王双慧
23020319860528****
摘要:地理信息系统(GIS)作为一门重要的空间信息技术和基础应用平台,近年来在地缘研究领域受到较大关注并 获得了初步应用。该文从地缘环境建模、地缘环境数据管理、地缘环境分析、地缘环境数据可视化的角度解析了 GIS在地缘领域的应用模式,构建了地缘领域GIS应用框架,分析了地缘领域GIS应用现状，剖析了存在的间题， 并对GIS在地缘领域的进一步应用进行展望,以期GIS这门学科能够在地缘研究领域获得充分重视及广泛深入应 用,不断提高地缘研究的科学性、准确性和可靠性。今后需要从以下方面加强地缘领域GIS应用研究:1)加强地缘 环境数据管理平台与机制建设;2)加强模糊定性因素量化研究;3)加强学科交叉融合研究;4)加强大数据分析、机 器学习、可视化等方法引入。
关键词:GIS;地缘;数据管理;空间分析;可视化
1 GIS在地缘领域中的应用模式
GIS是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或 部分地球表层(包括大气层)空间中有关地理分布的 数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述 的技术系统[门,它与普通信息系统的主要区别在于 能够对地理空间数据进行管理、分析和可视化。由于地缘环境数据不仅包含地理空间数据,而且大部 分地缘问题都与地理位置相关,因此,将GIS应用于 地缘研究领域具有内在优势。对此,本文将地缘领 域中的GIS应用模式概括为以下3类。
1.1地缘环境建模与数据组织管理
地缘是一门涉及地理、政治、经济、军事、文化等 多个领域的综合性、交叉性学科,不仅包含专题统 计、政府间国际组织等非空间数据,境界、通道、事件 位置等空间数据,而且涉及以地区、国家为研究对象 的粗粒度空间尺度,以及为开展精细化研究而进行， 的空间格网剖分等细粒度空间尺度，普通信息系统 难以胜任如此种类繁多、格式多样、尺度多变的数据 的综合组织管理。由于GIS能够利用空间数据模型 及扩展数据模型对现实世界全空间进行描述和建 模切,利用空间数据库和关系数据库对空间数据和 非空间数据进行存储管理,因此,可利用GIS对地缘 环境进行多粒度建模,并对地缘环境数据进行综合 集成管理。
1.2地缘环境空间分析
空间分析作为GIS的核心能力，能够对地理空 间现象的位置、分布、形态、空间关系等进行定量研 究,提取潜在的有用信息，进而支持空间决策间。由 于大部分地缘环境要素、地缘现象和问题均与地理 位置相关,因此,可以通过GIS开展地缘环境空间分 析,利用空间分析模型挖掘地缘现象和问题背后隐 藏的与位置相关的规律、模式与特征,为地缘研究提 供方法技术支撑。此外,地缘的综合性、交叉性学科 特性决定了解决地缘问题需要应用多个领域的理 论、方法和技术,对此,本文从模型组合和信息传递 的角度,将地缘环境空间分析划分为两种应用模式: 一是将空间分析结果直接用于辅助决策,此时,空间 分析模型为主模型(或结果模型),其他领域分析模 型为从属模型(或中间模型),其输出作为空间分析 模型的一个输入;二是将空间分析结果作为其他领 域分析模型的输入,此时空间分析模型属于从属模 型,其他分析模型为主模型。可见,空间分析模型的 应用模式并不是固定的,往往需要根据地缘问题的 性质、特点和需要发生变化。
1.3地缘环境数据可视化
地图作为地图学的第二语言和GIS可视化表 达空间要素及其属性信息的主要方式，能够显著提 高信息的传输效率,达到“一图胜过千言万语”的功 效。由于大部分地缘环境要素具有空间位置信息， 因此,可以利用普通地图对地缘环境要素的位置、分布、形态以及距离、方位等空间关系进行表达，满足 地缘环境空间认知的需要;利用专题地图对地缘环 境要素的空间信息以及数量、类别等非空间信息进 行表达,满足地缘环境综合认知的需要;利用时空地 图对地缘环境要素的时空演变进行表达,满足地缘 环境时空认知的需要。可见,利用地图能够同时对 局部性和全局性的地缘环境信息进行可视化展现， 搭建现实地缘世界与人脑心像地缘世界间的桥梁， 提高地缘研究人员的空间思维和宏观思维能力,深 化地缘环境认知，促成地缘领域的“所见即所得”。 此外,针对上述各类地图,不仅可根据研究区域的空 间位置选择合适的地图投影(如研究北极地缘环境 需选择方位投影),从正确方位对地缘环境进行准确 认知,而且可将地图与其他领域可视化方法(如社会 网络可视化)组合,对地缘环境信息进行综合展现。
2 GIS在地缘领域中的应用
限于GIS技术发展等因素,国内外利用GIS开 展地缘研究工作起步较晚(始于21世纪初)。尽管 如此,GIS作为一门重要的空间信息技术，目前已经 在地缘环境建模与数据管理、地缘环境分析、地缘环 境数据可视化等方面获得了推广应用。
2.1 GIS在地缘环境建模与数据管理中的应用
在地缘环境建模方面,传统地缘研究主要以国 家、省等为研究对象,基本满足了宏观、粗粒度的 地缘研究需求，例如,部分学者在开展“一带一路”重 大项目地缘风险、北极航线地缘政治格局演变、 中国高铁外交空间格局等研究时,均以国家为基 本研究单元，部分学者在开展南亚地缘环境单元划 分、中国边境地区地缘经济发展格局C141等研究 时,均以国家以下行政区划为基本研究单元。
2.2 GIS在地缘环境分析中的应用
目前,GIS中的地图量算、地理编码、叠加分析、拓扑运算、栅格运算、水文分析、分类分级法、空间统 计分析、空间自回归模型、空间误差模型等空间分析 工具或模型在地缘环境研究中获得应用。
2.3 GIS在地缘环境数据可视化中的应用
目前,专题地图、时空地图、组合地图(即地图与 其他领域可视化方法的组合)等GIS可视化方法在 地缘环境可视化表达中获得应用。
3地缘领域GIS应用面临的挑战
尽管GIS在地缘领域的应用取得了一些成果， 但仍处于起步阶段,还需从以下方面加强研究。
(1)加强地缘环境数据管理平台与机制建设。 目前已有地缘环境分析平台利用GIS实现了部分地 缘环境空间数据、专题统计数据的管理,但许多重要 的地缘环境数据仍未得到集成融合,如地缘事件、国 际组织、民族宗教分布等数据,而且由于缺乏数据管 理机制,不同部门建立的地缘环境数据库难以共享， 部门外的研究人员仍需耗费大量时间通过互联网等 渠道重复获取数据,不利于开展系统性、综合性、持 续性的地缘研究。对此，需要对地缘环境数据内容 展开进一步梳理归纳,设计系统、全面的地缘环境数 据分类体系和数据模型,建立科学的地缘环境数据 管理机制，进而利用GIS空间数据库与传统数据库 构建统一的地缘环境数据集成管理共享平台,为系 统性、综合性的地缘研究提供数据支撑。
(2)加强模糊定性因素量化研究。GIS作为一 门具有严密数学基础的学科,擅长解决模式化、确定 性、定量化的问题,而国际关系、社会人文等作为地 缘领域的传统学科,存在很多抽象化、不确定、尚未量化的因素。目前尽管部分学者通过对定性指标进 行简单赋值、引入国外既有量化方法(结果)解决模 型定性数据量化问题,但针对量化方法的科学 性以及对研究结果影响程度的研究几乎为零,阻碍 了GIS在地缘领域的深入应用。对此,需充分利用 专家打分法、层次分析法、模糊综合评价等方法开展 量化研究和实践,将地缘领域中客观存在的模型定 性因素用数值近似刻画,同时加强量化结果科学性 研究,解决GIS在地缘领域应用的模糊定性数据 障碍。
(3)加强学科交叉融合研究。GIS已经在地缘 环境建模与数据管理、地缘环境分析、地缘环境可视 化等方面得以应用,但这些研究主要限于地理学者， 而且空间分析方法应用的领域相对有限。相反,国 际关系、社会人文等传统地缘领域学者作为开展地 缘研究的主力军,往往具备扎实的地缘研究理论功 底,对地缘问题具有独到见解,但限于学科差异,他 们较少利用GIS开展地缘研究,限制了GIS在地缘 领域应用的广度和深度。对此，需充分利用地缘关 系学术研讨会等平台,加强GIS专业与其他领域人 员的学术交流,培养复合型人才,促进GIS理论、方 法和技术与其他领域知识的交叉融合及适应性改 造,积极寻求利用GIS方法解决地缘问题的结合点 和出发点，充分挖掘精细化建模、空间分析等GIS技 术在地缘领域研究中的应用潜能。
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