外文翻译译文-地理信息系统和科学的现状及发展趋势

1地理信息系统和科学的现状及发展趋势MichaelF.Goodchild加州大学圣巴巴拉分校，CA93106-4060，USA摘要地理信息的定义连接地球表面的属性，这些地点上或附近的位置的信息。负责处理这些信息的技术，包括全球定位系统，遥感和地理信息系统。背后技术是根本，可研究的问题，被称之为地理信息科学的研究组。我回顾这些技术四个标题下：定位，数据采集，数据传播和分析。最近的研究已经导致在特定的地理信息科学领域的重大进展。勾勒出的五个是未来所有技术上是可行的，因为目前的技术方案，并讨论研究的进展，将需要使它们成为现实。在对地理信息系统和科学的教育不断变化的需求。在此发表个人见解。关键词：地理信息系统遥感地理信息科学全球定位系统(GPS)21引言在过去四十年来在制定和实施手段，获取，存储，分析和共享地理信息，信息描述中指定的地球表面位置的特征已经取得了巨大进步。更正加式的，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。文献1这一基本形式的基础地理信息无数格式，现在已经表明在广泛使用。已开发的技术处理这些信息包括图像采集系统从飞行器或空间的，否则称为遥感系统全球定位系统(GPS)和其他技术确定位置和大部分一般来说地理信息系统(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，现在构成一个庞大且不断增长产业。在过去二十年它已变得十分明显这种地理空间技术提高丰达精神意义问题，这些问题形成一个科学领域的发现提供了技术基础。不同地被称为地理信息科学（地理信息科学），地理科学，地理信息，测绘，空间科学这一科学。在地理信息科学2已经取得了很大进展，这是现在人们普遍认识到作为一个研究领域和信息科学明确定义。本文首先陈述了地理信息技术的最新进展。第二个主要部分然后分析中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，将需要发生的教育体系是有效应对。本文总结出了一些简短的观点。32地理空间信息技术技术的发展一直为扩大和地理空间技术应用提供动力。四种技术的发展似乎已经在最近几年尤为重要，它们是将在以下小节中列出。2.1定位在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，它得到广泛应用尽管其原来的目的是作为一个军事系统开辟了道路，但并不阻碍其作为消费产品套件基础。今天的GPS被广泛用来作为一种廉价、可靠的系统确定位置几米，并优于一米的专门版本。GPS可以嵌入在手机，个人数字助理，甚至手表，和今天的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。因此它已成为旅客程序能够访问网站上显示的巴士和飞机的实时位置。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，提供有关的信息集成视图紧急情况，其中包括现场的救援直升机和救护车，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，但在其他情况下如饲料从加州交通的事故现场，它是必要的处理数据，才可以显示在这种情况下，擦出文本查找到参考地点，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，并正在成为Web上越来越普遍。与地理信息系统等服务最成功的两个转换地名为坐标，而这些，要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已经证明，在非常众多的应用程序中。通过应用对象的标签，这是可以跟踪的对象因为它移动过去RFID扫描器。RFID技术目前已广泛用于从跟踪货物、仓库和商店的消费者，以及看管宠物和家畜。RFID是自动充电的收费公路和RFID标签技术基础现在嵌入在许多手机和护照。GPS已经提示的网站，利用地理参考信息迅速扩散，及创建新的信息相结合，在两个或两个以上的来源通常称为混搭。但GPS是只能在室外，信号不妨碍或反映，地点及问题，因此在室内，密树木覆盖下，或高楼大厦之间。这意味着定位是只为一个普通人的生活小部分。最近出现了许多积极的研究进入室内导航，通过与定位技术及实验在地理信息系统如空间代表性。似乎可以合理地期望这些实验来实现未来几年内，允许将扩展到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。42.2数据采集现在从卫星遥感提供亚米级分辨率图像，是从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非常有用的在许多情况下，包括世界温度详细测绘例如在纽约2001年9月贸易中心的残骸。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同的是独立的云盖。从飞机上使用激光传输，激光雷达，现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、潜在的和有着非常显的地理空间数据源可以由用户贡献网站的形式。对于例如，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标注。开放街道地图是一个免费的，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，和他们一样许多人，代表新自下而上，以社区为基础的地理信息源主导的供应链从传统的权威来源，这是非常不同。各种条件都被用来形容他们，其中包括，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，所需的技术专长的4种是现在每个人都在廉价的GPS和随时可用软件形式，分别。标的物的专长是最小的Wikimapia，Flickr和开放街道地图情况。此外每个人都可以说是一个专家在自己的局域网。因为它现在是可能使地图没有任何实质性的金融投资或制图培训，从事这类活动人都称自己为地理学新人，已大幅改造使每个人都能地图制作活动做一个地图。现在有成千上万的人从事新地理。在创建社区自己的文化来记录他们生产的信息可以是有价值的，作为替代昂贵权威测绘，为迅速在紧急情况下信息源，或作为科研投入。2.3分析长期以来分析一直是地理信息系统主要目的，确实是最早地理信息系统是专为分析土地面积和总结目的纯粹。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。现在是一个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重要工具。今天，它是可能的假设，GIS是地理信息上任何可以想象操作能力，从经济发展模型，模拟紧急疏散或学校巴士最优路由。一个庞大软件产业已经成长起来解决这个假设，率领由ESRI的雷德兰兹，CA和弧系列产品。其中包括GIS分析及其应用介绍可以65发现在许多教科书中。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，在20世纪90年代中期允许在其馆藏搜索开始出现。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，由代表。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，从它可以显示或提取数据。一个地理门户一个引人注目的例子是由美国地理一站式()，布什政府项目丰富由政府提供地理空间数据提供了一个单一的入口点来源。任何保管人可以注册的网站，使保管的馆藏目录将收获的地缘门户与使用户可以访问。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。今天的地理门户概念可以发现许多网站在世界各地，其中大多数是由政府维持他们的努力，建立空间数据基础设施一部分。在2005年发布的谷歌地球和Google地图，和其他几个地图网站与虚拟地球后续版本，它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。现已成千上万这样补充来源，虽然他们价值在于可视化多个系统的分析。63地理信息科学一些地理信息科学定义可以发现在文献，但它们都可以归结到相同的基本概9,8念，背后的技术说谎的一系列根本问题深刻重要性。这些技术使用所的问题，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。3.1最新进展与的发现过去二十年在地理信息科学出现一些明显的进步。这些结果从一个不寻常的情况在某些情况下，在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，而比获得严谨，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)在空间信息理论已取得重大进展在一般地区两年期会议上部分领导之间的地理世界概念化主要区别，被称为离散对象和连续场，在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，既概念化可以从一个统一称为地理原子概念，以及其他一些先进数据模型，包括对象领域与元图，可以减少到第二个概念称为地理的偶极。112第二，不确定性概念已被详细探讨，并已作出许多重要贡献。它是不可能为13任何地理现象是确切数字表示，它在许多不同的内容世界应用中重要的是了解如何从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，采样中建立一个数据库，通过一定水平的细节遗漏，通过测量误差，等许多其他原因。而且许多用来定义在地理空间数据类的定义是模糊的。我们现在知道，比前通过GIS操作的不确定性转化为产品传播，以及有关由降尺度引入不了。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上设计的用户界面，提高认识的方式对他们周围人认为。空间认知是一个活跃的研究领域，承认地理空间技术重要性，它的改善作用。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不同。anselin也许是第一次来问“什么是对空间的特殊？”，现在的理解是他在两个14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。空间依赖性，经常托布勒的地理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想法对未来发展，并可能在地理信息技术对人类社会的进步的影响。7首先，它在技术上已经可以知道这里的一切，在任何时候。我们已经跟踪精度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，并在一些欧洲国家每个农场动物使用RFID标签跟踪。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，对每一个主要建筑构件和监视摄像机，形成密集的网络在许多城市。在今后假设是合理的，这些做法将扩大范围，在其中受灾害影响面积在每个人的位置如2008年5月汶川大地震，将立即救援人员知道未来是有可能的想象迅速找到受害者的机会大大增加。其次，它是可以预期时确定位置室内问题，并跟踪移动个人，将得到解决时候，寻路技术，将行人有效工作，因为他们目前的车辆做。第三，增长自告奋勇地理信息和新地理表明公民将发挥比以往更大的作用，为消费者和生产者的地理信息。分布在地球60亿人类形成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火灾，提供对灾害早期详细的报告。公民也比传统替代更有效的多种类型的信息源，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，对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如一个戏剧性的刺激在2005年趋势将继续。最近的一篇文章16已勾勒出的新一代数字地球眼光，从该称号，1998年由当时的副总统戈尔讲话想象的世界中，数字技术将呈现不仅是如何访问的视图世界期待着今天，但它是如何在过去和在未来将如何看看。GIS已经演变成一种技术以支持人类活动范围广阔，从科研到管理，但尚未充分发挥其作为一个潜在的调查，并为实现某些目标景观设计替代期货平台。的设计技术，包括模拟未来景观，自然过程和人类活动的结果基础手段。它不得不认真对付不确定性的，因为任何声明势必对未来不明朗，将不得不这样做的方式是立刻向公众理解。最后，实现实时连续监测，地理世界潮流将提供有关动态和变化一种技术，是越来越多，目前快照。它在未来将有可能在任何时候都知道世界状态。这是很容易想象一个未来一个城市的状态实时交通系统充分了解，在其所有车辆，包括其公共交通系统，充血状态无处不在，预计旅行时间。同样是可能的想象世界中，地理空间技术监测人体健康状态无处不在，疾病暴发提供实时地图。这些事态发展将需要部署大量传感器，无论是位于固定位置，或移动车辆和行人。我一直认为在别处，我们也应该看到人口作为分布式智能传感器，在地球上空与报告当地条件能175力集合。3.3地理信息科学的挑战8虽然很容易想象这样的场景，他们都提出问题，将需要通过地理信息科学的研究解决方案，所以在本节简要讨论等七个问题：表达：尽管许多最近取得的进展，我们仍然不具有代表一个动态的、复杂的地球上的条件和现象全方位的手段。这将需要充分4D数据模型，包括所有三个空间维度和时间。此外，这将需要不仅一元的数据目前占主导地位的GIS数据约了一次，但捕捉流动，相互作用，迁移，有关地方数据换句话说采取一次两个二进制数据地方。仿真：有限的计算能力和存储容量仍然放在模型的实际进程逼真度限制。很多时候我们必须在时间和空间粗决议，缺少细节，往往是在复杂非线性现象建模至关重要。传感器网络：予刚才勾画一个完全已知地球需要一个视觉传感器主机，提高数据管理与可问题，继续限制了我们能力部署大量传感器。沟通的不确定性：尽管有优秀的科研上的不确定性可视化，问题仍然存在困难，因为协在地理现象重要性。协方差是一种二进制，不是一个一元运算属性的，因此不容易在地图的形式描绘。动画似乎是唯一可行的方法显示，但它是开放的误解。公民知识：VGI提供了一个令人地理知识生产传统方法补充。我们需要更好地了解的VGI质量，可以用这种方法生产地理知识，公民参与不均的影响。数据搜索与发现：数字地球的目标之一是使分布式，全球数据资源高效搜索通过一个单一的访问机制。目前这一代的地理门户在一定程度上做到这一点，但仍有许多工作要做，以实现目标。归档：尽管我们的能力，产生大量地理空间数据是无可争议的，我们有没有可行的解决方案，长期保存。这是可能的，它在2030年将是更发现世界状态，因为它在1960年时候比它在2009年时候。有作为但显然是在地理信息科学发展的重要问题没有简单的解决方案。94.结论地理空间信息技术的不断扩大和发展速度明显加速。地理信息科学一直被驱动部分技术，并出现在眼前这个过程没有结束。然后，一如既往，重要的是预见事态发展，并认为对他们的影响明显，不仅提供了新的能力，但也促使社会和体制变革。地理空间信息技术提出了许多根本性的问题，提供了丰富的地理信息科学议程。一如往常，这些问题上，其中包括统计，数学，计算机科学，地理，而且认知心理学，政治学，与许多其他社会科学许多传统学科。许多这些问题带来根本性的挑战，如果将需要大量的投资的问题解决了，地理信息技术产业继续蓬勃发展。这些变化的一个更深远的影响在于他们对教育可能产生的影响。在过去的几十年它一直是标准的做法认为地理信息系统教育培养专业人才过程。在自己部门的地理课程的高年级本科生水平序列中占有了整整一年，并在最后学生在操纵地理信息系统的用户界面已获得大量的技能，了解在于他们背后的科学。但是，今天这些GIS功能很多都是熟悉甚至年幼的孩子，已经习惯了谷歌地图和类似服务的用户界面。这是否意味着不再需要作为一个专业的专业GIS技能？什么技能，如果有的话，是需要由广大市民，现在可以生产和消费地理信息吗？这些问题如导致在新的兴趣通常被称为空间思维。值得注意的是，人类18推理的基本形式之一是几乎没有注意在课程，除了当它在地理信息系统课程本科生遇到。然而，有丰富的研究表明，早期注意这些概念可能会导致在学科范围性能提高。在加州大学圣巴巴拉分校，我们已经建立了新的空间研究中心与整个校园研19究和教育在促进空间推理目标。我们正在制定方案，未成年人与一个跨学科博士，与提供一个持续的系列研讨会和技术援助。这种方法的好处之一是，它提供了一个重新用户界面地理信息系统潜力，更容易学习和导航。10参考文献1M.F.Goodchild,M.YuanandT.Cova,InternationalJournalofGeographicalInformationScience.21(2007)2392M.F.Goodchild,InternationalJournalofGeographicalInformationScience.6(1992)313M.F.Goodchild,GeoJournal.69(2007)2114A.Turner,IntroductiontoNeogeography,OReilly,Sebastopol,CA,20065D.J.Maguire,M.Batty,andM.F.Goodchild(eds.)GIS,SpatialAnalysis,andModeling,ESRIPress,Redlands,CA,20056P.A.Longley,M.F.Goodchild,D.J.Maguire,andD.W.Rhind,GeographicInformationSystemsandScience,Wiley,NewYork,20057M.F.Goodchild,P.Fu,andP.Rich,AnnalsoftheAssociationofAmericanGeographers.97(2007)2498M.F.Goodchild,InternationalJournalofGeographicalInformationSystems.6(1992)319D.M.Mark,inM.Duckham,M.F.Goodchild,andM.F.Worboys(eds.)FoundationsofGeographicInformationScience,TaylorandFrancis,NewYork.(2000)110M.F.Goo