地理科学的信息化与现代化，本文主要内容关键词为：化与论文,地理论文,科学论文,信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：K90 文献标识码：A
20世纪我国地理学的成就是空前辉煌的：初步奠定了现代化的科学基础，开拓了宽阔的应用领域，带动或推进了众多分支学科的发展[1]。地理学家活跃在社会经济建设和政府决策、领导部门，担当着科学技术或工程部门的重要岗位，扮演着运筹帷幄、决胜千里的重要角色。高等院校已有8个地理学博士点、9个自然地理博士点，人文地理、区域经济、地图和地图信息系统各3个博士点、92个硕士点，每年培养出来的青年地理专家很可能超过50年代以前中国地理人材的总和，这是多么令人鼓舞的前景啊！人才的储备和素质的提高，是实施科教兴国和可持续发展战略的基本保证。
1 全球化与地球系统科学
社会的需求胜过100所大学。21世纪信息社会即将来临，新经济的涌现，全球化、网络化和知识经济的萌发，为地理科学的发展提供着蓬勃生机[2]。20世纪后期，我国地理界的人力、物力主要集中于解决国家内部经济建设问题，现在面临全球化资源再分配、区域重组、经济管辖区争端等新的挑战，面临加入世界贸易组织(WTO)和组建跨国公司等新问题。地理学界责无旁贷地要加强全球问题的调查研究，掌握世界动态信息，力争与国际接轨。例如“数字地球”战略不仅是关系国家安全、关系全球变化和自然灾害，也和城市化、西部开发、扩大内需密切相关[3]。我们过去没有力量和条件去研究复杂的世界性问题，现在改革开放进一步深化，应该转变观念，把全球研究(Global Study)提到日程上来，积极地投入到地球系统科学中去[4,5]。如果说，地球表层的范畴是上至电离层、下至莫霍面，也就是指信息传输最活跃的圈层，或称智慧圈、人类圈，都是地理学家需要积极参预进行综合研究的范畴。天高任鸟飞，海阔凭鱼跃，地理学的未来生机无限！
地理科学既然是以综合研究地球表层为己任，我们就应该为近百年来众多分支学科的繁荣而欢呼。我曾经比喻地理科学像一颗榕树，丛生的气根越多，就会得到丰富的营养和水分，大榕树就会长得更加高大，也会更加有利于支撑本来扎根不很深的大榕树，增加大榕树抵抗飓风袭击的能力。认为分支学科的发展分散了地理科学的凝聚力，这种担心是多余的，至少是保守的。地球系统科学的体系框架在世纪之交已基本形成，它从研究碳与水的循环及其在太阳能作用下的新陈代谢作用开始，扩展到氮、磷、钾等营养元素和硫、砷、汞等制约元素的迁移，成为当代资源与环境问题的热点。它们影响到叶绿素含量、植被指数以及初级生产力的时、空分布，从而影响到森林蓄积量、草场载畜量、海洋渔获量与农作物产量。用这条主线贯穿着气圈、水圈与岩石圈之间的内外物质与能量的循环，就不必划地为牢、割裂陆地与海洋生态系统之间的联系，而且纲举目张，有助于争取更多学科的融汇与交义，而赢得地学、生命科学乃至社会科学的广泛支持。
对地观测技术系统的进步和时、空分辨率的提高，已使全球准同步动态监测成为现实，几乎可以说，有了卫星遥感，才涌现全球变化的研究浪潮。由于卫星遥感、全球定位系统与地理信息系统的进步，地理科学的综合集成就有了定量化的科学基础与先进技术手段的保证，不再只是概念的描述和哲学理念的思维。纳米级高光谱的遥感数据，用于测定地球化学元素的本底和变异，国内外已经初露锋芒；米级空间分辨率的卫星雷达图像，在水稻田作物识别、湿地水生植物分类、黄金矿藏的远景勘探方面，我国科学家都有所突破。而遥感三维成像适用于城市化监测与数据库的更新，我国也有了专利新产品。
2000年2月升空的美国奋进号宇宙飞船，一次获取除南北极地区以外75%以上地球表层的三维数字图像，总数据量达98T字节，相当于1.5万张光盘，分析与制图约需2年时间。为此，美国五角大楼的中央情报局与国防部的制图机构合并为国家影像制图中心(NIMA)，雇员9000名，预算10亿美元，从世界各地收集大量的地图资源，从事数字化三维地图的研究和研制工作。这种高精度的三维数字地图将使美军在全球范围内的精确打击能力又有一个质的飞跃。如果说在1991年海湾战略中，美军精确制导武器还不到10%，而在1999年的科索沃战略中已占到90%。两年内完成的世界地图覆盖面积超过20世纪航空摄影测绘地图的总和。今天开展全球研究，信息资源是极其丰富的，体制创新也是至关重要的。
2 网络化对地理科学的影响
网络世界正在改变人类生活中的时空观念。中国宽带高速互联网(CNCnet)发展迅速，第一期工程已于2000年10月底开通，线长8490km，106个中继站，17个节点，贯通了东南部的17个大城市：北京、天津、济南、合肥、南京、上海、杭州、宁波、福州、厦门、广州、深圳、长沙、武汉、南昌、郑州、石家庄，总传输带宽高达40000M(40Ghps)。作为全国性的高速、宽带IP骨干网络，组成完全的闭环，将承包语言、数据、视频、多媒体等综合业务及增值服务，实现各种业务网络之间的无缝连接。
教育部在10月25日召开的《全国中小学信息技术教育工作》会议上提出：据1999年底不完全统计，全国开设信息技术课程的学校约2万所，拥有计算机165万台，建立了校园网近3000个，但是2亿中小学生中接受信息技术教育的仍不足3000万人。教育部计划2001年前全国普通高中及大中城市初中开设必修课，2003年前普及到全国初中，2005年争取普及到全国90%以上中小学。同时用5～10年时间，使全国90%中小学能够上网或与中国教育卫星宽带网联通。
此外，笔记本电脑销售量1995年仅5.1万台，1999年销售27.3万台，预计2000年特达39.6万台。我国固定和移动电话总数2000年突破2亿，跃居世界第二位。
“十五”期间，我国信息产业将以3倍于国民经济的速度发展，2005年市场总规模位居世界第一位，出口创汇比2000年翻一番。使信息产业成为带动国家经济增长、结构升级的先导性支柱产业和增加综合国力的战略性产业，从应用平台着手，大力发展各类应用软件和应用系统，特别是基于因特网应用的各类电子服务系统，积极发展中文信息处理、信息检索、电子商务、远程教育、远程医疗等应用软件和系统，推动政府、企事业、社区、学校和家庭上网。
承继成、杨开宗教授在近作《信息社会与地理学》一文中指出：网络信息社会对地理学创新的影响，主要有地球信息科学与数字地球战略研究、开拓地理科学知识创新的新领域、增强地理科学技术系统与工程能力三方面。
2.1 地球信息科学与数字地球战略研究
1992年，美国出现了通讯地理学(Tele-communication geography)和信息地理学(Info-geography)[6]。
美国地理信息与分析国家中心(National Center for Geographic Information and Analysis NCGIA)与大学地理信息科学研究会(Unive-rsity Consortium for Geographic Information Sciences,UCGIS)提出“数字世界”(The Digital World)的概念，并建议开展高级地理信息学(Advancing Geographic Information Science,1995)[7]。该中心认为，地理科学的战略领域有三：
1)地理空间认知模型(Cognition Models of Geographic Space)[8]；
2)地理概念的计算机实现(Conceptional Implementations of Ge-ographic Concepts)[9]；
3)信息社会的地理学(Geography of Information Society)[10]。
1996年，UCGIS提出“地理信息科学的优先领域”是：
1)分布式计算(Distributing Computing)；
2)地理信息的认知(Cognition of Geographic Information)；
3)地理信息的互操作(Interoperability of GeoInformation)；
4)尺度(Scale)效应；
5)空间信息基础设施的未来(The future of the Spatial Inform-ation Infrastructure)；
6)地理信息系统与社会(The GIS and Society)；
7)地理信息系统环境下的空间分析(Spatial Analysis in GIS En-vironment)；
8)空间数据的获取与集成(Spatial Data Acquisition and Integ-ration)；
9)地理数据的不确定性。
2.2 开拓地理科学知识创新的新领域
1)时间与空间概念的转换，引出“地球村”的概念，加速了全球化。全球化准同步观测的实现、信息共享与预报能力的提高，对区位理论提出了挑战。
2)城市化聚集与扩散的新模式，第五代大城市与小城镇体系、社区化、郊区化的发展趋势，假日经济与休闲产业的兴起，数字港、信息港的需求。
3)对生态环境与资源的再认识，知识经济与水土资源的重新评价，退耕还林还草与绿化，科技园区与工业园区的诞生，农作物的转基因与克隆，改变了地域的限制条件。
2.3 增强地理科学技术系统与工程能力
1)对地观测系统无微不至。高分辨率卫星遥感全球覆盖，海量存储、快速处理、全天候作业。保障优先于自然过程，及时提供高质量的预测、预报。
2)全球定位观测系统，保证几何高精度及移动定位快速反应。
3)宽带互联－万维网(Internet-Web)保证数字及图像快速传输。
4)数值模拟仿真实现环境虚拟可视化。
3 地理科学的主流与优势
国家计划与发展委员会曾培炎主任制订“十五”规划时强调，首先要求解决“定位”问题，既不能“错位”，也不能“越位”，更不能“缺位”。本来这是借用足球场上运动规则的术语，我想也许同样适用于地理科学发展规划的思考。地理科学是解决人口、资源与环境问题必不可少的一种知识财富或信息资源，但并不是百科全书或知识仓库，既不可能包罗万象，更不可能包打天下。黄秉维先生早就指出：要在分析的基础上高度综合，要在综合思维的指导下深入分析。钱学森先生概括为定量与定性的综合集成。地理科学应该是新陈代谢能力很强、吐故纳新很快、善于综合利用诸多相关学科和分支学科的先进成果，制造出深加工的“精品”的大学问。通俗地说，最好有很高的反刍功能，吃草也能出奶！只有掌握在复杂的、甚至不确定的巨大系统中所可能获得的有限的、取样观测的海量数据，从浩荡烟海的数据仓库群之中，及时提取具有表征性的有效信息，升华为最有价值的原始创新知识，能对全球、国家、地区、城市乃至小区等不同尺度的区域进行空间分析、模拟与诊断，才能提出切实可行的总体战略方案或工程规划设计。不应该“与民争利”，没有必要与行业部门争地盘，与分支领域搞低级重复！“上下交征利，则国危矣”。地理科学要有独特的综合性的教材，要有独特的原始创新研究项目，要完善地理科学的现代理论、方法和技术系统，特别是要培养和造就一批又一批高层次的综合型战略决策与工程设计人材，去扎扎实实地解决当今世界和国家急需的人口、资源与环境问题，切实为可持续发展作出贡献。
地理科学队伍的建设，首先要加强文明建设，提倡团队精神。无论是教育部门，还是科研、生产部门，首先要正确定位。承认别人的长处，才能发挥自己的优势。需要团结协作、各尽所能、取长补短、群策群力、愚公移山，才有可能对地球巨系统中纵横交错的复杂性科学问题提出创新的解决方案。当遗传基因测试国际合作与数据共享成为现实的时候，生物学、医学与信息科学（生物芯片）的联手，才能水到渠成，形成了世纪之交生物信息科学的大飞跃。地理科学也是如此，当务之急是如何充分利用日新月异的对地观测数据，加强数据挖掘，掌握地理过程的时空转换规律，为可持续发展趋势做出中长期的预测与预报。没有再现历史过程和预测未来趋势的科学能力，地理科学就很难巍然屹立于现代科学之林，得到社会和科学界的认可。
蛋糕还没有做大的时候，过早地讨论分配方案是多余的。地理科学内部谁唱主角，谁挂头牌，哪个分支重要，哪些领域应该优先，不必急于讨个说法，首先应该关心的是整个地理科学还不够强大，如何群策群力、发挥地理科学的整体优势和传统优势，让地理科学在知识创新的竞赛中，大有可为才是大家共同关心的、争待解决的核心问题。
地理科学整体的、传统的优势有三方面：
1)地理科学从来就是取法自然、又以人为本的综合性学科。19世纪和20世纪专门化的发展，并不是地理科学的肢解，而正是地理科学的繁衍生息、铺垫了更加广泛的基础，为21世纪建造更高大的金字塔创造了有利条件。冰川、湖泊、滑坡、荒漠、高原、山地的研究取得了举世公认的辉煌成就；土地资源、土地利用、城市、环境、人口、工业、农业的调查研究，为国家经济建设做出了不朽的功绩。其中任何一门学科的教材，任何一项科研成果，都曾考虑到中国自然资源与环境特点和中国社会与经济的国情，只不过是各系统的工作，从来都是面对着既有自然因素、也有社会经济因素的信息源，只是根据专题或部门的需求，各取所需而已。这些理念的共识和信息源的共享，为21世纪地理科学的综合教育与科研生产留下了非常重要的思想和物质基础。
2)地理科学从来就很注重探索时间与空间分布规律、研究时间与空间相互转换的学问。地理坐标系的确定，是以地球自转、公转为依据的。古代曾经用天文与时间定位来测定地球的经纬度，有时又反过来利用这些大地测量成果研究地球椭球率、地图投影和地壳形变。地质、地貌学家用现代过程再现自然历史过程，建立动力学模型，预测未来全球变化。当年计量地理学也许太早熟了，超前于对地观测全数字化的科学技术支撑的能力，而今重整旗鼓，很有可能通过区位理论、空间分析，为网络时代重新认识城市发展、生态经济问题，为资源再分配与区域重组问题提出新的解决方案。
3)21世纪地球信息资源极大丰富。卫星遥感、全天候、不分昼夜对地观测；生态网络台站海洋浮标冰岩态、地壳深钻、地震台站，自动化程度日新月异，在地球表层构成了天罗地网，为地理科学提供了多维动态监测与虚拟现实的依据。特别是地理信息系统，不仅为地理科学提供了综合集成的全数字化的工作平台，它一方面与管理科学联手，构造新的管理－地理信息系统(MGIS)，颇受国际贸易、电子商务等社会经济学界的青睐；另一方面地理信息系统又与工程自动化设计(CAD)相卸接，(GIS+CAD)形成工程设计的崭新一枝，已经广泛应用于城市规划、智能小区的设计和管理。对于地理科学的理论研究、教学改革、人材培养和产业化都是前所未有的大喜讯。
抓住网络信息时代的机遇，一方面发展和壮大地球信息科学，把它当作地理科学的一个组成部分，作为沟通地理科学与相关科学的桥梁；另一方面，以信息化推动地理科学本身的现代化和结构性调整，构建21世纪信息时代新兴的地理科学。地图学、气象学和地理信息系统曾经被列为20世纪地理学的十大创新思想之一。通过全球化网络化和智能化，21世纪的地理科学必将焕然一新，对自然演化过程和社会经济发展过程的捕捉、监测、描述、表达能力迅速提高，反演、显示和虚拟的方法可能大大加快，把调查研究和数据分析处理过程压缩在自然（或社会）演变过程的时间之内，去赢得预测预报的时间。由于对多尺度的、多维的时间与空间分析能力，即对地球科学规律的抽象、概括能力将会得到空前的提高，从而构建崭新的地理科学的系统理论与方法也将随之得到实现。
收稿日期：2001-04-29；修订日期：2001-05-28