地理信息科学的发展与技术概述

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  摘要:当代地理学的进一步发展和新技术的应用密不可分,地理学也开始被称为地理科学。大家熟悉的胡焕庸线,就是在现代地理学开创之初,通过统计人口数的空间栅格化和地图表达,呈现出中国人口空间布局的区域差异特点,同时也展示了现代地理学分析的方法特点。根据人口空间统计基本特点,进一步开展空间格局和人地关系研究,发现空间过程机理,开展预测和支撑决策等,成为当前地理科学的重要发展方向,在這个过程中地理学科表现出很强的综合性、系统性、定量化和应用驱动。
  关键词:地理;地理科学;技术
  中图分类号:G4  文献标识码:A  文章编号:(2020)-23-143
  
  引言
  2000年以来地理空间格局在全球化时代的重要性和地理学能够解决什么问题面临严峻挑战,也意味着新的学科发展机遇。新时期的复杂问题往往需要“复方”解决方案,而综合性强的地理科学在新时期应运得以释放其解决社会经济这个“复杂巨系统”问题的潜力。可以看到的是,今天借助高新技术和大数据手段,地理科学作为综合性、交叉性、区域性强的学科呈现良好的发展趋势,在区域可持续发展与空间规划、乡村振兴战略、数字中国建设、美丽中国生态文明建设、美丽中国和精准扶贫成效第三方评估、“一带一路发展规划、重大传染病防控等国家重大任务和现实需求中,都常见到地理学家领衔担当重要角色。
  1促进地理科学研究的当代新技术发展
  1.1空间技术
  空间技术通过遥感(RemoteSensing,RS)应用已成为区域和全球对地观测的主要手段。20世纪60年代以来,全球先后发射了上千颗遥感卫星,其中时间序列长、应用广的包括NOAA、Landsat、TERRA和AQUA、QuickBird等系列遥感卫星。这些遥感卫星陆陆续续获取海量卫星遥感数据,记录了地球过去几十年地表的变化,具有极高的科学价值。借助近10年来发展起来的超高清、凝视和视频卫星等更是可以快速对局部地理环境开展详细诊断分析。特别值得一提的是,通过几十年的发展,中国已经成为世界上拥有先进空间遥感基础设施和技术的国家之一,其中资源”风云”高分“环境”北京”“吉林’等系列遥感卫星在国内外发挥日益重要的作用。目前,全球覆盖的卫星组合可以获取少于小时级别响应的特定区域遥感影像。除了遥感,空间技术发展带来的另外一个革命性突破是卫星导航定位。通过获取3~4颗以上不同位置卫星信号到达的时间,反推出距离,解算位置经纬度和高度。目前全球4大系统一GPS、GLONASS、Galileo、北斗,共约100颗导航卫星在提供位置信息服务。空间技术还通过卫星解决了无人区、远洋和极地的通信问题。
  1.2自动化和传感网技术
  自动化和传感网技术发展很快,生态、环境和物候等自动化观测传感仪器不断普及,主要应用包括智慧城市监测传感网智能感知、大范围的陆表生态观测网络化基础设施等,也包括深海、极地、冰川等复杂和极端环境自动观测和采样系统。近几年无人船、无人车和无人机等大量涌现,极大地拓展了动态数据获取的机动性、数据覆盖的时空范围、采样频次和数据可获得性。
  2新技术应用推动下地理科学前沿进展
  2.1虚拟和增强现实技术实现环境研究虚实结合
  区域地理环境重建与仿真预测通过虚拟技术和增强现实技术贴近真实的表达方式开始在行业和大众中得到应用,推动地理场景和时空过程仿真研究、科普教育和沉浸式教学全面发展。例如,一些城市管理部门在评估城市发展规划的场景展示平台、国防建设领域虚拟电子沙盘、大众足不出户网上旅游全球景区等都受益于虚拟和增强现实技术。通过增强现实技术在实际研究嵌入虚拟对象和场景重建将带来全新的考察体验和研究方法。这方面技术结合其他技术的进一步应用,在开展包含大人文和虚拟要素的非物质地理格局和过程的研究中,发挥重要的作用。
  2.2互联网电子地图全面支撑社会经济发展,成为地理科技成果转化最好的标杆
  基于互联网和移动互联网的电子地图与遥感影像服务已经成为当代地理科学研究和大众化应用不可或缺的支撑。通过云端高度集中资源并随时刷新基础内容,支撑客户端通过点击得以共享最新地图遥感基础信息等开展应用。目前主流的基础遥感影像和基础市政道路与交通路况在线地图提供商包括Google、天地图、高德、百度地图等。具有空间位置属性的动态信息都可以叠加在基础地图上满足用户需求和支撑用户拓展应用,在这个方面有广阔的前景,成为地理科技成果转化的最好标杆。
  2.3无人机技术促进景观尺度三维精细化研究和“遥感+”应用发展
  无人机广泛应用意味着在自然和人文地理学研究中将带来新的视角和研究方法。中,无人机遥感获取厘米级分辨率的陆地表观立体结构,在景观尺度地理空间环境三维重建和城市建筑和森林植被等地表附着物三维信息精细化量测方面发挥独特的重要作用,同时也在三维地图基础影像数据服务上面显示出巨大潜力。作为当代新技术高度综合集成的代表,无人机可以实现在传统遥感数据获取基础上的拓展应用,包括实时传输、同步定位和绘图(SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM)、植保、低空航路规划、组网协同等,被称之为“遥感+”应用。无人机系统将认识感知和能动改造能力从技术上高度集成在一起,广泛应用自然地提了地理科学工作者学科交叉能力并拓展了学科本身解决问题的能力。
  结论
  本文简要梳理了对地理科学发展有基础性、渗透性影响的新技术及新技术促进下地理科学发展的有关研究前沿,可以看到,借助新技术应用,地理学解决实际问题的能力有了重要发展和拓展。研究时空拓展到近实时和全球,数据获取方式和渠道爆发性增加,研究内容从静态知识获取、机理分析拓展到包括生态修复和环境治理等能动性的工作,学科通过交叉融合发展获得新的生命力。尽管地理科学作为一门应用性强的学科离日益增长的实际需求还存在很大的差距,但借助新技术得到“满血复活的地理科学,认识和改造世界的能力日益增强,将通过为全球和中国的社会经济发展中出现的资源环境问题提供‘复方'解决方案而发挥重要的作用。
  
  
  
  
  参考文献
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