GIS未来

从五个维度看待GIS

GIS发展的五个维度	看待GIS
表达维度	『从2维、2.5维、3维、时空维正向高维空间发展』（数字地球的三维地球；智慧城市时空的四维地球；大数据时代的高维）
描述内容	『从空间+属性，向语义、位置、几何、过程、关系、属性六域发展』
表达方法	『从平面地图，向三维模型、动态模型，到VR、AR、MR，正向全媒体方向发展』
分析方法	『从空间分析、时间序列分析、地理综合分析，正向智能地理分析发展』
服务模式	从离线的服务方式，到Web GIS、服务化GIS、云GIS，正向雾GIS发展

场景学

	说明
什么是地图？	①地图是人类三大通用语言（音乐、绘图、地图）之一，是人类对世界的地理形式的表达；②传统地图学采用地理空间信息分层表达的方式，以科学的符号系统、地图投影和综合方法来表达复杂地理世界的空间结构和空间关系；③地图不仅是描述世界，还是在更高、更抽象的层面上构建世界
地图发展现状	地图的制图对象、主体、模式、语言等方面正发生深刻的变化：①对象：客观地理世界->人的世界->地球系统和现象、过程与机理的表达；②主体：地图设计制图人员->因计算机智能化制图，人人都是制图员；③模式：从局部到全球、到360度全景；俯视到全视；室外到室内；外部形态到内部结构；地表到地下；二维到三维，静态到动态，抽象到真实（模型表达到实景表达），现实到虚拟，写真到写意；④制图语言（表达方式）：图形符号语言->思维过程、自然语言、地理语义和图形符号的有机组合
地图的缺点	①缺乏完备的要素描述：研究对象不完备；二维地图的表达能力有限；②缺乏完备的映射模型：降维、信息综合、加工导致信息的丢失与不可逆；③缺乏高效的表达方式：数据组织形式（“定位-几何-属性”）不理想、平面表达限制发展
地图发展及新要求	【新要求】要求地图完成从反映现实世界空间结构和空间关系信息转向对地理现象和地理规律的综合集成描述【发展】①随着云计算、大数据、虚拟现实等技术的发展，地图数据的来源、属性维度、展现效果、交互手段、计算能力、应用范畴等均得到了很大的拓展；②数字空间与电子载体部分解除了传统制图的物理空间与平面载体的约束，正向着三维空间、实时动态、虚实融合、全视角、全要素、全内容表达的方向发展；③地图语言正实现从地理学语言到普适性大众交流语言的转变
地理场景	是指一定时空范围内的各种自然要素、人文要素相互联系、相互作用所构成的具有特定结构和功能的地域综合体
地理场景	是研究地理场景的理论、构建方法与应用技术的科学，是一门研究以场景来反应与揭示地球空间内的各种自然与人文现象的时空间分布状况，分异格局和演化过程，以及各种要素相互联系、相互作用构成具有特定结构和功能的地域综合体的科学、技术与艺术相结合的学科
地理场景的构成	【地理信息六要素】语义描述、空间位置、属性特征、几何形态、要素关系、演化过程【社会信息七要素】时间、地点、人物、事物、事件、现象、场景【地理场景的构成（场景六要素）】场景可以承载时间、地点、人物、事物、事件、现象
场景的分类	①主题场景：人文的、自然的、社会的；②几何场景：一维、二维、三维与多维、概略与精细；③尺度场景：宏观、中观与微观、大与小；④过程场景：时刻、片段、连续、动态与静态；⑤关系场景：空间、时间、时空、要素间；⑥现实性场景：虚拟的、现实的、虚实融合的；⑦作用机制场景：物理、化学、生物、人文、社会、经济
场景学的数据模型	【几何代数模型】用代数的方法解决几何问题、描述某个事件【优点】几何与代数、时间与空间、多维和高维、时空表达与计算相统一；符合地学本质；直接支撑地理分析模型；支持并行计算【模型类型】离散的时空表达（x,y,z,t）、连续时空表达（将运动表达成Versor方程）、连续与离散统一
场景学的数据结构	【传统GIS数据结构】地理信息为适应计算机的存储提出了以分幅、分层、矢量的数据结构形式。但瓦片化的解决方案并不符合这个世界的原貌，地理信息失去了很多它本身的特点，而且独立性较差，受制于计算机的发展。而观察地理定律、地理现象抽象到数字世界时的过程，我们可以提出适应GIS自身的数据结构【基于相互作用的地理场景数据结构】①研究相互作用的数据结构问题，能够把GIS的数据存储管理和地球系统模式融为一体；②GIS数据结构要表达像素、体素，还要表达格点、格边和格面，通过格边和格面表达单元、体元之间的关系
场景学的表达模型	【表达模型面临的问题】带宽的有限性、终端存储容量、屏幕大小、性能的有限性【传统软件的虚拟现实化】要从认知心理学理论创建GIS表达模型GIS表达模型。南师开发了GIS虚拟现实化中间件，其将沉浸式设备中人的动作映射到鼠标与键盘的输入信号，完成对传统GIS软件的三维操作，使传统的软件扩展到虚拟现实的世界中
场景的意义	①将成为地理学的第四大语言（闾国年），结合了数学语言的精确性、多维空间的虚实性、地理分析模拟的预见性、交互协同性的便捷等。实现了地理空间，到抽象思维空间，再到形象空间的循环变换；②直接应用场景是：实景通讯、基于场景语言的GIS将成为未来媒体的新载体、场景将成为人类第二生命的舞台

全息GIS

	说明
地理学研究方向	①时空分布：各种地理现象在时间空间上的分布（什么时候，哪里有什么）；②空间结构：即空间格局，在空间上的规律；③演化过程：随时间变化的演化规律，是过程的规律；④相互作用的机制：地理现象是由各种自然要素、各种人文要素之间相互作用的结果
地理信息新内涵	【传统的地理信息】地理信息是指与地理空间位置相关的信息，具有多维动态特征，最显著的标志是空间性，其表现为数字、文字、图像和图形等形式【问题】人们特别关注了地理信息的空间特性，而对其他特性关注不够，导致对地理信息全貌认识不清【新要求】要回答什么时间when、什么人who、什么事what，在哪里where，为什么why、处于什么状态how、发生什么行为who的问题【地理信息的六要素】①语义描述：名词解释、分类体系、原理图；②空间定位：坐标、地标、地名地址；③几何形态：点、线、面、体、像素、体素；④演化过程：时刻点、时间片段、时间过程、及其状态与行为；⑤要素关系：空间关系、时间关系、时空关系、要素关系、地理作用机制；⑥属性特征：物理、化学、生物、人文、社会、经济特征【地理位置信息】①语义位置：分类中的位置、逻辑结构中的位置；②空间位置：坐标、绝对、相对、局部的位置；③几何位置：结构、密度、场中的位置；④过程位置：时间、特征、过程结构中的位置；⑤关系位置：空间关系、时间关系、时空关系、要素关系、作用关系中的位置；⑥属性位置：物理、化学、生物、社会、经济、文化等属性中的位置【社会位置信息】①时间位置：领域/通用、连续/离散、绝对/相对、周期中的位置；②地点位置：空间形态、空间参照、空间位置、表现形式中的位置；③人物位置：组成、社会性、时间性、虚实性、影响力、行业中的位置；④事物位置：语义、属性、动静、虚实、影响、行业中的位置；⑤事件位置：语义、属性、尺度、时效、影响、领域中的位置；⑥现象位置：语义、属性、时空、尺度、影响、领域中的位置；⑦场景位置：语义、属性、时空、表达形式、领域中的位置

说明

地理学研究方向

①时空分布：各种地理现象在时间空间上的分布（什么时候，哪里有什么）；②空间结构：即空间格局，在空间上的规律；③演化过程：随时间变化的演化规律，是过程的规律；④相互作用的机制：地理现象是由各种自然要素、各种人文要素之间相互作用的结果

地理信息新内涵

【传统的地理信息】地理信息是指与地理空间位置相关的信息，具有多维动态特征，最显著的标志是空间性，其表现为数字、文字、图像和图形等形式
【问题】人们特别关注了地理信息的空间特性，而对其他特性关注不够，导致对地理信息全貌认识不清
【新要求】要回答什么时间when、什么人who、什么事what，在哪里where，为什么why、处于什么状态how、发生什么行为who的问题
【地理信息的六要素】①语义描述：名词解释、分类体系、原理图；②空间定位：坐标、地标、地名地址；③几何形态：点、线、面、体、像素、体素；④演化过程：时刻点、时间片段、时间过程、及其状态与行为；⑤要素关系：空间关系、时间关系、时空关系、要素关系、地理作用机制；⑥属性特征：物理、化学、生物、人文、社会、经济特征
【地理位置信息】①语义位置：分类中的位置、逻辑结构中的位置；②空间位置：坐标、绝对、相对、局部的位置；③几何位置：结构、密度、场中的位置；④过程位置：时间、特征、过程结构中的位置；⑤关系位置：空间关系、时间关系、时空关系、要素关系、作用关系中的位置；⑥属性位置：物理、化学、生物、社会、经济、文化等属性中的位置
【社会位置信息】①时间位置：领域/通用、连续/离散、绝对/相对、周期中的位置；②地点位置：空间形态、空间参照、空间位置、表现形式中的位置；③人物位置：组成、社会性、时间性、虚实性、影响力、行业中的位置；④事物位置：语义、属性、动静、虚实、影响、行业中的位置；⑤事件位置：语义、属性、尺度、时效、影响、领域中的位置；⑥现象位置：语义、属性、时空、尺度、影响、领域中的位置；⑦场景位置：语义、属性、时空、表达形式、领域中的位置

【对全息的解读】全息GIS即是能够对“全息”信息进行有效的表达抽象、存储管理、合理利用与分析，并且可视化的地理信息系统。基础理论是场景学，场景学为其提供基于几何代数的数据模型等理论依托。

解读维度	不同方面	说明
四全解读	全视角	制图者、讲解者和使用的视角地图内外的视角俯视、侧视、360度全视的观察视角
	全场景要素	地理空间、人文空间（社会空间）与信息空间三元空间要素
	全地理信息	语义描述、空间位置、几何形态、演化过程、要素关系、属性特征等六类地理信息要素
	全社会内容	时间、地点、人物、事物、事件、现象、场景等7类社会信息要素（大数据挖掘的黄金一定是这7类要素）
表达内涵的理解	全息表达的3类波	声（机械波）；光、电磁波；引力波
	地图色彩4要素	1. 红、绿、兰、透明度（计算机表达） 2. 黄、品、青、饱和度（地图输出）
	物理信息5要素	振幅（强度）、频率、振动方向、相位、周期