地理信息科學研究內容范文

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第1篇

1（略）

國內在環境信息科學的一些主要論題包括環境信息系統、環境遙感、環境模型、環境可視化、環境信息處理等方面都開展了一些研究工作。20世紀90年代以來，環境信息化發展迅速，特別是從上至下的各級政府主管部門環境信息系統的建設極大地推動了這一工作的進展，環境地理信息系統則已成為實現環境信息化的主要途徑。地理信息系統在環境領域的應用，正在從初期的信息管理、環境專題制圖發展到Gls與環境模型集成陳9]、35技術集成的多媒體環境系統、基于Gls的環境污染擴散模擬t‘’，‘“1、基于GIS的環境治理決策支持系統等。遙感技術在環境科學與工程領域有著廣泛應用，一些主要領域包括大氣污染遙感、水環境遙感、固體廢棄物遙感監測、城市熱島效應與熱環境監測、植被遙感、景觀格局遙感監測、海洋環境監測等。環境建模與模擬一直是環境工程研究的重要內容，一方面，各種數學模型、物理模型、統計模型在環境信息科學中得到大量應用，另一方面，基于環境過程機理的計算機模擬模型、元胞自動機(CA)模型、智能體(Agent)模型等也在環境領域受到重視。數據挖掘與知識發現是從海量數據庫中挖掘和提取對決策分析有用的、先前未知的隱含模式和規則的過程，筆者在1999年即面向環境信息化與數據挖掘技術的發展，試圖將二者結合，提出“環境數據庫中的知識發現”并進行了初步研究。可視化是表達和傳輸環境信息有效的形式，通過三維可視化、三維模擬實現環境現象、過程的真實感表達，能夠更加逼真地傳輸環境信息。近年來，虛擬現實技術在環境科學與工程領域的應用中受到了研究人員的重視卿]。“虛擬地理環境”是虛擬現實技術支持下地球科學研究的創新平臺，依托這一平臺，能夠進行環境科學與工程相關的理論研究、技術開發、工程實踐、模擬決策等活動。針對環境信息技術集成應用的趨勢，聶慶華提出了“數字環境”的概念，數字環境是環境信息化的過程和結果，是三維顯示的數字虛擬環境，包括環境信息數字化、環境信息傳輸網絡化、環境分析模型化和環境空間決策的智能化、環境過程和管理可視化。盡管國內目前在環境信息科學各個分支方向的研究非常活躍，但缺乏整體性、系統性的認識和探討。本文在分析環境信息科學研究進展的基礎上，基于環境信息流和信息分析處理構建了環境信息科學的體系結構，并以煤礦區環境監測治理與管理為例，全面分析了環境信息科學理論、方法與技術的應用，以期促進環境信息科學研究及其在構建和諧社會、推進可持續發展中的應用。

2環境信息科學的體系結構及其在煤礦區的應用

2.1環境信息科學的體系結構盡管環境信息科學的概念提出已有近20年的時間，但從目前國內外研究的現狀來看，對于環境信息科學的概念、學科體系還缺乏明顯的定義。已有的一些環境信息科學研究計劃中界定的范疇也不盡相同。因此，從促進環境信息科學研究的視角出發，首先需要對環境信息科學的體系結構進行界定。HuangGH等川提出的環境信息科學的構成要素及相互之間的關系見圖l，這是當前引用較多的環境信息科學體系結構。由圖1可見，環境信息科學是多學科集成的領域。傳感器綜合技術和通信技術的發展使得大尺度地面采樣技術成為可能，處理不同特征、尺度和復雜性問題的模型綜合成為新的挑戰，包括不同模擬、優化、評價模型以及相關信息技術與平臺的合并，不同技術輸人與輸出之間的聯接，社會經濟因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基礎上，HuangGH等「‘〕提出基于環境信息科學研究的環境決策支持系統計算機系統，其結構（圖略）USGS的研究報告’)中，將環境信息科學定義為:環境信息科學是為加強對不同復雜程度的環境現象的理解，并提出新的認識的，集成物理、生物學、計算機和信息科學的多學科方法的研發、試驗和應用的學科。不同定義都強調環境信息科學的多學科交叉、以信息技術為支持、解決復雜環境問題的特點。Huang等川的觀點顯然更強調以遙感、地理信息系統和GPS技術為基礎的空間信息技術與環境科學和工程的交叉，而USGS的定義則重點強調了現代計算技術、人工智能等在環境領域的應用，特別是USGS在其未來環境信息科學發展規劃中重點強調了計算智能等技的應用。基于以上觀點以及國內外研究的進展，結合我們的研究實踐與認識，以環境信息流和環境信息處理分析為主線，可以構建環境信息科學的體系結構及主要技術方法（圖略）。環境信息科學的理論基礎來源于面向環境科學與工程領域需求的多學科理論交叉，技術支持在于面向環境信息流的多技術手段集成，最終通過不同學科領域方法模型的綜合，實現環境科學與工程各個階段、各個過程的目標和任務。因此，需要從多學科理論交叉與多技術手段集成的角度推進環境信息科學研究。

2.2環境信息科學在煤礦區綜合應用的研究從一定意義上來講，環境信息科學并不是一門獨立存在的新興學科，而是諸多學科的交叉和集成。不同學科在研究過程中，特別是遙感與地理信息系統應用、資源環境規劃與城鄉管理、環境影響評價、信息科學、計算機技術等領域都從不同的角度開展著與環境信息科學密切相關的內容，這些學科的研究成果是促進環境信息科學發展的基礎和關鍵。換言之，以前進行的研究工作往往是從環境信息科學的開展的相關論題研究，其重點還在于不同學科方向，但已經構成了環境信息科學研究的基礎層。為了促進環境信息科學的研究，需要改變從外部到內部的“包圍型”研究模式，努力推進從核心到的“拓展型”發展模式，即從環境信息流出發，組織和集成相關學科的研究，特別是在不同學科交叉鏈接的關鍵論題上開展深入研究，以便形成適應環境信息科學體系與研究需求的理論方法體系和應用技術系統。煤礦區作為1種以資源開采為驅動力發展起來的特殊地理區域，由于煤炭資源開采(以下僅涉及地下開采礦區)破壞上覆巖層原始應力狀態，導致地下水流失、地面塌陷，進而引發土壤污染、水土流失，礦山排研形成的研石山壓占大量土地，堆積物導致嚴重大氣污染和土壤損害，甚至引發各種地質災害。因此，煤炭區是1種典型的由于礦山開采導致的景觀破壞、環境污染、生態退化的復雜區域，煤礦區的環境問題具有明顯的復雜性。目前，對于煤礦區生態環境主要的研究視角包括:(l)從煤礦開采損害角度出發研究開采沉陷與地表變形預計、監測與治理;(2)從煤礦區土地資源管理角度出發研究煤礦區土地利用/覆蓋變化與生態響應;(3)從煤礦區地質環境角度出發研究礦區地質環境評價與地質災害預防，(4)從煤礦區水資源環境角度出發研究礦井水害、水污染與水資源調控;(5)從景觀格局生態學角度出發研究煤礦區景觀格局;(6)從地理環境演變角度出發研究煤礦區地理環境演變與模擬;(7)從遙感與GIS應用角度出發研究礦區資源環境遙感與信息系統;(8)從大氣污染角度出發研究煤礦區大氣污染評價與控制;(9)從經濟學角度出發研究煤礦區環境經濟評價;(10)從管理學與可持續發展角度出發研究煤礦區環境規劃、環境管理與可持續發展決策;等等。對以上不同視角的研究進行綜合分析，可以看出多主題、多要素的時空環境信息是其中的關鍵，任何視角的研究都需要充分的信息和數據的支持、需要環境信息和背景信息的集成、需要計算機信息系統和分析工具的支持、需要環境知識和其它領域知識的交叉和集成。因此，從環境信息科學的角度出發，可以集成現有的研究工作，充分應用相關學科已有研究成果，通過成果整合與集成，在推進環境信息科學研究的同時，也進一步推動相關領域的研究。實現整合的關鍵在于不同研究視角之間的關聯關系構建、鏈接邊界選擇、信息傳輸反饋、系統相互作用。煤礦區環境信息科學綜合研究與應用體系框架（圖略）。按照該研究框架，煤礦區環境信息科學的重點在于多學科研究的交叉點，主要包括:(l)基于采礦環境影響機理的模型建立、參數獲取;(2)各種環境模型的建立、參數提取與模型驗證(面向環境系統分析的環境評價、污染擴散、環境演變模型和面向環境管理決策的規劃模型、優化配置、動態演變模型以及環境保護治理與生態重建方案設計);(3)面向環境監測的遙感信息源選擇與圖像處理、環境信息提取與分析，以及組織、集成與管理多種環境相關信息的數據庫設計與建立;(4)環境信息系統、地理信息系統平臺下的模型解算與解釋、分析結果可視化與應用;(5)集成信息、模型、數據庫、系統、知識的環境決策支持系統(專家系統)構建。(6)資源一環境一人類一計算機系統中的信息流與信息應用。

第2篇

近年來，環境信息科學(EnvironmentalInformationS。iences，或EnvironmentalInformaties，或Enviromatics)作為一門新興的交叉學科得到了快速的發展，早期單一的工程方向“環境信息化”正在發展成為一門多學科理論交叉、多技術手段集成的新興學科領域〔。國際環境信息科學學會(InternationalSocietyfo;EnvironmentalInformationSeienees，ISEIS)作為這一領域的學術組織，致力于發展信息技術在環境領域的應用，提供環境信息系統研究領域的多學科交叉，以促進環境信息系統研究領域的國際交流。國內在環境信息科學的一些主要論題包括環境信息系統、環境遙感、環境模型、環境可視化、環境信息處理等方面都開展了一些研究工作。20世紀90年代以來，環境信息化發展迅速，特別是從上至下的各級政府主管部門環境信息系統的建設極大地推動了這一工作的進展，環境地理信息系統則已成為實現環境信息化的主要途徑。地理信息系統在環境領域的應用，正在從初期的信息管理、環境專題制圖發展到Gls與環境模型集成陳、3S技術集成的多媒體環境系統、基于Gls的環境污染擴散模擬基于GIS的環境治理決策支持系統等。遙感技術在環境科學與工程領域有著廣泛應用，一些主要領域包括大氣污染遙感、水環境遙感、固體廢棄物遙感監測、城市熱島效應與熱環境監測、植被遙感、景觀格局遙感監測、海洋環境監測等。環境建模與模擬一直是環境工程研究的重要內容，一方面，各種數學模型、物理模型、統計模型在環境信息科學中得到大量應用，另一方面，基于環境過程機理的計算機模擬模型、元胞自動機(CA)模型、智能體(Agent)模型等也在環境領域受到重視。數據挖掘與知識發現是從海量數據庫中挖掘和提取對決策分析有用的、先前未知的隱含模式和規則的過程，筆者在1999年即面向環境信息化與數據挖掘技術的發展，試圖將二者結合，提出“環境數據庫中的知識發現”并進行了初步研究。可視化是表達和傳輸環境信息有效的形式，通過三維可視化、三維模擬實現環境現象、過程的真實感表達，能夠更加逼真地傳輸環境信息。近年來，虛擬現實技術在環境科學與工程領域的應用中受到了研究人員的重視卿。“虛擬地理環境”是虛擬現實技術支持下地球科學研究的創新平臺，依托這一平臺，能夠進行環境科學與工程相關的理論研究、技術開發、工程實踐、模擬決策等活動。針對環境信息技術集成應用的趨勢，聶慶華提出了“數字環境”的概念，數字環境是環境信息化的過程和結果，是三維顯示的數字虛擬環境，包括環境信息數字化、環境信息傳輸網絡化、環境分析模型化和環境空間決策的智能化、環境過程和管理可視化。盡管國內目前在環境信息科學各個分支方向的研究非常活躍，但缺乏整體性、系統性的認識和探討。本文在分析環境信息科學研究進展的基礎上，基于環境信息流和信息分析處理構建了環境信息科學的體系結構，并以煤礦區環境監測治理與管理為例，全面分析了環境信息科學理論、方法與技術的應用，以期促進環境信息科學研究及其在構建和諧社會、推進可持續發展中的應用。

2環境信息科學的體系結構及其在煤礦區的應用

2.1環境信息科學的體系結構盡管環境信息科學的概念提出已有近20年的時間，但從目前國內外研究的現狀來看，對于環境信息科學的概念、學科體系還缺乏明顯的定義。已有的一些環境信息科學研究計劃中界定的范疇也不盡相同。因此，從促進環境信息科學研究的視角出發，首先需要對環境信息科學的體系結構進行界定。HuangGH等川提出的環境信息科學的構成要素及相互之間的關系，這是當前引用較多的環境信息科學體系結構。，環境信息科學是多學科集成的領域。傳感器綜合技術和通信技術的發展使得大尺度地面采樣技術成為可能，處理不同特征、尺度和復雜性問題的模型綜合成為新的挑戰，包括不同模擬、優化、評價模型以及相關信息技術與平臺的合并，不同技術輸人與輸出之間的聯接，社會經濟因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基礎上，HuangGH等提出基于環境信息科學研究的環境決策支持系統計算機系統，USGS的研究報告’)中，將環境信息科學定義為:環境信息科學是為加強對不同復雜程度的環境現象的理解，并提出新的認識的，集成物理、生物學、計算機和信息科學的多學科方法的研發、試驗和應用的學科。不同定義都強調環境信息科學的多學科交叉、以信息技術為支持、解決復雜環境問題的特點。Huang等川的觀點顯然更強調以遙感、地理信息系統和GPS技術為基礎的空間信息技術與環境科學和工程的交叉，而USGS的定義則重點強調了現代計算技術、人工智能等在環境領域的應用，特別是USGS在其未來環境信息科學發展規劃中重點強調了計算智能等技術的應用。基于以上觀點以及國內外研究的進展，結合我們的研究實踐與認識，以環境信息流和環境信息處理分析為主線，可以構建環境信息科學的體系結構環境信息科學的理論基礎來源于面向環境科學與工程領域需求的多學科理論交叉，技術支持在于面向環境信息流的多技術手段集成，最終通過不同學科領域方法模型的綜合，實現環境科學與工程各個階段、各個過程的目標和任務。因此，需要從多學科理論交叉與多技術手段集成的角度推進環境信息科學研究。

2.2環境信息科學在煤礦區綜合應用的研究從一定意義上來講，環境信息科學并不是一門獨立存在的新興學科，而是諸多學科的交叉和集成。不同學科在研究過程中，特別是遙感與地理信息系統應用、資源環境規劃與城鄉管理、環境影響評價、信息科學、計算機技術等領域都從不同的角度開展著與環境信息科學密切相關的內容，這些學科的研究成果是促進環境信息科學發展的基礎和關鍵。換言之，以前進行的研究工作往往是從環境信息科學的開展的相關論題研究，其重點還在于不同學科方向，但已經構成了環境信息科學研究的基礎層。為了促進環境信息科學的研究，需要改變從外部到內部的“包圍型”研究模式，努力推進從核心到的“拓展型”發展模式，即從環境信息流出發，組織和集成相關學科的研究，特別是在不同學科交叉鏈接的關鍵論題上開展深入研究，以便形成適應環境信息科學體系與研究需求的理論方法體系和應用技術系統。煤礦區作為1種以資源開采為驅動力發展起來的特殊地理區域，由于煤炭資源開采(以下僅涉及地下開采礦區)破壞上覆巖層原始應力狀態，導致地下水流失、地面塌陷，進而引發土壤污染、水土流失，礦山排研形成的研石山壓占大量土地，堆積物導致嚴重大氣污染和土壤損害，甚至引發各種地質災害。因此，煤炭區是1種典型的由于礦山開采導致的景觀破壞、環境污染、生態退化的復雜區域，煤礦區的環境問題具有明顯的復雜性。目前，對于煤礦區生態環境主要的研究視角包括:(l)從煤礦開采損害角度出發研究開采沉陷與地表變形預計、監測與治理;(2)從煤礦區土地資源管理角度出發研究煤礦區土地利用/覆蓋變化與生態響應;(3)從煤礦區地質環境角度出發研究礦區地質環境評價與地質災害預防，(4)從煤礦區水資源環境角度出發研究礦井水害、水污染與水資源調控;(5)從景觀格局生態學角度出發研究煤礦區景觀格局;(6)從地理環境演變角度出發研究煤礦區地理環境演變與模擬;(7)從遙感與GIS應用角度出發研究礦區資源環境遙感與信息系統;(8)從大氣污染角度出發研究煤礦區大氣污染評價與控制;(9)從經濟學角度出發研究煤礦區環境經濟評價;(10)從管理學與可持續發展角度出發研究煤礦區環境規劃、環境管理與可持續發展決策;等等。對以上不同視角的研究進行綜合分析，可以看出多主題、多要素的時空環境信息是其中的關鍵，任何視角的研究都需要充分的信息和數據的支持、需要環境信息和背景信息的集成、需要計算機信息系統和分析工具的支持、需要環境知識和其它領域知識的交叉和集成。因此，從環境信息科學的角度出發，可以集成現有的研究工作，充分應用相關學科已有研究成果，通過成果整合與集成，在推進環境信息科學研究的同時，也進一步推動相關領域的研究。實現整合的關鍵在于不同研究視角之間的關聯關系構建、鏈接邊界選擇、信息傳輸反饋、系統相互作用。按照該研究框架，煤礦區環境信息科學的重點在于多學科研究的交叉點，主要包括:(l)基于采礦環境影響機理的模型建立、參數獲取;(2)各種環境模型的建立、參數提取與模型驗證(面向環境系統分析的環境評價、污染擴散、環境演變模型和面向環境管理決策的規劃模型、優化配置、動態演變模型以及環境保護治理與生態重建方案設計);(3)面向環境監測的遙感信息源選擇與圖像處理、環境信息提取與分析，以及組織、集成與管理多種環境相關信息的數據庫設計與建立;(4)環境信息系統、地理信息系統平臺下的模型解算與解釋、分析結果可視化與應用;(5)集成信息、模型、數據庫、系統、知識的環境決策支持系統(專家系統)構建。(6)資源一環境一人類一計算機系統中的信息流與信息應用。

第3篇

近年來，城市建設的各個領域都有對GIS技術的需求，在城市管理、城市規劃、市政工程、交通設施、公共服務、動態監測等城市建設方面都廣泛地應用了GIS技術，效果顯著，GIS在城市建設中為政府提供了強有力的管理規劃和決策工具。主要以面向建設行業和城鎮化建設為鮮明特色的城建類高校應以培養應用型、高素質人才為根本，對學生要求實踐能力強，實踐是衡量是否培養出適應社會發展的人才的重要標準，提高實踐教學水平是城建類院校的當務之急。天津城建大學立足天津、面向全國，服務我國城鎮化和城市現代化建設，構建了城市規劃與建筑、城市建設、城市生態與環境、城市經濟與管理、數字城市、城市文化等6個學科群。天津城建大學從2008年開始招收地理信息科學專業本科生，每年招收兩個班，到2013年7月，已培養了兩屆畢業生，共108名，其中有18名同學考取了研究生。目前天津城建大學已經初步形成較完善的教學體系，培養滿足社會需求的地理信息科學人才，但是在很多方面還有待深層次的改革與完善，另外還要積極拓展就業渠道。目前，天津城建大學地理信息科學專業建設中存在一些問題：人才培養目標定位不準，人才培養目標與企業需求脫節；課程體系過于龐雜，主次關系不明確，難以使學生掌握系統性的專業知識；地理信息科學專業實驗室的建設遠遠滯后，實踐教學環節的開展往往跟不上理論教學，造成理論與實踐相對脫節。同時專業實驗課程內容簡單孤立、系統性差、連貫性缺乏，多以驗證性實驗為主，學生的綜合能力沒有得到全面培養。為了緊跟時代步伐和適應形勢發展的需求，地理信息科學專業的人才培養目標定位應適應社會對地理信息科學人才新的需求。根據天津城建大學性質和專業特點，確定符合本校實際的地理信息科學人才培養目標。通過本課題的研究，促進天津城建大學地理信息科學專業的教學改革和發展；進一步更新教育觀念，修訂培養目標，改革教學內容、課程體系和教學方法，尤其重視應用能力的培養，以適應科學發展觀的指導要求，培養能與社會多元化人才需要結構相適應的畢業生，真正實現為地方經濟社會發展服務的目的。

二、研究方法

1)文獻研究法：文獻研究法作為一種單獨的研究方法，通過對文獻的分析，獲得對事物及現象的正確認識。目前，對人才的培養目標定位已有了研究成果，課題組檢索相關的國內外文獻資料，合理利用已有的著作、論文，通過對資料的系統分析、梳理和歸納，并進行文獻綜述，分析和研究應用型人才的培養目標定位，總結并借鑒國內外先進的人才培養經驗。

2)調查研究法：對天津城建大學地理信息科學專業畢業生的情況進行調查問卷，掌握第一手資料；到相關院校實地走訪，結合他人的經驗，進行深入的分析。通過調研，收集有關地理信息科學人才培養現狀的信息和數據，進行相應的數據統計和處理，對人才培養質量以及實踐過程中存在的問題和困難進行分析。

三、城建類高校地理信息科學專業人才培養目標定位

3.1確定地理信息科學人才培養方向與要求

通過到其它高校和就業單位調研，全面了解目前社會對高校地理信息科學專業教學中學生培養目標以及對學生實踐能力的需求，同時全面掌握全國高校地理信息科學專業教學中的改革方向及研究成果。制定出天津城建大學地理信息科學人才的培養方向：培養具備地理信息系統、遙感技術、衛星定位技術、數字測圖、計算機應用技術的基礎理論、基本知識、基本技能及其在專業領域內的具體應用本領能夠在城建、地理國情監測、測繪、資源環境、交通、土地管理等領域從事與地理信息科學相關的應用研究、技術開發、生產管理等工作的應用型人才。本專業學生主要學習并掌握地理信息系統、遙感技術、衛星定位技術、地理學、計算機應用技術方面的基本理論和基本知識，受到應用基礎研究思維和科學實驗訓練，具有較好的科學素養，具有地理信息系統研究、設計的基本技能及初步的教學、研究、開發和管理能力。畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：掌握地理信息科學、地理學基本理論基本技能；掌握地理信息系統空間分析方法與應用軟件、遙感圖像處理和地學信息提取技術、GPS定位原理與應用，具有空間分析的基本能力；了解地理信息系統與遙感領域研究發展前沿，能熟練地運用地理信息系統、遙感與GPS定位系統技術解決地理學中的信息采集、分析處理和決策支持等相關問題；④掌握一門外語和計算機應用技能；⑤具有創新意識和協同攻關能力，具備一定的地理信息系統設計、開發或具體應用能力。

3.2專業培養方式

1)課堂教學：通過課堂教學使學生充分掌握GIS基礎理論和基本知識。在課堂教學方面注重優化教學內容,增大課堂知識量，提高課堂教學效率，完善教學評價體系，充分調動教師和學生的積極性和主動性，注重采用啟發式、提問式、研討式等教學方法，實現教與學的良性循環。

2)課內實驗教學：通過課內GIS基本實驗技能訓練，培養學生的動手操作能力和科學研究能力。天津城建大學四門課開設了課內實驗，如地理信息系統原理實驗、GIS設計與開發實驗、GIS空間分析原理與方法實驗、GIS軟件應用實驗。任課教師確定實驗內容，在指導教師的幫助下，由學生獨立完成，培養學生發現問題、思考問題和解決問題的能力。

3)實習教學：目的是鞏固學生地理信息科學的基本理論，使學生系統掌握地理信息的理論技術和應用的基本技能。使學生能從事地理信息系統軟件開發和地理信息工程的設計、建立與應用工作。適應經濟建設人才要求，為國民經濟建設培養具有創新能力、厚基礎、寬口徑、高素質、一專多能的應用性專門人才。既培養學生上機操作的實踐能力，更好地掌握應用主要商用地理信息系統軟件，同時又培養利用常用地理信息系統軟件解決實際問題的能力和創新精神，從而達到通過上機實驗鞏固和拓展理論知識的目的。遙感實習進一步加深對相關專業理論知識的學習和理解；掌握遙感影像處理的一般流程；熟悉專業軟件的使用方法；培養一絲不茍的工作態度和團隊合作精神。培養學生進行遙感技術應用的實際操作能力，要求理解遙感圖像目視解譯，了解遙感影像的幾何校正、增強處理和計算機分類。熟悉遙感影像獲取原理，理解從遙感影像中獲取各種信息的處理流程和方法，并熟練掌握一種或幾種專業應用軟件。GIS程序設計主要包括GIS軟件設計和空間數據庫設計兩部分的內容，分為需求分析、項目管理方案設計、系統總體設計以及系統詳細設計、系統部署、運行和維護等階段。空間數據庫系統是GIS軟件設計的核心內容之一，進行空間數據庫系統設計的主要任務是確定空間數據庫的數據模型以及數據結構，并提出空間數據庫相關功能的實現方案。空間數據庫系統實現的主要任務是將設計的空間數據庫系統的結構體系進行編碼實現，并將采集的空間數據入庫，建立空間數據庫管理系統。

4)畢業實習：是地理信息科學專業本科生教學的必要環節，是畢業生走向工作崗位之前的一次綜合性實習，是對所學理論知識的一次初步的綜合考核。通過畢業實習，使學生進一步理解和領會所學的基本理論，了解地理信息系統技術的發展及應用，較為系統地掌握地理信息系統的基本技能，把所學知識與解決實際問題相聯系，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而提高學生從事實際工作的能力。同時，通過畢業實習，為畢業設計收集必要的資料，做好技術、知識、資料的準備工作。5)其他方式：通過天津城建大學學生科技活動資助項目和天津城建大學國家級大學生創新創業訓練計劃項目管理辦法提高學生解決實際問題的能力，增強學生的創新能力和在創新基礎上的創業能力，培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才。讓學生積極參加教師的科研項目，鼓勵學生參加各種GIS競賽活動，如MapGIS二次開發大賽、ESRI杯中國大學生GIS軟件開發大賽、SuperMap杯全國高校GIS大賽等，通過競賽能夠培養學生的專業興趣，激發學生的創新熱情。

3.3理論課程體系研究

1)公共基礎課主要包括大學英語、大學計算機基礎、高級程序設計語言C、高等數學、大學物理等課程。這些課程是為提高人才基本素質需要而設置的專業通修課平臺，為培養學生的二次開發能力做好鋪墊。

2)學科基礎課包括工程圖學、線性代數、概率與數理統計、數據庫技術與應用、計算機圖形學、數據結構、數字測圖原理與方法、C#程序設計等。主要為學生奠定好專業基礎，

3)專業基礎課主要包括經濟地理學、攝影測量學、遙感技術與應用、衛星定位原理與應用、地圖學與地圖設計。這些課程為專業課學習奠定必要基礎，是學生掌握專業知識技能必修的重要課程。

4)專業課主要包括地理信息系統原理、GIS設計與開發、GIS空間分析原理與方法、GIS軟件應用和空間數據庫等。這些專業知識和專門技能的課程使學生掌握必要的專業基本理論、專業知識和專業技能，了解地理信息科學專業的前沿科學技術和發展趨勢，培養分析解決地理信息科學專業范圍內一般實際問題的能力。

5)選修課包括專業選修課和公共選修課，開設了城市GIS技術與方法、數字城市、城市遙感、城市規劃原理。通過這些課程的學習，使學生了解遙感和GIS技術在城市擴張、城市空間基礎設施管理、城市規劃制定與實施、城市管理功能、土地利用/覆蓋、城市環境遙感監測等方面的應用。專業選修課在學生掌握了必備的專業知識的基礎上，為了提高學生的專業水平、拓展專業素質、了解專業前沿和交叉學科新知識、新技術、新方法等而設置的。公共選修課是學生根據個人興趣和實際需要而選擇修讀課程，該課程有利于提高學生的素質修養、開發學生的創新意識、拓寬學生的知識領域。

3.4實踐教學研究

實踐教學是深化理論課程知識，培養學生應用能力的有效途徑[12]。地理信息科學是一門偏重于技術與實踐的學科，應在注重學生理論素質培養的同時，加強應用能力和實踐創新意識的培養。實習主要包括三個方面的內容：GIS基礎與開發方面、遙感方面和測量方面。實踐開設形式包括課內實驗教學、實習兩個模塊。對于課內實驗，目前開設了地理信息系統原理實驗、GIS設計與開發實驗、GIS空間分析原理與方法實驗、GIS軟件應用實驗、數據庫技術與應用等。對于實習，目前開設了地理信息系統基礎實習、地理信息系統應用實習、遙感實習、GIS程序設計實習、數字地形圖測繪實習、衛星定位原理與應用實習、畢業實習和畢業設計。加強實驗室環境的建設，加強校企合作。培養學生從數據采集、數據編輯到數據庫管理、空間分析再到系統開發的動手能力，熟練操作常用地理信息科學軟件，并面向工程應用前沿與前沿領域開展科學研究和工程實踐，拓寬應用領域。鼓勵學生參與大學生科研立項，參加GIS大賽，并積極參與老師所研究的項目。完善實踐教學體系，強化實習基地建設。

四、結束語