我国GIS地理信息系统发展的重要成就

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作者：人民网-科技频道 来源：中导网 编辑：刘振华
核心提示：　近些年来，中国学者对GIS空间数据模型及建模方法进行了较为深入研究，在面向对象空间数据模型、三维空间数据模型、时空数据模型、多尺度空间数据模型等方面均取得了一批研究成果。

回顾GIS发展的历程，我国广大科学技术人员做出了巨大的贡献，取得了许多具有标志性的成果。 　　一、理论探讨与方法研究
　　近些年来，中国学者对GIS空间数据模型及建模方法进行了较为深入研究，在面向对象空间数据模型、三维空间数据模型、时空数据模型、多尺度空间数据模型等方面均取得了一批研究成果。在国家自然科学基金会和香港研究基金会的持续资助下，中国学者针对数字地表模型多维动态构建这一国际学术前沿问题，以地理空间实体及相互间关系的抽象与表达为主线，研究了地表空间铺盖、地物空间关系理论、数字地形精度、多维动态空间数据建模、多尺度表达等基本问题，
　　在过去的15年中,中国学者针对空间数据与空间分析的不确定性这一国际学术前沿，以不确定性的产生机制、空间分布规律、表达理论模型、传播机理和质量控制理论为主线，全面、系统研究了该领域的5个核心基础理论：位置不确定性、属性不确定性、空间关系不确定性、空间分析不确定性、质量控制。中国学者提出了空间数据与空间分析的不确定性原理。在位置不确定性方面,提出了一系列新的线状要素误差带理论。
　　空间数据的不可重复性、空间相关性和空间异质性导致了空间分析方法成为有别于经典统计学的独特理论。针对空间分析理论这一国际科学前沿，中国学者在空间抽样和统计推断技术、空间数据分析方法、地理系统建模、空间运筹等方面研究取得显著成果。这些成果被国内外同行广泛引用，被国际经典专著整体引用，被全国传染病预警系统和国务院应急平台采纳和运行。
　　近年来，我国学者在GIS地理模拟的前沿方向进行了深入研究，在地理元胞自动机（CA）和多智能体的研究方面取得了一系列成果。最早在国际上开展CA的模拟规则的自动获取研究，解决了模型参数纠正的难题；提出了基于规划的CA模型，形成了情景分析的强有力工具，为区域土地资源的优化利用提供决策依据；利用高维特征空间的投影，解决了转换规则的非线性边界问题；首次把智能化方法引进CA模拟中，使得模拟具有自适应的能力，满足资源环境和社会经济要素复杂多变下的空间模拟和优化的需求；提出了GIS空间数据库中获取多智能体行为规则的方法；在国际上较早开展地理模拟的平行算法研究，解决了地理模拟涉及海量空间数据的瓶颈问题；最早开展CA模拟的不确定性研究，发现了模拟不确定性的时空分异规律；首次提出了“地理模拟系统”的框架体系，以弥补地理信息系统的模拟功能不足。前者是应用于过程分析，后者用于一般的空间信息管理和分析。我国学者在IJGIS等刊物发表了大量的地理CA和多智能体的国际论文，所发表的有关论文和被引用数量已经位居国际前列。
　　地学信息图谱是陈述彭院士提出的以地球空间信息认知理论为基础，以遥感、地理信息系统、网络通信、虚拟现实、计算机制图技术为支撑发展起来的一种时空复合分析方法。我国学者提出了地学信息图谱的概念、框架和模式、方法、三维表达和虚拟重组方法等。地学图谱主要是运用图形语言进行时间与空间的综合表达与分析。图(Carto or Graph)通常用于表述空间分布或空间分析；谱(Diagram)一般用于展示时态序列的变化过程。地学信息图谱是计算机化的图谱，是按照一定指标递变规律或分类规律排列的一组能够反映地球科学时空信息规律的数字地图、图表、曲线或图像；是形、数、理的有机结合，是利用形与数来推知理、表达理的技术体系。它不仅要研究地球信息的表达表现形式，信息获取、分析、分解、综合和解译的数理解析方法，信息的发生、传输、认知的机理机制，还要研究上述表现形式、数理解析方法和机理机制之间的关系。
　　二、国产地理信息系统软件平台
　　软件开发、产品研制和应用工程建设是我国GIS产业发展的主战场。多年来广大科研开发技术人员在这个领域瞄准国际前沿，努力攻关，取得了一系列重大的成果，有效地为产业发展提供了技术支持和丰富的产品，为国家在这一领域迅速赶上世界先进水平做出了巨大的贡献。
　　三、国家地理空间数据基础设施建设
　　经过多年的努力，中国分别于1994年、1998年、2006年分别建成了全国1:100万、1:25万和1：5万基础地理数据库。其中1:25万地形数据库含819图幅，包括水系、交通、境界、居民点、地形、植被等14层要素。1：5万数据库含22000多图幅，地名数据库共有520万条地名,是迄今为止中国国家基础地理信息系统中覆盖国土范围最大、内容最丰富的高精度、多数据类型的基础地理信息数据库。
　　我国现有省级、副省级、地级和县级城市共660 余个,其中大多数开展了基础地理数据库。浙江、江苏等十多个省市完成了1：10000数据库建设，上海、北京、深圳等许多大中城市建立了从1:2000到:500的大比例尺基础地理数据库。此外，部分省市正在建设基于统一共享平台的服务体系。例如，北京市建成了超大规模北京市空间地理数据库，对全市2001-2006年各年度的各种分辨率航空影像和卫星影像进行了统一存储，与地址库、政务电子地图库有机连接，实现了信息整合与共享服务。
　　经过国家测绘局等部门多年的不懈能力，建立了全国统一的天文大地网(1951-1978)、国家一、二等水准网(1951-1998，经历了三次联测)和国家重力网(1957/1985)，布设了国家高精度的GPS A级网(1992/1996，27个点，精度达10-8)和B级网(1991-1997，近800个点)，形成了具有厘米级精度的我国三维地心框架基础及我国大陆大板块间的速度场模型；建立了我国GPS连续运行基准站网(包括武汉、北京等8个站，卫星定轨精度达厘米级)，自1997年起发布我国GPS精密星历；1998年开展了南海群岛卫星定位网与全国天文大地网的联测。2000年以后，完成了国家2000大地控制网的建设（其中包括大地控制网点2500点左右以及2000重力网30点等）；自2002年开始国家测绘局开展了分区域实现省市厘米级大地水准面的建设工作（目前已经完成了15个省），使我国平面坐标系统、高程系统和重力测量系统在规模、精度和统一性方面都位居世界先进行列。
　　“八五”、和“九五”期间，国家测绘局组织开展了自主研制开发数字化测图技术的联合攻关并取得一系列科研成果，并建立了7个数字化测绘生产示范基地和建成了全国1:100万基础地理信息数据库等。“十五”期间，组织实施了“国家基础测绘设施项目”通过技术开发、装备革新和系统集成，研究解决遥感数据处理技术、三维仿真等技术、地理空间数据库系统异构平台技术、海量空间信息存储备份和管理技术和广域连网数据传输应用等关键技术，建成航空航天遥感数据处理系统、基础地理信息管理服务技术体系、基础地理信息数据生产技术体系，建立国家基础地理信息系统数据传输网络。通过推进测绘生产组织结构的调整、技术改造以及测绘产品模式的变革，全面实现整个测绘行业从传统模拟测绘技术体系向数字化测绘技术提醒的跨越，并通过数字化测绘成果的推广应用，促进我国国民经济和社会信息化。
　　四、地理信息标准化
　　地理信息标准化是针对直接或间接与地球上位置相关的目标或现象信息，制定一套结构化的标准，对地理信息数据进行定义、描述和表现，作为地理信息科学技术转化为生产力的重要环节，为实现跨部门、跨区域的信息资源交换、整合、集成、共享和服务提供技术基础和保障。
　　全国地理信息标准化技术委员会于1997年12月成立，是在地理信息领域从事全国性标准化工作的技术组织，主要负责地理信息领域国家标准的规划、协调和技术归口工作，其宗旨是加快我国地理信息标准化步伐，促进地理信息资源建设和应用，推动地理信息共享，秘书处设立在国家基础地理信息中心。在中国地理信息系统协会中，设立了标准和质量控制专业委员会，组织开展地理信息标准的普及宣传和学术交流活动。
　　国家测绘局测绘标准化研究所是我国惟一从事测绘标准制、修订的科研机构。其前身是1978年成立的陕西省测绘科学研究所。1984年6月经国家科委批准成立“国家测绘局西安标准化测绘研究所”，1989年更名为“国家测绘局测绘标准化研究所”。除此以外，在武汉大学、中国科学院地理研究所、中国测绘科学研究院等大专院校、科研机构和企事业单位储备了一批从事地理信息标准研究的科技人才。这些人才是地理信息标准的制修订、地理信息标准的宣传贯彻、地理信息标准人才培养等方面的中坚力量。
　　我国从1994年ISO／TC 211成立之初就参加了该组织的工作，1995年国家质量技术监督局委托国家测绘局担任ISO／TC 211国内活动归口管理部门，在国家基础地理信息中心设立了ISO／TC 211技术归口办公室，我国于1998年和2007年两次分别在北京和西安承办了第七次和第二十五次ISO/TC211全体会议暨工作会议。
　　我国地理信息标准化工作经历了从单一标准、系列标准到体系标准，从只涉及一个研究领域到涉及多个领域，从传统测绘技术向高新技术领域开拓的发展过程。20世纪80年代，随着高新技术的发展，特别是计算机技术的普及与应用，测绘技术开始从模拟测图向数字测图转轨，测绘标准化工作在“八五、九五”期间面向数字化测图，形成了一批技术标准和规范，对指导、规范和促进传统测绘技术体系向测绘数字化技术体系转化发挥了重要作用。自1983年开始对地理信息标准开始系统研究，次年发表《资源与环境信息系统国家规范和标准研究报告》（俗称蓝皮书），这是我国第一个有关地理信息标准化的论著，对后来地理信息系统及其标准化工作产生了重要影响。“十五”期间，伴随对地观测技术、网络和通讯技术的发展与产业化，相继推出了一批面向导航和基于位置服务的标准，开展了基于web技术的地理信息共享服务标准研究。在国家标准化管理委员会和国家测绘局的指导下，全国地理信息标准化技术委员会于2004年完成了地理信息国家标准和国家标准制修订项目83项（其中国家强制性标准22项、国家推荐性标准42项、标准制修订项目19项）的归口确认和评价工作; 研制了涉及基础地理信息数据生产、建库和产品制作的20多项标准。与地理信息密切相关的国土、建设、交通、林业、水利、海洋、环保、农业、气象等行业和专业领域制定了一批与地理信息相关的行业标准；北京、上海、深圳、广州、浙江等省市十分重视地理信息标准化工作，相继编制了多项地理信息地方标准。
　　在此基础上，全国地理信息标准化技术委员会组织编制并于2007年印发实施了《国家地理信息标准体系框架》，其中包括7大类，44小类。分为三个层次：地理信息通用标准、地理信息与相关专业关系密切的专业类（接口）标准和为推进信息化建设所需的各类应用中的地理信息专项标准。地理信息通用标准是指在一定范围内作为其他标准的基础并普遍使用，具有广泛的指导意义的标准。其中包括数据资源类、应用服务类、环境与工具类和管理类标准。这些标准相互关联，构成地理信息标准的主题。地理信息专业类（接口）标准是以以上5类标准为基础，面向专业应用的地理信息标准。专项类标准是指以以上6类标准为基础，面向专项应用的地理信息标准。在此基础上，预计在2008年印发《国家地理信息标准体系》，是一整套具有内在联系的、科学的、由标准组成的有机整体，它包括现有的和预计发展的标准，是指导今后发展的标准蓝图，是开展标准化工作的指导性技术文件。研究和编制标准体系，为地理信息标准化工作的发展加强了科学性、计划性和有序性。通过地理信息标准体系的建立，促进地理信息资源开发、共享和利用，推动地理信息技术和产业的可持续发展，提高地理信息对经济发展、科技创新、政务管理和社会生活的服务与保障能力，使得地理信息标准化建设走向科学、有序和获得全面的经济效益。
　　2006年国家测绘局和国家标准化管理委员会联合印发了《国家地理信息标准化“十一五”规划》，旨在引领和指导我国“十一五”期间地理信息标准化工作，促进地理信息资源的建设、开发、共享和利用，推动地理信息技术和产业的快速发展，提高地理信息对经济社会发展的保障能力和服务水平。国家地理信息标准化“十一五”规划提出了六项主要任务，分别是：建立国家地理信息标准体系，面向重点领域，制修订一批急需适用的标准，转化、采用一批适用的国际标准，加大标准的基础性、前期性研究，探讨建立标准一致性测试和评价体系，加大力度做好标准宣传贯彻工作。在“十一五”末，地理信息标准总体水平达到中等发达国家水平，即：国家标准的标龄达到5年以内；相关领域采用国际标准和国外先进标准的比例达到60%以上，我国提出和承担国际地理信息标准项目实现零的突破。基本建立与经济社会发展相适应的地理信息标准体系；制修订100项左右急需的基础性、通用性标准和专用标准，从根本上缓解地理信息生产、资源共享、国家安全与产业化发展等方面存在的标准缺失、不配套、实用性不高的矛盾；建立和完善地理信息标准管理与协调机制，完善标准形成机制，扭转我国地理信息标准制修订工作严重滞后的局面。