等;又包含旅游企業(yè)的某項具體功能，如信息技術(shù)應(yīng)用對于泰國酒店運營效率的作用［86］;還包含旅游資源開發(fā)與保護方面，如計算機技術(shù)對于泰國古建筑重建的重要作用［87］。信息技術(shù)應(yīng)用的影響因素研究對于旅游業(yè)如何有效應(yīng)用信息技術(shù)而言是非常重要的。相關(guān)研究包含:①電子商務(wù)的應(yīng)用影響，如泰國旅游企業(yè)應(yīng)用電子商務(wù)的影響因素［88］、酒店業(yè)應(yīng)用電子商務(wù)的影響因素［89］;②網(wǎng)絡(luò)營銷對旅游企業(yè)的影響，如互聯(lián)網(wǎng)廣告對旅行社運營的影響［90］;③旅游企業(yè)對技術(shù)應(yīng)用的態(tài)度，如希臘旅行社對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用情況與態(tài)度［91］;④旅游者對信息技術(shù)使用的態(tài)度，如游客在度假時是否愿意使用基于技術(shù)的信息［92］、影響旅游者使用互聯(lián)網(wǎng)進行旅游規(guī)劃的因素［93］。目前，信息技術(shù)在旅游中的應(yīng)用模式研究主要集中于電子商務(wù)模式、網(wǎng)絡(luò)營銷以及Web2.0。電子商務(wù)模式的相關(guān)研究有區(qū)域旅游電子商務(wù)開發(fā)計劃研究［94］、旅游電子商務(wù)模式現(xiàn)狀與趨勢研究［95］、旅游電子商務(wù)模式［96］以及運營模式研究［97］等。網(wǎng)絡(luò)營銷是除了電子商務(wù)之外信息技術(shù)在旅游中最主要的應(yīng)用模式。網(wǎng)絡(luò)營銷研究多圍繞網(wǎng)站展開，如英國農(nóng)村接待企業(yè)網(wǎng)站營銷現(xiàn)狀研究［98］、塞爾維亞旅游網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)促銷現(xiàn)狀和形式研究［99］、美國旅游官方網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)營銷使用分析［100］、旅游目的地營銷組織網(wǎng)站的客戶需求研究［101］。此外，在線葡萄酒旅游［102］以及在線客戶關(guān)系管理［103］都是一種網(wǎng)絡(luò)營銷方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，Web2.0作為一種新型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式受到了旅游領(lǐng)域的高度關(guān)注。相關(guān)研究可以分為如下幾個方面:①營銷，即基于Web2.0的網(wǎng)絡(luò)營銷方式，這是目前旅游研究領(lǐng)域最為關(guān)注的方面，如Web2.0對克羅地亞旅游產(chǎn)品的營銷作用研究［104］、博客對于旅游市場營銷的中介作用［105］;②旅游者行為與服務(wù)，如Web2.0下網(wǎng)絡(luò)旅游消費行為模式及旅游網(wǎng)站應(yīng)用研究［106］、基于Web2.0的用戶個性化定制研究［107］以及基于人工智能技術(shù)的微博“旅游情感”數(shù)據(jù)挖掘［108］;③網(wǎng)站分類，如Web2.0旅游網(wǎng)站的分類機制研究［109］。此外，面向產(chǎn)業(yè)價值網(wǎng)絡(luò)的四川旅游信息資源整合推進模式和機制是一種信息技術(shù)在旅游中應(yīng)用模式的有效探索［110］。網(wǎng)站評價是信息技術(shù)應(yīng)用評價研究中最主要的內(nèi)容［111］。從評價對象上看，相關(guān)研究涉及官方旅游網(wǎng)站［112］、目的地營銷組織網(wǎng)站［113］、各國及地區(qū)旅游網(wǎng)站［114－116］;從評價內(nèi)容上，包含有效性評價［112］、可用性評價［114，117］、使用分析［118］、功能分析［113，119］、網(wǎng)站設(shè)計［116，120］、網(wǎng)站旅游本體分析［121］、游客價值［116］以及網(wǎng)站訪問者分析［119］等;從評價方法上有調(diào)查法［114］、啟發(fā)式方法［115］、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法［122］、內(nèi)容分析法［113］、網(wǎng)站日志分析法［118］、領(lǐng)域本體分析法［121］等。隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，移動應(yīng)用在旅游領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，針對移動應(yīng)用系統(tǒng)的評價研究也受到研究者的關(guān)注，如從用戶角度對移動應(yīng)用進行評價［123］、各種移動旅游者指南功能與可用性評價［124］。較傳統(tǒng)旅游研究對象，如旅游資源、旅游企業(yè)以及旅游者等，信息社會視角的旅游研究對象發(fā)生了擴展，如從旅游者的地理時空變化擴展到了在線旅游者行為變化，從旅游資源的空間格局擴展到了旅游網(wǎng)站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。在線旅游者行為研究中最受關(guān)注的是消費行為研究，如消費影響因素與滿意度［125］、忠誠度與推薦行為［126］、在線分享行為［127］。隨著社會網(wǎng)絡(luò)的形成，在線旅游者的情緒研究得到關(guān)注，如通過旅游者在論壇、博客(微博)上的評論分析旅游者情緒［3，108，128］，相關(guān)方法包含內(nèi)容分析［3］、統(tǒng)計與語言學(xué)分析［128］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［108］以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)［127］等。一項研究還將旅游者的博客進行了計算機可視化，用來輔助其他旅游者的旅行計劃［129］。此外，旅游目的地營銷組織網(wǎng)站的旅游者在線行為也受到研究者的關(guān)注［101］。目的地地理尺度的旅游網(wǎng)站空間結(jié)構(gòu)也受到研究者的關(guān)注，主要包含方法研究與案例研究。方法研究有統(tǒng)計方法［130］以及網(wǎng)絡(luò)拓撲圖方法［131－133］等;案例包含歐洲［131］、意大利厄爾巴島［132］以及河北省［134］等。旅游虛擬社區(qū)是社會信息化背景下形成的新型社區(qū)，部分旅游研究者對其給予了關(guān)注，如針對具有中國文化背景的芒果社區(qū)網(wǎng)(Mango)的綜合性研究［135］。社會信息化下的旅游研究方法包含兩個方面的含義。一是指傳統(tǒng)旅游研究方法可借助社會信息化背景進行擴展，如網(wǎng)絡(luò)調(diào)查方法［1，136］擴展了傳統(tǒng)現(xiàn)場發(fā)放問卷的調(diào)查方法;基于射頻識別(RFID)與全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的追蹤系統(tǒng)擴展了傳統(tǒng)旅游者游憩行為問卷調(diào)查方法，并提高了數(shù)據(jù)的精度［137，138］;遙感與地理信息系統(tǒng)(RS＆GIS)技術(shù)可提高旅游資源監(jiān)測的準確性［139］等。二是指旅游研究方法對于信息科學(xué)方法與技術(shù)的借鑒。人工智能是旅游研究中采用最多的信息科學(xué)方法與技術(shù)，其在旅游研究中的應(yīng)用可以分為以下幾個方面:①需求預(yù)測，如基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的西班牙巴利亞利群島旅游時間序列預(yù)測［5］、遺傳算法在旅游需求預(yù)測中的應(yīng)用［140］、模糊時間序列及灰色理論在短時間序列旅游需求預(yù)測中的應(yīng)用［141］以及人工智能方法與其他預(yù)測方法的比較［142］;②在線行為分析，如基于機器學(xué)習(xí)(machinelearning)的在線消費者行為數(shù)據(jù)挖掘［127］;③基于主體(agent)的旅游系統(tǒng)仿真研究，采用人工智能研究領(lǐng)域的重要分支———多主體系統(tǒng)(multi-agentsystem，MAS)對多層面、多地理尺度旅游系統(tǒng)進行計算機仿真，探索旅游主體之間的相互作用與規(guī)律，如基于多主體的旅游空間結(jié)構(gòu)演化研究［143］、旅游者在目的地［144］以及景區(qū)范圍的動態(tài)性研究［6］。計算機仿真方法與技術(shù)在旅游研究中的應(yīng)用也受到了旅游研究者的關(guān)注，具體研究包含以下幾個方面:①預(yù)測，如旅游收入預(yù)測［145］;②旅游經(jīng)濟研究，如區(qū)域旅游經(jīng)濟系統(tǒng)動力學(xué)分析［146］;③旅游主體行為研究，如上述人工智能研究中基于主體的旅游系統(tǒng)仿真研究［6，143，144］。地理信息系統(tǒng)(GIS)是信息科學(xué)與地理科學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，作為旅游研究的一種研究方法或工具，主要被用于旅游資源評價［147，148］。隨著移動終端設(shè)備在旅游者中的普及，旅游研究者對移動應(yīng)用的相關(guān)研究給予了較大關(guān)注，如上下文適應(yīng)的移動應(yīng)用體系框架設(shè)計［149］、上下文相關(guān)的信息推動服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計［150］以及用于博物館導(dǎo)游的多媒體技術(shù)研究［151］。語義網(wǎng)與本體是信息科學(xué)的前沿領(lǐng)域，但由于其對于提升面向旅游者的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量具有非常重要的作用，也受到了旅游研究者的關(guān)注，如用于搜索引擎的旅游域語義表示研究［152］。智能系統(tǒng)作為信息科學(xué)的前沿領(lǐng)域，在旅游研究中也受到了關(guān)注，除了綜述性研究外［153］，還出現(xiàn)了有關(guān)智能系統(tǒng)設(shè)計方面的研究［154］。應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃建議與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計是旅游研究者較為關(guān)注的信息技術(shù)研究，如基于知識管理視角的目的地管理系統(tǒng)設(shè)計［155］。而其中以我國的相關(guān)研究為最多，如贛東北網(wǎng)絡(luò)旅游信息系統(tǒng)研究［23］、上饒市旅游資源信息系統(tǒng)［156］。數(shù)字旅游是一種典型的旅游與信息技術(shù)的綜合叉研究主題，在我國旅游研究領(lǐng)域受到了關(guān)注，既包含了偏重技術(shù)的研究，如數(shù)字旅游的體系框架［157］，也包含了圍繞數(shù)字旅游系統(tǒng)建設(shè)的保障體系研究，如相關(guān)政策法規(guī)方面的研究［158］。
問題3:信息科學(xué)與旅游的交叉研究有哪些趨勢?盡管信息科學(xué)與旅游的交叉研究在近12年間經(jīng)歷了快速發(fā)展，但其仍然屬于新興交叉學(xué)科，其發(fā)展需要相關(guān)學(xué)者更為廣泛與深入的探索研究。在本節(jié)，筆者在對最近12年信息科學(xué)與旅游的交叉研究進行系統(tǒng)整理的基礎(chǔ)上，通過捕捉旅游類與信息類研究共同關(guān)注的研究主題(表4)，以及基于筆者對信息科學(xué)以及旅游研究趨勢的把握，找到信息科學(xué)與旅游交叉研究中的研究重點，其反映了兩類科學(xué)的交叉發(fā)展趨勢，或者研究者們重新認識某些對該交叉領(lǐng)域的發(fā)展來講非常重要的問題。以下分別對它們進行闡述:人工智能方法與技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的高級階段，研究如何應(yīng)用計算機的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)，涉及知識表示、自動推理和搜索方法、機器學(xué)習(xí)和知識獲取、知識處理系統(tǒng)、自然語言理解、計算機視覺、智能機器人、自動程序設(shè)計等方面的研究內(nèi)容。盡管目前人工智能在旅游中的應(yīng)用以旅游需求預(yù)測最為成熟，然而其相關(guān)理論、方法與技術(shù)并沒有在旅游領(lǐng)域中得到充分應(yīng)用。如何充分利用人工智能方法與技術(shù)來有效處理與使用旅游數(shù)據(jù)、信息與知識，深入挖掘旅游者、旅游公共管理與服務(wù)部門以及旅游企業(yè)的特征、存在的問題并進行決策支持，是信息科學(xué)與旅游科學(xué)交叉研究中較為迫切與前沿的問題。語義網(wǎng)與本體研究是信息科學(xué)領(lǐng)域的前沿領(lǐng)域，是海量網(wǎng)絡(luò)信息之間相互理解的基礎(chǔ)?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展使得傳統(tǒng)面向旅游者的“線下”服務(wù)擴展至“線上”，包含以傳統(tǒng)計算機為中心的和以新興各種移動終端為中心的“線上”服務(wù)，“線上”服務(wù)質(zhì)量對于信息時代的旅游者體驗是非常重要的。基于語義網(wǎng)與本體技術(shù)的旅游推薦系統(tǒng)正是提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的有效方法與工具，如何將語義網(wǎng)、本體技術(shù)以及旅游推薦系統(tǒng)進行理論、方法以及應(yīng)用上的有效集成，使其對旅游者具有實際應(yīng)用價值，是信息科學(xué)與旅游科學(xué)交叉研究中的另一個前沿問題。普適計算是我國目前形成研究熱點的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。隨著移動終端設(shè)備及其應(yīng)用的發(fā)展，傳統(tǒng)以計算機為中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)擴展至以移動終端—旅游者為中心，基于普適計算模式的連接物與物、人與物、人與人的物聯(lián)網(wǎng)以及各種移動應(yīng)用系統(tǒng)在旅游研究與實際應(yīng)用中得到了重視。然而，無論是普適計算還是物聯(lián)網(wǎng)，在信息科學(xué)研究中都是前沿領(lǐng)域，存在許多未解問題，因此，普適計算以旅游領(lǐng)域為問題域或典型應(yīng)用，將同時有助于其本身以及旅游問題的解決。
【 關(guān)鍵詞 】 地理信息科學(xué)；數(shù)字地球；云計算；空間計算；時空；高性能計算；地理信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施
1 引言
“唯一不變的是變化本身”——肯尼迪。在全球化和人類活動地域擴張的21世紀，理解變化變得越來越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。這些變化在一定的空間范圍內(nèi)發(fā)生，這個范圍可以小到個人或周圍的小空間，也可以大到整個地球（Brenner 1999）。我們用時空維度來更好地記錄空間的相關(guān)變化（Goodchild 1992）。為了理解、保護和改善我們的生活環(huán)境，人類已經(jīng)積累了約十萬年或更長時間發(fā)生的變化的寶貴記錄。這些記錄通過各種傳感技術(shù)獲得，這些傳感技術(shù)包括我們?nèi)祟惖囊曈X、觸覺和感覺，以及最近發(fā)展的衛(wèi)星、天文望遠鏡、原位傳感器和傳感器網(wǎng)（Montgomery and Mundt， 2010）。傳感技術(shù)的進步極大地提高了記錄的精度和時空范圍?？偟膩碚f，我們已經(jīng)積累了EB級的記錄數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)集每天以PB級的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。
云計算的出現(xiàn)為解決地理科學(xué)的挑戰(zhàn)，即能夠靈活訪問廣泛集中的、實體化的以及負擔(dān)得起的計算機資源，帶來了可能的解決方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世紀的地理空間科學(xué)與所描述的密集問題可以受益于最新的云計算框架，并充分利用時空原理以優(yōu)化云計算。要抓住云計算和地理空間科學(xué)之間的內(nèi)在關(guān)系，我們引入了空間云計算：a）解決地理空間科學(xué)中的4個密集問題；b）促進實施和優(yōu)化云計算匯集、彈性、按需以及其他特點。
2 空間云計算（Spatial Cloud Computing （SCC））
云計算正在成為下一代的計算平臺，政府機構(gòu)正在促進它的使用以降低啟動、維護和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。結(jié)合地理空間科學(xué)，幾個試驗性的云計算項目正在諸如FGDC、 NOAA和 NASA等聯(lián)邦機構(gòu)內(nèi)實施。商業(yè)機構(gòu)，如微軟、亞馬遜和ESRI正在調(diào)研如何在云計算環(huán)境中操作地理空間應(yīng)用，了解如何最好地適應(yīng)這個新的計算模式。早期的調(diào)研發(fā)現(xiàn)云計算不僅能夠幫助地理空間科學(xué)，而且能夠采用時空原理進行優(yōu)化以最好地使用分布式計算資源（Yang et al.， 2011）。地理空間科學(xué)問題具有強時空約束和原則，能夠通過系統(tǒng)地考慮通用時空規(guī)則來獲得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理現(xiàn)象是連續(xù)的，數(shù)據(jù)表示在時空上是離散的；2）物理現(xiàn)象在空間、時間和時空關(guān)系上是異構(gòu)的；3）物理現(xiàn)象在局部地理域上是半自治的，并且能夠被分割和合并；4）地理空間科學(xué)和應(yīng)用問題包括數(shù)據(jù)存儲、計算/處理資源、物理現(xiàn)象和用戶的時空位置；上述四種位置的相互作用隨空間分布強度愈發(fā)復(fù)雜；5）時空現(xiàn)象越接近越相關(guān)（Tobler' first law of geography）。
一個支持地理空間科學(xué)的云計算平臺應(yīng)該利用上述時空原則和限制，以便以一種時空形式更好地優(yōu)化與使用云計算，而不是設(shè)置限制條件和重新設(shè)計應(yīng)用架構(gòu)（Calstroka and Waston 2010）。
時空云計算涉及地理空間科學(xué)驅(qū)動的計算規(guī)范，通過將分布式計算環(huán)境應(yīng)用于地理空間和其他科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其能夠被時空原則所優(yōu)化。
空間云計算框架包括物理計算基礎(chǔ)設(shè)施、分布在多個區(qū)域的計算資源，和用來管理為終端用戶提供服務(wù)的資源的空間云計算虛擬服務(wù)器。
空間云計算可以用一個架構(gòu)來表示，這個架構(gòu)包含物理計算基礎(chǔ)設(shè)施、分布在多個區(qū)域的計算資源，以及一個管理為終端用戶提供服務(wù)的資源的空間云計算虛擬服務(wù)器。
空間云計算環(huán)境的核心組件主要通過結(jié)合時空原則的SCCM來支持地理空間科學(xué)，以尋求計算資源的優(yōu)化?；趥鹘y(tǒng)空間云計算平臺和核心GIS功能是能夠?qū)崿F(xiàn)的，例如動態(tài)重投影和空間分析。本地用戶和系統(tǒng)管理員通過SCCM管理接口，能夠直接訪問私有云服務(wù)器，云用戶能夠通過空間云門戶訪問云服務(wù)。還需要進一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS環(huán)境在云計算與地理信息科學(xué)兩方面可用的一致性。在下一節(jié)中，我們使用四種有代表性的應(yīng)用來說明四種密集的問題。
3 空間云計算應(yīng)用
為說明云計算如何能潛在解決四個密集問題，我們選擇了四個科學(xué)和應(yīng)用場景來分析這些問題、時空原則和潛在空間云計算解決方案間的內(nèi)在聯(lián)系。
3.1 數(shù)據(jù)密集型
地理空間科學(xué)中的數(shù)據(jù)密集型問題至少可以總結(jié)為三個方面：1）利用專門的投影和地理坐標系統(tǒng)，多維地理空間數(shù)據(jù)在二維以上空間表示；2）諸如衛(wèi)星觀測、照相獲取、或者模型模擬，會收集或產(chǎn)生海量多維數(shù)據(jù)；3）數(shù)據(jù)的全球分布。許多數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用訪問和數(shù)據(jù)整合，因此，大數(shù)據(jù)可能在快速計算機網(wǎng)絡(luò)中傳輸，或者通過組合技術(shù)實現(xiàn)最小傳輸。
為解決這些數(shù)據(jù)密集型問題，我們開發(fā)了一種DaaS——分布式的目錄和基于空間云計算的門戶，來發(fā)現(xiàn)、訪問、使用地理空間數(shù)據(jù)。這個DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空間社區(qū)的云服務(wù)上正在進行開發(fā)與測試。
空間云計算可考慮擁有和使用數(shù)據(jù)、服務(wù)、計算和終端用戶的位置、能力、容量和質(zhì)量等信息并予以優(yōu)化，當(dāng)然是在計算、地理空間科學(xué)和應(yīng)用使用時空原則的情況下。
3.2 計算密集型
計算機密集型是地理空間科學(xué)需要解決的另外一個問題。在地理科學(xué)元素中，在信息/知識的數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取和現(xiàn)象模擬應(yīng)用中計算密集型問題愈發(fā)突出。這些問題包括：1）地理空間科學(xué)在建模和分析方面天然是耗費計算資源的；2）參數(shù)提出需要運行復(fù)雜的地球物理算法，以從海量觀測數(shù)據(jù)中獲取現(xiàn)象值（Phenomena Values），這個復(fù)雜的算法運算使得參數(shù)提取更具有計算密集型特征；3）當(dāng)考慮到地球系統(tǒng)的所有動態(tài)參數(shù)時，模擬地理空間現(xiàn)象是非常復(fù)雜的。周期性的現(xiàn)象模擬密集計算的不斷循環(huán)，高性能計算機常用來提升此類計算速度。更重要的是，現(xiàn)象處理的時空原則可用來優(yōu)化分布式計算單元的組織，以實現(xiàn)時空科學(xué)模擬和預(yù)測（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。這些原則對于實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取、現(xiàn)象模擬的云計算來優(yōu)化計算資源也是很關(guān)鍵的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通過：1）利用動態(tài)需求和能力，為計算工作選擇最匹配的計算單元；2）并行化操作單元以降低這個處理時間或提高整個系統(tǒng)的可操作性，3）利用更加匹配的工作、計算應(yīng)用以及存儲與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，優(yōu)化整個云操作性。由于科學(xué)算法的多樣性和動態(tài)性，最好的實現(xiàn)平臺是PaaS和IaaS。
3.3 并發(fā)訪問密集
互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和“在任何地點、任何時間將正確信息提供給任何人”的理念，使得基于位置的地理空間服務(wù)流行開來（Jensen 2009），并允許數(shù)以千萬計的用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)（Blower 2010）。例如，Google Earth通過其SaaS支持數(shù)百萬互聯(lián)網(wǎng)用戶并發(fā)訪問。這些并發(fā)密集型訪問在某一時間（例如2011年3月日本海嘯和地震期間）非常密集，而在另外時間則很少。為更好地滿足這些并發(fā)訪問，空間云計算需要彈性調(diào)用更多的來自不同區(qū)域的服務(wù)進程來應(yīng)對訪問峰值。
實驗證明計算進程越多，性能越高。彈性自動提供和釋放計算資源允許我們共享其他無并發(fā)訪問峰值的應(yīng)用的計算資源，以應(yīng)對當(dāng)前的并發(fā)訪問峰值。
3.4 時空密集型
為更好地理解過去和預(yù)測未來，一些被收集的地理空間數(shù)據(jù)是基于時間序列的，將已有的觀測數(shù)據(jù)進行時間序列的重建工作也已實施。時空密集型的重要性體現(xiàn)在時空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、時空數(shù)據(jù)建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科學(xué)現(xiàn)象關(guān)聯(lián)分析（Kumar 2007）、颶風(fēng)模擬（Theodoridis et al.， 1999）以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（在傳輸負載與拓撲復(fù)雜性上飛速發(fā)展）（Donner et al.， 2009）之上，面臨著的挑戰(zhàn)也來自于這些。
針對數(shù)據(jù)采集，不同的路徑傳感器、照相機以及公眾探測技術(shù)用來獲取實時的交通狀態(tài)信息（Goodchild 2007）。已存在的路徑連接和節(jié)點也被添加進來作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。模型模擬在高性能計算環(huán)境中進行。不像靜態(tài)路徑規(guī)劃可利用Dijkstra算法實現(xiàn)，近實時的路徑規(guī)劃則不能如此（Cao 2007），我們不得不針對每一個路徑規(guī)劃請求進行準實時的計算。此復(fù)雜性給計算和地理科學(xué)帶來很大的挑戰(zhàn)。由于路徑規(guī)劃請求的動態(tài)特點，我們不能為應(yīng)對最大量的用戶而去維持最大的計算能力，通常我們不需要全部的計算能力。云計算提供的彈性與按需特征能夠用來解決這個問題，PaaS最適合這種應(yīng)用。
4 機遇與挑戰(zhàn)
這篇論文羅列了21世紀地理空間科學(xué)面臨的諸多巨大挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)、計算、并發(fā)和時空分析密集特征。我們論證采用空間特征的云計算的最新進展能夠為解決這些巨大挑戰(zhàn)提供潛在的解決方案。
時空云計算的成功依賴許多因素，例如時空云計算在能夠采納云解決方案的地理空間科學(xué)家中的推廣，在能夠采納時空原則進行設(shè)計、建設(shè)和部署云平臺的計算科學(xué)家與工程師中推廣。我們列舉了幾個方面，包括：
4.1 時空原則挖掘和提取
地理空間現(xiàn)象在時間和空間上不斷變化，利用四維或更多維去表示或描述其演變是可能的。我們已建立了歐幾里德和其他空間去描述這些現(xiàn)象。由于現(xiàn)象的復(fù)雜性和多維的龐大，我們力圖簡化維度，引入現(xiàn)象的特征或模板去幫助更好地在理論和計算環(huán)境中表示，使得其具有可計算性。
在地理空間科學(xué)中，由于人類活動的擴展和全球化，一些表示方法需要重新定義。例如，我們需要整合陸地區(qū)域、海洋和大氣進程以更好地理解氣候變化。另一方面，我們需要更好地描述地理空間現(xiàn)象如何影響我們的生活。這些時空關(guān)系幫助我們形成更好的時空原則，開發(fā)多維狀態(tài)下的時空案例。橫向應(yīng)用需要多領(lǐng)域的不同背景的科學(xué)家進行合作。社會上，跨領(lǐng)域和地域的處于分散狀態(tài)的科學(xué)家合作是一個巨大挑戰(zhàn)。
4.2 重要的數(shù)字地球與復(fù)雜的時空科學(xué)及應(yīng)用
Digital Earth要求將我們星球的數(shù)字信息進行整合，并開發(fā)出地理空間問題的解決方案。理解可預(yù)知的模式并提供特定環(huán)境下的解決方案，這是非常必要的。解決這些問題不僅為人們提供需求便利，而且從長遠看能夠改善人們的生活質(zhì)量。
為此，需要研究：a）辨明具有較大影響的基礎(chǔ)性的應(yīng)用，以及需要的計算支持；b）結(jié)合可獲取的分布式計算能力，分析應(yīng)用中的四個密集型問題；c）通過考慮云計算能力和時空需求，擴展或指定數(shù)學(xué)和概念模型到計算機模型，以實現(xiàn)應(yīng)用的可計算性；d）為決策者和其他最終用戶解決或提出問題；e）通過改進傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型模擬以改善應(yīng)用；f）總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，優(yōu)化通用云計算技術(shù)。
4.3 支持空間云計算（SCC）特征
空間云計算嚴重依賴計算基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)，除了工程研究和計算基礎(chǔ)設(shè)施特征的可用外，網(wǎng)絡(luò)、CPU、RAM、硬盤、軟件許可和其他資源的使用/狀態(tài)，對于優(yōu)化使用時空原則的云計算環(huán)境也是重要的。
在調(diào)研面向解決四種密集型地理空間問題的云計算特征工作中，需要進行擴展研究以更好地理解計算基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用的時空特性，應(yīng)用和計算資源的優(yōu)化調(diào)度也是關(guān)鍵的（Mustafa Rafique et al. 2011）。
4.4 安全
云計算公司通常會使用授權(quán)和認證技術(shù)來保護用戶隱私，云服務(wù)提供商確保其基礎(chǔ)設(shè)施安全并擁有可行的保護用戶數(shù)據(jù)與應(yīng)用的解決方案是必須的。美國聯(lián)邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全訪問與授權(quán)成為統(tǒng)一功能，這計劃為三個步驟（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底線；b）持續(xù)監(jiān)控；c）潛在訪問與授權(quán)。
（注：本文譯自《國際數(shù)字地球?qū)W報》International Journal on Digital Earth）
譯者簡介：
翟永（1969-），男，碩士，高級工程師；研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成以及安全保密技術(shù)。
劉津（1989-），女，學(xué)士，助理工程師；研究方向：空間數(shù)據(jù)庫管理和地理信息管理系統(tǒng)集成。
關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；教學(xué)方法；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0118-02
一、引言
地理信息系統(tǒng)（簡稱GIS）與地理學(xué)、地圖學(xué)、測繪科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)密切相關(guān)，同時涉及土地科學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃等學(xué)科知識，是一門典型的交叉型學(xué)科，同時也是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科。隨著GIS技術(shù)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，對具有創(chuàng)新能力和解決實際問題能力的GIS專業(yè)新型人才的需求也在不斷增長，而現(xiàn)有的高校GIS專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀還不能滿足社會對GIS專業(yè)人才的特殊需求。因此，對高校GIS專業(yè)課程的教學(xué)改革與實踐研究就顯得尤為必要和迫切了。
二、高校GIS專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題
近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，我國人才市場供求矛盾顯得尤為突出，一方面是社會對高層次人才的大量需求，另一方面是高校輸送的GIS專業(yè)畢業(yè)生社會實踐能力不強。GIS專業(yè)是應(yīng)用性很強的專業(yè)，地理信息系統(tǒng)本科專業(yè)是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，GIS專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量高低直接關(guān)系到通過高等教育培養(yǎng)的專業(yè)人才能否適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的需求。由此，為了更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需求，為社會輸送優(yōu)秀人才就要不斷深化GIS專業(yè)課程的教學(xué)改革。
1.教育理念落后。目前高校GIS專業(yè)課程所采用的教學(xué)模式仍是傳統(tǒng)的講授模式，注重對學(xué)生理論知識的傳授，忽略了GIS專業(yè)的應(yīng)用性特點，缺乏對學(xué)生實際操作能力的重視，忽視了對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。不同的教學(xué)方法適用于不同的專業(yè)課程，在教學(xué)活動中引入適合本專業(yè)特點的教學(xué)方法，會起到事半功倍的效果，教學(xué)質(zhì)量也會有大幅的提升。而GIS專業(yè)應(yīng)用性很強的特點也要求教師在教學(xué)方法上有所改進。
2.實踐教學(xué)缺乏。實踐教學(xué)是一個較為復(fù)雜的教學(xué)活動，一般指教學(xué)活動中的實驗、設(shè)計、實習(xí)、實踐等，是高等教育教學(xué)的重要組成部分，也是GIS專業(yè)自身特點的要求。GIS專業(yè)作為一個應(yīng)用性十分強的專業(yè)，通過課程設(shè)計、模擬實訓(xùn)、社會調(diào)查、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文等具體的實踐環(huán)節(jié)，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。但是目前許多高校在課程設(shè)計上實踐課的課時偏少、對實踐教學(xué)投入的經(jīng)費少等原因，雖然經(jīng)過了多年的摸索實踐，基本上形成了完整的體系，但實踐環(huán)節(jié)還是顯得十分薄弱。
3.教學(xué)手段運用單一。多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠提供圖文、聲像并茂的多種感官刺激，能夠創(chuàng)設(shè)形象、直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，同時還能提供大量的信息資源。如果能夠運用這些網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體手段，不僅有利于學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)、主動探索精神的培養(yǎng)，還有利于學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展。但目前在高校地理信息系統(tǒng)專業(yè)的課堂教學(xué)中，基本上采用PPT講授的方法，對于其他多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源的使用還很少。
4.教學(xué)考評模式簡單。地理信息系統(tǒng)是一門應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛的學(xué)科，是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，因此教學(xué)考評模式不能延用傳統(tǒng)的考核模式，應(yīng)更多地強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的變化與發(fā)展，提高分析問題、解決問題的能力；提倡開卷、閉卷多種評價手段，理論實踐多元評價目標；注重激勵性評價，培養(yǎng)學(xué)生的自信心和自尊心。但目前許多高校GIS專業(yè)教學(xué)評價模式仍以單一的筆試成績來評價所有學(xué)生，教學(xué)考評模式過于簡單，不能真實、全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。
三、地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)改革措施
1.注重案例教學(xué)。案例教學(xué)法是指利用已有的案例作為個案讓學(xué)生分析和研究，在此基礎(chǔ)上提出各種解決問題的方案，從而提高學(xué)生分析、解決問題的能力的一種教學(xué)方法。案例教學(xué)作為一種行之有效的教學(xué)法已被廣泛引入我國高校課堂。GIS專業(yè)課程具有應(yīng)用性很強的特點，把案例教學(xué)引入課堂，能夠提高學(xué)生理論水平與實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際分析問題、解決問題的綜合能力，從而提高教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量。
2.加強教學(xué)實踐環(huán)節(jié)。教學(xué)實踐是地理信息系統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，計算機類課程是GIS專業(yè)的基礎(chǔ)課，注重理解計算機原理和運用計算機軟件，提高實際操作能力，如C++語言課程的上機操作。GIS的核心課程也要求學(xué)生掌握各種GIS軟件的操作，這些都需要在機房上機操作。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是對理論教學(xué)的補充與深化，能夠使學(xué)生熟練掌握arcgis、ERDAS等軟件，也是對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。同時，野外考察實習(xí)也是GIS專業(yè)必不可少的實踐環(huán)節(jié)，是對校內(nèi)實踐課程的補充，其目的是使學(xué)生更深層次地理解基本理論，掌握基本地理信息的野外采集與表征方法，為GIS中空間信息的收集、處理、表達與分析打下堅實的基礎(chǔ)。除此之外，讓學(xué)生參與科研也是一種很好的實踐教學(xué)，教師根據(jù)情況可以讓學(xué)生參與教師本人或其他教師的科研項目，讓學(xué)生從實踐中學(xué)習(xí)，這樣不僅能對所學(xué)理論知識融會貫通，還能培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。因此，高校地理信息系統(tǒng)專業(yè)在課程的設(shè)計方面應(yīng)適當(dāng)加大實踐操作環(huán)節(jié)，對于掌握理論課所講授的基本內(nèi)容，提高學(xué)生的實際動手能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，都具有十分重要的意義。
3.積極運用網(wǎng)絡(luò)資源與多媒體手段。20世紀90年代以來，隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源及多媒體手段已廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域的各個方面。在傳統(tǒng)教學(xué)中難以精確描述、學(xué)生難以充分理解的抽象內(nèi)容通過多媒體手段能予以較好解決。地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展之迅速，意味著GIS專業(yè)的師生不斷更新知識才能保持專業(yè)上的技術(shù)優(yōu)勢。Internet上的地理信息系統(tǒng)教育為地理信息系統(tǒng)專業(yè)的師生提供了一種重要的學(xué)習(xí)方式。這些網(wǎng)站介紹了GIS的相關(guān)概念和應(yīng)用、各類數(shù)據(jù)來源以及處理方式等相關(guān)問題。同時，許多著名的GIS軟件生產(chǎn)公司的網(wǎng)址，如ESRI公司，這類網(wǎng)址上包含了軟件產(chǎn)品介紹、軟件包、程序設(shè)計技巧、大型數(shù)據(jù)及軟件免費下載方法等信息。遠程用戶可以直接下載某些GIS程序進行教學(xué)演示。除此之外，GIS精品課程也為GIS專業(yè)課程教學(xué)提供了豐富的精品資源，GIS精品課程的教學(xué)資源包括教學(xué)大綱、教案、課程教材、實習(xí)教材、實習(xí)指導(dǎo)書、習(xí)題集等，為師生提供了多種可供選擇的學(xué)習(xí)方式?？傊?，豐富的網(wǎng)絡(luò)資源也為教師和學(xué)生提供了一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，大大優(yōu)化了教學(xué)過程，豐富和完善了教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)與多媒體的運用使教學(xué)效果起到事半功倍的作用，而且也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也加強了學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。
4.強化教學(xué)評價改革。地理信息系統(tǒng)是一門理論知識與實踐能力高度結(jié)合的課程，注重提高學(xué)生對理論知識的把握和實際的操作能力，而傳統(tǒng)的筆試量化評價的考核方式卻不能如實地反映學(xué)生的這種能力，因此在量化成績時應(yīng)采用多樣化的考核方式。這種方法主要包括平時考試+期末考試、機試+筆試。平時成績應(yīng)以學(xué)生參加案例討論、野外實習(xí)、交流、問題回答、出勤、課后作業(yè)等作為依據(jù)；期末考試也應(yīng)重點考核學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決問題的能力；機試所占比例可達40%，這樣更能真實地反映學(xué)生的實際操作能力。這種多樣化的考核方式從多方面考核了學(xué)生，注重知識測試和能力測試，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及提升學(xué)生各方面的能力起到了積極的作用。
四、結(jié)語
地理信息系統(tǒng)具有很強的實踐性和理論指導(dǎo)性相結(jié)合的特點。隨著地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，社會對GIS專業(yè)畢業(yè)生的要求也越來越高，知識面廣、基礎(chǔ)理論知識扎實、實踐能力強及高素質(zhì)的復(fù)合型人才已成為用人單位的寵兒，而教學(xué)改革是培養(yǎng)這種復(fù)合型人才的重要途徑。通過采用多樣化的教學(xué)方法，應(yīng)用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源以及采用多媒體手段和改革教學(xué)評價體系，學(xué)生不僅能更好地掌握和運用理論知識，而且能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，為其以后步入社會打下堅實的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) 集成式GIS 模塊化GIS 組件式GIS 網(wǎng)絡(luò)GIS 地質(zhì)災(zāi)害
1地理信息系統(tǒng)的基本概念
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS) 是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉科學(xué)與新技術(shù)學(xué)科，它是計算機科學(xué)、遙感技術(shù)、信息工程與現(xiàn)代地學(xué)理論和方法的有機結(jié)合。地理信息系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地圖的可視化和地理信息的空間分析的計算機系統(tǒng)，處理的數(shù)據(jù)是具有地理特征和表征地學(xué)現(xiàn)象之間空間關(guān)系的屬性數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)的主要功能有：采集、存儲、管理、檢索、查詢、分析、顯示和輸出多種數(shù)據(jù)［1，2］，進行數(shù)據(jù)維護與更新、區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測［3］等。
地理信息系統(tǒng)，按其內(nèi)容可以分為三大類［4］：(1)專題信息系統(tǒng)，它是具有有限目標和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，為特定的專門目的服務(wù)，如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)和水土流失信息系統(tǒng)等。(2)區(qū)域信息系統(tǒng)，主要以區(qū)域綜合研究和區(qū)域的信息服務(wù)為目標，可以有不同的規(guī)模，如加拿大國家地理信息系統(tǒng)和我國黃河流域信息系統(tǒng)等。(3)地理信息系統(tǒng)工具，它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。地理信息系統(tǒng)的任務(wù)，就是對地球表層人文經(jīng)濟(包括人類工程活動)和自然資源及環(huán)境多種信息進行綜合管理與分析。
2 地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工具
近年來GIS應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，GIS工具軟件版本也不斷更新升級，比較鮮明的發(fā)展動向有[5]：(1)各GIS軟件工具廠商在優(yōu)化性能的同時，重視發(fā)展Internet 上的GIS；(2)更換開發(fā)語言和開發(fā)模式，更換或擴展到Windows NT 平臺；(3)在空間數(shù)據(jù)庫管理方面，客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)仍是GIS 軟件追求的目標；(4)除了屬性數(shù)據(jù)外，人們也希望圖形數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；(5)理論研究方面，時空數(shù)據(jù)的處理及其三維或四維GIS仍然是一個研究熱點；(6)為了進行空間數(shù)據(jù)共享和交換，各國都制定了空間數(shù)據(jù)的交換格式；(7)元數(shù)據(jù)(Metadata)的記錄、處理與標準也是GIS技術(shù)發(fā)展的一項重要內(nèi)容；(8)對GIS軟件影響較為深刻的技術(shù)還有組件對象模型(COM)，軟件廠商已由原來向用戶提供系統(tǒng)轉(zhuǎn)為提供對象類型庫或ActiveX控件。
在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程中，目前已出現(xiàn)了大量的GIS系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)工具。從這些專業(yè)開發(fā)工具的組成結(jié)構(gòu)上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網(wǎng)絡(luò)GIS等幾個主要類別［6］。
（1）
集成式GIS
集成式GIS指集合各種功能模塊的大型GIS系統(tǒng)軟件包。ESRI公司推出的Arc/Info，Genasys公司的GenaMap， MapInfo 公司的MapInfo，AutoDesk公司的AutoMap，Maptitude[7]， MapGIS， MapEngine［8］， TitanGIS等都是集成式的GIS開發(fā)工具。集成式GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢是各項功能已形成獨立的完整系統(tǒng)，提供了強大的數(shù)據(jù)輸入輸出功能、空間分析功能、良好的圖形平臺和可靠性能，缺點是系統(tǒng)復(fù)雜、龐大和成本較高，并且難于與其它應(yīng)用系統(tǒng)集成。
（2）
模塊化GIS
模塊化GIS系統(tǒng)是把GIS系統(tǒng)按功能劃分成一系列模塊，運行于統(tǒng)一的基礎(chǔ)環(huán)境中。Intergraph公司的MGE是具有代表性的模塊化GIS系統(tǒng)。模塊化GIS系統(tǒng)具有較強的工程針對性，便于開發(fā)和應(yīng)用。
（3）
組件式GIS
組件式GIS是隨著近年來計算機軟件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展潮流。組件式GIS具有標準的組件式平臺，各個組件不但可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式GIS平臺的核心技術(shù)是Microsoft的組件對象模型（Component Object Model，簡稱COM）技術(shù)[9]，新一代組件式GIS大都是采用ActiveX控件技術(shù)來實現(xiàn)的，如Intergraph 公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjects， MapInfo公司推出的MapX，中科院地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心開發(fā)的ActiveMap， 北京靈圖公司開發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實地理信息系統(tǒng)VRMap等。這類GIS系統(tǒng)提供的是為完成GIS系統(tǒng)而推出的各種標準ActiveX控件和類型庫（Type Library），使GIS系統(tǒng)開發(fā)者不必掌握專門的GIS系統(tǒng)開發(fā)語言，只需熟悉基于Windows平臺并且支持ActiveX控件技術(shù)的通用集成開發(fā)環(huán)境，了解組件式GIS各個控件（包括對象）的屬性、方法和事件，就可以實現(xiàn)GIS系統(tǒng)。所以，組件式GIS在系統(tǒng)的無縫集成和靈活方面具有優(yōu)勢，從一定意義上講，它代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展方向。
（4）
（4）網(wǎng)絡(luò)GIS（Web GIS）
進入上世紀90年代后期，信息技術(shù)迅猛發(fā)展，新的信息技術(shù)層出不窮。隨著電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、Internet三網(wǎng)融合步伐的加快和第二代Internet技術(shù)的日趨成熟，Internet正日益成為信息化社會人們聯(lián)系、交流、獲取信息的重要工具。Internet技術(shù)改變著世界。戈爾所倡導(dǎo)的“數(shù)字地球”概念引起了人們廣泛的關(guān)注，Internet環(huán)境下的空間信息處理技術(shù)也愈來愈受到重視，它把多維虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality)、計算技術(shù)、遙感技術(shù)(Remote Sensing)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(Global Position System)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等作為主要的技術(shù)支撐系統(tǒng)。GIS的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用趨勢已成為必然。Web GIS 是指基于Internet平臺的地理信息系統(tǒng)，又稱為因特網(wǎng)GIS（Internet GIS）。Internet技術(shù)的發(fā)展，使地理信息系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對傳統(tǒng)意義上的GIS帶來了極大的沖擊，導(dǎo)致了Web GIS時代的開始。以單機或局域網(wǎng)為操作平臺的工作模式終將被Internet 操作平臺所取代。
利用這種新方法，從WWW的任意一個節(jié)點，Internet的用戶都可以瀏覽到Web GIS站點上的地理數(shù)據(jù)，制作專題圖件，進行空間查詢檢索以及空間分析，地理數(shù)據(jù)的概念已經(jīng)擴展為分布式、超媒體特點的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，使GIS進入千家萬戶。終端用戶可以在任何時候、任何地點共享、使用各GIS服務(wù)商或政府機構(gòu)提供的空間信息、應(yīng)用服務(wù)。通過一個簡單的瀏覽器就可以訪問經(jīng)過復(fù)雜的專業(yè)GIS分析產(chǎn)生的簡潔、直觀的結(jié)果?？梢越换ナ皆L問動態(tài)更新的地圖網(wǎng)址，在Internet網(wǎng)上完成單機系統(tǒng)常見的各種基于地圖的GIS信息查詢功能。另外，Internet與組件對象模型技術(shù)相結(jié)合，進一步發(fā)展了基于分布式組件模型的Web GIS?？臻g數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商在服務(wù)器上存儲數(shù)據(jù)的同時，根據(jù)數(shù)據(jù)元的格式安裝操縱該數(shù)據(jù)的控制，用戶在網(wǎng)上可調(diào)用不同的控件和數(shù)據(jù)，在本機或某個服務(wù)器上進行分布式組件的動態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，完全實現(xiàn)遠程異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。
已經(jīng)有一些公司推出了Web GIS，如AutoDesk公司的MapGuide，MapInfo公司的MapInfo ProSever，Intergraph公司的GeoMedia Web Map，ESRI公司的MapObjects Internet Map Sever for AcrView等。已經(jīng)推出的Web GIS是利用現(xiàn)有的GIS軟件通過CGI或者Sever API構(gòu)造的過渡產(chǎn)品，隨著組件式GIS的發(fā)展和分布式對象Web技術(shù)的逐漸成熟，未來的Web GIS將是基于COM/ActiveX或CORBA/Java技術(shù)開發(fā)的分布式對象GIS系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)貼于 3 地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用進展
目前，國內(nèi)外利用地理信息系統(tǒng)，主要用于研究國土和城市規(guī)劃、地籍測量、農(nóng)作物估產(chǎn)、森林動態(tài)監(jiān)測、水土流失、地下水資源管理［4］和礦產(chǎn)資源勘查［10］、潛力評價及開發(fā)［11］等眾多領(lǐng)域。GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用大致有以下幾個方面：
(1) 地質(zhì)災(zāi)害評價和管理
利用地理信息系統(tǒng)的各種功能，建立地質(zhì)災(zāi)害空間信息管理系統(tǒng)[12，13，14]，管理地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料，顯示并查詢地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征信息，評價地質(zhì)災(zāi)害的危害程度，分析地質(zhì)災(zāi)害和影響因素之間的關(guān)系，提出減輕和防治地質(zhì)災(zāi)害的措施，對將來可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)測［15，16］。戴福初等利用GIS對香港地區(qū)的滑坡災(zāi)害進行歷史滑坡編錄，分析滑坡的時空分布特征與動態(tài)和靜態(tài)環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系，對滑坡災(zāi)害風(fēng)險進行評價和危險區(qū)域劃分［17］。
(2) 地質(zhì)災(zāi)害的危險度區(qū)劃評價
由于各種地質(zhì)因素本身的不確定性，以及地質(zhì)因素之間相互作用的復(fù)雜性，在收集大量的基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境資料前提下，利用GIS對這些基礎(chǔ)資料進行有效地處理來提高數(shù)據(jù)的可靠性，通過選取合適的評價預(yù)測指標［18］，運用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析模型［19，20，21］，對研究區(qū)進行地質(zhì)災(zāi)害危險性等級的劃分，從而為地質(zhì)災(zāi)害的管理及防治和預(yù)警決策提供依據(jù)。
(3) GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用
GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用中，GIS所起的作用主要是管理時空數(shù)據(jù)，進行空間分析；專家系統(tǒng)所起的主要作用是利用專家知識和空間目標的事實推理判定災(zāi)害的危險度［22］。二者的結(jié)合將使專家經(jīng)驗得到推廣，減少野外和室內(nèi)手工作業(yè)工作量，使區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的動態(tài)管理成為可能。
4 結(jié)語
（1）地理信息系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到了多種學(xué)科領(lǐng)域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統(tǒng)發(fā)展到多功能的、共享的綜合性信息系統(tǒng)，并向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現(xiàn)實及網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展，新興的地理信息系統(tǒng)將運用專家系統(tǒng)知識，進行分析、預(yù)報和輔助決策。
關(guān)鍵詞：空間信息技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)應(yīng)用
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）07-0050-03
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]?？臻g信息技術(shù)是指采用現(xiàn)代探測與傳感技術(shù)、攝影測量與遙感對地觀測技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等為主要手段，研究地球空間目標與環(huán)境參數(shù)信息的獲取、分析、管理、存儲、傳輸、顯示、應(yīng)用的一門綜合和集成的信息科學(xué)和技術(shù)[2]。
近年來，在物聯(lián)網(wǎng)概念及其應(yīng)用迅速發(fā)展的背景下，空間信息技術(shù)迎來了應(yīng)用與發(fā)展的新機遇，并逐漸顯示出了其在物聯(lián)網(wǎng)中的重要地位和不可替代的作用。探討空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用與應(yīng)用，對于促進多方的技術(shù)融合與協(xié)同發(fā)展的必要性日益顯現(xiàn)。
1 空間信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況
1.1 空間信息技術(shù)的發(fā)展
空間信息技術(shù)是當(dāng)前人類獲取并處理大區(qū)域地球空間及其動態(tài)信息的唯一技術(shù)手段。隨著科技的進步，空間信息技術(shù)無論是在單項技術(shù)還是在綜合集成上，都得以飛速發(fā)展，尤其是在1998年戈爾提出“數(shù)字地球”概念后，世界各國均紛紛出臺相關(guān)的發(fā)展策略與長遠規(guī)劃。目前，在空間信息獲取上，全球?qū)Φ赜^測能力不斷增強，人類逐步進入一個多源、多時相、全方位和全天候?qū)Φ赜^測的新時代；在空間定位技術(shù)上，則以GPS、GLONASS、伽利略和北斗星系統(tǒng)為代表，在靜態(tài)動態(tài)定位精度、運行可靠性以及實時數(shù)據(jù)上都得以改善與提高；在空間信息分析處理上，GIS作為集地理、測繪、計算機等多學(xué)科為一體的交叉綜合性學(xué)科快速發(fā)展，其以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進行數(shù)據(jù)的輸入、輸出、組織和管理，更關(guān)鍵的是GIS提供了對信息的認識表達、綜合分析、理解決策等方面的技術(shù)和模型，具有強大空間數(shù)據(jù)處理與空間信息分析功能，業(yè)已成為地球空間信息科學(xué)的重要理論內(nèi)涵與技術(shù)手段，是空間信息技術(shù)深化應(yīng)用的核心，并向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、三維化以及智能化等方向發(fā)展。
在具體的應(yīng)用上，國內(nèi)外相繼開展了數(shù)字地球、智慧地球、數(shù)字區(qū)域、數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)等一系列研究。目前的應(yīng)用已走出軍事、測繪等傳統(tǒng)領(lǐng)域，進入經(jīng)濟社會發(fā)展各個領(lǐng)域，包括資源環(huán)境、城鄉(xiāng)規(guī)劃、工程建設(shè)、交通、電力、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、電信、商業(yè)、旅游、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域以及大眾服務(wù)行業(yè)，并形成了規(guī)模強大的空間信息產(chǎn)業(yè)[3]。
1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展
物聯(lián)網(wǎng)理念最早出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書 [4]。1998年，美國麻省理工大學(xué)（MIT）提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想。1999年，美國Auto-ID首先明確提出“物聯(lián)網(wǎng)”概念。2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）《ITU Internet Reports 2005：The Internet of things》年度報告，正式將“物聯(lián)網(wǎng)”稱為“the Internet of Things”，并對物聯(lián)網(wǎng)概念進行了擴展 [5]。目前，國外對物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)、應(yīng)用主要集中在美、歐、日、韓等少數(shù)國家。2008年，歐盟智慧系統(tǒng)整合科技聯(lián)盟（EPOSS）發(fā)表《2020的物聯(lián)網(wǎng)：未來藍圖》的報告。2009年，彭明盛提出“智慧地球”概念，美國總統(tǒng)奧巴馬就職后，將“智慧地球”提升為國家層級的發(fā)展戰(zhàn)略，從而引起全球關(guān)注。2009年6月，歐盟委員會提交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》，隨后了其物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。日本政府自20世紀90年代中期以來相繼制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan 等多項國家信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。韓國政府自1997年起出臺了一系列推動國家信息化建設(shè)的產(chǎn)業(yè)政策。我國也在2006年的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006-2020年）》中將物聯(lián)網(wǎng)的核心傳感網(wǎng)列入重點研究領(lǐng)域。2009年，總理提出“感知中國”概念，并于2010年《政府工作報告》中指出要加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用，國家工業(yè)和信息化部門也把物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展作為國家信息產(chǎn)業(yè)確定的三大發(fā)展目標之一。
與基礎(chǔ)性研究同步，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究也取得了一定的進展，在倉儲物流、假冒產(chǎn)品的防范、智能樓宇、路燈管理、智能電表、城市自來水網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療護理、精準農(nóng)業(yè)傳感技術(shù)的精確應(yīng)用、智能化專家管理系統(tǒng)、遠程監(jiān)測和遙感系統(tǒng)、生物信息和診斷系統(tǒng)、食物安全追溯系統(tǒng)等領(lǐng)域體現(xiàn)了極大的應(yīng)用價值，并將發(fā)揮巨大的潛在作用。
2 空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用
2.1 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間認知的基準與標準
當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展，使得人們生活在一個由計算與通信技術(shù)構(gòu)成的信息空間與物理空間共存的空間中。在這個對偶空間中，既有存在從物理空間中獲取信息形成信息空間的組成過程，也有從信息空間向物理空間提供信息的反饋過程[6]。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要認知物理空間，并促進兩個空間的深度融合，而對于物理空間的認知與基準問題則應(yīng)包括幾何、物理和時間基準等內(nèi)容，這些也恰是空間信息技術(shù)研究的基本問題?？臻g信息技術(shù)在確定空間信息幾何形態(tài)和時空分布上的技術(shù)進步與應(yīng)用發(fā)展間接上奠定了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于物理空間的認知基準。另一方面，標準化是任何行業(yè)發(fā)展必須面對的問題，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由于其自身綜合性、交叉性等特點，標準化問題尤為突出。而伴隨著空間信息技術(shù)發(fā)展形成的一系列空間信息標準，包括括數(shù)據(jù)的格式、精度、質(zhì)量以及信息的分類編碼、安全保密、技術(shù)服務(wù)等諸多方面的內(nèi)容可以直接被物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)標準化所借鑒，至少在空間數(shù)據(jù)與信息上可以利用現(xiàn)有的標準化成果。
2.2 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供實時與非實時空間信息
人們接觸的信息中約80%和地理位置相關(guān)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中空間信息更是占據(jù)重要地位，空間信息技術(shù)則可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供實時和非實時的空間信息。隨著3S技術(shù)（RS、GPS、GIS）的進步以及與信息、通信技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，現(xiàn)已實現(xiàn)對于目標的實時與非實時分類識別、跟蹤定位和監(jiān)測監(jiān)管。一方面，隨著制圖學(xué)與空間數(shù)據(jù)庫相關(guān)理論與技術(shù)的進步，業(yè)已形成多層次標準化的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)地理信息平臺，并直接影響到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣度和深度[7]。另一方面，RS和GPS也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)獲取相關(guān)空間信息的途徑之一。其中，RS作為宏觀觀測地球的手段，其數(shù)據(jù)的空間、時間、光譜、輻射分辨率不斷提高，數(shù)據(jù)傳輸與處理的實時性顯著增強，并積累了大量的歷史數(shù)據(jù)形成空間影像動態(tài)數(shù)據(jù)庫；GPS的定位精度和覆蓋范圍也不斷提升，且從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點到廣域，從事后處理到實時定位，足以為物聯(lián)網(wǎng)提供高精度的實時定位信息，另外，GPS還可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間信息。
2.3 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間數(shù)據(jù)的分析處理、集成管理與數(shù)據(jù)挖掘
物聯(lián)網(wǎng)本意是要將物體與物體通過傳感器、網(wǎng)絡(luò)等聯(lián)合為有機整體，要將物體的特征特性轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)進行信息傳輸交流，這些數(shù)據(jù)具有異構(gòu)、分散、多源、海量和時空動態(tài)等相關(guān)特性，這給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與管理帶來了挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須將繁雜的數(shù)據(jù)進行有效的集成聚合與分析處理，才能保證物體之間的信息交流。作為空間信息技術(shù)之一的地理信息技術(shù)則是空間信息的存儲、處理、分析、管理和應(yīng)用的核心技術(shù)，在數(shù)據(jù)存儲與管理方面，業(yè)已形成先進的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型和成熟的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)；在數(shù)據(jù)的分析處理上，GIS有強大的空間數(shù)據(jù)處理能力，尤其在空間分析能力上更是其區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的顯著標志。
空間分析是為獲取和傳輸空間信息而基于地理對象的位置及形態(tài)特征的分析與建模的系列技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特征要求其具有強大的空間分析能力，以達到對海量空間數(shù)據(jù)的處理分析、挖掘、推理，并達到智能決策與服務(wù)的目的。當(dāng)前，空間信息技術(shù)在數(shù)據(jù)管理與處理上已從傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)逐步向空間決策支持系統(tǒng)轉(zhuǎn)變[8]。為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，空間數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘還將向泛空間信息分析、協(xié)同實時處理、智能推理、面向公眾服務(wù)等方向轉(zhuǎn)變[9]。
2.4 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供空間可視化技術(shù)
人占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中人與物的信息交互的主導(dǎo)地位。有研究表明，人獲取客觀世界的信息約有80%來自視覺，相對于其它途徑和方式，圖形圖像信息最易被人們直接識別，可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換解釋為直觀的圖形，從而簡化、便捷了人們獲取信息的方式與途徑。
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中涉及復(fù)雜的多源、多維空間數(shù)據(jù)，空間可視化理論與技術(shù)奠定了其可視化的基礎(chǔ)，并在一定程度上提高了人/機、人/物的信息交互效率。此外，GIS的發(fā)展已從傳統(tǒng)的2維地圖發(fā)展至2.5維與真3維空間信息系統(tǒng)，其基于空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的虛擬環(huán)境與情景模擬技術(shù)日趨成熟，以數(shù)字地球為代表的系統(tǒng)建設(shè)也已在應(yīng)用方向逐漸普及，這些都將在新時代物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中向廣度和深度發(fā)展。未來計算機技術(shù)與人的思維科學(xué)將進一步融合，人也會成為物聯(lián)網(wǎng)虛擬環(huán)境中的一部分，而其大前提則是需要借助空間信息可視化技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)來保證人與物、人與虛擬環(huán)境、人與空間信息的交互。
2.5 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供其他相關(guān)技術(shù)支撐
空間信息技術(shù)除了在空間數(shù)據(jù)的管理、處理、可視化等領(lǐng)域以外，還可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供很多其他相關(guān)技術(shù)支撐。例如，在物聯(lián)網(wǎng)中人與物的物理空間是連續(xù)的，而傳感器所獲取的數(shù)據(jù)大多為點數(shù)據(jù)，在獲取連續(xù)的空間數(shù)據(jù)上則需要空間信息相關(guān)技術(shù)的支撐。遙感就是獲取大范圍數(shù)據(jù)的最佳手段之一，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，借助其與相關(guān)點數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)反演也是當(dāng)前通過點源數(shù)據(jù)獲取大范圍連續(xù)數(shù)據(jù)的技術(shù)方法。
另外，早在物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)之前，空間信息技術(shù)已有了長足的發(fā)展，產(chǎn)生了諸多應(yīng)用基礎(chǔ)平臺與相關(guān)支撐技術(shù)，例如基礎(chǔ)地理信息平臺、分布式空間數(shù)據(jù)庫平臺與技術(shù)、移動GIS平臺與技術(shù)等。在這些平臺之上又成功地出現(xiàn)了一系列應(yīng)用，如導(dǎo)航、智能購物等公眾LBS服務(wù)，又如數(shù)字地球、數(shù)字城市等大區(qū)域范圍的應(yīng)用。在這樣一些應(yīng)用上，已經(jīng)出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)概念的雛形，這些已建成以及正在發(fā)展的平臺為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了平臺與技術(shù)基礎(chǔ)，很多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建可以基于上述平臺，添加物聯(lián)網(wǎng)的傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等技術(shù)以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能，例如冷鏈物流管理系統(tǒng)等[10]。
3 空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用
有學(xué)者指出物聯(lián)網(wǎng)的概念脫胎于應(yīng)用，其相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用雛形早已出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括資源、環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、公共安全、交通運輸、城市管理、平安家居和醫(yī)療健康等等，而這些領(lǐng)域中很多都是空間信息技術(shù)傳統(tǒng)與新興的應(yīng)用領(lǐng)域。在即將來臨的物聯(lián)網(wǎng)新時代中，空間信息技術(shù)在這些領(lǐng)域中成功的應(yīng)用案例和知識積累也將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
3.1 空間定位技術(shù)應(yīng)用
空間定位技術(shù)自誕生以來，逐漸由軍方轉(zhuǎn)向民用，已形成巨大的應(yīng)用市場，目前較為成熟的應(yīng)用主要有導(dǎo)航、物流以及各種基于位置的服務(wù)（LBS）。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，空間定位技術(shù)提供了人、物的空間位置信息，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中有著舉足輕重的地位并有著廣闊的應(yīng)用市場。例如，人和物的跟蹤定位，在安全、物流、遠程醫(yī)療、LBS服務(wù)等相關(guān)領(lǐng)域都是不可或缺的，空間定位技術(shù)勢必被這些領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)所應(yīng)用。
3.2 遙感技術(shù)應(yīng)用
遙感是空間信息技術(shù)中最具歷史的技術(shù)，在地質(zhì)、資源環(huán)境、災(zāi)害、區(qū)域、城市等調(diào)查監(jiān)測、分析預(yù)測方面有著成功的應(yīng)用。作為一種傳感技術(shù)，遙感將在這些領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用中成為系統(tǒng)信息源之一，也必將因其具有低代價大范圍連續(xù)獲取信息的能力而大有作為，尤其是在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)傳感器以點信息源為主的情況下，遙感獲取的信息恰是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用中有待發(fā)掘的藍海領(lǐng)域。
3.3 地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用
地理信息系統(tǒng)的核心技術(shù)涵蓋多源空間數(shù)據(jù)集成、空間信息可視化、空間分析技術(shù)、空間數(shù)據(jù)挖掘和GIS 應(yīng)用建模等諸多方面[11]，因此，在各領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，GIS不僅可以提供功能強大的數(shù)據(jù)存儲、處理、交換、分析、管理和應(yīng)用，還可以提供對空間與非空間信息的認識、分析與數(shù)據(jù)挖掘、表達和決策的技術(shù)和模型。隨著物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用的深入，出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與GIS的集成應(yīng)用[12]，一些物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)也直接基于GIS而設(shè)計開發(fā)，因此GIS在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景也越來越被人們所共識。
4 結(jié) 語
從物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，到近年來的快速發(fā)展，許多先進理念與科技創(chuàng)新不斷出現(xiàn)，但有學(xué)者指出物聯(lián)網(wǎng)還缺乏理論依據(jù)和技術(shù)支撐，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要傳感、網(wǎng)絡(luò)、計算機以及空間信息技術(shù)等相關(guān)理論技術(shù)的支撐。徐冠華院士曾在國家遙感中心成立15周年紀念會上提到，空間信息技術(shù)在過去的幾十年里得到了迅速發(fā)展，但在產(chǎn)業(yè)化和實用化方面還有相當(dāng)距離，而物聯(lián)網(wǎng)概念的誕生及其在各領(lǐng)域的發(fā)展恰為空間信息技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的市場和發(fā)展機遇。因此，清醒地認識空間信息技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中的作用及其應(yīng)用，促進空間信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的集成結(jié)合對于物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
參 考 文 獻
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關(guān)鍵詞：GIS GIS－T 關(guān)鍵技術(shù)
解決方案地理信息系統(tǒng)是集現(xiàn)代計算機科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和測繪科學(xué)為一體的一門新興學(xué)科。它采用數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學(xué)、多媒體等最新技術(shù)，對地理信息進行數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崟r準確地采集、修改和更新地理空間數(shù)據(jù)和屬性信息，為決策者提供可視化的支持〔1〕。目前在很多領(lǐng)域中，GIS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。尤其是在交通領(lǐng)域，GIS與傳統(tǒng)的交通信息分析和處理技術(shù)緊密結(jié)合，延伸出了交通地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System for Transportation），簡稱GIS－T。
1 GIS概述
GIS最早起源于20世紀60年代“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計算機處理分析”的目的。1963年，加拿大測量學(xué)家R．FTomlinson首先提出了GIS這一術(shù)語，并用于自然資源的管理和規(guī)劃。后來的幾十年中間，伴隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS的應(yīng)用也日趨深化和廣泛，在環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域成為常備的工作系統(tǒng)。
GIS是圖形處理技術(shù)、可視技術(shù)及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的有機結(jié)合，并以其混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和強大的地理空間分析功能而獨樹一幟。它與CAD系統(tǒng)和DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）等有著很大的區(qū)別。CAD系統(tǒng)雖具有強大的圖形處理能力，但其拓撲關(guān)系比較簡單，管理和分析大型地理數(shù)據(jù)庫的能力也有限；DBMS則側(cè)重于非圖形數(shù)據(jù)的優(yōu)化存儲和查詢，而圖形查詢、顯示功能、數(shù)據(jù)分析功能均相對較弱。
眾所周知，GIS中最基礎(chǔ)的也是最重要的部分是地理數(shù)據(jù)。GIS能夠?qū)崿F(xiàn)對大量復(fù)雜地理數(shù)據(jù)的輸入、存儲、操作和分析、輸出等一系列功能。
輸入：GIS數(shù)據(jù)大多數(shù)來自現(xiàn)實世界，數(shù)據(jù)量比較大。目前被廣泛采用的數(shù)據(jù)輸入方法是傳統(tǒng)的手工數(shù)字化方法。同時，遙感數(shù)據(jù)正日益成為GIS數(shù)據(jù)的重要來源，這標志著GIS數(shù)據(jù)輸入已經(jīng)開始借助于非地圖形式。另外，GPS技術(shù)的日益成熟也促進了GIS數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展。
存儲：GIS對數(shù)據(jù)的存儲比較獨特，即在大多數(shù)的GIS系統(tǒng)中普遍采用了分層技術(shù)，所以用戶在存儲這些數(shù)據(jù)時，只是處理涉及到層，而不是整幅地圖，因而能夠?qū)τ脩舻囊笞鞒隹焖俜磻?yīng)。
操作和分析：GIS充分繼承了CAD和DBMS的圖形操作和數(shù)據(jù)處理的成熟技術(shù)。GIS中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有著緊密的聯(lián)系，對數(shù)據(jù)的一致性要求較高，并且GIS對地理數(shù)據(jù)有著強大的空間分析功能。這是GIS的精華所在，也是GIS技術(shù)能夠在很多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
輸出：GIS能以合適的形式輸出用戶查詢結(jié)果或數(shù)據(jù)分析結(jié)果。對于輸出精度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，可以利用數(shù)據(jù)校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、坐標變換等技術(shù)來提高輸出質(zhì)量。
由于GIS中數(shù)據(jù)的處理比較繁瑣，工作量非常大，完全通過手工方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求，因此必須充分利用計算機的處理能力，借助于軟件系統(tǒng)來協(xié)助完成這些工作。目前GIS領(lǐng)域比較成熟的軟件有美國ESRI公司的Arc／Info，Mapznfo公司的MapInfo，Intergraph公司的MGE等。
2 GIS在交通中的發(fā)展
近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展，越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域同GIS技術(shù)建立了緊密的聯(lián)系。由于交通信息系統(tǒng)具有精度要求高、規(guī)則復(fù)雜、動態(tài)化、離散化等特點，原有的信息技術(shù)已經(jīng)不能完全滿通應(yīng)用的需求，而借助于GIS的強大功能，可以實現(xiàn)交通信息化的時代要求。交通領(lǐng)域中GIS的應(yīng)用也越來越受到研究者和開發(fā)者的重視。
交通地理信息系統(tǒng)是收集、整理、存儲、管理、綜合分析和處理空間信息和交通信息的計算機軟硬件系統(tǒng)〔2〕，是GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域的延伸，是GIS與多種交通信息分析和處理技術(shù)的集成。GIS－T具有強大的交通信息服務(wù)和管理功能，它可以應(yīng)用在交通管理的各個環(huán)節(jié)。在交通工程領(lǐng)域采用GIS技術(shù)和方法研究交通規(guī)劃、交通建設(shè)和交通管理及其相關(guān)的問題，具有其他傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點。
20世紀60年代，美國人口統(tǒng)計局建立了DIME以及后來的TIGER數(shù)據(jù)模型，當(dāng)時他們就采用了基于點和線的一維線性網(wǎng)絡(luò)來表達道路系統(tǒng)。在那些與點線相連的屬性表中，記錄了點線的各種屬性信息。一直以來，這種模式都是道路交通系統(tǒng)表達模型的一個主流。但是隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，對交通地理信息系統(tǒng)的要求越來越高，GIS－T將面臨更多的挑戰(zhàn)。
3 GIS－T關(guān)鍵技術(shù)
GIS－T是改進了的GIS和TIS（交通信息系統(tǒng)）的結(jié)合體。目前很多研究人員致力于GIS－T的研究與開發(fā)，圍繞著GIS－T產(chǎn)生了較多的研究課題，不同的研究課題涉及到的GIS－T的功能也有所區(qū)別。為了進行詳細說明，可以通過定義3個功能組來獲得一個通用的框架，這3個功能組是：數(shù)據(jù)管理（實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和維護）、數(shù)據(jù)操作（實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的創(chuàng)新）、數(shù)據(jù)分析或者建立可分析的模型。它們是相互依賴相互支持的，數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)操作的前提，而數(shù)據(jù)的建模又是在前兩個的基礎(chǔ)上建立起來的。
3．1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
長期以來，交通部門要使用和維護大量的信息，在很多情況下都是多個交通信息系統(tǒng)共存于同一個部門中，而且每一個交通信息系統(tǒng)只能處理某一類數(shù)據(jù)信息（如高速公路規(guī)劃網(wǎng)、公路管理系統(tǒng)以及事故信息等）。GIS－T的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于通過建立數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換的框架，把上述不同的數(shù)據(jù)存儲于一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，任何部門都能訪問到該系統(tǒng)中符合本部門要求的數(shù)據(jù)，同時能對這些數(shù)據(jù)進行分析和建模，然后進行管理和決策。
3．2 數(shù)據(jù)協(xié)同
交通數(shù)據(jù)一般都是由多個機構(gòu)提供并維護，數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標準難以統(tǒng)一。每個數(shù)據(jù)源可能都有自己的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型的不同和使用方法的多樣性給數(shù)據(jù)管理分析造成了很大問題。由于數(shù)據(jù)位置、拓撲結(jié)構(gòu)、分類、命名和屬性、線性測量的誤差，導(dǎo)致不同來源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一過程比較復(fù)雜，結(jié)果存在很大的不確定性。要使GIS技術(shù)在交通領(lǐng)域取得進展，必須借助數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)，從地圖的匹配算法、交通數(shù)據(jù)的錯誤模型和錯誤傳播（尤其是一維數(shù)據(jù)模型）、數(shù)據(jù)質(zhì)量標準和數(shù)據(jù)交換標準三個方面解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一的問題。
隨著地理數(shù)據(jù)越來越廣泛的應(yīng)用，協(xié)同性主題逐漸成為GIS－T領(lǐng)域中的一個最為緊迫的課題。在詳細的數(shù)字街道數(shù)據(jù)庫、緊急事件的安排和調(diào)度系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以及ITS（智能交通系統(tǒng)）的各個部分（包括測量使用者和運輸控制中心或者信息服務(wù)提供商之間的無線通訊）都必須應(yīng)用數(shù)據(jù)協(xié)同技術(shù)。
3．3 實時GIS－T
地理數(shù)據(jù)的收集是一個持續(xù)的過程。近年來，已經(jīng)開始出現(xiàn)實時基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)操作。例如，帶有全球定位系統(tǒng)GPS的車輛提供速度、位置等要素信息到運輸管理中心，管理中心再根據(jù)發(fā)送的交通信息將預(yù)測信息返回給車輛，這樣就組成了地區(qū)的阻塞管理系統(tǒng)。由此可見，進行實時數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)、處理和分析需要更快的數(shù)據(jù)訪問模式、更強大的空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及動態(tài)路由算法。
3．4 龐大的數(shù)據(jù)集
現(xiàn)實世界的交通問題涉及到龐大的地理數(shù)據(jù)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。地理信息科學(xué)對地理可視化和數(shù)據(jù)采集的規(guī)則、技術(shù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)獲得的計算方法進行了研究和集成，同時也促進了GIS－T的發(fā)展。
由于交通數(shù)據(jù)集大小的不同，就需要經(jīng)常更新系統(tǒng)設(shè)計，這個系統(tǒng)設(shè)計包括了信息顯示的精確性、速度上的優(yōu)化、算法運行時間與流程中的分析工具以及網(wǎng)絡(luò)分析的優(yōu)化。
3．5 分布式計算
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供的可連接性改變了計算機、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)和用戶之間的關(guān)系。計算機已經(jīng)形成了一個可移動的、分布式的、普遍存在的實體?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的GIS應(yīng)用變得越來越普遍（包括在交通領(lǐng)域中）。以通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式計算技術(shù)可以有效地使用本地和遠程的計算資源，借助完善的系統(tǒng)資源，實現(xiàn)適時應(yīng)用的構(gòu)想。
4 GIS－T中面臨的問題及解決方案
4．1 多格式數(shù)據(jù)源集成問題
GIS中最基礎(chǔ)的部分是數(shù)據(jù)，在GIS－T中也不例外。但是多年來，一方面由于缺乏權(quán)威的專業(yè)數(shù)據(jù)公司制作并出售基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)，所需的數(shù)據(jù)來源沒有保證，導(dǎo)致了大量的人力物力花費在制作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的工作上；另一方面，對已有的數(shù)據(jù)沒有充分加以利用，各部門積累下來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)格式和規(guī)劃不統(tǒng)一，難于共享利用，這樣不僅加大了成本，而且還延長了建設(shè)的周期。因此，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成、解決多格式數(shù)據(jù)源集成是近年來GIS－T系統(tǒng)研制開發(fā)的重要課題。目前，方案有以下3種：
（1）據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式：把其它的數(shù)據(jù)格式經(jīng)專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序進行格式轉(zhuǎn)換后，復(fù)制到當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或文件中。
（2）數(shù)據(jù)互操作模式：這是Open GIS Consortium（OGC）制定的規(guī)范，GIS互操作是指在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和分布式計算的情況下，GIS用戶在相互理解的基礎(chǔ)上，能夠透明地獲取所需的信息。
（3）直接數(shù)據(jù)訪問模式：就是在一個GIS軟件中實現(xiàn)對其它軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個GIS軟件存儲多種數(shù)據(jù)格式。
4．2 交通地理現(xiàn)象的表達
GIS－T中涉及3類模型：①區(qū)域模型，即在跨越空間時代表連續(xù)變化的現(xiàn)象；②離散實體模型，也就是離散的實體（點、線或多邊形）及其相關(guān)屬性的集合的抽象表達；③網(wǎng)絡(luò)模型，代表拓撲連接的嵌于地表的線性網(wǎng)絡(luò)變化的抽象表達。由于交通系統(tǒng)自身的特性，應(yīng)用于交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型幾乎都沒有超出上述的三種模型的范圍。
在對交通模型進行表達的時候，可以用許多具有多種屬性的線段代表道路網(wǎng)，用離散點代表各種道路網(wǎng)中的標志性地物，用線性網(wǎng)絡(luò)代數(shù)對交通網(wǎng)絡(luò)進行分析，這些方法對實現(xiàn)道路交通系統(tǒng)的計算機表示起到了一定的作用。在交通領(lǐng)域中，圍繞以弧和點的概念建立的網(wǎng)絡(luò)模型起的作用是最重要的。實際上，在許多交通應(yīng)用中，只需要單個的表示數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)模型就可以了。這種應(yīng)用的例子包括：
（1）人行道以及其它設(shè)備管理系統(tǒng)；
（2）實時與下線行程安排；
（3）基于網(wǎng)絡(luò)的交通信息系統(tǒng)和行程計劃任務(wù)；
（4）導(dǎo)航系統(tǒng)；
（5）實時交通堵塞管理和事故發(fā)現(xiàn)等。
5 結(jié)語
在交通領(lǐng)域，GIS－T被公認為21世紀的支柱性產(chǎn)業(yè)，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著GIS技術(shù)研究的進一步深入，目前GIS－T中存在的問題會逐步得到解決，這必定會促進GIS－T的各個方面的應(yīng)用和發(fā)展，大大地改變交通現(xiàn)狀，帶動整個交通行業(yè)的突飛猛進，成為促進經(jīng)濟發(fā)展的重要動力。
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關(guān)鍵詞:RS(遙感) GIS(地理信息系統(tǒng)) GPS(全球定位系統(tǒng)) 3S一體化 土地利用動態(tài)管理信息系統(tǒng)
【中圖分類號】S2【文獻標識碼】A【文章編號】1004-1079（2008）10-0201-01
1、RS 、GIS和GPS的發(fā)展特點
3S技術(shù)集中了空間、電子、計算機、數(shù)據(jù)庫、信息、通訊、人工智能和地球科學(xué)眾多學(xué)科的最新成就，在許多學(xué)科和國民經(jīng)濟的重大領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
RS 是 Remote Sensing的縮寫，指從遠距離高空及外層空間的各種平臺上，利用可見光、紅外及微波等電磁探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理技術(shù)來研究地面物體及其與環(huán)境相互關(guān)系的現(xiàn)代技術(shù)科學(xué)。遙感信息的主要特點是其具有周期性、宏觀性、實時性和綜合性。
GIS是Geographic Information System 或Geo-Information System的縮寫，通稱地理信息系統(tǒng)。是對空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、檢索、分析、建模和表示的計算機系統(tǒng)。它具有強大的對空間數(shù)據(jù)處理和對現(xiàn)實世界模擬的能力，在空間要素的疊置過程中，能夠產(chǎn)生相關(guān)、綜合的新信息，為用戶決策服務(wù)。GIS的用途十分廣泛，目前世界上出售的GIS商用軟件系統(tǒng)已多達30余種。
GPS 是Navigation Satellite Timing and Ranging /Global Positioning System的縮寫NAVSTAR/GPS的簡稱，含義為導(dǎo)航衛(wèi)星測時和測距/全球定位系統(tǒng)。它是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導(dǎo)航和定位要求而建立的新一代管理系統(tǒng)。它具有定位精度高、實時定位速度快、提供三維坐標、操作簡便、全天候作業(yè)及全球地面連續(xù)覆蓋等特點。
2、3S一體化是學(xué)科發(fā)展的必然趨勢
隨著計算機和空間科學(xué)的發(fā)展，世界迅速地經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命― 信息革命。它推動著地理學(xué)、測繪學(xué)及相關(guān)各學(xué)科相互綜合，形成一個大邊緣學(xué)科――地球信息科學(xué)。其中一個主要因素就是RS,GIS和GPS技術(shù)的發(fā)展和相互結(jié)合。
2.1 3S一體化的必要性
2.1.1 3S一體化是由地理信息本身的特點所決定的地理信息具有空間性、特征性和時間性，它本身是一種信息流，自然地融通在一起，不能人為地割裂。RS,G IS和GPS三者中任一系統(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征的一個方面，把信息技術(shù)人為地分割為獲取、處理和應(yīng)用3個互不關(guān)聯(lián)的方面，不能滿足準確全面描述地理信息流的要求。這是造成對信息理解和應(yīng)用上產(chǎn)生誤差的主要原因，所以迫切需要一種全新的3S集成系統(tǒng)。
2.1.23S一體化是由RS、GIS、GPS的自身特點所決定的。3S技術(shù)為地球與環(huán)境科學(xué)提供了新一代的觀測手段、描述語言和思維工具。RS、GIS、GPS技術(shù)各具特色，但在實際工作中單獨使用時各自存在著缺陷。GPS可以瞬間產(chǎn)生目標定位坐標，卻不能給出定位點的地理屬性;RS可以很好地獲取區(qū)域面狀信息，但受光譜波段限制，有眾多地物特征不可遙感;GIS具有較好的查詢、檢索、分析和綜合處理能力，但數(shù)據(jù)獲取與錄人始終是個瓶頸問題。3S集成后，取長補短是一個自然的發(fā)展趨勢，三者之間的相互作用如圖1所示。
2.l.3 3S一體化是現(xiàn)代地理學(xué)發(fā)展的要求隨著現(xiàn)代地理學(xué)在研究領(lǐng)域和方法上的不斷發(fā)展和成熟，其研究對象在廣泛性、實時性、準確性、分析、預(yù)測等功能上提出了更高的要求，只有3S集成，構(gòu)成整體的實時動態(tài)系統(tǒng)，才能滿足這一需求。其中GIS是一個核心技術(shù)，它需要RS不斷更新其數(shù)據(jù)庫及GPS的支持，是連接RS與GPS的紐帶，同時能夠處理各種來源與類型的數(shù)據(jù)。
2.2 3S一體化的技術(shù)支持
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)3S一體化創(chuàng)造了可能性，也提供了有力的技術(shù)支持，使來自不同數(shù)據(jù)源的不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)處理成為可能。
新型傳感器的研制和應(yīng)用會更加刺激相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為GIS提供更新、更豐富的信息來源，會更廣泛地應(yīng)用GPS這一有力工具。
GPS接收機精度的提高、應(yīng)用的方便和價格的降低，將對GIS、RS產(chǎn)生一系列革命性的變化。這些都為3S一體化的實現(xiàn)提供了技術(shù)上的支持。
3、3S一體化的模式
3S集成的方式可以在不同技術(shù)水平上實現(xiàn)，3S一體化大致有3種模式:一為三者結(jié)合，3個系統(tǒng)雖彼此獨立，但相互之間可以通過數(shù)據(jù)通訊而聯(lián)系在一起;二為三者合一，有共同的界面，做到表面上無縫的結(jié)合，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過特征碼相結(jié)合，這只是某種思想和方法的合一，并非將系統(tǒng)完全融合。
4、3S一體化在土地信息系統(tǒng)中的利用
長期以來，落后的土地管理技術(shù)手段一直是制約我國土地管理事業(yè)發(fā)展的瓶頸因素，特別是缺少現(xiàn)勢性的實時動態(tài)信息，不能適時地進行土地利用信息變更和規(guī)劃方案調(diào)整。隨著RS,GIS,GPS技術(shù)的發(fā)展并日益呈現(xiàn)出集成化、智能化、自動化的3S一體化發(fā)展趨勢，建立土地利用動態(tài)管理信息系統(tǒng)(LUDMIS)已成為可能。它不僅能實現(xiàn)信息的實時更新和土地利用的動態(tài)監(jiān)測，而且能夠快速根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展要求同時制定幾種規(guī)劃方案，以供領(lǐng)導(dǎo)部門決策，也能通過仿真模擬技術(shù)對土地利用規(guī)劃實施跟蹤管理和實時調(diào)整，為土地資源調(diào)查、土地利用動態(tài)監(jiān)測、分析與評價、預(yù)測與預(yù)警、決策與支持提供技術(shù)保證。
3S一體化技術(shù)是土地利用動態(tài)管理的理想技術(shù)支撐手段，完全可以進行土地利用信息的實時更新和規(guī)劃方案的動態(tài)調(diào)整。將GPS記錄數(shù)據(jù)、RS成像數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)及文檔資料和數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)范格式輸人計算機，建立土地利用空間信息庫，據(jù)此可以求出地物的空間坐標和屬性信息。同時，從中快速發(fā)現(xiàn)在哪些地區(qū)空間信息發(fā)生了變化，得到研究區(qū)域內(nèi)當(dāng)前城市化過程、耕地面積減少、土地利用變更和生態(tài)環(huán)境變化等的基本數(shù)據(jù)和圖面資料，進而實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的快速更新，在分析決策模型支持下，快速完成多維、多元復(fù)合分析。基于3S一體化的LUDMIS系統(tǒng)應(yīng)包括:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)分析、土地資源分類、土地需求量預(yù)測、土地評價分析、土地潛力、土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地利用動態(tài)仿真及成果輸出等功能子系統(tǒng)，如圖2所示。
總之 ，在 3S一體化技術(shù)支持下，建立LUDMIS是土地利用管理發(fā)展的必然趨勢，相信經(jīng)過大量的研究和實踐，這一動態(tài)系統(tǒng)很快會被廣泛地應(yīng)用于土地管理及相關(guān)部門。
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論文關(guān)鍵詞：適宜性評價，土地適宜性，GIS
0引言
土地適宜性評價作為土地評價的重要組成部分，是根據(jù)土地的自然和社會經(jīng)濟屬性，研究土地對某一現(xiàn)狀用途或預(yù)定用途的適宜程度。1976年聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）正式公布的《土地評價綱要》是最為典型的土地適宜性評價指南。由于土地適宜性評價針對性強，實用性大，應(yīng)用很廣，適宜性評價方法也不斷有新的進展。
1評價方法
1.1經(jīng)驗法
評價人員與當(dāng)?shù)乜萍既藛T和有實際經(jīng)驗的人討論，并依據(jù)研究區(qū)的具體情況和自己多年土地利用的經(jīng)驗，決定如何將各單項土地質(zhì)量的適宜等級綜合為總的土地適宜等級。該方法的優(yōu)點是能考慮數(shù)學(xué)方法所不能包括的各種非數(shù)量因子及具體變化情況，缺點是要求評價者對當(dāng)?shù)貤l件、土地質(zhì)量狀況和作物生物學(xué)特性具有豐富的知識，才能做出正確的判斷（夏敏，2000），而且不可避免的是易造成評價結(jié)果的主觀性。由于這些局限加上新方法、新技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)驗法的受用面越來越小。
徐樵利（1994）在湖北省宜昌縣完成的適種柑橘的土地評價系統(tǒng)就采用經(jīng)驗法，參照《土地評價綱要》建立起來的。首先確定影響柑橘生長的限制因素，然后逐項對它們進行分級，最后再綜合成總的土地適宜等級。同時，在評價過程中適當(dāng)考慮管理、投資和柑橘產(chǎn)量等社會經(jīng)濟因素。李秀斌(1989)對黃淮海平原土地做的農(nóng)業(yè)適宜性評價也采用了此法。
1.2極限條件法
該方法主要強調(diào)主導(dǎo)因子的作用，運用“木桶原理”，將單項因子評價中的最低等級直接作為綜合評價的等級（黑龍江省農(nóng)、林、牧土地適宜性評價，趙松喬等；江蘇省宜興市南部丘陵山區(qū)的土地適宜性評價，倪紹祥）。極限條件法簡單易操作，能很好體現(xiàn)個別極端決定土地利用適宜性的因素，但該方法未考慮到在一些情況下，土地某種性質(zhì)的不足可為其他部分所彌補（陳建飛等GIS，1999），因此得出的結(jié)論偏于草率和絕對，而且在多數(shù)情況下，綜合評定出的土地等級偏低。
1.3數(shù)學(xué)方法
數(shù)學(xué)方法以權(quán)重法為中心，即確定各個參評因子及其權(quán)重，然后對兩者的乘積加總，以和作為分等級的根據(jù)。主要分為多因素綜合評定法和模糊綜合評判法。
1.3.1多因素綜合評定法（指數(shù)和法）
該方法將各參評因子按其對土地適宜性貢獻或限制的大小進行經(jīng)驗分級或統(tǒng)計分級并賦值，然后用各參評因子指數(shù)之和來表示土地適宜性的高低。最后按照指數(shù)和大小排序，以經(jīng)驗確定指數(shù)和的分等界線。其中各參評因子及其權(quán)重系數(shù)的確定可依據(jù)回歸分析法、層次分析法、專家征詢法（Delphi）等。采用這些數(shù)學(xué)方法的目的都是為了獲得盡量準確的權(quán)重和指數(shù)和，以期盡量準確地評價適宜性等級（夏敏，2000），而且非數(shù)量化質(zhì)量性狀數(shù)量化和不同計量單元無量綱化使得各參評因子間具有了明顯的可比性（何敦煌，1994），缺點在于較極限條件法需增加大量計算過程，在地類復(fù)雜、評價單元數(shù)量較多的區(qū)域工作量明顯增加（何敦煌，1994），同時不能考慮到非數(shù)量因子的具體變化情況（夏敏，2000），而以和值計算土地質(zhì)量綜合指數(shù)往往會掩蓋某些特別限制因子對評價目標所造成的質(zhì)的影響（徐麗莎，2008），層次分析法、Delphi法在確定權(quán)重系數(shù)時主觀性過大。
劉胤漢等（1995）在陜西采用專家征詢法對農(nóng)業(yè)土地資源作了綜合性適宜性評價，經(jīng)過兩輪征詢后確定了坡度、高程等6個指標極其權(quán)重系數(shù)，最后將農(nóng)業(yè)土地分為最佳適宜、中等適宜和臨界適宜三等，并按此法對水稻作了單向性土地適宜性評價。吳燕輝等（2008）以湖北省潛江市為研究范圍，在GIS技術(shù)的支持下，闡述了如何用層次分析法進行土地適宜性評價，得到了潛江市的適宜性等級圖，并單獨對農(nóng)用地、林地、建設(shè)用地的適宜性評價結(jié)果作了分析。
1.3.2模糊綜合評判法
這種方法用于評價的原理，是對參評因子和適宜性等級建立隸屬函數(shù)，對參評因子的評價由參評因子對每一個適宜性等級的隸屬度構(gòu)成，評定結(jié)果是參評因子對適宜性等級的隸屬值矩陣；參評因子對適宜性的影響大小用權(quán)重系數(shù)表示，構(gòu)成權(quán)重矩陣，將權(quán)重矩陣與隸屬值矩陣進行復(fù)合運算，得到一個綜合評價矩陣，表示該土地單元對每一個適宜性等級的隸屬度。模糊綜合評判方法較好地體現(xiàn)了主導(dǎo)因素和綜合分析的相結(jié)合，比較符合客觀實際，通過對參評因素隸屬度的計算和模糊矩陣的復(fù)合運算得出評價單元對應(yīng)于各等級的隸屬度，其計算過程無需再摻入人為因素，減少了主觀性的干擾（陳建飛等，1999）。但是根據(jù)實地采集的調(diào)查數(shù)據(jù)對模糊綜合評判模型進行驗證，會發(fā)現(xiàn)模型存在一定的誤差，有一部分正確的樣本數(shù)據(jù)卻得不到正確的結(jié)果（焦利民等，2004）。
E. Van Ranst等（1994）采用該法對泰國半島的橡膠生產(chǎn)區(qū)做了土地適宜性評價。他們創(chuàng)新地根據(jù)每個因素對產(chǎn)量的影響賦予一定的權(quán)重系數(shù)，并將單項因子的適宜性評價與綜合的土地適宜等級結(jié)合起來。最后將評價結(jié)果與常規(guī)的極 限條件法、參數(shù)法和多元線性回歸的評價結(jié)果相比較，得出模糊綜合評價法的準確性較好，從而證明了該法的潛力。P.A.BURROUGH等（1992）采用加拿大阿爾伯塔農(nóng)業(yè)實驗農(nóng)場的數(shù)據(jù)，分別用布爾數(shù)學(xué)法和模糊分類法對每個細胞的土地屬性進行分類，得出布爾方法比模糊分類拒絕更多的細胞GIS，選取的細胞也不夠毗連。而模糊分類法在所有的階段都獲得更多的有效信息，分類的連續(xù)變化性也更好。
姚建民（1994）在典型的黃土殘塬溝壑區(qū)――隰縣針對如何利用農(nóng)作物、果樹、林木和牧草開發(fā)土地資源問題，重點篩選出原土地利用類型、坡度、坡向和海拔高程4個指標，運用模糊綜合評判法進行適宜性評價，劃分出土地適宜性開發(fā)類型區(qū)。劉耀林等（1995）在十堰市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有坡荒地，通過對制約土地的自然因素和社會經(jīng)濟條件的綜合分析，依照土地質(zhì)量滿足對預(yù)定用途要求的程度，采用模糊數(shù)學(xué)的方法完成了坡荒地的宜農(nóng)、宜林、宜牧、宜園4個適宜類的評價。陳建飛等（1999）應(yīng)用模糊綜合評判(Fuzzy Set)法、經(jīng)驗指數(shù)和法、極限條件法進行長樂市土地適宜性評價，對不同方法及結(jié)果進行對比分析，得出模糊綜合評判的結(jié)果與經(jīng)驗指數(shù)和的結(jié)果有較大的相似性、極限條件法的結(jié)論往往過于簡單，著重探討了模糊綜合評判方法的優(yōu)點――合理、客觀。
1.4人工智能方法
人工智能方法基于自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)系統(tǒng)的樣本學(xué)習(xí)機制，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、遺傳算法、元胞自動機等。劉耀林、焦利民（2004）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)造模糊系統(tǒng)，建立了土地適宜性評價的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差反向修正的原理，設(shè)計和推導(dǎo)了該模型的學(xué)習(xí)算法，并通過實驗證明該模型應(yīng)用于土地適宜性評價具有高效、客觀、準確等優(yōu)點。次年（2005），兩人將計算智能理論引入土地評價領(lǐng)域，構(gòu)建了一個全新的土地適宜性評價模型：首先基于模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后采用改進的遺傳算法進行訓(xùn)練，能夠快速收斂到最優(yōu)解，對初始的規(guī)則庫進行修正，形成了一個自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的評價系統(tǒng)。
1.5改進后的方法
以上介紹了在土地適宜性評價中常用的基本方法。近年來，鑒于各種方法本身的局限性，很多學(xué)者提出了各種方法相互結(jié)合或?qū)υ椒右愿倪M的評價方案，并應(yīng)用于某地的土地適宜性評價，取得了較好的結(jié)果。
廈門大學(xué)何敦煌（1994）在福建龍海適宜性評價中嘗試采用了極限條件法和指數(shù)和法相結(jié)合的兩次評價，即用極限條件法評價土地適宜類，用極限條件法和指數(shù)和法評價土地適宜等并確定土地限制性（適宜級）是同時進行的。這一方法不僅克服了極限條件法和指數(shù)和法的缺點，還相互間起了交叉檢驗的作用。
南京大學(xué)彭補拙等在做中亞熱帶北緣青梅土地適宜性評價時對盛花期溫度和土壤PH值這兩項對青梅生產(chǎn)發(fā)育有重要限制作用的因素采用極限條件法，對其余的評價因子采用逐步回歸分析法進行分析，作必要的因子剔除，得到它們的總適宜等級，最后再對這三項評價的結(jié)果按極限條件法進行歸總，得到該土地利用方式的適宜性等級最后評價結(jié)果，該結(jié)合體現(xiàn)各土地構(gòu)成要素的不同貢獻，提高評價結(jié)果的科學(xué)性和合理性。
北大的杜紅悅等以攀枝花為例，用模糊數(shù)學(xué)方法對FAO的農(nóng)業(yè)生態(tài)地帶法(AEZ)進行改進，并將GIS技術(shù)應(yīng)用于AEZ法中；歐陽進良等針對不同作物進行土地適宜性評價，并據(jù)評價結(jié)果、各類土地的特點及區(qū)位和經(jīng)濟因素進行作物種植分區(qū)。
2新技術(shù)的應(yīng)用
隨著數(shù)學(xué)方法的改進和新技術(shù)如3S（遙感技術(shù)RS、全球定位系統(tǒng)GPS和地理信息系統(tǒng)GIS）、ES（專家系統(tǒng)）的應(yīng)用，給土地評價，尤其是土地適宜性評價帶來了飛躍，它們在數(shù)據(jù)的獲得、處理、分析上的強大功能不僅使工作效率大大提高，還使基于大范圍的調(diào)查評價成為可能。
Jacek Malczewski (2004)對基于GIS的土地適宜型分析做了系統(tǒng)全面的梳理，他先從歷史的角度介紹了GIS的知識及其發(fā)展過程，然后回顧了基于GIS的土地適宜型評價的相關(guān)方法和技術(shù)，最后分析了其存在的挑戰(zhàn)、未來趨勢和前景。胡小華等（1995）通過專家系統(tǒng)的引入、層次分析法的應(yīng)用以及如何借助地理信息系統(tǒng)強大的空間分析功能及圖形和屬性的結(jié)合，實現(xiàn)了多目標土地適宜性的評價。張紅旗（1998）在評價柑桔土地適宜性時，結(jié)合GIS技術(shù)GIS，改變以往僅考慮自然條件的做法，分別建立柑桔土地的自然、經(jīng)濟、社會屬性適宜性評價模型及綜合評價模型，提高評價結(jié)果的科學(xué)性和合理性，也為其他類型的單作物(廣義)土地適宜性評價提供了一個可行的模式。
S.Kalogirou (2002)運用專家系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，建立了支持實證研究的土地適宜性評價模型――LEIGIS軟件。該模型基于聯(lián)合國糧農(nóng)組織的作物土地分類，分為物理評價和經(jīng)濟評價。物理評估選用了17種指標因子，采用布爾分類法，包括了一般種植作物和5種特定作物（小麥，大麥，玉米，棉花種子，甜菜）的評價模型。經(jīng)濟評價考慮了市場限制下的收入最大化問題。專家系統(tǒng)使得評價不同作物時規(guī)則可以適當(dāng)改變，地理信息系統(tǒng)使得空間數(shù)據(jù)的管理和結(jié)果可視化成為可能。該軟件支持任何空間數(shù)據(jù)集的評價和介紹，而且不需要評價者掌握特殊的電腦技能。夏敏（2000）在其碩士論文里探討了以地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)為技術(shù)支持，開發(fā)農(nóng)地適宜性評價專家系統(tǒng)的可行性，在Mapinfo地理信息系統(tǒng)的支持下，建立了一個具有一定通用性的農(nóng)地適宜性評價專家系統(tǒng)，并通過了在邳州市的實證研究。
3結(jié)論
我國的土地適宜性評價始于50年代，綜合的土地適宜性評價從70年代末全面展開,近l0年來，土地適宜性評價得到了更快的發(fā)展，更重視定性與定量相結(jié)合、針對特定目標或?qū)ο?。?jīng)驗法、極限條件法、多因素綜合評定法法、層次分析法等繼續(xù)得到使用，但通常做適當(dāng)?shù)母倪M或與其他方法相結(jié)合，彌補各自的缺陷。模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法仍然得到了很廣的應(yīng)用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、遺傳算法等新方法開始嘗試性應(yīng)用?？萍嫉陌l(fā)展使得3S技術(shù)和專家系統(tǒng)等新技術(shù)廣泛用于土地評價，尤其給土地適宜性評價中帶來了質(zhì)的飛躍，接下來的土地適宜性評價仍基于上述技術(shù)的支持是必然的趨勢。
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關(guān)鍵詞：數(shù)字地圖；服務(wù)；發(fā)展趨勢
中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0009-01
一、引言
地圖是地球空間信息的可視化形式，是人類空間形象思維的再現(xiàn)，也是空間信息傳輸與認知的重要手段[1]。20世紀，計算機的發(fā)明，使許多領(lǐng)域產(chǎn)生了新的發(fā)展甚至飛躍，一系列新的概念、名詞術(shù)語乃至新的學(xué)科隨之出現(xiàn)。數(shù)字地圖的概念就是隨著計算機技術(shù)在地圖學(xué)中的應(yīng)用而逐步形成和發(fā)展的[2]。目前，數(shù)字地圖制圖也已成為現(xiàn)代地圖學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字地圖在信息獲取與傳輸手段、表現(xiàn)內(nèi)容與方式等方面都展現(xiàn)出蓬勃的生機。本文首先介紹數(shù)字地圖的基本原理，然后分析了其發(fā)展趨勢。
二、數(shù)字地圖的基本原理
數(shù)字地圖是以數(shù)字形式記錄和存儲的地圖，是在一定的坐標系統(tǒng)內(nèi)具有確定位置、屬性及關(guān)系標志和名稱的地面要素和現(xiàn)象的離散數(shù)據(jù)，在計算機可識別的存儲介質(zhì)上存儲的概括的有序集合[2]。雖然它在計算機中的表示和存儲形式為一組數(shù)據(jù)，并非可視地圖，但在計算機屏幕等輸出設(shè)備上可再現(xiàn)為的色彩鮮艷、直觀的傳統(tǒng)地圖（模擬地圖）。屏幕上顯示的地圖即電子地圖。
數(shù)字地圖制圖的核心問題是如何使用計算機處理地圖信息，即研究空間信息的獲取、變換、存貯、處理、識別、分析和圖形輸出的理論方法和技術(shù)工藝，模擬傳統(tǒng)的制圖方法，進行地圖的設(shè)計和編繪，其技術(shù)基礎(chǔ)包括計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)。概括起來，數(shù)字地圖制圖需要解決三個主要問題：一是對連續(xù)的地圖信息數(shù)字化；二是對數(shù)字形式的地圖信息進行一系列的加工處理，形成各種形式的地圖產(chǎn)品；三是把數(shù)字地圖的有關(guān)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為人可閱讀的地圖圖形。
三、數(shù)字地圖的發(fā)展趨勢
數(shù)字地圖本身是存儲在計算機存儲器上的規(guī)格化的地圖數(shù)據(jù)，需要通過有關(guān)軟件調(diào)用處理才能再現(xiàn)現(xiàn)實世界地表地物的位置、幾何形狀、相互關(guān)系和相關(guān)屬性信息。這些在很多方面都推動數(shù)字地圖呈現(xiàn)出了新的發(fā)展趨勢。
（一）數(shù)據(jù)集成多源多維化。傳統(tǒng)的數(shù)字地圖主要基于模擬顯示地理信息的思想。電子地圖背景數(shù)據(jù)源包括桌面出版環(huán)境中的地圖、航空像片、衛(wèi)星影像、GPS數(shù)據(jù)、各類專題圖等。專題數(shù)據(jù)源又包括：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地名庫、DEM庫等。背景數(shù)據(jù)可以二維、三維的形式表現(xiàn)，專題數(shù)據(jù)滲透在背景中，其分析結(jié)果以可視化的形式顯示于背景之上。現(xiàn)在，一些城市數(shù)字地圖提供的服務(wù)往往包括主要建筑、道路、景區(qū)等相關(guān)地名信息查詢和現(xiàn)場實況[3]。谷歌還推出了具有大型商店和機場室內(nèi)地圖功能的新版移動地圖服務(wù)，幫助用戶避免在大賣場和復(fù)雜建筑物內(nèi)迷路，可以說，這是一次重大突破。該系統(tǒng)利用移動基站、GPS和公共WiFi接入點來進行定位，不過該功能目前僅限于美、日的一些知名場所。
（二）數(shù)據(jù)庫訪問自動化、標準化。電子地圖中數(shù)據(jù)庫訪問采用通用數(shù)據(jù)庫引擎與標準結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL），實現(xiàn)自動化操作。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，數(shù)字地圖分布存儲和處理、網(wǎng)上傳輸和服務(wù)趨勢日益明顯。為了保證大量高清數(shù)據(jù)上線后，瀏覽器的速度和穩(wěn)定性，一些電子地圖服務(wù)機構(gòu)開始引入云計算技術(shù)和多站點流量分擔(dān)方案，以實現(xiàn)用戶在線看視頻地圖不卡殼。
（三）數(shù)據(jù)表達準確、可視化。傳統(tǒng)的數(shù)字地圖，空間目標采用方程參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，繪制時采用“反走樣”以增強圖形效果，影像信息采用“金字塔”策略顯示。其可視化表達的內(nèi)容由最初單一的空間數(shù)據(jù)可視化，擴展為面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的屬性數(shù)據(jù)和空間關(guān)系的可視化。表達的手段已由2維轉(zhuǎn)向3維乃至真實場景等?，F(xiàn)在，一些城市的數(shù)字地圖已經(jīng)發(fā)展到從平面地圖查詢直接升級為高清街景和實時路況，可在線瀏覽實時交通路況，可清晰看到道路兩側(cè)樓房的樓梯、隔離帶、車棚等場景。而谷歌的街景地圖功能曾因為數(shù)據(jù)分辨率太高太真實而在一些國家引起了隱私保護方面的爭議。
（四）產(chǎn)品模式多媒介、個性化。以可視化數(shù)字地圖為背景的光盤電子地圖、網(wǎng)絡(luò)電子地圖、PDA電子地圖，通過只讀光盤、網(wǎng)絡(luò)及移動通信等媒介傳播，以普通PC機、觸摸屏計算機、PDA、智能手機等形式提供給大眾使用，通過人機交互手段可以實時、動態(tài)地提供信息檢索、數(shù)值分析、決策咨詢和機動駕駛、步行和自行車導(dǎo)航等功能；展示城市、企業(yè)、旅游景點等區(qū)域綜合面貌，是數(shù)字化技術(shù)與古老地圖學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的地圖品種，正逐漸成為公眾日常生活中信息服務(wù)的一部分。通過歷史文化信息系統(tǒng)和公共旅游服務(wù)系統(tǒng)將全方位地還原所有5A景區(qū)的視頻原貌，人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)登錄系統(tǒng)，在線模擬旅游，查詢景區(qū)的電話、開放時間、門票、廁所等實用旅游信息。當(dāng)然，這些服務(wù)涉及到地圖制作生產(chǎn)商與有關(guān)行業(yè)的有效合作溝通，否則，提供的信息往往因為更新不及時而失去其應(yīng)有的價值，最終影響產(chǎn)品信譽而失去用戶支持。
（五）用戶接口人性化。目前，電子地圖交互界面中應(yīng)用了一些優(yōu)秀的多媒體技術(shù)，如Flas、3維動畫、視頻特技VRML場景、360°全景圖、多媒體網(wǎng)頁等，大大改善了用戶接口。將來，多媒體人機交互技術(shù)的智能化會為電子地圖提供強大的技術(shù)支撐與創(chuàng)意空間。一些數(shù)字地圖產(chǎn)品的手機版，將全面支持安卓、蘋果、微軟移動等主流操作系統(tǒng)。其中，Android智能手機和平板電腦的用戶已可以查看谷歌的室內(nèi)地圖。
五、結(jié)束語
信息時代，數(shù)字地圖成為人們認識世界、改造世界和進行各種活動經(jīng)常需要的重要信息來源。真實可靠、快速顯示用戶需要感知的信息是其創(chuàng)新發(fā)展的不竭動力和思想源泉。
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