GIS未來
從五個維度看待GIS
| GIS發展的五個維度 | 看待GIS |
|---|---|
| 表達維度 | 『從2維、2.5維、3維、時空維正向高維空間發展』 （數字地球的三維地球；智慧城市時空的四維地球；大數據時代的高維） |
| 描述內容 | 『從空間+屬性，向語義、位置、幾何、過程、關係、屬性六域發展』 |
| 表達方法 | 『從平面地圖，向三維模型、動態模型，到VR、AR、MR，正向全媒體方向發展』 |
| 分析方法 | 『從空間分析、時間序列分析、地理綜合分析，正向智能地理分析發展』 |
| 服務模式 | 從離線的服務方式，到Web GIS、服務化GIS、雲GIS，正向霧GIS發展 |
場景學
| 說明 | |
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| 什麼是地圖？ | ①地圖是人類三大通用語言（音樂、繪圖、地圖）之一，是人類對世界的地理形式的表達；②傳統地圖學採用地理空間信息分層表達的方式，以科學的符號系統、地圖投影和綜合方法來表達複雜地理世界的空間結構和空間關係；③地圖不僅是描述世界，還是在更高、更抽象的層面上構建世界 |
| 地圖發展現狀 | 地圖的製圖對象、主體、模式、語言等方面正發生深刻的變化：①對象：客觀地理世界->人的世界->地球系統和現象、過程與機理的表達；②主體：地圖設計製圖人員->因計算機智能化製圖，人人都是製圖員；③模式：從局部到全球、到360度全景；俯視到全視；室外到室內；外部形態到內部結構；地表到地下；二維到三維，靜態到動態，抽象到真實（模型表達到實景表達），現實到虛擬，寫真到寫意；④製圖語言（表達方式）：圖形符號語言->思維過程、自然語言、地理語義和圖形符號的有機組合 |
| 地圖的缺點 | ①缺乏完備的要素描述：研究對象不完備；二維地圖的表達能力有限；②缺乏完備的映射模型：降維、信息綜合、加工導致信息的丟失與不可逆；③缺乏高效的表達方式：數據組織形式（“定位-幾何-屬性”）不理想、平面表達限制發展 |
| 地圖發展及新要求 | 【新要求】要求地圖完成從反映現實世界空間結構和空間關係信息轉向對地理現象和地理規律的綜合集成描述 【發展】①隨着雲計算、大數據、虛擬現實等技術的發展，地圖數據的來源、屬性維度、展現效果、交互手段、計算能力、應用範疇等均得到了很大的拓展；②數字空間與電子載體部分解除了傳統制圖的物理空間與平面載體的約束，正向着三維空間、實時動態、虛實融合、全視角、全要素、全內容表達的方向發展；③地圖語言正實現從地理學語言到普適性大衆交流語言的轉變 |
| 地理場景 | 是指一定時空範圍內的各種自然要素、人文要素相互聯繫、相互作用所構成的具有特定結構和功能的地域綜合體 |
| 地理場景 | 是研究地理場景的理論、構建方法與應用技術的科學，是一門研究以場景來反應與揭示地球空間內的各種自然與人文現象的時空間分佈狀況，分異格局和演化過程，以及各種要素相互聯繫、相互作用構成具有特定結構和功能的地域綜合體的科學、技術與藝術相結合的學科 |
| 地理場景的構成 | 【地理信息六要素】語義描述、空間位置、屬性特徵、幾何形態、要素關係、演化過程 【社會信息七要素】時間、地點、人物、事物、事件、現象、場景 【地理場景的構成（場景六要素）】場景可以承載時間、地點、人物、事物、事件、現象 |
| 場景的分類 | ①主題場景：人文的、自然的、社會的；②幾何場景：一維、二維、三維與多維、概略與精細；③尺度場景：宏觀、中觀與微觀、大與小；④過程場景：時刻、片段、連續、動態與靜態；⑤關係場景：空間、時間、時空、要素間；⑥現實性場景：虛擬的、現實的、虛實融合的；⑦作用機制場景：物理、化學、生物、人文、社會、經濟 |
| 場景學的數據模型 | 【幾何代數模型】用代數的方法解決幾何問題、描述某個事件 【優點】幾何與代數、時間與空間、多維和高維、時空表達與計算相統一；符合地學本質；直接支撐地理分析模型；支持並行計算 【模型類型】離散的時空表達（x,y,z,t）、連續時空表達（將運動表達成Versor方程）、連續與離散統一 |
| 場景學的數據結構 | 【傳統GIS數據結構】地理信息爲適應計算機的存儲提出了以分幅、分層、矢量的數據結構形式。但瓦片化的解決方案並不符合這個世界的原貌，地理信息失去了很多它本身的特點，而且獨立性較差，受制於計算機的發展。 而觀察地理定律、地理現象抽象到數字世界時的過程，我們可以提出適應GIS自身的數據結構 【基於相互作用的地理場景數據結構】①研究相互作用的數據結構問題，能夠把GIS的數據存儲管理和地球系統模式融爲一體；②GIS數據結構要表達像素、體素，還要表達格點、格邊和格面，通過格邊和格面表達單元、體元之間的關係 |
| 場景學的表達模型 | 【表達模型面臨的問題】帶寬的有限性、終端存儲容量、屏幕大小、性能的有限性 【傳統軟件的虛擬現實化】要從認知心理學理論創建GIS表達模型GIS表達模型。南師開發了GIS虛擬現實化中間件，其將沉浸式設備中人的動作映射到鼠標與鍵盤的輸入信號，完成對傳統GIS軟件的三維操作，使傳統的軟件擴展到虛擬現實的世界中 |
| 場景的意義 | ①將成爲地理學的第四大語言（閭國年），結合了數學語言的精確性、多維空間的虛實性、地理分析模擬的預見性、交互協同性的便捷等。實現了地理空間，到抽象思維空間，再到形象空間的循環變換；②直接應用場景是：實景通訊、基於場景語言的GIS將成爲未來媒體的新載體、場景將成爲人類第二生命的舞臺 |
全息GIS
| 說明 | |
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| 地理學研究方向 | ①時空分佈：各種地理現象在時間空間上的分佈（什麼時候，哪裏有什麼）；②空間結構：即空間格局，在空間上的規律；③演化過程：隨時間變化的演化規律，是過程的規律；④相互作用的機制：地理現象是由各種自然要素、各種人文要素之間相互作用的結果 |
| 地理信息新內涵 | 【傳統的地理信息】地理信息是指與地理空間位置相關的信息，具有多維動態特徵，最顯著的標誌是空間性，其表現爲數字、文字、圖像和圖形等形式 【問題】人們特別關注了地理信息的空間特性，而對其他特性關注不夠，導致對地理信息全貌認識不清 【新要求】要回答什麼時間when、什麼人who、什麼事what，在哪裏where，爲什麼why、處於什麼狀態how、發生什麼行爲who的問題 【地理信息的六要素】①語義描述：名詞解釋、分類體系、原理圖；②空間定位：座標、地標、地名地址；③幾何形態：點、線、面、體、像素、體素；④演化過程：時刻點、時間片段、時間過程、及其狀態與行爲；⑤要素關係：空間關係、時間關係、時空關係、要素關係、地理作用機制；⑥屬性特徵：物理、化學、生物、人文、社會、經濟特徵 【地理位置信息】①語義位置：分類中的位置、邏輯結構中的位置；②空間位置：座標、絕對、相對、局部的位置；③幾何位置：結構、密度、場中的位置；④過程位置：時間、特徵、過程結構中的位置；⑤關係位置：空間關係、時間關係、時空關係、要素關係、作用關係中的位置；⑥屬性位置：物理、化學、生物、社會、經濟、文化等屬性中的位置 【社會位置信息】①時間位置：領域/通用、連續/離散、絕對/相對、週期中的位置；②地點位置：空間形態、空間參照、空間位置、表現形式中的位置；③人物位置：組成、社會性、時間性、虛實性、影響力、行業中的位置；④事物位置：語義、屬性、動靜、虛實、影響、行業中的位置；⑤事件位置：語義、屬性、尺度、時效、影響、領域中的位置；⑥現象位置：語義、屬性、時空、尺度、影響、領域中的位置；⑦場景位置：語義、屬性、時空、表達形式、領域中的位置 |
【對全息的解讀】全息GIS即是能夠對“全息”信息進行有效的表達抽象、存儲管理、合理利用與分析，並且可視化的地理信息系統。基礎理論是場景學，場景學爲其提供基於幾何代數的數據模型等理論依託。
| 解讀維度 | 不同方面 | 說明 |
|---|---|---|
| 四全解讀 | 全視角 | 製圖者、講解者和使用的視角 地圖內外的視角 俯視、側視、360度全視的觀察視角 |
| 全場景要素 | 地理空間、人文空間（社會空間）與信息空間三元空間要素 | |
| 全地理信息 | 語義描述、空間位置、幾何形態、演化過程、要素關係、屬性特徵等六類地理信息要素 | |
| 全社會內容 | 時間、地點、人物、事物、事件、現象、場景等7類社會信息要素 （大數據挖掘的黃金一定是這7類要素） |
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| 表達內涵的理解 | 全息表達的3類波 | 聲（機械波）；光、電磁波；引力波 |
| 地圖色彩4要素 | 1. 紅、綠、蘭、透明度（計算機表達） 2. 黃、品、青、飽和度（地圖輸出） |
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| 物理信息5要素 | 振幅（強度）、頻率、振動方向、相位、週期 |