试论地学信息图谱思想的内涵与传承

试论地学信息图谱思想的内涵与传承
陈述彭先⽣在1997年12⽉第88次⾹⼭科学会议上,第⼀次提出了“地球信息时/空图形谱系”的研究领域。1998年发表了第⼀篇论⽂《地学信息图谱刍议》。
地学图谱是针对地学现象和过程的图谱应⽤,是地球现象空间结构特征与时空序列变化内在规律的反映。它通过地学分析的时空和属性的多维系列图解,以表达地学基本规律,如:胡焕庸线、⽓候带模式等都属于地学图谱。地学图谱是地图与谱的结合。地图表达反映各地理要素的空间配置和相互作⽤,是⼀种可感知宏观规律的外部表现。谱是指可从时间上追根溯源的动态系列表达,借助于痕迹分析,反映其历史演进的过程。谱可以多变量或多尺度描述对象的发展⽅向与演化过程,展⽰其内在规律。图谱合⼀就是空间与时间动态变化的统⼀表达。在时间演化过程系统的推演中,同时表达地理(空间)的差异。
地学信息图谱是在定量地学信息(地学数据库⽀持下)和计算机地理计算⼿段⽀持下⾃动⽣成的地学图谱。其内涵是在地球系统科学与现代空间信息科学的基础上,通过信息化与智能化⽅法,依托丰富的地学信息资源,在“赛博空间”和“虚拟现实”的智能化平台上,通过空间与时间模型,从多⾓度、多层次、多尺度,揭⽰地球系统的⾃然过程与区域分异,重现⼈地关系的过去、评估其现状、预测其未来,即通过地学图形语⾔分析与表达“⽤于描述⼈与⾃然和谐相处的规律”。
地学图谱与地学信息图谱的关系
陈述彭地学信息图谱思想
产⽣的历史轨迹
陈述彭先⽣早在青年求学时期就师从叶良辅、竺可桢、张其昀、黄秉维、任美锷、涂长望、谭其骧等⼀批现代地理学⼤师,打下了坚实的学科基础,造就了敏锐、深邃的区域地理洞察⼒。
1940s
所采取的“⾃然背景、地形发育、⼈地关系和区域特性”的思路,体现了⾃然与⼈⽂相统⼀的地理综合思想,将地理区域研究视为具有“经络”的“地理之⽣命”的思想,孕育了地学信息图谱思想的萌芽。
1950s
按照以宏观理论指导微观分析,以微观机理论述宏观演化的原则,提出的⼤⽐例尺景观制图的基本原理和⽅法,已经总结出地带性图谱、空间格局图谱、过程图谱和区域分异图谱等地学信息图谱表达理论的基本雏形。
1960s
经过国家⼤地图集的研制等制图实践,促进了图形思维与地理综合定量化分析与表达,奠定了地学信息图谱的⽅法基础。
1970s—1980s
开展的⼀系列遥感、地理信息系统先导性研究,将全球变化科学、对地观测技术和数字化空间服务有机统⼀起来。
陈述彭先⽣认为,地学信息图谱作为⼀种信息化、智能化的现代思维⽅式与研究⼯具,是加强数据挖掘图形思维的尝试,其借助图谱可以反演和模拟时空变化;以期通过利⽤图的形象表达能⼒,实现对复杂现象进⾏简洁的表达。站在今天⼤数据、⼈⼯智能以及⾼分遥感等技术背景下,地学信息图谱就是透过信息图谱、知识图谱等⽅法,实现从数据到信息再到知识的跨越,进⽽发现和表达地学规律。
地学信息图谱思想的传承
云南猪人
陈述彭先⽣在晚年曾指出,“没有基础理论的⾼新技术可能是不可靠的,没有⾼新技术⽀撑的基础理论可能是空洞的。
门外有敲门声
陈述彭先⽣在晚年曾指出,“没有基础理论的⾼新技术可能是不可靠的,没有⾼新技术⽀撑的基础理论可能是空洞的。”他相信,在全球变化和可持续发展推动的地理学新⽬标的引领下,借助地理⼤数据、
虚拟化和可视化等智能分析技术,我们必将会逐步解开地学信息图谱的密码。因此,地学信息图谱今后的发展⼀定是理论、⽅法和技术的有机统⼀。
01
全息地图的发展是
地学信息图谱表达的
重要基础
地球系统科学的发展与未来地球计划的推动,要求地学信息图谱揭⽰地学现象的空间格局、演化过程,以及要素间的相互作⽤机制,并能够重建地理环境的过去、评估现状和预测未来。信息空间的介⼊深化了地图学表达的内涵,地图对象空间拓展到三元空间,泛在地图的表达使地理空间、⼈⽂空间和信息空间互相融合,地学信息图谱正从表达维度、描述内容、表达⽅式、分析⽅法、服务模式5个视⾓加以拓展。地学信息表达呈现出⼤众性、普适性和创新性等特点。从赛博地图到全息地图,实现⽆处不在的泛在空间信息智能服务,实现⼩数据与⼤数据分析的结合、相关关系与因果关系分析的结合,从⽽进⼀步发现新的地学现象和新的地学规律。
全息地图框架图
02
安丘地震遥感对地表信息的“谱”探知
要以地理学“图”分析思想
为⽀撑
遥感是从太空对地球的场景式影像观测。在⾼分时代,遥感蕴含并承载了刻画地表态势的信息图谱,理应成为⽀撑现代地理学的数据基⽯。因此,建⽴从浅层“视觉理解(图)”深⼊到内在“机理透视(谱)”的遥感对地探测的认知过程,
以“图-谱”耦合形式实现对深层次地理综合与地理格局问题的揭⽰。在地理“图”分析思想指导下开展⾼分影像对复杂地表场景(图)的分区分层解译,进⽽在场景“图”之上进⼀步融合⾼光谱与⾼时间分辨率遥感,实现对地表各级地物的理化性质与变化过程进⾏“谱”的探测与分析,以回答复杂地表分布与内在发⽣机理等地理学核⼼问题。
03
河南省干部调整叫停地学信息图谱的认知
以⼈地关系为中⼼
地理学的核⼼内涵是⼈地关系。⾯对地球表层的复杂巨系统,地理学需要从⼈类演化的⼤背景下,从⾃然维度和社会维度,探讨⼈地关系发展的关键阶段和⼈类⽂明演进的重要进程,特别是进⼊⼈类世以来,聚焦⼈与环境的交互作⽤,探索和发现如何实现⼈类可持续发展的⼀系列重⼤科学问题。地学信息图谱要以⼈地关系发展的重⼤科学问题为内涵,在空天地⼀体化的新时空观测技术下,基于⼤数据+⼈⼯智能,获取现实世界从古到今的全球动态信息,为实现从客观地理空间到虚拟空间的⼈地关系新认知构建⼀套认知理论。
04
地学信息图谱的⽬标是mda
辅助发现与利⽤新的地学知识
知识图谱是通过有向图的⽅式表达实体、概念及其相互之间语义关系的数据组织形式或产品,强调知识的形式化描述与逻辑关系结构,本质上是⼀种语义⽹络。地理知识图谱是侧重于表达地理实体及其关系的知识图谱,即通过⾃动化地探测地理实体间的空间关系与语义关系,实现地理信息的⾃动聚合过程。地理知识图谱和地学信息图谱是截然不同的两个概念。地理知识图谱旨在通过计算机规范化表
达与存储知识,进⽽⽀持地理知识检索与知识推理。⽽地学信息图谱旨在通过⼈机交互⽅式发现新的地学知识。泛在⽹络蕴含⼤量隐式地理空间信息,为地理空间认知和地学知识发现提供了巨⼤潜能。地理知识图谱是地理问答系统实现、地学知识智能搜索、虚拟地理环境⾃动构建、乃⾄位置服务信息聚合和推送的重要前提,是将传统地理信息服务拓展到地理知识服务的关键。
地学信息图谱的思想是陈述彭先⽣留给后来者的重要地理科学问题。今天我们既欣慰地看到,当年先⽣憧憬的很多科学发展愿景已经实现,但还有很多问题有待解决,地学信息图谱的突破亦或是地理学理论的突破。这既是先⽣的未竟事业,也是我们后⼈努⼒的⽅向。
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张洪岩教授
食品广告监管制度东北师范⼤学地理科学学院教授、博⼠⽣导师。现任中国地理学会地理模型与地理信息分析专委会副主任、中国地理信息系统产业协会理论与⽅法⼯委会和教育与科普⼯委会副主任,国际数字地球协会中国国家委员会委员兼任数字⼭地专业委员会副主任,⽬前的主要研究⽅向是中国寒温带及全球中⾼纬度地区环境遥感,研究兴趣还包括历史GIS和欧洲地理。
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标签:图谱   地学   信息   地理   表达   空间
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