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分支學科進展

土地信息學的基礎理論與前沿

發布時間:2013-07-09 15:41文章來源:中國土地學會 作者: 武漢大學資源與環境科學學院 劉耀林 打印

  一、學科性質

  土地信息學是一門描述、采集、存儲、管理、分析、處理、表達、應用和傳播土地信息的理論和方法的新興交叉學科。土地信息學作為土地科學與現代技術相結合的產物,是在土地科學與數據庫管理系統、計算機圖形學、測繪遙感、地圖學、計算機輔助制圖等相關學科相結合的基礎上發展起來的。它研究土地信息的采集、存儲、管理、分析、處理、表達、應用和傳播;研究在計算機系統的支持下進行空間土地數據的管理,并在計算機環境下模擬常規的或專門的土地分析方法和模型,作用于土地空間數據,產生有用的土地信息,以便解決復雜的土地分析、評價、預測、規劃和管理問題;研究快速、準確、綜合地對復雜的土地系統進行空間定位和過程動態分析。

  二、學科內容體系

  土地信息學研究的主要內容包括:

  1、土地信息分類與參考坐標系;

  2、土地數據的采集與數據質量;

  3、土地信息數據庫;

  4、土地信息處理與空間分析;

  5、土地信息分析模型;

  6、土地信息的表示與可視化;

  7、土地信息決策支持方法與模型;

  8、土地信息系統工程與標準化;

  9、土地信息系統的設計與應用;

  10、3S集成技術。

  三、土地信息學的基本理論框架

  土地信息學的基本理論框架的核心是土地信息的機理。土地信息機理作為形成土地信息學重要理論支撐,通過對土地實體間信息傳輸過程與物理機制的研究,揭示土地的集合形態和空間分布及變化規律。主要內容包括:土地信息的基準、標準、時空變化、認知、不確定性、解釋與反演、表達與可視化等基礎理論問題。

  1.土地信息基準  土地信息基準包括幾何基準、物理基準和時間基準,是確定土地信息形態和時空分布的基礎。

  2.土地信息標準  土地信息具有定位特征、定性特征、關系特征和時間特征,它的獲取主要依賴于航空、航天遙感等手段。土地信息產業發展的前提是信息的標準化,主要包括土地空間數據采集、存儲與交換格式標準、土地空間精度和質量標準、空間信息的分類與代碼、空間信息的安全、保密及技術標準等。

  3.土地信息時空變化  土地信息的時空變化理論,一方面從土地信息的機理入手,揭示和掌握土地信息的時空變化特征和規律,并加以形式化描述,形成規范化的理論基礎,使土地科學由空間特征的靜態描述有效地轉向過程的多維動態描述和檢測分析。另一方面,針對不同的土地問題,進行時間油畫與空間尺度的組合,以解決諸如不同尺度下信息的銜接、共享、融合和變化檢測等。

  4.土地空間信息認知  土地空間信息以土地空間中各個相互聯系、相互制約的元素為載體,各元素之間的空間位置、空間形態、空間組織、空間層次、空間排列、空間格局、空間聯系以及制約關系等均 具有可識別性。通過靜態上的形態分析、發生的成因分析、動態上的動態分析和時序上模擬分析來解釋推演土地空間形態,以達到對土地空間的客觀認知。

  5.土地信息不確定性  由于土地信息是在對土地現象的觀測、量測基礎上的抽象和近似描述,因此存在不確定性,而且他們可能隨時間發生變化,這使得土地空間信息的管理非常復雜。同時這些差異會對信息的處理、分析結果產生影響。土地信息的不確定性包括類型的不確定性、空間位置的不確定性、空間關系的不確定性、時域的不確定性和邏輯的不確定性和數據的不完整性。

  6.土地信息表達與可視化  由于計算機中的土地空間數據和信息均以數字形式存儲,為了更好地利用這些信息,需要研究土地空間信息的表達和可視化技術方法。主要涉及到數據庫的多尺度表示、數據庫綜合、圖形可視化、動態仿真和虛擬現實等。

  四、土地信息學發展前沿

  從當前發展形勢分析,在技術與應用兩方面,土地信息學發展趨勢可以歸結為:

  1、遙感技術、全球定位技術與土地信息系統技術融合;

  2、土地信息機理研究;

  3、時空土地信息系統;

  4、土地信息分析應用模型;

  5、Internet技術與土地信息系統的結合;

  6、智能化土地信息處理;

  7、三維土地信息系統;

  8、土地信息標準化。

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