《高级GIS》讲义连载(02):地理信息的科学、技术和艺术
发布于 4 年前 作者 wjmudan 1606 次浏览 来自 科研

本文转自XGIS新浪博客

一、科学、技术与艺术的一般定义

根据维基百科全书,科学、技术和艺术的定义如下: [1] 科学(Science): 科学是致力于揭示自然真象,对自然作理由充分的观察或研究,并通过这样的研究而获得的有组织体系的知识。科学知识极度依赖逻辑。 [2] 技术(Technology):科学的发现与创造,相对会带动技术的提升。一般与“科学”并称“科学技术”,简称“科技”。 [3] 艺术(Art):艺术(Art)的拉丁文愿意为“技巧”,现在仍然保留有原意,但是“技能”含义减低,而精神上、观念上的创造,审美上的意义反而加强。广义上讲,艺术几乎包括所有的创造性学问。 科学发展史都印证着科学、技术与艺术之间有着千丝万缕的联系。就拿代表最好科学成就的诺贝尔奖来说吧,很多成果即可以称之为科学,又可称为艺术,其中绽放的奇思妙想无不同时闪现着科学与艺术交融的花火。点心的就是英国科学家沃森和克里克于1953年发表的DNA双螺旋结构的科学论文,DNA双螺旋结构堪称科学与艺术结合的典范,该成果1962年获得诺贝尔生理与医学奖。

二、从地理信息科学走向地理信息工程

巴西国家航天研究院院长Gilbert Camara博士认为:新的世纪,地理信息科学发展到了学科实现分野的时候,也就是说从20世纪的“地理信息科学”的研究走向21世纪造福人类的“地理信息工程”。 其实,这种科学方法论在整个科学史上屡见不鲜。例如,化学科学(Chemistry)发展到一定程度,就会为化学工程(Chemistry Engineering)的发展奠定坚实的基础;物理科学(Physics)发展到一定程度,将为电子工程(Electrical Engineering)的发展奠定坚实的学科基础;计算机科学(Computer Science)发展到一定程度,这回为计算机工程(Computer Engineering)应用奠定基础。同样,地理信息科学(GI Science)的繁荣发展必将会带来地理信息工程(GI Engineering)的繁荣。 地理信息系统的发展呼唤地理信息科学,地理信息科学的发展则进一步孕育了地理信息工程。英国东伦敦大学的研究人员对地理信息系统、地理信息科学、地理信息工程进行了清晰的界定(http://www.uel.ac.uk/geo-information/),具体如下: (1) 地理信息系统(GIS): 关注使用特定的软件进行在诸如环境、犯罪、健康、教育、交通和商业等许多领域的制图和数据挖掘等应用。(Geo-Information Systems: Concerns the use of specialist software in mapping and data mining applications in such diverse areas as the environment, crime, health, education, transport and business. ) (2) 地理信息科学:关注诸如地理空间数据的数据结构、可视化、空间数据分析、空间数据质量和不确定性传播等一般性的问题。(Geo-Information Science: Concerns generic issues in the handling and analysis of geo-spatial data such as data structures, visualization, spatial data analysis, spatial data quality and the propagation of uncertainty.)
(3) 地理信息工程(Geo-Information Engineering): 地理信息工程(GI Engineering)就是是一门根据地理信息科学(GI Science)原理进行GIS及相关技术的系统构建的学科。,它考虑诸如预测建模、空间决策支持和基于位置的服务(LBS)等特定的空间信息解决方案的设计与构建。(Concerns the design and construction of specific spatial information solutions such as in predictive modelling, spatial decision support and location-based services.) 1.3 地理信息的科学、技术与艺术 ####(1)科学背景 地理信息科学是研究地理系统中的信息流的科学。地理系统是包括人类在内的由岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈等各相态物质相互作用组成的地球表层系统。系统中的物质,能量和人的运动,携带了大量信息。模拟和解释信息流的时空规律,对于揭示人类活动与资源、环境相互作用的关系具有重要意义。20世纪80年代以来,全球变化与区域可持续发展研究推动了地球科学(包括地理信息科学)的集成和融合,强化了学科的全球性、综合性、空间性和动态性以及学科研究对现代地球信息技术的依赖性。 美国宇航局(NASA)在《地球系统科学》报告中指出:认识地球系统和全球变化战略的重要组成部分是要在最广泛的意义上致力于数据和信息的管理,发展地理信息系统是其中心问题。研究内容的变化促进了研究领域的变化和理论的形成。近期的研究重点是制约地理信息技术和应用发展的理论问题,如地球圈层之间的信息传输机制及其增益与衰减规律、地学信息流的动力学机制与时空特性、地学信息传输机制的不确定性(多解)与可预见性(多维)等理论问题。这些崭新的研究领域近年来已取得了开拓性的进展,也为地理信息技术和工程的快速发展以及应用领域的进一步拓展奠定了坚实的理论基础。 ####(2)技术背景 地理信息科学的提出是地理信息系统技术及应用发展到相当水平后的必然要求。自20世纪70年代中期到90年代初期,地理信息系统一般认为是一个技术领域。随着计算机技术、网络技术、数据库技术和对地观测技术的发展,特别是遥感和全球定位系统的发展与广泛应用,导致信息源、信息量、信息技术以及信息系统的迅速增加,有力的推进了地理信息获取技术、地理信息系统技术、地理信息传输技术等发展。但信息集成、系统集成和技术体系集成中有关地理信息结构和信息流的理论问题不断涌现。例如, P. Fisher(2008)总结他任主编14年来IJGIS杂志发表的数百篇论文后认为:“最重要的研究内容是地理信息的表达。它是所有其他方面能够处理地理信息的基础”。另一方面,地理信息技术出现了工程化趋势,这表现在一些地理信息系统的规模不断扩大而逐渐演变为社会性的地理信息工程,如信息高速公路、国家空间信息基础设施等,尤其是20世纪末提出的数字地球以及与之相联系的数字城市、数字区域、数字农业等,它们不但极大的刺激了地理信息科学的发展,而且使地理信息技术在许多学科中得到广泛的应用。特别是,近年来,又涌现了许多新的大型地理信息工程基于位置和网络的服务,使地理信息走进千家万户,进一步推动了地理信息技术应用的社会化。 ####(3)艺术背景 今天人类社会面临一系列严峻的挑战,特别是气候变化问题、环境污染问题,影响日益剧烈,这些都迫使人们开始对传统的价值观和发展观进行深刻的反思,并逐步意识到必须从经济、社会、环境、科技、文化等更广泛的系统学的高度去审视人类的前途。 1992年6月,世界环境与发展大会在巴西里约热内举行,会议通过了在全球区域和各国实现可持续发展纲领性文件《21世纪议程》。可持续发展是一种新发展思想和发展战略,作为一种划时代的思想,正在影响和改变着世界的进程和人类的观念。 在科学发展史上,化学工业的发展促进了杀虫剂和农药的使用,使得农业产量在相当一个时期获得了巨大的发展,但是与此而引发的环境污染问题则让人类社会必须承受科学技术的双刃剑。另外,化石能源的开采,让人类社会获得珍贵的能源资源,但大量化石资源的燃烧说排放的二氧化碳也使得全球变暖加速,大大加速了气候变化进程。因此,科学和技术也并非万能,我们要实现可持续发展,必须彻底扬弃和超越传统工业文明的无限制发展、人类中心主义、物质消费主义的价值观,构建一种不仅是生态文明的,更重要的是充满人文主义的价值观。 过去十年,地理信息的科学和技术获得飞速发展,但是在这种急速发展的同时,在地理信息领域也必须构建充满生态文明和人文主义的一种价值观,我们称这个价值观为地理信息的艺术。

【参考文献】

【1】戴吾三,科学与艺术:人类飞翔的双翼,《科学》,2001年第4期,http://history.lib.tsinghua.edu.cn/academic/shuangyi.htm

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