地理信息科学应用

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地理信息科学应用范文第1篇

关键词：新课标；高中教学；地理信息技术

社会和时代的发展对高中地理教学提出了新的要求。地理技术在高中地理教学过程中的应用适应了当今社会的发展需求和教育的改革要求。在高中地理新课标教学中采用地理信息技术，有利于改变传统以课堂和书本为主体的教学模式，将实践教学应用于高中地理教学过程中，不仅增强了教师与学生之间的互动，而且培养了高中生的实践能力和地理知识的应用能力，让学生能够对地理信息进行有效的处理，充分调动了学生的学习积极性，有利于我国整体高中地理教学水平的提高。

1地理信息技术的教学应用

地理信息技术在高中地理教学中的应用，要以正确的地理教学理念和相关的地理信息技术软件为依托，让学生对地理基础知识和具体的操作技术有明确的了解和认知，让高中生在课堂学习之余，利用所学的地理知识，进行相关的地理操作，真正达到理论与实践相结合，实现高中地理教学目标。将地理信息技术应用于高中地理教学中，能够对学生系统的学习技术进行充实，达到预期的教学改革目标。高中地理课程涉及到的内容和知识相对比较广泛，包括自然地理、人文地理和区域地理等，利用信息技术能够实现课堂知识与地理实际相结合，加深学生对所学知识的了解。同时，能够培养学生对地理的学习兴趣，达到良好的教学效果。在高中地理教学中，将多媒体技术与地理信息技术相结合，改变传统的教学模式，将学生作为教学过程中的主体，能够充分发挥学生的主动性和积极性，让学生主动参与到高中地理的学习和实践过程中。同时，将地理信息技术应用于高中地理教学中，能够促进课堂教学与实际相结合，培养高中生对地理知识的应用能力。比如，在高中区域地理教学过程中应用地理信息技术，能够对区域地理信息技术进行有效的显示，有利于对地理现象和地理事物进行直观的了解，真正让学生学会应用地理知识解决生活中的问题［1］。

2地理信息技术实施的可行性分析

2．1完善的基础设施：

随着计算机技术和网络技术在人们日常生活和工作中的普及，多媒体技术越来越多被应用于高中教学中，为地理信息技术在高中地理教学中的应用提供了技术支持。目前，我国普通高中都普遍开设了多媒体教室，为地理信息技术在地理教学中的应用提供了基础的保障设施。同时，电子地图和全球定位系统也得到了快速的发展，为高中地理教学提供了软件保障。完善的基础设施有利于高中地理课堂教学内容和形式的多样化，以图标、三维图像等形式，让学生对地理知识和地理现象具有更直观的了解。

2．2丰富的教学资源：

丰富的教学资源是地理信息技术在高中地理教学中顺利实施的有效前提。将地理信息技术应用于高中地理教学中，教师可以通过对相关地理数据和信息的查询，丰富日常的教学资源，高中地理课堂内容更加丰富，形式更加多样。地理信息技术丰富了高中地理教材的理论系统，同时，能够利用地理信息技术对相关教学资源进行整合，并将其转换成图片和数据等不同形式，实现教学资源的共享，让学生更加易于接受，提高高中地理的课堂质量和效率［2］。

2．3优秀的师资团队：

地理信息技术在高中地理教学中的应用，必须以优秀的师资团队为保障。近年来，随着教育理念的改革，高中地理教师的综合素质和专业水平不断提高。我国很多高校的地理专业都开设有技术性的必修课程，为培养优秀地理教师奠定了良好的基础。同时，很多地理教师在日常教学过程中逐渐改变了传统的教学理念，注重对相关地理信息技术的学习，不断提高地理信息技术的应用能力，为地理信息技术在高中地理教学中的应用提供了可行性的人才保障。

3地理信息技术对高中地理教学的影响

3．1对教师的影响：

将地理信息技术应用于高中地理教学中，对教师的教学水平提出了更高的要求。地理信息技术不仅仅局限于地理软件的应用，而是借助地理软件的应用培养学生对地理知识的理解和应用能力。地理信息技术在高中地理教学中的应用，要求地理教师要具备扎实的地理知识和对地理技术的明确认知，培养高中生利用所学知识和地理技术解决实际问题的能力。同时，能够让教师改变传统以背诵为主体的地理课堂教学模式，注重对学生地理实践能力和地理思维能力的培养［3］。

3．2对学生的影响：

将地理信息技术应用于高中地理教学过程中，能够让学生真正做到学以致用，不断提高学生的地理素质和地理能力。改变传统以应试为目的的地理教学，让学生们真正学会将所学的地理知识应用于日常生活和实践过程中。在高中地理教学过程中运用地理信息技术是学生学习地理的基础和前提，能够帮助学生对动态地理数据进行采集，然后结合实际的地理问题，提出相应的解决措施。同时，也改变了传统以课堂和书本为主体的高中地理教学模式，充分发挥高中生在地理学习过程中的积极性和主体地位，逐渐培养了高中生的独立学习和独立思考能力，提高了高中地理课堂质量和效率。

4结语

新课标背景下，将地理信息技术应用于高中地理教学中，改变了传统的高中地理教学模式，更加注重对高中生的地理实践应用能力和地理信息处理能力的培养，满足了素质教育要求和新时代背景下的人才需求。地理教师要认识到将地理信息技术应用于高中地理教学过程中的重要作用，将其作为日常地理教学的辅助，不断培养高中生的思维能力和实践能力，体现新课标的改革意义。

参考文献

［1］于洪雷．在高中地理教学中应用地理信息技术［J］．中国教育技术装备，2015，（07）：35－36．

［2］旋晓伟，王林，等．信息技术在高中地理教学中的应用调查研究［J］．曲阜师范大学学报（自然科学版），2013，（01）：125－128．

地理信息科学应用范文第2篇

一、地理信息系统技术分析

地理信息系统是Geographic？Information？System的中文解释，简称为GIS，其对空间数据具有采集、描述、管理、分析、存储、检索、查询、显示等功能，是现代化的计算机系统。在地理信息系统下，通过对地理信息数据的处理和分析，能够有效实现“为我所用”的功能。在这一技术下，以地理空间数据库为基础，通过计算机软件和硬件的操作，可以充分实现对数据的深度挖掘，实现对地球表层空间数据的描述、分析、存储和检索。

在实际的应用过程中，通过GIS的强大功能，可以有效实现对地理数据的处理，其主要功能包括数据显示、数据分析、数据操作、图像处理、数据存储以及输入输出等。

首先，关于数据的采集和输入功能，对外部的原始数据进行采集，并传输到数据处理系统进行数据的处理和分析，但是，在分析之前，系统将会到原始数据进行格式转换，从而将原始数据以系统内部格式的方式存在。

其次，在地理信息系统下，具有属性比你和图形编辑的数据编辑功能。关于图形编辑，主要承担校正误差、拓扑关系建立、图形编辑、变换和修饰以及图幅拼接等。在属性编辑功能下，该功能与数据库相对接，做好数据库管理工作，常用的管理方式主要是指删减、增加和修改等。

第三，关于数据存储、管理方面的功能，主要是完成数据存储功能，将某些特定的数据进行存储，存储介质要根据具体情况而定，可能是外存储设备，也可能是计算机内部的存储器，这要根据数据文件结构来分析。而在数据管理方面，主要借助逻辑数据进行关系的建立，并通过关系数据库实现对数据的管理。

第四，在地理信息系统技术下，可以实现对地理空间的查询与分析。其中，主要的功能有数据综合分析、数据查询检索以及操作运算等，从而在数据库、存储装置以及文件中得到要想的目标数据，可见其查询及检索的功能强大性。另外，借助GIS技术，可以实现对目标地理空间实现全面分析。

第五，与计算机系类似，地理信息系统技术还具有数据显示与输出的功能。通过显示器，可以将数据、结果以及中间的分析过程进行展示，其中，主要是分析过程的显示、图形数据的编辑。借助GIS技术以及网络技术，可以将结果进行远程传输，同时也可以通过打印机、绘图机以及计算机显示屏显示结果。

二、地理信息系统技术在环境科学中的应用

1在环境管理方面应用地理信息系统技术

具体到环境管理工作的实际，国家和各级环保部门需要在工作中遇到大量的数据和统计报表，从而获取准确的环境质量情况。如果单纯依靠人工手段，面临大量的数据分析工作，势必会让人束手无策。而通过地理信息系统技术的应用，正好可以实现对这一问题的解决，从而优化了各类环境资源的管理，尤其是生物资源、水资源、大气质量、社会经济等。通过地理信息系统技术的应用，实现了信息资源的优化的同时，能够有效实现资源的优化配置，从而为土地的合理开发利用、城市发展规划、环保统计等提供有效的数据支持。

2在环境影响评价方面应用地理信息系统技术

在地理信息系统的实际应用中，将其应用于环境影响评价具有重要的作用。通过其技术应用，可以有效实现对土地利用情况、大气质量、地下水质、地表水质量、点、面源污染等数据的集成和管理，从而通过庞大而精确的数据对环境影响作出评价，成为辅助决策的重要依据，尤其是工程项目的建设，通过分析其对环境的影响路径、影响情况及危害程度，为工程项目建设施工的科学决策奠定了基础。

3在面源污染问题方面应用地理信息系统技术

在环境科学领域，面源污染问题一直是重大研究课题之一，是现实中对环境影响较为严重的污染类型，再加上其成因复杂，受影响范围广，因而难以有效分析和控制。在地理信息系统技术的介入下，可以将地理资源与面源污染模型结合起来，从而实现对河流的综合分析，并以图形的方式进行结果输出和显示，在地理信息系统技术的分析下，对易受侵蚀区域进行标记，合理评价面源污染，并根据土地的利用情况实现合理分配，从而为科学决策提供有效的理论依据。

4在水文环境管理方面应用地理信息系统技术

在地理信息系统技术下，环保工作中的水文、地形、土地利用等数据均可以实现科学化、现代化管理，并通过该技术所带有的特定程序，实现对水文环境问题的分析，从而有效促进水文环境管理工作的科学化。比如，在GIS技术下，将栅格型地理信息系统技术搭配上有限元分析法，可以实现对暴雨径流问题的分析，并以图形的方式显现出来，图形中对洪水泛滥区域以及高径流量区域进行特殊标记，并对洪水可能带来的灾害进行模拟，尤其是洪水灾害对地表物质和土地利用情况的影响，这样的分析结果可以广泛应用于水利工程的选址以及建设中。与此同时，在GIS技术下，由水文数据、地质数据、降水量、含水层、土壤情况等组成的数据库，可以有效满足工程设计部门对于水文情况的查询、检索需求，为科学决策和研究提供了重要的参考资料。

结语：

在当代，随着科技的进步，地理信息系统技术也不断完善，在环境科学中的应用也日渐广泛。随着地理信息系统技术应用的日渐成熟，环境监测质量、管理效率也得到了有效提升，这对于促进环境管理的集成化和高效化具有重要意义。

参考文献：

[1]张态，申元英.地理信息系统在环境流行病学中的应用[J].现代预防医学，2013，11：2005-2009.

[2]黄菊.地理信息系统在环境保护中的应用[J].环境与可持续发展，2012，03：110-111.

[3]单礼堂.地理信息系统技术在环境科学中的应用[J].环球市场信息导报，2015，27：73+75.

[4]马超群.浅析地理信息系统技术及其在环境科学中的应用[J].城市地理，2015，22：219.

[5]马宇航.地理信息系统技术及其在环境科学中的应用[J].黑龙江科技信息，2015，35：101.

地理信息科学应用范文第3篇

一、高中地理教学现状

伴随着新课程标准的全面推进，高中地理教学活动也进行了相关调整，并取得了一定的成绩，然而在具体的教学活动中仍然存在一些问题，具体表现在如下几方面：

1.一些地理教师的观念尚未转变，即便对于已经转变教学观念的教师仍然使用传统的教学方法。

2.教师和学生之间缺少有效的交流、沟通，这在很大程度上影响了教学质量。

3.在具体的教学过程中，存在较多的不公平现象，教师喜欢成绩优秀的学生，忽略学困生。

二、高中地理有效性教学研究的重要性

（一）新课标中对高中地理教学课程目标提出了新的要求

新课标中指出应全面实施素质教育，以学生的全面发展和终身学习为出发点，建设新型教育理论，直观地反映地理学科的发展，满足社会发展对人才的需要。指导学生关心全球问题和我国重要的地理问题，发扬科学文化精神，强化学生的创新意识，培养学生的动手实践能力，深化可持续发展观念。因此，应进行高中地理有效性教学。

（二）新课标对教学活动和学生的学习提出了新的要求

新课标中指出掌握基础的地理文化知识，满足多样化的地理学习需求，加强对地理问题的探索，在地理教学中合理应用信息技术，重视学生学习和评价环节的结合。地理教学的有效性十分迫切，只有明确相关问题，才能真正实现新课程标准。

三、高中地理有效性教学策略

（一）有效提问

高中地理教师所提问题应具有启发性和针对性，其中启发性问题包含内容性问题和过程性问题，内容性问题是依据教学内容设计问题，旨在考察和巩固教学内容，过程性问题要求学生依据教学内容适当地创造形成属于自己的表述，重在培养学生的逻辑思维能力。对于针对性问题应以学生或者教学内容为切入点设计教学问题，以此来激发学生的学习兴趣，刺激学生的求知欲望。

（二）合理安排教学内容

认真研究新课标课程标准，明确教学目标，其中教学目标包含教师的教学目标和学生的学习目标。地理教师应从学生自身情况出发，预期最终的教学效果。编写教案时应全面考虑各种影响因素，并在课堂上将学习目标传达给学生，让学生参考该学习目标或者依据此目标有计划地完成教学活动。

（三）构建良好的师生关系

教师在教学活动中发挥着指导者、组织者和参与者的作用，应关心和理解自己的学生，平等对待性格不同的学生，加强和学生之间的交流沟通，拉近教师和学生之间的距离。在高中地理课堂上，应充分调动学生的学习积极性，活跃课堂氛围，营造民主、和谐、轻松的课堂教学氛围，让学生真正喜欢上地理，主动表现。只有在教师和学生建立彼此信任和理解的关系，方可开展高中地理的有效教学。

（四）转变思维模式

高中地理教师应竭尽所能转变教学思维，只有这样，才能让学生得到多种思维模式的训练。同时，在具体的地理教学中，教师应尝试不同的教学方法，便于学生培养学生从不同的角度分析问题的能力。转变思维模式能够逐渐深化学习内容，刺激学生的地理学习动机，进而灵活应对学习过程中出现的各种问题。例如，在讲解全球气候变化这节内容时，教师可以采用小组探究的形式完成教学。首先，让学生在课前与全球气候变化有关的内容；其次，在课堂上，指派小组代表发言，讲述自己搜集到的资料，并指出目前我国气候状况，提出可行的解决对策；最后，让学生围绕搜集到的资料进行讨论，能够发现影响气候的多种因素。这种教学形式，深入挖掘了学生的学习潜能，并增强了学生的应用能力。

（五）注重课堂拓展

若想实现高中地理的有效性教学，不仅要掌握课堂和教材中的知识，还应充分发挥教师的指导作用，进行适当地拓展。在高中地理教学中，重视教学拓展，尽量提高地理课堂教学的有效性。高中地理教师在讲解相关知识点时，尽量联系现实生活中热议的问题，向学生传达地理小窍门，并搜集学生们较为感兴趣的问题，将其融入到课堂教学中，调动学生的地理学习积极性，达到学以致用的目的。例如，在讲解地球的圈层结构这节内容时，一方面内容本身具有较强的理论性，另一方面学生在这方面的积累较少，且相关概念模糊。此时，教师应围绕教学内容设计一份调查问卷，通过学生的实地调查，有助于所学知识和现实生活的结合，便于有效性学习。

地理信息科学应用范文第4篇

关键词：CDIO；工程教育；信息安全；分梯度

作者简介：康晓凤（1978-），女，江苏徐州人，徐州工程学院信电工程学院，讲师；鲍蓉（1968-），女，上海人，徐州工程学院信电工程学院教学院长，教授。（江苏 徐州 221000）

基金项目：本文系江苏省高等教育教改立项研究课题（项目编号：2011JSJG253）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0107-01

计算机科学与技术专业是技术发展更新最快的专业之一，而信息与网络安全技术又是本专业技术更新最快的课程之一。为使本课程的教学内容能跟上社会对人才的知识和技能要求，在给学生奠定扎实的基础理论的同时，还要强化动手能力，把学到的理论知识应用到实际项目中，同时在实践应用中主动学习新知识去解决各种问题。

CDIO是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。其核心思想是强调“做中学”和“基于项目的学习”，这个思想和所倡导的学以致用和应用指导学是一致的。

信息与网络安全技术是一门理论与实践高度结合的课程，学生最初学习的积极性会比较高，但是如果没有合理的实践教学环节，学生学习的积极性会受到影响。只有在CDIO 理念的指导下，以学生为中心，合理安排教学内容和过程，提高理论联系实际的能力，才能达到较好的教学效果。

一、基于CDIO理念的教学大纲设计

根据CDIO工程教育理念，在构思信息与网络安全课程的教学大纲时，着重在教学目的、课程内容、教学方法、考核方式和课程设计等几个方面对教学提出了更高的要求。课程内容方面要求与当今的技术发展同步，将热点问题融入到实际教学中去。例如，2013年“3.15晚会”曝光的和网络安全相关的问题，可以融入到相关章节的教学内容，分析其成因、原理和解决方法。课程设计要能与全国大学生信息安全竞赛和全国大学生软件设计大赛等各级各类相关学科竞赛的水平同步，同时定期与相关的企业和院校交流，保证能够以社会需求为导向提高学生的技术能力。在考核方式上进行了大胆的改革，省级以上大学生实践创新和创业项目的主要参与者和省级以上信息安全竞赛的主要获奖者，本课程就可以免修。

在上述思想的指导下，经过课程组的讨论，本课程的教学内容主要包括信息安全发展现状和前沿技术、网络操作系统安全、网络实体安全、网络数据库与数据安全、数据加密和鉴别、防火墙、网络攻防技术与应用、Internet安全和VPN技术等，实验项目包括密码学（置换、替代、DES和RSA）、PKI、多级安全访问控制、防火墙、入侵检测、病毒、VPN和安全审计等内容。课程设计遵循以赛带练的指导思想进行开展，主要分为两大方向：安全作品和模拟攻防。安全作品由教师指定参考题目或学生自拟题目来实施，这些题目主要参考各级信息安全竞赛而不断更新，如文件透明加解密、基于Android平台的安全通信录、基于Android平台的绿色浏览器、基于Android平台的手机防护系统等。模拟攻防由教师提前创建一个模拟环境，在此环境中预留一些漏洞和层层关卡，学生在规定的时间内通过的关卡越多，则完成质量越高，环境和关卡的设置参考各级攻防赛的相关设置。

二、一个核心、一个导向、三个层次的教学模式改革

为了最大限度提高学生的学习积极性和学习效果，提出了一个核心、一个导向、三个层次的教学模式改革方案。一个核心是指以从业职位为核心，以信息安全人才未来可能从事职业的基本需求为基础设定了三大类职位：安全软件开发、安全顾问和红客。引导学生在学习期间拟定职业方向，进而有针对性地提高某个方面的能力。一个导向是指以项目经理训练为导向，即与网络安全充分结合的综合性的团队式项目训练，从团队人员的确定、项目计划、项目实施和项目的推广整个过程都有项目经理来执行，培养了学生的工程基础知识、个人能力、团队合作能力和工程系统能力。三个层次是指本课程的教学结构和内容上分为基础模块、项目模块、企业模块三个层次。基础模块是本课程的理论知识学习，项目模块是项目经理训练，企业模块是实训基地的企业项目实训。

三、分梯度的学生培养机制

徐州工程学院（以下简称“我校”）没有设置信息安全专业，信息与网络安全技术课程只是在计算机科学与技术专业的网络工程方向开设，而信息安全人才是复合型的人才，仅仅在网络工程方向的学生中去培养优秀的信息安全人才是困难的。学生仅仅学习这一门课程远远达不到社会对信息安全人才的技能要求，所以我校一般从大一开始进行选拔和培养。首先从计算机科学与技术专业中选拔一些有兴趣的同学，进入学院设立的学生网络技术学会，然后再从中选拔比较优秀的学生进入学院与企业共同设立的信息安全小组。进入信息安全小组的同学采取导师制的方式进行培养，指导老师对信息安全小组的每个同学制订一份个性化的培养方案，指导这些学生去参加各级各类学科竞赛，申请各级大学生实践创新和创业项目，在本科学习的第四年再把这些学生送到相关的实训基地参加实训项目，形成了四年分梯度的信息安全人才培养机制，如图1所示。

四、基于情景模拟的实践、实训教学体系

在CDIO的12条标准中，标准5和标准6对目前实践教学中存在问题的解决有很好的指导作用。依据CDIO的指导思想和企业项目需求，课程组老师进行多方考察和筛选后，与企业合作建立了信息安全实验室。本实验室不仅可以进行常规的课程实验，同时也能模拟各种信息安全应用案例，实现各类安全项目的实施。信息与网络安全技术的实践教学体系将课堂教学、实验项目、课程设计、学科竞赛、教师科研、实训基地、服务社会等环节有效地融入一体。

在实践教学中采取情景模拟教学方法。每一个实验都进行应用情景设计，按照“设定情景—提出问题—分析问题—解决问题—总结经验—经验推广”的模式进行实验教学，使学生对每一个实验项目都有一个全面的认识，提高其解决问题的能力。

学生在本科学习的第四年进入实训基地学习，和校外工程导师一起参与实际项目的开发，这样学生掌握的技能就能和企业需求实现“零距离”对接。实施以来取得了丰硕的成果并受到学生的普遍欢迎，学生在校外实训期间参与企业各类工程集成项目多项，深受用人单位好评。

五、提高教师自身的CDIO理论和实践能力

为了加深对CDIO的认识，并把这个理念带到教师实际的教学和科研工作中去，要求课程组的教师认真学习CDIO的理念，同时积极参加国内组织的CDIO教学研讨活动。现在很多大学教师在自己专业知识和科研方面都是专家，但在实际工程和产业中的经验非常有限，CDIO理念要求教师不仅要具备深厚的理论功底而且还要具备熟练的实战动手能力。在这种思想的指导下，课程组教师积极争取学院委派到企业进行锻炼的机会，增强自己的实际工程和产业经验。现在本课程组教师都具有工程项目经历。

六、结语

在充分研究与吸收CDIO工程教育理念的基础上，结合我校的人才培养目标和教学理念，对信息与网络安全技术课程从教学大纲的编制、教学模式的改革、实验和实训体系的设计，以及学生培养机制等方面进行实践，取得了丰硕的成果。自2010年起，学生申请软件著作权4项，在国内的各类期刊9篇，在省级以上信息安全技术相关的学科竞赛中获奖11余人次、申请省级以上大学生实践创新和创新创业项目10项。在此基础上，将继续运用CDIO工程教育理念，深化课程的教学改革。

参考文献：

[1]王天宝，程卫东.基于CDIO 的创新型工程人才培养模式研究与实践——成都信息工程学院的工程教育改革实践[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.

[2]林英，李彤.信息安全专业“应用安全方向”CDIO实践探索[J].计算机教育，2010，（6）：94-97.

[3]徐剑，王学毅，谭振华，等.基于CDIO的网络安全类课程教学模式[J].计算机教育，2012，（8）：61-68.

地理信息科学应用范文第5篇

1地理科学在科学体系中的地位

钱学森在20世纪80-90年代逐步完成了总结全人类研究的科学体系。概括起来分11个门类、5大巨系统、4项建设（图1、图2、图3、表1），下面分别表述原著与解解的内容。

附图

图1钱学森论人类的知识体系

Fig.1ThestatementofhumanknowledgesystembyQianXuesen

钱学森将当今人类对科学知识的体系，分为数学科学、自然科学、地理科学、社会科学、建筑科学、军事科学、人体科学、思维科学、行为科学、系统科学与美学11个体系。对上述人类知识体系解读，可以将自然科学、社会科学和地理科学作为客体世界的主要研究对象；而人体科学、思维科学和行为科学作为人类主体的主要研究对象；建筑科学界于客体与主体科学之间；军事科学实际上是指谋略科学（包括经济、政治、军事等），是在掌握所有科学基础上的智慧较量；美学是纵贯于各个学科的；数学科学与系统科学是横贯于各个学科的。因此有以下的科学分类网络系统（图2）。

附图

图2科学分类的网络体系

Fig.2Thenetworksystemofscienceclassification

在五个开放的、复杂巨系统中（图3），地理系统与星系系统、社会系统、人体系统、人脑系统并列，其中的物理、地理、事理、人理、脑理中的“理”都是指研究的“规律”。

钱学森提出的社会主义总体设计部（表1）中，除了政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设外，特别提出地理建设，笔者将其修改为地理系统工程，并增加了人口、科教、城镇、资源、灾害、产业。

表1社会主义建设的系统结构（略有修改）

TablelThesystemstructureofsocialismconstruction

附图

2地理信息科学

20世纪70年代以来，随着航天技术的迅猛发展，来自外层空间的遥感、遥测、定位、通讯信息海量地增加；随着计算机技术的迅猛发展，处理与解决这些海量数据的能力大幅度地提高。地理信息系统、地理专家系统、管理信息系统、辅助决策系统应运而生，使得地理信息科学首先获得发展的机会。正是地理信息科学这门用高新技术武装起来的技术科学的发展，带动了整个地理科学的建立与发展。

附图

图3五个开放的复杂巨系统

Fig.3Fiveopencomplexgiantsystem

地理信息科学的主要内容就是天地信息一体化网络系统，包括航天信息网络系统（外层空间卫星之间的信息网络）、地面的网络系统、天地之间的网络系统三部分，是有线网络与无线网络连通的一体化网络系统。1998年笔者发表了“航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用”的论文[5]，2002年又发表了“论地理信息科学的发展”[6]一文。两篇论文基本上代表了地理信息科学的创始与发展，当前各行各业都在进行数字化或信息化的建设，实际上都是天地信息一体化网络中的部分子网络或子系统。地理信息科学中最重要的原创性的成果是遥感信息模型与地理信息编码模型。

随着遥感信息的大量获取，数学家以模式识别为工具对遥感信息进行图像处理与分类，使用的数学工具主要是数理统计的方法，把遥感信息看成是没有成因关系的随机变量；物理学家则把获取遥感的物理过程视为遥感信息的成因，因此采用反演的方法，使用辐射传输方程为主的数学工具，事实上不承认地理现象的不确定性；大多数地理学家将遥感信息当成系列成图的基础信息，快速、准确地制作系列地图。地图是符号系统，其信息量远不可与遥感信息量比较，地图学家把遥感信息转化成符号系统的系列图谱。遥感信息模型则是将地理复杂现象中的非遥感信息转变为归一化的影像信息，与遥感信息一起用方程、统计与相似准则结合，也即演绎逻辑、归纳逻辑与类比逻辑结合；确定性与不确定性（包括随机的不确定性、模糊的不确定性、灰色的不确定性、分形的不确定性）辩证统一；图像与方程（一个像元或一个图斑、一个方程）耦合；抽象思维与形象思维互动而建立起来的一种地理复杂信息模型[7-9]。这种信息模型只有在遥感技术的推动下才有可能产生。这种信息模型是遥感信息与地理信息连接的纽带。地理信息系统本来就是为了制作地图而创建的，因此地图学家将从遥感中提取的系列地图存入地理信息系统，是顺理成章的。但是这种地理信息系统无论空间分析功能多么强大，也不可能进行模型计算，外挂、内嵌种种方式都不可能解决直接进行模型计算问题。系列地图存入计算机的图形库时，信息又是冗余的，因此带来一系列与计算机技术发展格格不入的疑难，最为典型的是数据挖掘，数据挖掘说明存在数据库中的信息有冗余。遥感信息模型的运算要求地理信息系统可以直接进行模型计算，由此地理信息编码模型应运而生[10,11]。传统的地理信息系统以图形的叠合(Overlay)为主；而能够进行遥感信息模型运算的地理信息系统则以像元或图斑中的多位编码的抽取(Extract)为主。这又是完全相反的途径。地理信息编码模型还是地理定量信息与定性信息转化的纽带，也是地理信息系统中属性库与地理专家系统中知识库联系的桥梁。

总之，天地信息一体化网络系统是开放的复杂巨系统，研究这个巨系统的地理信息科学的内容远远超过了3S(RemoteSensing,GlobalPositioningSystem,GeographicalInformationSystem)的范围，而是以天地信息一体化网络系统为核心的天—地—人—机系统。地理信息科学虽然是从属于地理科学的技术科学，但是地理信息科学的诞生与发展是引领地理科学成长的核心力量，因此本刊更名时，将地理信息科学与地理科学相提并论，突出了地理信息科学的重要性。

3地理系统工程

地理系统工程当前尚未被广泛认识，已经认识到的也仅仅是系统工程在地理学中的应用。当地理信息科学中的模型在实践中应用时，必然会涉及地理系统工程的可操作性。地理遥感复杂信息模型的建立，可以进行定量预报和回溯，因此为地理系统工程打下了工程的基础。国民经济的主战场主要包括人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等8个方面，这8个方面是互动的。中国的人口问题、西部开发问题、21世纪水资源问题、能源问题、洪旱灾害问题、环境问题、生态农业问题、城镇体系问题、基建布局问题、产业结构动态调整问题以及相互之间的协调发展问题，无不属于地理系统工程。

地理现象是复杂现象，地理系统是开放的复杂巨系统。当研究西部开发时，如果国家各个部门各行其是，石油开发只考虑石油开采与输送管道；交通只考虑公路建设；铁路只考虑铁路建设；水利只考虑南水北调问题；城镇建设只考虑城市规划等，那么整体的西部地区有可能产生许多事倍功半的现象，例如修了公路没有物资运输；城市居民结构不尽合理；劳动力与产业结构不配套等。钱学森的社会主义总体设计部就是要把地理系统工程与政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设系统地结合起来，地理系统工程仅是其中的一个子系统。而人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业是地理系统工程中的子系统。人口中的数量、素质、结构、分布是人口系统中的要素；资源中的矿产资源、水资源、生物资源、土资源、大气资源等又是资源系统中的子系统；大气环境、水环境、土环境、生物环境、地质环境是环境系统的子系统；交通、铁路、航运、航空、供排水、供电、供气、供暖、电讯、电视、计算机网络是基础建设系统的子系统等。系统嵌套系统，分层次子系统与交叉子系统，构成完整的、开放的、复杂的巨系统。

研究开放复杂巨系统的方法，首先是将系统分解为多层次的子系统，明确其中的交叉子系统；其次是从定性到定量地确定子系统中各个要素与指标体系；第三是根据指标（相似准则）建立模型进行预测预报；最后是检验该巨系统的效益与效率。当前大多数是分别研究人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等子系统，在一个地区全面研究区域地理系统工程的有效实例不多，区域经济地理的研究还远远够不上地理系统工程。笔者曾在2000年底提出中国水资源、水灾害、水环境、生产用水、生活用水统一解决的洪水充分利用，全国水系网络化与渤海淡化的地理系统工程，中国科技报曾进行报道，之后笔者在“21世纪黄河系统工程方略”一文中进行阐述，首先所能进行的研究是虚拟地理系统工程。全国水系网络化与渤海淡化是21世纪的世纪工程，尚需有识之士共识，广泛地深入研究，进一步的论证。如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究复杂的地理系统工程就是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，地理系统工程的实践指日可待。

4理论地理科学

地理信息科学一方面可以进一步为地理系统工程提供研究方法与手段；另一方面又为理论地理科学提供技术基础。从遥感信息模型发展到地理复杂信息模型再到地理数学[8]，为理论地理科学奠定了坚实的基础。

理论地理科学中首要的是建立开放的复杂巨地理系统的理论；其次是地理类比的广义相似理论[13]；第三是一般地理复杂模型理论与地理数学；第四是地理数学在部门地理—部门子地理系统工程与区域地理—区域地理系统工程中的应用。理论地理科学如果不能指导部门子地理系统工程的研究和区域地理系统工程的研究，那么就失去了理论意义。

如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究理论地理科学也是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，理论地理科学的建立指日可待。

5地理科学在可持续发展信息社会中的作用

地理学的发展经历了“地理环境决定论”、“人类中心主义”，然后达到了地理科学的可持续发展的阶段。地球上人类消耗的资源、能源是极其不平衡的，按照发达国家的水平，一个地球是满足不了全人类的需求的。可持续发展只有在信息社会中才能实现，人类一方面需要依靠科学技术开发资源，如太阳能的利用，靠基因工程使绿色植被更多地利用太阳辐射，靠纳米技术直接转化太阳能为电能；另一方面是靠信息技术节省资源、能源，如天地信息一体化网络系统就是信息社会的重要支柱之一，靠航天技术获取外层空间信息源，靠计算机技术建立信息网络。由此可见，地理信息科学在可持续发展信息社会中的作用[14]。随着地理信息科学的发展，地理系统工程与理论地理科学的发展，将为国民经济的主战场做出重要的贡献。

由上分析，可见地理科学与地理信息科学已经被广泛共识，地理系统工程与理论地理科学的发展尚不够充分，因此本刊更名为“地理与地理信息科学”是适时的，是既有继承性又有发展性的；是既有前瞻性又有现实性的。在这里我们希望地理科学界的同仁，切不要轻视技术，高新技术恰恰是新理论、新应用的强大推动力。

【参考文献】

[1]钱学森，等.论地理科学[M].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]钱学森.发展地理科学的建议[J].大自然探索，1987,6(19):36-46

[3]钱学森.就“地理科学”答《地理知识》记者问[J].地理知识，1990,(1):90-93.

[4]马蔼乃.论地理科学的发展[J].北京大学学报（自然科学版），1996,32(1):120-129.

[5]马蔼乃.航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用[J].北京大学学报（自然科学版），1998,34(4):533-541.

[6]马蔼乃，等.论地理信息科学的发展[J].地理学与国土研究，2002,18(1):1-8.

[7]马蔼乃.遥感信息模型[M].北京：北京大学出版社，1997.1-165.

[8]马蔼乃.遥感信息模型与地理数学[J].北京大学学报（自然科学版），2001,37(4):521-529.

[9]马蔼乃.遥感地理信息模型[J].地理学报，1996,51(3):266-271.

[10]马蔼乃.地理信息编码模型[A].地理科学与地理信息科学论[C].武汉，武汉出版社，2000.283-302.

[11]马蔼乃.地理知识的形式化[A].地理科学与地理信息科学论[C].武汉，武汉出版社，2000.261-274.

[12]马蔼乃.21世纪黄河系统工程方略（首届黄河论坛暨王化云治黄思想研讨会）[N].黄河报（转载），2002.