地理信息科學理論與技術武漢大學遙感信息工程學院內容上篇：地理信息科學的理論與方法一、地理信息科學的提出二、地球系統理論的發展三、地理信息科學的孕育和發展四、幾個重要概念的解釋五、地理信息科學的特征六、地理信息科學基本框架七、地理信息科學的方法論內容八、GIS的時空觀九、社會科學的空間表達觀十、GIS中時間維和空間數據庫十一、空間數據概括和多重表達十二、空間可視化表達十三、數據質量問題十四、上篇總結內容下篇：地理信息科學的技術一、地理信息共享平臺技術二、地圖緩存與瓦片地圖、數據壓縮三、富客戶端（RIA）技術四、地理數據尺度轉換技術五、地理數據庫的更新技術主要參考書：

1、《地理信息科學的理論與方法》王會讓著

2、《地理信息科學方法論》齊清文著其他參考資料：

1、期刊文獻資料

2、會議資料

上篇：地理信息科學的理論與方法按照研究的對象，地理學的分類：自然地理學、人文地理學、系統地理學、區域地理學、歷史地理學和應用地理學。自然地理學研究自然環境或其組成要素的特征、分異、及其變化發展的規律。人文地理學研究人-地關系的規律性。系統地理學研究地理環境或人-地關系的整體或某一地理要素的結構、分布及其發展變化的規律性。上篇：地理信息科學的理論與方法

區域地理學以一個區域為研究對象，探討各類地理要素之間的關系，以揭示區域特點、區域差異和區域關系。歷史地理學研究歷史時期地理現象和人地關系的地理分布、演變及其發展規律。應用地理學研究某一特殊問題的地理因素、分布、演變規律及其規則，具有邊緣學科的性質。如環境地理學、醫學地理學、經濟地理學、行為地理學等。上篇：地理信息科學的理論與方法

隨著信息技術的發展，地理學的概念、內涵、研究對象、學科特點發生了重大變化。取得了一系列重大研究成就。如地域分異規律和區域系統研究、地表自然過程的綜合研究、人-地系統與區域發展研究、GIS的建立和應用研究等。現代地理學正從靜態的定性描述，向動態的定量分析，由理論向實踐，由宏觀向微觀發展。從發展來看，需要把握地理空間認知模型、地理概念的計算機實現和信息社會的地理學三大戰略領域。上篇：地理信息科學的理論與方法

地理科學更加注重與現代科學技術的融合。如高分辨率的對地觀測系統、高靈敏度和高準確度的分析測試系統、不同條件下的實驗模擬系統等。上篇：地理信息科學的理論與方法20世紀中葉以后，地理學的理論框架體系和地理學的計量化有了很大的發展。如學者提出的計量地理學、理論地理學、系統地理學、應用地理學、實驗地理學等。錢學森提出的地球表層學或地理科學，主張用“定性-定量-定性”的綜合集成方法，研究復雜、開放的巨型系統——地球系統。上篇：地理信息科學的理論與方法

（2）地理信息科學是面向地理空間數據處理的信息科學分支,從信息科學概念出發,地理信息科學的定義為地理信息的收集、加工、存儲、傳輸和利用的科學。（3）地理信息是人類對地理空間的認知，地理信息科學是人們直接或間接地(借助計算機等)認識地理空間后形成的知識體系。上篇：地理信息科學的理論與方法

在應用計算機技術對地理信息進行處理、存儲、提取以及管理和分析的過程中逐步完善形成了地理信息科學技術體系。

地理信息科學是一門從信息流的角度，研究地球表層自然要素與人文要素相互作用及其時空變化規律的科學。上篇：地理信息科學的理論與方法（2）地理信息的虛擬分析與研究得以發展網絡GIS和虛擬現實技術的發展和結合，使數據量巨大、結構復雜的圖形、圖像、音頻、視頻等多源數據的處理與傳輸成為現實。在地學理論的研究中，上述技術和理論的完善，可使地理學家通過所建立的虛擬境界，親自感受和認知復雜的，關于地質。地貌、水文、氣象、土壤、植被等的空間關系和物理關系，深化對其內部關系和機理的認識。上篇：地理信息科學的理論與方法（3）數值模擬和定量化研究不斷加強

RS、GIS、GPS等研究手段，和分形學、混沌學、神經網絡等研究方法論的發展，使人們從非線形角度，均質性和異質性、穩定性和變異性、漸變性和突變性等角度出發，用數學模型、計算機動態模擬技術，從更加量化和動態的深度，去刻畫和闡明區域地理要素及其綜合屬性、地理過程等成為可能。人們對地理現象和地理過程的數值模擬和定量化研究的進展，使人們對地理系統的認識更加深刻。9.14上篇：地理信息科學的理論與方法二、地球系統理論的發展根據陳述彭院士對地球系統的理論研究，地球系統的理論基礎有3個：（1）地球系統的非均衡性理論。是地球系統信息流形成的基礎。（2）地球系統的耗散結構理論。（3）地球系統的引力場理論。后兩個是形成地球系統信息流的熱力和動力。共同形成信息流的過程。上篇：地理信息科學的理論與方法

由于地球系統中普遍存在著物質和能量的分布不均衡現象，以及由這種不均衡現象產生的位能、勢能和壓強差的存在，因此，就產生了物質的擴張、滾動、流動、蠕動及墜落過程和能量的輻射、傳導和擴散過程。即形成了物質和能量流。信息流就貫穿于這個物質和能量流的整個過程。上篇：地理信息科學的理論與方法

在地理系統中，物質和能量流的流量、流速、和流向，取決它們在時空分布的非均衡程度。即它們的高與低、多與少、強與弱之差。即位能、勢能、動能及壓強之差。

在信息科學中，與物質和能量相伴而生、相伴而存在的信息，是物質和能量在時空分布的不均衡特征造成的。信息流又是物質和能量的時空分布的不均衡的性質、特征和狀態的表征。因此，信息是物質和能量狀態的標志。上篇：地理信息科學的理論與方法

研究地球系統離不開信息，研究系統的結構、功能離不開信息。系統各部分之間的聯系往往是通過信息流來實現物質和能量的交換。信息流的時空特征，特別是暢通程度，是衡量一個系統結構化程度和系統發展水平的有效尺度。信息本身是無形的。它既不同于物質，也不同于能量。但一經形成，必然依附于載體而存在，使無形成為有形。這就是在生活中，信息常常以文字、符號、圖形、圖像、聲音等為載體表現出來。上篇：地理信息科學的理論與方法三、地理信息科學的孕育和發展1、客觀實踐的需求促進了地理信息科學的形成和發展。地理學是研究地理環境的科學，即研究地球表面這一部分的人類環境。可以分為自然環境、經濟環境和社會文化環境。它們在地域上和結構上相互相互重疊、相互聯系構成統一的一個地理環境整體。

上篇：地理信息科學的理論與方法

在地理學的發展過程中，信息科學、系統科學的理論與方法不斷與其某個領域的研究對象、研究方法、研究內容相結合，使傳統地理學的概念和內涵不斷發生變化。系統論認為：現實世界歸根到底是由某些規模大小不同、復雜程度各異、等級層次有別、彼此交互重疊、并且相互轉化的系統所組成的一個有序的網絡系統。

上篇：地理信息科學的理論與方法

在全球范圍內，隨著區域開發、環境保護和大型工程項目的建設需要，大量觀測站網的布設，航空航天遙感技術獲取數據能力的不斷增強，為其提供了大量的數據資源。同時，由于自然科學、社會科學、技術科學、管理科學的交叉與融合，直接導致了規劃、決策和管理部門工作方式的迅速改變。上篇：地理信息科學的理論與方法如：20世紀50年代，定性文字描述和定量統計圖表的信息表達方式廣為使用；

20世紀60年代，專題地圖的制作蔚然成風，但周期長，更新困難。

20世紀80年代，出現了以計算機為主題，并得到遙感、系統工程支持的信息系統。成為規劃、決策和管理的現代化保證。由于計算機科學的發展，以及它在攝影測量、遙感、地圖制圖等方面的應用，是人們能夠以數字的方式，采集、存儲和處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據。并希望通過計算機對數據的分析，直接為管理和決策服務。上篇：地理信息科學的理論與方法

面對全球化的問題，如全球經濟一體化、全球氣候變化、區域自然地理過程、重大災害監測與預警、人類社會的可持續性發展等重大問題，要找到科學合理的解決方案，就必須應用有效的理論和方法，來獲取、處理和分析多種來源的多種信息。這促使了地理信息科學的產生和發展。上篇：地理信息科學的理論與方法2、科學技術的進步使地理信息科學成為一個學科成為現實。（1）科學思想的變革科學思想是人類對客觀世界的理性認識的核心內容，是科學理論中的精華和指導性的觀點，也是人類的根本思維方式。人類的思想從本能到直覺、理智、抽象思維，形成直觀的、經驗的、因果的、概率的、系統的以及非線性等絢麗多彩的科學思想。9.21上篇：地理信息科學的理論與方法

在當代自然科學領域，人們主要研究自然界的可逆性和不可逆性、對稱性和非對稱性、決定性和隨機性、簡單性和復雜性、進化和退化、穩定和不穩定、平衡和非平衡、有序和無序等一系列范疇。先后產生了系統理論、信息理論、控制理論、耗散結構理論、協同理論、突變理論、分形理論以及混沌理論等一系列學科。上篇：地理信息科學的理論與方法

對于球系統，或地理系統，在以往的研究中，由于受到認識能力的限制，人們只能處理一些簡單的線性問題，對于非線性的復雜問題，在數學上則很難有其解。實際上，地球系統是非線性的，研究其特征，研究它不僅對于模型構建和實際應用具有指導意義，而且是地理信息科學的重要理論基礎之一。上篇：地理信息科學的理論與方法

當今，信息是推動世界經濟發展和社會全面進步的關鍵因素。科學的宇宙觀和哲學思想不斷完善的年代。對地球環境的認識，需要新的理論做指導。上篇：地理信息科學的理論與方法2、科學技術本身的推動力在地理信息科學的發展中，計算機科學、制圖學、遙感科學在人類認識客觀世界當中發揮了重要作用。自然界復雜多樣，人們為了認識世界，把自然界劃分為不同的領域，并在實踐中不斷完善和發展。受到各個時期生產力發展水平的約束，人們的認識水平也受到各種限制。在這個認識的過程中，人們總是要借助各種理論和技術來達到認識客觀世界的目的。上篇：地理信息科學的理論與方法

為此，人們發明了眾多的科學工具，形成了各種理論體系和方法體系。

20世紀90年代的科技發展是20世紀科技發展的縮影。在基礎科學研究方面，有一系列重大發明。如在復雜的非線性現象研究方面，實現了時間序列混沌的控制實驗，目前還在實驗用混沌信號隱藏機密信息的信號傳輸方法；多種高精度儀器的發明和使用，得到了微觀結構清晰的圖像，如掃描隧道顯微鏡、皮秒和飛秒（10-13秒）激光脈沖儀、飛秒時間分辨儀、核磁共振等。使對自然物質的時空認識達到原子和飛秒水平。上篇：地理信息科學的理論與方法

電子信息科學的發展，如人工智能計算機、人工神經網絡計算機、光子計算機、網絡計算機、超導計算機、生物計算機等的研制，多媒體、計算機網絡和虛擬現實技術的發展，把計算機與通信技術推到了一個新的高度。美國《時代》周刊把虛擬現實技術列為“改變未來的十大技術”之一。這些都使傳統的模擬方式和思維方式發生重大改變。上篇：地理信息科學的理論與方法

在科學技術的發展中，長遠看，離開了海洋開發和與空間開發的可持續性發展，人類社會的可持續性發展將是一紙空談。聯合國將1998年定位“國際海洋年”。反映了人類探索海洋和太空的迫切愿望。航空航天技術的發展，拉開了這一探索的序幕。短短半個世紀，空間科學技術在通信、定位導航、氣象預報、資源利用、災害監測、軍事和天體研究方面得到了廣泛應用，成為影響國民經濟發展，標志綜合國力的重要領域。上篇：地理信息科學的理論與方法

在衛星領域，對地觀測系統成為人類認識地球資源與環境的重要工具和技術支撐。海洋科學也在不斷的發展。不但包括探索海洋的物理、化學、生物和地質過程的海洋物理學、海洋化學、海洋生物學、海洋地質學等基礎研究，還包括了海洋資源開發利用和軍事活動的應用研究。上篇：地理信息科學的理論與方法

在地理信息科學方面，20世紀70年代，美國經濟學家馬克·波拉特發表了著名的《信息經濟論》，打破了過去劃分產業結構廣泛使用的科林·克拉克學派的第一、第二和第三產業的三分法，提出了以農業、工業、服務業、信息業四大產業結構的劃分方法。在這種理論的指導下，一些發達國家紛紛以波拉特的理論和計量方法，分析和評價本國的信息化程度，進而提出各自的發展戰略。這些理論，為地理信息科學的發展提供了理論依據。上篇：地理信息科學的理論與方法3、現代科學思想和技術成就推動地理信息科學的不斷完善。信息科學是研究客觀世界及其信息資源的理論，研究人類、生物和計算機如何獲取、識別、轉換、存儲、傳遞、再生成和控制掌握各種信息的規律、以及人工智能的科學。在信息科學的體系中，理論基礎是信息論和控制論。把信息科學的理論和方法，用于研究地理現象和地理過程，形成了地理信息科學新的領域。遙感衛星和計算機的發展，為研究復雜的地理系統提供了豐富的信息資源，以及跨越時空的分析模型和預測預報的信息處理手段。上篇：地理信息科學的理論與方法

信息基礎技術、信息系統技術和信息應用技術是現代信息技術包含的三個層次。計算機語言（面向對象）、計算機操作系統、計算機網路是是該領域的重要事件。以計算機為核心，數字化、網絡化、智能化和可視化為特征的信息化發展，是地理信息科學發展的重要理論和技術支撐。上篇：地理信息科學的理論與方法

認知科學在地理信息科學的形成和發展中起到了無可替代的作用。它是研究人、動物和機器的智能本質和規律的科學。研究內容包括：知覺、學習、記憶、推理、語言理解、知識獲得、情感和系統為意識的高級心里現象；是心理學、計算機科學、人工智能、語言學和神經科學等基礎科學和哲學交叉的高度跨學科的新興學科。認知心理學和人工智能是其核心學科。上篇：地理信息科學的理論與方法

認知科學作為研究人類的認識和智力本質和規律的前沿科學，得到了廣泛的認同。具有創新意義的認知思維、認知理念及認知模式的發展，對于人們認識和理解復雜的地理系統、地理環境和地理信息具有重要作用。這方面的研究成果，對于國家信息基礎設施、數字地球、數字城市都具有非常的意義。上篇：地理信息科學的理論與方法

地理信息科學由Goodchild于1992年提出以來，其基礎理論和方法的研究，受到廣泛關注。主要研究利用計算機技術對地理信息的處理、存儲、提取以及管理和分析過程中一系列的基本問題。如地理數據的獲取、地理信息的認知和表達、地理信息空間分析、地理信息基礎設施以及地理信息系統的社會實踐等。上篇：地理信息科學的理論與方法

四、幾個重要概念的解釋

1、物質信息在地理信息科學的研究中，對地理系統中的地理現象或地理過程所包含的物質信息的識別、采集、量測、提取、分析、存儲、檢索、顯示、更新、管理、綜合、處理及應用的把握，具有重要的理論和時間意義。物質信息是指地理實體的物質成分、結構、形狀、時間和空間分布的性質、特征和狀態的表征或一切知識。反映物質信息流的空間數據流如下圖：上篇：地理信息科學的理論與方法2、能量信息能量的分配與轉換在地理系統中具有重要意義。在物質循環過程中，沒有能量的支配是不可想象的。在能量不平衡的條件下，產生了諸如地殼運動、生物演替的客觀規律。能量信息反映的是有關地理實體的能量特征，如重力、磁力、電磁波譜、聲學等的性質、特征和狀態的表征或一切知識。這是物理勘探和遙感的研究對象。在地理信息科學中，也具有重要應用，如地理過程的驅動力、地理系統內各子系統的耦合關系的分析、地理現象的信息建模和動態分析等。9.28上篇：地理信息科學的理論與方法3、地理系統（地球系統、地理空間）

地理系統，指某一個特定時間和特定空間的，由兩個以上相互區別又相互聯系、相互制約的地理要素或過程所組成的，并具有特定的功能和行為，與外界環境相互作用，并能自動調節和具有自組織功能的整體。上篇：地理信息科學的理論與方法這里提到的地理要素，是指：資源、環境、經濟和社會等。或者地質、地貌、氣候。土壤、植被、水文、經濟與社會等。上篇：地理信息科學的理論與方法Q上篇：地理信息科學的理論與方法對地理系統的認識，有助于明確地理現象或地理過程的客觀特征，有助于辨識、獲取、分析和利用地理系統中的物質信息、能量信息，揭示地理信息的客觀規律。為地理過程的建模提供理論、方法和實踐的依據。自然界的物質系統有不同的劃分依據：上篇：地理信息科學的理論與方法系統論認為，現實世界正是由這些規模大小不同、復雜程度各異、等級層次有別、彼此交錯重疊、又相互轉換的的系統組成的網絡系統。通過對系統的認識，來揭示現實世界的客觀特征。上篇：地理信息科學的理論與方法4、耦合耦合是指一定時空尺度上，自然、社會、人文和經濟等要素之間的關系。對各種要素之間耦合關系的研究，是進一步研究和探索物質流、能量流和信息流的重要途徑。如資源與環境的耦合（土地資源與水熱資源的耦合，氣候與地形的耦合），資源、環境與社會、經濟的耦合（山地-綠洲-荒漠系統耦合）等。上篇：地理信息科學的理論與方法一些耦合關系，恰恰是揭示地理信息科學關鍵過程的重要切入點。如地理系統中各種自然界面的耦合、大氣-海洋界面的耦合、海洋-陸地界面的耦合、大氣-陸地界面的耦合等。耦合關系構成了地理系統多姿多彩的特征。上篇：地理信息科學的理論與方法5、虛擬現實虛擬現實也成虛擬環境或人工實現。是指利用計算機技術生成一個逼真的、具有視覺、聽覺、觸覺等效果的，可交互的動態環境。運用三維立體顯示器、數據手套等，形成一個數字化、網絡化、虛擬化的立體環境。為人類模擬、可視化地理環境，分析地理關系等提供了有效的工具和方法。上篇：地理信息科學的理論與方法五、地理信息科學的特征

1、學科關系（1）經典地理學及其分支科學的研究對象及理論是其研究對象和理論基礎；（2）信息科學的院里和方法是其方法論的源泉；（3）GIS、RS、GPS、VR、網絡傳輸、模式識別等是產生和發展的動力；

上篇：地理信息科學的理論與方法（4）資源科學、環境科學、生態科學是其重要應用領域，地球資源環境研究是核心；（5）計算機科學、圖形圖像學、測繪與制圖學的理論和方法是其表達和描述的工具；（6）建立數字地球、數字城市的理論與方法是其快速發展的推動力。上篇：地理信息科學的理論與方法2、地理信息科學的內容和方法（1）闡明地理系統各要素及其過程的發生、演變及其發展規律。（2）探索地理信息形成、傳遞的機理和模式。包括地理信息的性質、特征、分類、規范標準和編碼體系，地理信息時空結構、尺度轉換、地理信息機理理論，地理信息的獲取、處理、分析方法和手段，地理信息傳遞過程和誤差機理，信息的反演理論和度量等。同時還應包括地理信息在區域資源開發、環境保護和社會經濟發展之間的關系研究等。上篇：地理信息科學的理論與方法（3）探索地理系統穩定性的機制及其安全問題。如自然災害監測與預警、資源承載力和環境容量等。（4）挖掘新技術、新方法在地理信息科學方面的應用領域和應用途徑。包括地理信息技術的集成，地理信息系統分析的理論和方法，3S技術和地面監測系統信息復合應用的理論和方法，3D可視化及動態模擬方法，VR和多維信息的環境構造等。（5）開拓信息服務產業。包括GIS系統的設計與開發，資源與環境管理系統的模式、地理信息服務網絡建設，GIS功能軟件的開發，地理信息的共享模式等。上篇：地理信息科學的理論與方法六、地理信息科學基本框架1、基礎理論體系主要是地理信息機理的研究。主要通過研究地理信息的結構、性質、分類與表達、地理信息傳輸過程及機制、地理信息的空間認知機理、以及地理信息的獲取、處理、分析理論等。2、方法體系主要體現在：空間數據的分類方法及其編碼，投影坐標轉換，數據采集方法，元數據描述方法，空間信息建模及決策支持方法等。10.12上篇：地理信息科學的理論與方法GIS將來源于地理系統的數據流經過空間信息分析，將數據流轉換為信息流，完成了對地理系統的認知過程。空間決策系統對來源于GIS的信息流進行決策分析，將信息流轉化為知識流，模擬了對地理系統的調控過程。策略、方案實施則將認知行為轉化為可操作的調控行為。上篇：地理信息科學的理論與方法3、技術體系地理信息的獲取技術、地理信息模擬技術、地理信息建模技術、地理信息分析技術、決策支持技術等是核心。當然，還包括其他的相關技術，如建庫、管理、更新和共享、服務、應用等。上篇：地理信息科學的理論與方法4、應用體系地理信息科學理論體系和應用領域上篇：地理信息科學的理論與方法七、地理信息科學的方法論1、信息方法信息量的計算：地理信息科學中的信息上篇：地理信息科學的理論與方法地理系統中的信息流上篇：地理信息科學的理論與方法信息方法的流程上篇：地理信息科學的理論與方法2、地理系統的信息模型目前，幾乎所有的模型都是建立在理論基礎之上。但在地理系統中，信息建模則不受理論框架的約束。它把側重點放在依據現有數據而非現有理論模式的方向上。也就是說，綜合考慮現有所有有用的信息，在不遺漏重要信息的前提下，逐步簡約，建立一個客觀的事實模型——信息模型。上篇：地理信息科學的理論與方法3、模型研究的理論基礎（1）模型和模型方法在研究和解決現實問題的過程中，人們從“現象-過程”的本質出發，逐漸抽象和歸納出了一系列概念的、定量的模型。并逐步發展為模型方法。模型方法是科學研究中的一種不可或缺的方法。特別是動態研究的不斷深入，模型方法的研究領域不斷擴大。上篇：地理信息科學的理論與方法從自然科學、社會科學乃至思維科學，模型方法模型方法越來越多地被應用，并產生了巨大的生態效益、經濟效益和社會效益。模型是指人們為了達到某種特定的目的，而對研究對象所做的一種簡化的定性或定量的描述。這種描述可以借助具體的實物，也可通過抽象的形式來表達。通過研究模型，來揭示研究對象的形態、特征、本質和發展規律的方法，成為模型方法。上篇：地理信息科學的理論與方法

在地理信息科學的研究中，地理系統是其主要的研究對象。這是一個錯綜復雜的大系統。需要系統科學的理論和方法加以指導建模的行為。系統科學是一個龐大的學科群，包括如系統論、信息論、控制論、運籌學、協同學、耗散結構論等。這些成為地理系統建模的重要理論基礎。

10.19上篇：地理信息科學的理論與方法

在實際應用中，我們常常需要用與建模密切相關的理論和方法，來解決地理系統建模中的實際問題。其中，灰色系統理論、模糊系統理論、耗散結構理論、數量化理論等具有重要的實踐意義。一般地理系統的建模多用以下幾種模型：上篇：地理信息科學的理論與方法（2）模型研究中的一些發展現代科學研究的三個發展方向：

a、在空間尺度上，從宏觀到微觀、宇宙觀領域；

b、在時間尺度上，研究對象從現存的自然物，延伸到自然物的起源、和演化的全過程；

c、在研究水平上，科學技術的綜合趨勢逐漸加強，出現“大學科”概念。上篇：地理信息科學的理論與方法

模型的研究不在局限于靜止的和單一的事物，而是研究那些運動變化過程或多元體系。目前，許多模型工作都是基于動態模型這一基本思路而進行的。時間成為事物發展不可缺少的坐標。GIS為期提供了數據源和模型開發平臺。地理系統的模型構建是一項復雜的工作。涉及除了時空概念和動靜概念以外的許多概念和內容。從時間域來講，從數秒到億年；從空間域來講，從小區域到整個全球系統；從動靜來講，既有幾十年的靜態觀測，也有瞬間的參數提取。上篇：地理信息科學的理論與方法

建立新一代的區域空間動態模型是一項重要的科學議題。中科院在這方面做出了重要研究。如：以綜合生物多樣性為核心的“景觀空間異質性動態模型”體系；以生態系統穩定性模型、連通性模型、和基于植被指數的土地生產力模型為核心的“土地利用變化過程模型”體系；以數據挖掘模型為核心的氣候變化模型體系；以土地管理虛擬系統為核心的人類對土地覆蓋變化的反映模型等。區域模型的建模過程：上篇：地理信息科學的理論與方法4、建模的理論依據（1）灰色系統理論（2）模糊系統理論（3）耗散結構理論（4）數量化理論上篇：地理信息科學的理論與方法5、地理模型及模擬方法（1）氣候研究模型（2）水文研究模型（3）LUCC模型（4）GCM（GlobeCoupledModel）模型（全球變化模型）（5）MODS模型（6）SPAC模型10.26上篇：地理信息科學的理論與方法八、GIS的時空觀

在GIS中有兩大類特殊的概念，一是地理實體和地理現象，二是時空特征和時空關聯特征。

地理實體是相對永久存在的地理景觀，地理現象是發生的偶然事件。前者是靜態的，后者是動態的。GIS需要對這兩類概念進行完整表達，交叉研究。但就目前的GIS應用來講，后者是有缺陷的。這是所謂的第一層次的概念。上篇：地理信息科學的理論與方法

時空可用性觀點是GIS關心的第二層次的概念特別是地理實體和現象之間的時空關聯性問題。即“何時何地”的問題。

“何地”是地理學的經典問題，可有絕對位置或相對位置回答。但關于“何時”的時間維問題，遠遠超過簡單的有關時鐘和日期是“何時”的提問。這個問題可能更復雜，如何時變化、變化多塊？同時發生了什么？什么先出現？等。上篇：地理信息科學的理論與方法時空觀來源于傳統的四門科學，即數學、物理學、哲學和地理學。GIS的時空觀在此基礎上增加了兩個新觀點，即認知論和社會文化觀。作為信息技術的GIS，其目標不是為很多已經存在的應用增加新的時空方法或觀點，而是幫助用戶適當地表達手中工作的時空信息。由于GIS中同時存在多元時空觀，事實讓這個簡單的要求變得非常復雜。上篇：地理信息科學的理論與方法對上述復雜問題的解釋是：（1）對數據庫建庫者，受到對被量測地理實體或現象實際理解的限制；（2）數據庫的數據模型是圖形方式的，必須符合計算機對時空的理解；（3）數據庫用戶需要從系統表達的描述中，提取滿足完成綜合任務所需的信息；（4）相對其他任務而言，與社會文化相關的任務，哪類問題可以問，什么形式的答案可以接受。上篇：地理信息科學的理論與方法四個不同量化時空觀與上述過程有關（1）經驗主義觀點（試圖盡可能準確獲取城市、湖泊、森林等的時空特點和其它性質）；（2）用點、線、面或像元的形式進行數字表達；（3）實驗方式，用空間圖形或其它認知設備，將地理圖形和其它計算機生成的符號，轉換成專家能理解的地理表達；（4）基于社會學觀點，集中查詢和確定所感興趣的對象。上篇：地理信息科學的理論與方法從經驗主義觀點或實驗觀點，或社會觀點，上述觀點存在部分沖突。如：矢量GIS的點、線、面數據模型不能滿足對地理實體或地理現象中存在的模糊性或不確定性進行表達的需要。另一方面，柵格數據模型中，描述的離散域觀點與實驗中的兩個基本觀點沖突，即地理空間是連續的，但空間卻是由單個事物填充。上篇：地理信息科學的理論與方法時空集成問題

GIS中的動態現象和變化特征的表達需求是GIS進行時空集成的主要原因。關于研究地理動態現象的時間本質問題，是近幾年才開始的研究。用地圖觀點表達變化的權威方法是“時間片”模型。即在給定的時間間隔內，按不同時刻生成具有時間標志的地圖組成。這個結果在GIS中可以用一組獨立有序的圖譜，或時空合成圖譜，或三維時空結構來表示。上篇：地理信息科學的理論與方法盡管“時間片”模型能滿足很多研究的需要，但動態表達方法卻中斷了地理現象的連續性，可能錯失時序中包含聯系地理事件的偶然因素，并因此中斷時刻間發生的事件。很多與時間無關的GIS模型取得了巨大的成功，但時空GIS仍然面臨著一個前所未有的挑戰。上篇：地理信息科學的理論與方法相對時空和非米制時空表達很多地理現象是通過它與相關實體存在的關系進行定義的。這些關系可以是兩個地方的液體流或人類或動物的遷移流，也可以是兩個地方的關聯影響、通信、可達性、潛在的相互作用等，或者兩個地方的可識別的序列性質、類型、群落或差異性。上述關系可以認為是用相對空間定義的，相對空間也就是地理現象性質所依賴地理實體的相關關系結構。上篇：地理信息科學的理論與方法對GIS來說，很好地操作相對空間與操作網絡空間一樣，變得愈來愈重要。上述問題對GIS來講，存在兩個問題：（1）GIS空間來源于絕對空間，不能很好的表達其關聯性。因為在絕對空間，地理編碼化的位置局限于空間中有關聯的有拓撲關系的點。而在相對空間里，則先根據地理實體的幾何和拓撲完成一組任意關系點的定義。因此，哪些一致的關系可以在平面中進行描述，但在歐氏米制空間中容易產生混淆。上篇：地理信息科學的理論與方法一般地，絕對空間和相對空間的性質沖突影響了GIS對各種關系的表達，這就是為什么地理模型，特別是描述社會現象的地理模型與GIS得集成會有很多困難的原因。（2）大多數相對空間是n維的（n為整數），這樣的空間不僅不適合以地圖為基礎的GIS，也不適合類似的描述介質。上篇：地理信息科學的理論與方法精確時空的表達與更一般的時空和相對時空表達所面臨的挑戰相比，GIS面臨的挑戰是其自身。在歐氏空間、地理參考系和地圖觀的基礎上，GIS是一種精確表達時空的方法，包括時空的清晰描繪、時空內在相似對象的表達、連續變化屬性域的表達。上篇：地理信息科學的理論與方法大多數地理實體和地理現象的表達不能歸于精確或模糊兩類表達中的一類。因為地理實體與地理現象本身幾何幾何特性間的區別是人為的，對此可以采用精確的或模糊的表達，并且對這些性質的相關知識也可以是準確的，或不準確的。愈來愈多的研究者正在用模糊集理論研究本身缺少明確界限的地理實體或地理現象。模糊性和不確定性的地理表達，特別是是兩者共存時的表達，目前是一個活躍的研究領域。上篇：地理信息科學的理論與方法GIS如何能更好地表達時間和空間，已經直接或間接成為GIS發展的主要壓力。從應用角度講，要求更好的時空集成方法，有新的地理實體和地理現象的表達方法出現。上篇：地理信息科學的理論與方法九、社會科學的空間表達觀

GIS是操縱空間對象的有力工具。GIS在社會經濟領域中的應用一直受到國際GIS領域不斷關注的領域。20世紀90年代的人口普查為該領域的進一步發展注入了新的活力。在社會經濟領域，已經開發了一些專門的系統。這里討論的問題是把社會經濟現象作為空間對象進行概念化的相關研究。

這里空間對象是具有空間位置以及空間上獨立的屬性特征的實體。11.9上篇：地理信息科學的理論與方法社會經濟現象地理坐標的確定眾所周知，社會經濟現象研究的一個基本任務就是人口統計。人口數據通常通過地理區域與地理位置關聯，如人口統計區、選區、地方行政區域或者規則正方形格網等。通常它們都可以作為統計社會經濟數據的基本面積單元。因此將從個體（或樣本、或總人口）得到的信息累加起來，就能得到每個基本面積單元的總和。上篇：地理信息科學的理論與方法把這些地理區域作為基本統計面積單元存在著一些困難。因為這些地理區域實際上是被“強加的”，而不是“自然的”單元。這意味著所量測現象的邊界位置可能是任意的。這是因為：（1）區域可能被分成很多不同尺度的小區域，如英國可能被分成79個縣，460個區域或10000個選區。

上篇：地理信息科學的理論與方法（2）在給定的尺度下，有設置這些區域單元的不同方法，每種方法都得到不同的、集成的獨立數據。即使在基礎人口總數沒有變化的前提下，每種人口統計方法重新設置選區都會形成不同的分布特征區域。這稱之為可修正面積單元問題。這個問題在空間數據分析方面一直是爭論的主題。上篇：地理信息科學的理論與方法當設計人口統計系統時，認識到這個問題是相當重要的。面積大而人口稀少的區域，使用不規則邊界的面積單元，在地圖上表現社會經濟現象會出現困難。上篇：地理信息科學的理論與方法另一種人口分析的方法是把人口與點關聯起來。但這種方法很難精確確定個體或家庭的位置。在這種情況下，通常通過參考家庭地址來確定地理位置，如可以參考街道段、郵政編碼或獨立房地產位置。但這種方法表達的數據很難在GIS中進行可視化。如失業率這樣的概念不能衡量個體現狀特征，而是與整體累積的數據有關。用家庭地址做地理參考可能是不適當的。上篇：地理信息科學的理論與方法社會經濟領域應用GIS的觀點在GIS中是否存在惟一“正確的”方式表達社會經濟現象呢？答案幾乎肯定是否定的。因為社會經濟現象的最佳表達策略高度依賴于特定的應用。這意味著用戶有深刻理解所選擇和使用表達策略的責任。上篇：地理信息科學的理論與方法上述討論的是社會學家關注的經濟現象的GIS表達方式問題。GIS在社會經濟領域應用的基本困難仍然是所關注對象的精確測量和最佳模型化問題兩個方面。雖然存在很多人口和經濟行為方面的計算機資源，但它們通常并不直接與可量測的地理位置相關。要把兩者關聯起來，GIS將面臨技術。概念等方面的困難。選擇地理參考問題，對后續的數據轉換、數字對象的創建、可視化和輸出都具有影響。上篇：地理信息科學的理論與方法十、GIS中時間維和空間數據庫

很多年來，把時間與空間數據庫集成起來，一直是GIS的研究熱點。

GIS過去所使用的時間表達方法是假設目前僅有一個現實世界存在。存儲在空間數據庫中的信息可能隨著時間的推移而不斷增加或者改變，但GIS沒有對隨著時間的變化或動態改變的信息進行維護的能力。最近，這種能力的局限性開始受到關注，其動力是GIS理論的發展和實際應用的需求。上篇：地理信息科學的理論與方法現在，GIS用戶正面臨著如何保留現時的地理數據庫，而又不覆蓋過去的數據信息的難題，這被稱之為“刪除的煩惱”。變化研究是世界上許多國家關注的問題。而這類問題需要分析其時間變化和剖析其變化模式，以洞悉其間的因果關系。在過去的幾年里，為了提高有效的、靈活的數據存儲和訪問方法，擴展GIS與地理數據庫的能力，特別是時間的表達能力，受到GIS研究者的關注。上篇：地理信息科學的理論與方法時空表達問題使用時空模型時有兩類基本問題：一是關于給定時間范圍內的“全局狀態”問題，二是關于位置或空間實體性質隨時間如何變化的問題。這兩類問題可以分別與時間靜態視圖和時間動態視圖相關。

上篇：地理信息科學的理論與方法基于這兩類問題，可以定義下面的一般查詢：（1）全局狀態：指定現象在給定時間條件下，其空間分布過去如何？現在如何？將來如何？（2）變化狀態：在給定的時間跨度內，那個因素變化了？那個因素正在變化？那個因素將要發生變化？上篇：地理信息科學的理論與方法查詢與變化下相關的問題，需要相關現象的動態視圖。當空間隨時間以顯式方式變化時，GIS提供處理時間問題能力的功能就必須包括開發表達空間變化和確定時間狀態的方法。時間表達和變化表達從概念性看，任何時間數據庫的目標都是為了記錄或者表達時間變化狀況。變化通常表現為事件或事件集合。上篇：地理信息科學的理論與方法事件最常用的定義是“所發生的重要事情”。對時空模型而言，是“一個或多個位置、實體或者二者的狀態變化”。如森林優勢物種的變化、森林大火的蔓延、土地所有權的變化等。變化即事件。其模式分為四類：（1）連續模式，存在于整個時間；（2）主要模式，存在于大部分時間；（3）少量模式，發生在某些時間；（4）稀有模式，僅發生一次。上篇：地理信息科學的理論與方法上述四種形式的表現形式可能是非常復雜的：如空間分布上可能是隨機的或是均勻的，或是聚集的。時間分布上可能是紊亂的，或是狀態穩定的，或是循環的。地理位置或地理實體的相似狀態也可能是收斂的，或是發散的，或是二者組合的。獨立時間可能被特征化為聚集的，或是進一步特征化化為周期的。上篇：地理信息科學的理論與方法空間實體總是在發生某種類型的變化，不同的空間實體，發生變化的速度不同。由于空間實體在時間變化過程中不可能像在空間變化過程中那樣，返回到原來的位置，因而某些事件需要在發生變化之后才能觀測到，這種觀測取決于準確的時間、時間持續狀況以及事件的類型。某些事件未加記錄或湮沒在一系列未觀測事件中。其結果導致時空數據的某種內在誤差和不完整性問題。上篇：地理信息科學的理論與方法GIS時空數據表達方法（1）基于位置的時空數據表達（時間序列“快照”模型）目前GIS惟一的時空數據表達模型。（2）基于空間實體的時空數據表達（修正矢量方法）（3）基于時間的時空數據表達（時間線或“時間矢量”）（4）時空的綜合表達方法上篇：地理信息科學的理論與方法十一、空間數據概括和多重表達

GIS空間數據的概括功能有非常重要的作用，因為空間數據的多比例轉換和圖層的主題簡化都需要對空間數據進行概括。空間數據概括表達方法（1）傳圖之途中的概括方法（2）數字系統中的概括方法對象概括方法，模型概括方法，制圖概括方法

上篇：地理信息科學的理論與方法地圖概括和多重表達地圖概括：面向過程的觀點和面向表達的觀點面向過程的地圖概括觀點，可以理解為把一個詳細數據庫轉化為任意比例尺的、減少了復雜性的數據庫或地圖的過程。這是算法和實現都是高度復雜的概括方法。開發多比例尺數據庫的途徑可以理解為面向表達的觀點。因為它嘗試開發一個不固定比例尺水平的單一表達，集成到一個一致的多重表達之中。上篇：地理信息科學的理論與方法對于面向表達的觀點，看下面的例子：考慮一個地圖的1：1千、1：2.5萬、1：10萬和1:25萬的系列地圖。在1：1千上，建筑物可以用詳細的輪廓表示；在1：2.5萬上，建筑物用簡化的矩形表示，個別細節可能被綜合；在1：10萬上，地區用街道網絡或城市邊界表示，變成了更不規則的多邊形；在1:25萬上，整個城市變成一個多邊形，甚至是點。上篇：地理信息科學的理論與方法如果上述地圖數字化進入GIS，就需要找出一些方法，對這些變換進行編碼和關聯。在這個過程中，特征組合到一起，并獲得不同的拓撲關系和新的符號體系。目前這種多重表達還存在許多問題需要解決。上篇：地理信息科學的理論與方法多重表達的概念：與表格數據庫中的視圖概念類似的概念。多重表達用于描述一系列不同的事物：包括選擇的圖形表達，篩選不同比例尺版本的數字數據，變化的數據庫計劃，以及數據結構的繼承等。多重表達經常與特定的顯示比例尺有關，但也可以剪裁數據使其服務于特定的主題或特定的分析目的，這都與概括方法密切相關。上篇：地理信息科學的理論與方法多重（比例尺）表達的最普通刑事就是地貌圖和系列航海圖。多個比例尺的地圖形成系列。當更新系列地圖時，一般是先更新大比例尺地圖，然后更新其它比例尺的地圖。困難是：多重表達的問題很難保持數據的一致性。數據庫管理中最重要的概念是最好存儲單一的數據條目，這自然確保了數據的一致性。另一種途徑是控制數據冗余。已經有一些處理“控制數據冗余”的方法，即通過對不同比例尺的數據進行特征匹配，保持數據一致性的方法。上篇：地理信息科學的理論與方法直接多重表達：多比例尺數據庫也許有人不想在使用多重表達時，對所有幾何數據進行預處理，而希望通過集成已有的多單一比例尺表達和進行單一比例尺之間的轉換來建立多重表達。但會遇到三類問題：（1）抽象對象之間的一致性:通過關注對象的相關內容，框架性數據庫將現實世界的對象轉化為抽象的數據庫示例。這樣抽象概念的集成就需要在語義水平上的集成方法。上篇：地理信息科學的理論與方法（2）不同描繪對象之間的聯系：數據模型需要描述不同對應對象之間的關聯。（3）對象間匹配進程的定義：為了識別相應（同源）對象，兩套地理數據必須搜索代表現實世界中同一對象的對象。這種多重表達的最終目的是建立多比例尺數據庫。上篇：地理信息科學的理論與方法地形的多重表達地形多重表達是GIS中一個很重要的應用，其目的就是簡化地形的結構，以方便對地形進行分析和顯示。到目前為止，DEM都是用具有一定分辨率的高程柵格數據表示。很多應用需要不同分辨率的DEM，一般需要重復采集。這增加了處理分析的成本。已經產生了多分辨率TIN的方法。如分級構建TIN的方法。上篇：地理信息科學的理論與方法十二、空間可視化表達

地圖是空間數據處理的重要組成部分，可用來可視化空間數據、重現地理現象的分布與空間關系，也可以用來理解地理現象的空間分布和空間關系。近年來，在空間數據科學可視化和仿真方面，已經取得了巨大成就。同時也確定了可視化地圖的三個基本原則：上篇：地理信息科學的理論與方法（1）可視化可以用來展現需要創建良好地圖設計功能的空間信息；（2）可視化可以用來進行對比分析；（3）可視化可以用于模擬仿真。上篇：地理信息科學的理論與方法在過去的幾十年中，空間數據處理技術發展迅速并還將繼續發展。GIS用于集成不同來源的空間數據，并提供了對多元數據的操作、分析和可視化的功能。可視化通過多媒體、動畫和空間數據可視化表達已經成為制圖研究的核心主題。未來的GIS用戶要求有一個針對性的、能與地理空間數據和其它（多媒體）數據直接進行交互的界面。上篇：地理信息科學的理論與方法地圖對于空間信息的傳遞來說是強有力的獨特工具。用地圖可以定位地理對象，地圖符號、圖例、顏色和形狀能表達對象的特性，地圖表達對象的空間關系和空間模式，為用戶提供分析特殊分布現象的洞察力。空間分布可視化表達可視化過程分為三個步驟：設定可視化目標；消除心理阻隔；設計顯示的具體內容。上篇：地理信息科學的理論與方法實施可視化所必須的一些重要功能：（1）查詢（2）多重表達，允許同樣的數據或數據的一部分以不同的方式可視化（3）多重視圖，可以描述為家傲虎視圖，同樣的數據可以用不同的繪圖方式進行顯示。（4）關聯視圖，在選擇一個地理對象時，將自動高亮顯示與其關聯的其他對象。

上篇：地理信息科學的理論與方法（5）動畫，它是過程動態顯示的最好方法。（6）維度，要瀏覽三維空間數據，用戶應根據圖和現象繪制的目的，把它們定位在三維空間中，這意味著需要提供比例尺、變換、旋轉、縮放等交互功能。上篇：地理信息科學的理論與方法十三、數據質量問題

數據質量幾乎是所有地理數據中的一個重要屬性，其質量的好壞直接影響基于它們之上的有關決策。對數據質量的處理方法已經有很多研究，但實際上，很多GIS應用荏苒假設應用的數據是完美的。GIS的分析結果很少顯示置信度的估計信息，很少對表示的數據質量顯示估計信息。原因是質量信息在制圖和計算中很難把握。上篇：地理信息科學的理論與方法近幾年來，人們關注數據質量是因為：（1）私營部門生產的數據增多。產生質量問題的原因是一些私營部門沒有嚴格遵照眾所周知的質量標準。（2）按照GIS的要求選擇地理空間數據的情況增多。（3）對二次數據源的日益依賴。這些都要求能對數據質量進行評價。上篇：地理信息科學的理論與方法數據質量的內容準確度、精度、一致性和完整性。空間精度（位置）、時間精度、專題精度、空間分辨率、專題分辨率等空間數據的不確定性問題空間信息普遍具有具有不確定性，這是有眾多原因造成的。準確理解不確定性概念是正確使用空間數據的基礎。上篇：地理信息科學的理論與方法空間數據不確定性的概念模型這在我編的GIS原理一書中已經給出。主要涉及三個方面的問題：誤差、模糊性和多義性。誤差類型：測量誤差、分類誤差、類綜合誤差（概括）、空間綜合誤差、輸入誤差、時間誤差、處理誤差等。

上篇：地理信息科學的理論與方法

模糊性：說明模糊性的概念比較容易，典型的例子是禿頭男人的例子，如果認為根本沒有頭發為禿頭，那么只有一根頭發是否是禿頭？通常的答案“是”。如果只有一根頭發認為是禿頭，那么有兩根頭發是否為禿頭？答案仍然為“是”。如此繼續下去，每次增加一根頭發，永遠不能使禿子有一頭滿發。另一方面，顯然這是不合邏輯的，你一定不會接受有很多頭發的人還是禿子的觀點。這就是著名的“連鎖詭辯論”，即使用合乎六級的推論得出禿子有很多頭發的結論。上篇：地理信息科學的理論與方法現在已經提出了解決這種矛盾的方法，其中對只有“是”和“否”的布爾響應，利用邏輯推理來解釋，但沒有解決分級響應問題，一個人是否是禿頭，存在一個“度”的問題。因為這個問題分級的標準很重要，但分級的邊界是模糊的。目前有人對這類問題，開創了模糊集理論，來替代布爾集合。上篇：地理信息科學的理論與方法多義性問題（在分類定義中產生的問題）目前地理信息中多義性的概念和推理的研究尚不完全清楚。由于對對象的不同理解，在如何分類上產生了分歧，并導致了多義性的產生。

上篇：地理信息科學的理論與方法目前人們已經認識到了兩種類型的多義性，即不一致性和非特定性。多義性在土壤的分類中是最普遍存在的。幾乎沒有任何兩個國家是相同的。多義性中的非特定性可以用地理管理來說明。關系A在B之北，本身是不明確的，至少可以有三種解釋。上篇：地理信息科學的理論與方法十四、上篇總結前面講述的地理信息科學的理論問題，在思維和實踐中都具有重要作用。它們是我們進行方法和技術創新的基礎。應加以認真領會和理解。關于地理信息科學的理論和方法的研究的最新成果，請大家參考近期出版的兩本書：

1、《地理信息科學的理論與方法》王會讓著

2、《地理信息科學方法論》齊清文著上篇：地理信息科學的理論與方法在《地理信息科學方法論》中，有以下的論述：地理信息科學方法論的核心由三個部分組成：（1）地理信息的本體論（2）地理信息的科學方法（3）地理信息的技術方法上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息本體論在總體上繼承了科學哲學中的自然觀的思路，反映地理信息的特征、本質、信息機理、功能等．同時又在認識論和方法論的指導下闡述了地理信息的認識論和方法論本質。地理信息科學方法是以系統論、信息化、控制論、耗散結構論、協同論、超循環理論、分形與混沌理論、虛擬現實等信息系統科學理論為指導，在以地理信息為對象的研究活動中總結出來的信息系統整體思維方式。上篇：地理信息科學的理論與方法它體現了4個方面的整合：（1）即在研究對象及其聯系上，實現了地理單元個體、地理系統連續整體、信息系統整體之間的共生、相互轉化、嵌套與整合；（2）在地理本體和媒體中介上，實現了地理對象之間的質量、能量和信息的共生、相互轉化和整合；上篇：地理信息科學的理論與方法（3）在地理歷時性變化上，實現了量變、質變和序變等幾種變化態的共生、相互轉化和整合：（4）在地理共時聯系上，實現單一地理對象和現象、多樣化的地理對象和現象、多樣統一的地理對象和現象共存、相互轉化、嵌套與整合。上篇：地理信息科學的理論與方法把地理信息的科學方法分為“圖形-圖像思維方法”、“數學模型方法”、“地學信息圖譜方法”、“智能分析與計算方法”、“模擬和仿真方法”、“綜合集成方法”6類。上篇：地理信息科學的理論與方法它們分別對應于地理信息科學中的特有的地圖、圖形圖表和遙感圖像的識別與思維，結構化問題的數學模型建模與分析方法。中國科學家獨創的形一數一理一體化的圖譜方法。非結構化問題的知識推理與計算方法，以及數值模擬、虛擬仿真，各種方法的集成等研究方法。上篇：地理信息科學的理論與方法圖形-圖像思維方法又分為一般圖形／圖像思維方法、地圖思維方法和遙感圖像思維方法3個子方法；數學模型方法則分為空間分布與格局、地理空間過程、地理時空演化、空間優化和決策4個數學模型子方法；地學信息圖譜方法包括地理形態和空間格局圖譜、地理過程信息圖譜、地理行為信息圖譜、綜合地學信息圖譜4個子方法；上篇：地理信息科學的理論與方法智能分析與計算方法又分為地理知識推理、地理空間決策、地理知識發現和挖掘、神經網絡空間分析4個子方法；模擬和仿真方法則包括地理信息模擬、地理信息仿真和地理信息虛擬現實3個子方法；綜合集成方法包括還原與整體集成、定性與定量集成、歸納與演繹集成、邏輯思維與非邏輯思維集成、復雜性科學集成5個子方法。上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息技術方法分為“地理信息采集和監測技術”、“地理信息管理技術”、“地理信息處理、分析和模擬技術”、“地理信息表達技術”、“地理信息服務技術”、“地理信息網格技術”、“地理信息‘5S’集成技術”7類。它們分別對應于地理信息科學領域內的信息獲取與動態監測、信息管理、表達、服務、網格計算與服務、多種技術系統集成等技術方法。上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息采集和監測技術方法包括基于GPS的精確空間定位和信息獲取、基于遙感的地理對象動態監測、對地觀測、陸地和海洋定點監測、社會經濟數據采集和統計5種子方法；地理信息管理技術方法分為地理對象時空數據模型、地理對象的數據庫管理、海基地理數據的分布式管理3種子方法；上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息處理、分析和模擬技術方法則包括地理信息處理、基于位置的空間定位(LBS)、地理時空分析建模、地理信息智能分析和計算、虛擬地理環境5種子方法；地理信息表達技術方法則由地圖表達、地圖及數據庫概括和派生、地理信息多維動態可視化、地理信息研究成果展示4種子方法組成；上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息服務技術方法分為地理數據服務、地理信息和知識服務、地圖服務、地理空間輔助決策服務4種子方法；地理信息網格技術又分為地理信息網格計算、網格資源定位．綁定和調度、空間信息網格在線分析處理、智能化信息網格共享與服務4種子方法；上篇：地理信息科學的理論與方法地理信息5S集成技術方法包括多源空間數據集成、跨平臺的系統集成、應用模型與GIS系統的集成、基于分布式計算的集成、GIS—RS—GPS-DSS—MIS集成5種子方法。下篇：地理信息科學的技術一、地理信息共享平臺技術地理信息共享平臺分為三類：（1）基礎地理信息平臺（2）政務地理信息平臺（3）公眾服務地理信息平臺提供網絡在線方式的地理信息服務！地理信息人機交互服務地理模型/信息管理服務地理工作流/任務管理服務地理信息處理服務地理信息處理服務－空間處理地理信息處理服務－專題處理地理信息處理服務－時間處理地理信息處理服務－元數據處理地理信息通訊服務地理信息系統管理服務服務的分類：數據邏輯相關社會服務地理信息平臺基礎地理信息平臺提取框架數據加入政務地理信息去掉敏感保密信息加入社會綜合信息政務地理信息平臺平臺關系與差異社會服務地理信息平臺基礎平臺政務地理信息平臺城鄉規劃國土資源……應急、公安安監、環保市政、衛生人口、工商……社會大眾平臺關系與差異服務范圍及用戶量社會服務地理信息平臺基礎地理信息平臺政務地理信息平臺操作由繁變簡平臺關系與差異三大平臺建設2平臺關系與差異社會服務地理信息平臺基礎地理信息平臺政務地理信息平臺專網電子政務網互聯網網絡物理完全隔離2地理空間服務網絡的體系結構

地理空間資源層資源訪問協議、接口標準服務協議、接口地理空間服務層注冊服務服務質量知識服務組合服務智能搜索服務地理空間應用層可視化環境應用工具傳感器服務數據服務分發服務處理服務可視化服務應用開發環境數據資源存儲資源網絡資源計算資源傳感器資源地理空間信息與服務標準體系地理空間信息安全體系分布式數據庫注冊與管理橫向互聯，縱向貫通多級共享結構地理空間服務網絡的邏輯流程用戶需求(數據、信息、知識)空間數據資源處理資源數據注冊數據獲取服務組合服務傳感器資源注冊服務中心知識發現服務處理服務傳感器規劃服務傳感器注冊地學知識資源處理注冊計算資源網絡資源存儲資源知識注冊可視化服務服務質量評價空間信息資源空間信息注冊分布式目錄服務實現方案聯邦式完全復制式收割式實現方案IBMAribaMicrosoftotherotherUDDI.orgqueries基于CSW的元數據收割CSW客戶端OGC/CSWCSW數據庫CSW服務器CSW客戶端CSW請求響應Harvest請求響應遠程本地收割收割流程時間觸發基于XML元數據存儲將XML數據邏輯上分為兩部分存儲：常用的檢索信息與數據庫表字段進行映射，直接存在關系型數據庫表記錄中對于更精細的整個XML數據以整個文檔為單位存儲在數據庫表中的大對象字段中，既加快了元數據的查詢速度，又保證了元數據的完整性。

廣域網分布式多服務器并發訪問與協同調度技術1、服務節點到目錄中心進行“注冊”2、客戶機登錄到目錄中心，“發現”金字塔3、客戶機同服務節點“綁定”注冊-發現-綁定的SOA思想

監聽線程探測連接處理線程處理瓦片請求線程池維護處理線程服務器中多用戶請求的并發處理負載因子分類應用無關磁盤I/O能力CPU、內存，其它…應用相關金字塔重要性（分辨率、生產日期、地理覆蓋）連接數目歷史請求頻度當前請求頻度（最近一段時間內瓦片請求數目）

按負載因子加權相加，取負載值最小的服務節點負載因子及其計算JavaScriptAPI輕量級的瀏覽器端GIS能力顯示、查詢為主代碼簡單Flex/SilverlightAPI瀏覽器兼容性好效果炫、用戶體驗好代碼同樣非常簡單其它開源的APIOpenlayersGoogleAPI最新的技術幫助實現服務的訪問ArcGISServerAPIsArcGISAPIforJavaScript

ArcGISJavaScriptExt.fortheGoogleMapsAPI

ArcGISJavaScriptExt.forMicrosoftVirtualEarth

ArcGISAPIforFlex

ArcGISAPIforSilverLight(9.3.1)ArcGISServerADFs.NETADF

JavaADF

ArcGISServer開發方式一個洪水淹沒的計算實例分布式異構地球空間信息處理服務服務鏈建立服務鏈運行服務查詢服務注冊運行結果將一個已經設計好的處理服務模塊1在網絡上注冊服務1注冊服務2注冊將一個已經設計好的處理服務模塊2在網絡上注冊服務查詢在注冊服務中心查詢得到處理服務的軟件模塊根據項目要求和已有處理模塊建立抽象服務鏈服務鏈建立服務鏈運行將抽象服務鏈映射成BPEL執行服務鏈計算機根據服務鏈自動計算得到的結果運行結果下篇：地理信息科學的技術二、地圖緩存與瓦片地圖、數據壓縮緩存地圖為什么要緩存地圖而如今已緩存（靜態）的地圖超快漂亮10年前Web上都是動態繪制地圖繪制緩慢制圖美觀差緩存的規劃、部署和實施緩存工具對緩存的設計：Tile的schema尺寸DPI比例尺種子點圖片格式和壓縮反鋸齒各層融合在一起緩存或是單獨圖層各自緩存緩存更新的問題數據瓦片的編碼四叉樹索引瓦片柵格數據管理方法

文件系統Oracle柵格地圖、DEM、影像數據的檢索與調度其他系統OracleSpatial服務器客戶端本機文件緩存系統各自組織，互不干涉內外存結構一致易于實現、操作和擴展索引與數據相分離的金字塔實現拼接（邊緣融合）采樣（鄰近點，雙線性，三次卷積）分塊（按全球等經緯度格網劃分）多分辨率瓦片金字塔構建與更新下篇：地理信息科學的技術三、RIA技術RIA定義-技術2002年Macromedia公布FlashMX和FlashRemoting，并同時推出新詞：RIARIA是網絡應用軟件RIA提供類似桌面系統的使用性傳統RIA運行于瀏覽器中RIA面向功能和效用，而不是文檔RIA-富互聯網應用主要RIA技術和產品AJAXAdobeFlash/Flex/AIRMicrosoftSilverlightSunJavaFXFirefox3(Prism,Tamarin,IronMonky)Google(Gear,GWT,Chrome,etc…)RIA相比傳統Web的優勢表現力豐富網絡效率高交互能力強面向操作系統和瀏覽器透明沙箱提供更可靠的安全性易于與現有系統集成什么是REST描述性狀態轉移（Representationalstatetransfer）一種軟件架構設計風格應用的狀態和功能由資源(resource)來描述Stateless可緩存可分層資源由URI來描述用HTTP來訪問資源的實體(representationoftheresource)REST的優越性緩存性提高性能減低服務器負擔提高服務器可擴充性降低用戶端開發開銷提供長期可兼容性ArcGISServer有REST的接口，可以提供RIA的開發。如：ArcGISServerforFlex;ArcGISServerforSilverLight;ArcGISServerforJavaScript.REST服務目錄

Java: http://<host>:8399/argis/rest

.Net: http://<host>/arcgis/rest富客戶端的WebGIS開發的三層架構表示層、應用邏輯層和數據層。客戶端數據緩存機制較好的系統平衡負載。將數據量大的空間數據緩存在客戶端，減少與服務器之間的數據交換。特有的“流傳輸機制”，可以讓客戶端不間斷從服務器獲取數據，并在客戶端進行緩存。下篇：地理信息科學的技術四、地理數據尺度轉換技術尺度問題在地理學、生態學和水文科學等眾多領域都具有非常重要的地位。

解決地理數據的尺度轉換問題成為目前地理信息科學及相關研究中的熱點和難點問題之一。在地理信息科學領域，“尺度轉換”和“最適合尺度選擇”問題一直是研究人員關注的熱點問題；由于地理信息科學對計算單元的嚴格要求，Goodchild認為尺度是地理信息科學中最重要的問題，甚至提出“尺度科學”的概念。下篇：地理信息科學的技術

隨著地理信息源的增加，針對不同來源的地理信息數據，如何廣泛利用，產生了尺度選擇和尺度轉換的問題。

如：在自然災害災情空問預報、環境流行病學以及土地利用與土地覆被變化等眾多人文與自然綜合研究的領域，由于數據來源的不同，尤其是這些數據依附的空間單元尺度的不同，使得數據融合成為難題。下篇：地理信息科學的技術尺度指的是經歷時間的長短或在空間上涵蓋范圍的大小，即通常所指尺度有時間和空間兩方面的含義。Thompson早在1917年就指出，“尺度的影響，不僅僅是尺度本身，而是與其周圍的環境緊密聯系”。下篇：地理信息科學的技術尺度在不同的學科領域，有不同的含義。下篇：地理信息科學的技術

尺度轉換是將數據或信息從一個尺度轉換到另一個尺度的過程，可以是向上尺度轉換，也可以是向下尺度轉換。可以這樣定義上述的兩種尺度轉換：

從較小尺度觀測結果獲得較大尺度信息的向上尺度轉換過程稱為尺度擴展；從大尺度上的信息分解到更小的尺度向下尺度轉換的過程稱為尺度收縮。下篇：地理信息科學的技術尺度轉換的應用：尺度問題是目前地圖學研究中難點和熱點問題之一。制圖綜合是其中非常重要的一個焦點問題。毋河海教授在討論地圖綜合的基礎理論問題和技術方法問題時，認為地圖綜合過程的綜合算子可以歸為兩類：信息變換類和圖形再現類。下篇：地理信息科學的技術陳軍教授討論了應用Voronoi圖理論改善空問地圖數據概括問題，認為Voronoi圖在制圖綜合中應用大致可歸納為：基于凸殼的綜合、基于骨架線的綜合、基于鄰域的綜合等三個方面。由于數字地圖綜合問題未能取得突破性進展，有學者指出解決多重表達和協同更新問題是目前解決地理空間框架數據的多尺度問題的重要手段。下篇：地理信息科學的技術多比例尺問題是地圖學研究中和尺度有關的另外一個重要領域。多比例尺問題即無級比例尺空間數據壓縮與復現。對于矢量數據多比例尺的數據組織與表示方法主要有三種：（1）建立同一數據庫的多個比例尺版本；（2）用面向對象方法、語義數據模型等技術來支持空間數據的多級表達；（3）通過地圖自動綜合來自動生成同一數據庫的多個版本。下篇：地理信息科學的技術尹連旺等根據地理要素的空間屬性特征和重要程度，提出了復合指數開方根模型，試圖解決不同地理環境條件、不同地物要素信息綜合的問題。李德仁院士等提出以空間信息多級網格為基礎的解決全球地理信息多尺度表示和數據組織問題的新思想。下篇：地理信息科學的技術

遙感圖像處理研究中，尺度問題同樣非常重要。遙感中的尺度問題主要體現在三個方面：（1）遙感信息和遙感模型的尺