地理信息系统和科学：今天和明天外文翻译资料

 2022-09-02 08:09

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地理信息系统和科学：今天和明天

迈克尔·古德柴尔德 加利福尼亚州圣巴巴拉，CA 93106-4060，USA大学

摘要:地理信息是指连接地球表面上或者附近的点的位置以及性能的信息。处理这些信息技术包括GPS，遥感和地理信息系统。这些技术的背后是一组基本的，可研究的问题，这些问题的研究被称作地理信息科学。我回顾以下四个标题，这些技术：定位，数据采集，数据传播和分析。最近的研究已经导致地理信息科学在特定的领域取得了重要的进展。根据目前的技术,我列举了五个技术上可行的未来景象，并讨论能使之成为现实的研究进展。在最后，我对不断变化的地理信息系统和科学的教育需求作出评论。

关键词：地理信息系统; 遥感; 地理信息科学; 全球定位系统

  1. 引言

在过去的四十年里,在制定和实施获取,存储,分析和分享描述地球表面特定位置的特点的地理信息的工具方面取得了巨大的进步。更正式的,地理信息可以被定义为实例或者聚合原始原子的元组的形式lt;x,zgt;其中x定义地球表面上或附近的位置，并有可能包括时间维和z该位置定义一个或多个属性。Goodchild, Cova, and Yuan [1] 表明这一基本形式的基础地理信息无数格式现在已经被广泛使用。

已开发的处理这些信息的系统包括从飞行器或空间获取图像信息的系统， 其他的还有总所周知的遥感系统,全球定位系统（GPS）和其他确定位置的技术和一般来说的地理信息系统（GIS），总称处理、分析、建模、存储和设计手段。这些技术在20世纪60年代开始出现，现在发展成一个不断壮大的工业部门。

在过去二十年，已变得十分明显的就是这种地理空间技术提出了问题的基本意义，这些问题形成一个科学领域，同时这个领域提供了技术基础。这些科学作为地理信息科学(GIScience[2])，地理科学，地理信息，测绘，空间科学这一科学众所周知。现在人们普遍认识到作为一个研究领域和信息科学的子集合，地理信息科学已经取得了很大进展。

本文首先陈述了地理信息技术的最新进展。然后分析地理信息科学的最新进展并勾画出许多国家中十几年来的技术方案。它还涉及这些动态发展对教育提出的挑战和发展，如何将需要发生的教育体系有效应对。本文总结出了一些简短的观点。

2地理空间信息技术

技术的发展一直为扩大和应用地理空间技术提供动力。最近几年四种技术的发展尤为重要，它们是将在以下小节中列出。

2.1定位

20世纪80年代完成了GPS，在20世纪90年代选择性可用性永久的去除，其原来作为一个军事系统和作为消费产品套件基础被广泛的采纳。今天的GPS被广泛用来作为一种廉价、可靠的系统确定几米以内的位置，并小于一米距离的专门版本。GPS可以嵌入到手机，个人数字助理，甚至手表当中，今天的GPS已经在很大程度上取代传统繁琐技术。反过来在此基础上GPS已导致爆炸的服务，包括位置信息在网上实时转播。因此它已成为旅客用来访问网站上显示的巴士和飞机的实时位置的日常习惯。现在正在使用的GPS整合来自多个来源的地理参考数据源。

例如，先进的应急地理信息系统，ESRI和罗马琳达大学医学中心的一个项目，提供有关的和集成视图紧急情况相关的情信息，其中包括现场的直升机和救护车的救援，视频直播传送主要公路事故报告的位置，如野火事故的周长及基础测绘。该信息集成和应急管理人员通过一个标准的Web浏览，提供一个有效的和交互式紧急情况天气视图。

一些源代码提供标准格式传送，但在其他情况下，如来自于加州交通的事故现场的饲料，在被展示前就是必要的处理数据，在这种情况下，通过它，查出文本参考地点，把他们翻译成纬度/经度。这样的服务形成一个面向服务的架构，并在Web上越来越普遍。与地理信息系统相关的两个最成功的服务就是转换地名为坐标和翻译街道地址到坐标。

最近发展的无线电频率识别（RFID）提供了一个替代定位技术而且在非常众多的应用程序中，被证实了非常实用。通过应用对象的标签，可以跟踪对象根据它移动过去RFID扫描器。RFID技术目前已广泛用于跟踪货物、仓库和商店的消费者，以及看管宠物和家畜。RFID是自动充电的公路收费技术，RFID标签技术基础现在嵌入在许多手机和护照当中。

GPS已经提示的网站，利用地理参考信息迅速扩散，通过结合两个或两个以上的被称为混搭的来源创建信息。但GPS只能在室外或信号不受妨碍和反射的地方使用，在室内，密树木覆盖下，或高楼大厦之间就会产生很多问题。这意味着定位只是普通人生活一个部分。最近出现了许多积极的研究室内导航，定位技术及实验地理信息系统的空间代表性。似乎可以合理地期望这些实验可以实现在未来几年内，扩展复杂三维空间如矿山，建筑，购物中心定位。丰富的商业机会，尤其是在矿山、建筑、购物中心等。

2.2数据采集

现在卫星遥感提供亚米级分辨率图像，为飞机上安装仪器提供更精细的决议。虽然这些图像主要集中在光波长，红外线感应器已被证明在许多情况下是非常有用的，包括世界温度详细测绘，例如纽约2001年9月贸易中心的残骸测试。其他系统使用有源传感，信号发送、捕获。雷达遥感现在是一个强大的地形数据源和光学传感器，不像典型的传感器有独立的云盖，飞机上使用激光传输，激光雷达，能够提供非常准确和密集的高程测量。

在过去几年已成为一种新的、潜在的和有着重要意义的地理空间数据源可以由用户贡献网站。例如，Wikimapia网站，维基百科上为蓝本，邀请用户“描述整个世界”概述功能与录音说明与其他信息链接。现在有超过10万在Wikimapia项，其中由志愿者贡献，此信息详细数量和水平远远超过相当于传统权威的地名。其它网站包括Flickr的，它现在包含10亿张顺序，每个地理参考与贡献用户和相关信息都被标注。开放街道地图是免费的，世界数字地图，创造与内容相结合的志愿者工作与现有公共领域来源的国际努力。

这些网站，以及和它非常相似的网站，代表一种新的自下而上的，以社区为基础的地理信息源主导的供应链传统的权威来源的模式，这是非常不同的。各种条件都被用来形容他们，其中包括自主提供的地理信息[3],用户生成内容，社区的映射。他们反映在地图制作性质的根本转变，使普通公民能够创造和传播数据。使被映射在题材，并在浏览当地的前两个位置测量地图技能，在地图起草，所需的4种技术专长是现在每个人都在廉价的GPS和随时可用软件形式上能够发现的，分别是标的物的专长，最小的Wikimapia，Flickr和开放街道地图情况。此外每个人都可以说是在自己的局域网一个专家。

因为它现在可能使地图没有任何实质性的金融投资或制图培训，从事这类活动的人都称自己为地理学新人[4]，大幅改造使每个人都能做一个地图。现在有成千上万的人从事新地理。创建社区自己的文化来记录他们生产的信息，作为替代昂贵权威测绘，为迅速在紧急情况下了解信息源，或作为科研投入都是非常有价值的。

2.3分析

长期以来分析一直是地理信息系统的主要目的，最早的地理信息系统是专为分析土地面积和总结目的而形成的。今天的技术已在地理信息系统实现数据挖掘的搜索模式和异常、推论，和测试有关原因的假说。现在的地理信息系统是通过实施的景观，修改过程数字表示模拟和预测未来变化对地球表面的一种重要工具[5]。今天，GIS是地理信息上任何可以想象操作能力，发展经济模型，模拟紧急疏散或学校巴士最优路由的假设。一个庞大软件产业已经成长起来，解决这个假设，由ESRI的雷德兰兹，CA和弧系列产品率领。其中包括GIS分析及其应用，可以发现在许多教科书中都有介绍[6]。

2.4地理门户网站

在20世纪90年代初互联网普及，GIS开发人员很快就看到了广泛的地理空间数据共享和传播潜力。数字图书馆的目录，开始出现于20世纪90年代中期，允许在其馆藏搜索。今天，最先进的国家的地理门户网站，整合许多贡献图书馆的目录允许跨统一征收单一搜索，一旦用户确定一个潜在的有趣数据集，他或她被定向到数据集的托管网站，它可以显示或提取数据。

一个地理门户的引人注目的例子是美国地理一站式(www.geodata.gov[7]),，布什政府提供项目丰富的地理空间数据以及提供了一个单一的入口点来源。任何保管人可以注册网站，保管的馆藏目录收获的地缘门户与使用户均可以访问。地理门户网站需要翻译成容易处理的查询用户请求机制，因此必须实现元数据标准和名录。今天的地理门户可以在世界各地发现许多网站，其中大多数是由政府努力维持，建立空间数据基础设施的一部分。

2005年发布的谷歌地球和Google地图，和其他几个地图网站和虚拟地球后续版本，可以为用户实现另一个可能更有力的手段传播数据，作为使用服务的API混搭。成千上万补充来源，虽然他们价值在于可视化多个系统的分析。

3地理信息科学

一些地理信息科学定义可以在文献[8,9]发现，但它们都可以归结到相同的基本概念，技术背后的谎言造成一系列根本问题的重要性。这些技术使用的问题，通常被称为临界空间思维抓获。他们包括规模、准确性和不确定性，本体论，复杂地理现象代表性。已作出多次尝试创建系统汇编的地理信息科学的主题尤其通过美国大学联合会为地理信息科学工作展现。

3.1最新进展与的发现

地理信息科学在过去二十年出现一些明显的进步。这些结果在某些不同寻常的情况下，是GIS技术发展之前必要的理论发展。因此实现专案，术语被必要发明，获得严谨，定义良好的来源，不同的产品所的格式和结构之间发生广泛变化。即使在今天，地理信息系统功能没有任何连贯组织结构与用户界面，因此很难学习和浏览。

但通过建立空间信息论（COSIT）使空间信息理论在一般地区取得重大进展。两年期会议上部分领导之间的地理世界概念化的主要区别，被称为离散对象和连续场，20世纪80年代末首次发现在不确定性情况，已经成为一种理论核心要素。本作者在2007年[10]表明，即概念化可以统一称为地理原子概念，以及其他一些先进数据模型，包括对象领域[11]与元图[12]减少概念称为地理的偶极。

第二，不确定性概念已被详细探讨，并已作出许多重要贡献[13]。它是不可能用任何地理现象确切数字表示的，它存在于许多不同的世界应用内容中，重要的是了解如何获取一个数据库真实的内容。地理空间数据不可避免地逼近广义数据库，由于采样中建立一个数据库得一定水平的细节遗漏和测量误差等许多其他原因。而且许多用来定义地理空间数据类的定义是模糊的。我们现在知道，此前通过GIS操作的不确定性转化为产品传播，以及有关尺度引入不了。

第三，拥有先进的空间认知文献的剧增，为我们提供了改进的基础用户界面设计的方法，提升对他们周围人了解的方式技能。空间认知是一个活跃的研究领域，它的改善作用是地理空间技术极其重要的。

最后，我们现在了解的地理世界自然得多，它是如何从其他世界和空间分离。Anselin[14]也许是第一次来问“什么是空间的特殊？”，现在的理解是他的两个经验原则，空间依赖性、空间异质性，形式答案是根本的发现与深远的影响。对于空间依赖性，托布勒的地理[15]第一定律指出压缩多边形和其他数据库原实现经济，也为所有空间插值方法基础，提供了理论依据。

3.2前景

在本节绘制一些对未来发展的想法，和地理信息技术对人类社会的进步的影响。

首先，它在技术上已经可以知道这里的一切，在任何时候。我们已经跟踪取决于就业的具体技术手机。我们跟踪许多车辆，其中包括卡车和公共汽车车队，并对一些欧洲国家的每个农场动物使用RFID标签跟踪。对大量的零售商品进行跟踪，在商店，出货量通常是由船公司跟踪。一些现代建筑，包括RFID标签，和每一个主要建筑构件和监视摄像机，在许多城市。形成密集的网络，在今后如果是合理的，这些做法将扩大范围，其中受灾害影响面积的每个人的位置如2008年5月汶川大地震，救援人员立即知道并迅速找到受害者的机会大大增加，这些在未来都是有可能实现的。

其次，它是可以在预期时确定室内位置，并跟踪移动个人，根据他们目前的车辆寻路，问题得到解决，行人将有效工作。

第三，地理信息和新地理的发展表明公民将发挥比以往更大的作用，可以自告奋勇的提供消费者和生产者的地理信息。地球60亿人类的分布蕴藏着巨大的潜在的信息，它的一些普遍关心与它只是局部利益。我们从圣巴巴拉社区采购信息可以比官方信息更加及时与详细，提供对灾害早期详细的报告。公民也比传统替代更有效提供多种类型的信息源，远程传感和国家测绘。我们的公民和专家传统观念将发生变化，它们之间区别变得模糊

第四，系统很容易使用与打开所有收到谷歌地球和谷歌地图发布的信息，如2005年的一个戏剧性的刺激趋势将持续下去。最近的一篇文章[16]已勾勒出的新一代数字地球眼光，该称号，1998年由当时的副总统戈尔讲话想象的世界中提出，数字技术将呈现不仅是如何访问今天的视图世界，还是如何看看过去和未

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