摘要：國內(nèi)外對GI科學(xué)在信息科學(xué)領(lǐng)域設(shè)定的研究具有引人注目的相似性，這為地理信息科學(xué)應(yīng)是信息科學(xué)一個分支的學(xué)科界定提供了充分的證據(jù)。當(dāng)然，地理信息科學(xué)與地理學(xué)科具有天生的血緣親密關(guān)系，它們研究現(xiàn)實世界共同的對象，但很顯然，地理信息科學(xué)更多的是與本體論、表達(dá)、論文計算問題有關(guān)，而地理學(xué)則側(cè)重于企圖解釋與預(yù)測地理現(xiàn)象。文章選自：《地理學(xué)報》主管單位：中國科學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會，主辦單位：中國地理學(xué)會、中國科學(xué)院地理研究所，創(chuàng)刊時間：1934，出版周期：月刊，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號：ISSN 0375-5444，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN 11-1856/P，郵發(fā)代號：2-109?！兜乩韺W(xué)報》(中、英文版)是中國地理學(xué)會和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所主辦的學(xué)報級綜合性學(xué)術(shù)刊物，本刊主要刊登能反映地理學(xué)科最高學(xué)術(shù)水平的最新研究成果，地理學(xué)與相鄰學(xué)科的綜合研究進展，地理學(xué)各分支學(xué)科研究前沿理論，與國民經(jīng)濟密切相關(guān)并有較大應(yīng)用價值的地理科學(xué)論文。此外，我國臺灣地區(qū)亦有名為《地理學(xué)報》的期刊，由臺灣大學(xué)地理環(huán)境資源學(xué)系主辦。

　　《地理學(xué)報》是中國地理學(xué)會和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所主辦的學(xué)報級綜合性學(xué)術(shù)刊物，本刊主要刊登能反映地理學(xué)科最高學(xué)術(shù)水平的最新研究成果，地理學(xué)與相鄰學(xué)科的綜合研究進展，地理學(xué)各分支學(xué)科研究前沿理論，與國民經(jīng)濟密切相關(guān)并有較大應(yīng)用價值的地理科學(xué)論文。地理信息科學(xué)具有顯著的科學(xué)深度，它是信息科學(xué)的分支，更是一門綜合的多學(xué)科領(lǐng)域，一門正在迅速發(fā)展中的新學(xué)科，學(xué)科的成熟與發(fā)展必將造福于全人類。

　　1、地理信息科學(xué)

　　什么是地理信息科學(xué)?國際最為知名的地理信息科學(xué)家，Goodchild M F在20世紀(jì)90年代初提出地理信息科學(xué)新學(xué)科的論文中[2]，明確將其定義為“信息科學(xué)有關(guān)地理信息的一個分支學(xué)科”，地理學(xué)論文通過枚舉地理信息科學(xué)主要研究命題的方式，勾畫了地理信息科學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域與范圍。

　　1994年底，一批知名的美國GIS學(xué)者，在Colorado學(xué)術(shù)會議期間，提議建立一個新的GIS聯(lián)合組織，并試圖對已經(jīng)開始蓬勃發(fā)展的GIS新學(xué)科領(lǐng)域作出界定。專家們對這個新生組織的名字進行了激烈的爭論，幾乎是對名稱中的每一個字，通過投票表決的方式，最終一致同意將該新組織命名為“地理信息科學(xué)大學(xué)聯(lián)盟(UCGIS)”，并為新的組織與學(xué)科領(lǐng)域界定了一個大家所能接受的解釋性“間接”定義:“大學(xué)地理信息科學(xué)聯(lián)盟致力于為理解地理過程、地理關(guān)系與地理類型而發(fā)展和利用新的理論、方法、技術(shù)和資料。將地理資料轉(zhuǎn)換成有用的信息是地理信息科學(xué)的核心”[3]。

　　1999年初，美國國家科學(xué)基金委員會(NSF)的一個工作組，在其向委員會的報告中提出了地理信息(GI)科學(xué)的一個“完整”定義:“地理信息(GI)科學(xué)是一為追求重新定義地理概念和在地理信息系統(tǒng)中成功應(yīng)用的基本研究領(lǐng)域。地理信息科學(xué)研究地理信息系統(tǒng)對于社會與公眾的影響，研究社會對于GIS的影響。地理信息科學(xué)將深入研究以空間信息為主要研究對象的一些傳統(tǒng)科學(xué)，如地理學(xué)、地圖學(xué)、大地測量學(xué)中的最基本命題，同時將結(jié)合在認(rèn)知與信息科學(xué)中的一些最新發(fā)展;它也將與某些較為專門的研究領(lǐng)域，如計算機科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)等相互交疊，并繼續(xù)對這些領(lǐng)域的發(fā)展作出貢獻(xiàn);它將支持在政治科學(xué)、人類學(xué)領(lǐng)域的研究，在地理信息和社會的研究中利用這些領(lǐng)域的知識”。

　　NSF并沒有完全采用這樣一個定義來設(shè)定地理信息科學(xué)的基本研究領(lǐng)域。十余年來，北美、西歐、澳大利亞等很多西方國家，或許還應(yīng)包括中國，出現(xiàn)了這樣一種趨勢，試圖利用“地理信息科學(xué)”這一術(shù)語來泛指幾乎任何一種涉及“地理信息系統(tǒng)”理論與應(yīng)用的學(xué)術(shù)研究工作。地理信息科學(xué)作為一個正在發(fā)展中的新學(xué)科領(lǐng)域，具有顯著的學(xué)科深度與廣度;作為一個多學(xué)科的集成領(lǐng)域，它不是一個簡單的GIS教育與應(yīng)用的新名詞。數(shù)十年來，GIS已被廣泛應(yīng)用而成為科學(xué)研究的重要工具，但它還不是GI科學(xué)的全體;利用GIS工具進行的研究，對于科學(xué)是重要的，對于發(fā)現(xiàn)與GIS相關(guān)的科學(xué)研究是重要的，但它也并不是GI科學(xué)本身。當(dāng)然，毫無疑義，利用GIS進行的研究有可能為GI科學(xué)的討論揭示重要的研究命題，有可能對GI科學(xué)的研究進程作出貢獻(xiàn)。學(xué)科選定了名詞，名詞就應(yīng)反映學(xué)科的內(nèi)涵與本質(zhì)。顯然，從名詞的直觀詞義看，地理信息科學(xué)應(yīng)是信息科學(xué)的一個分支。一個好的信息科學(xué)定義，必然能演繹出GI科學(xué)的確切定義;牛津英語詞典(Oxford English Dictionary)對信息有多個定義解釋，最接近于GI科學(xué)描述、處理與研究對象的“信息”的定義是:“信息是通信的知識，涉及某些被通報或談?wù)摰奶厥獾氖聦崱ο蠡蚴录?與資料相反，信息是智力、新聞、說明、解釋等”;對“信息科學(xué)”的定義則是:“信息科學(xué)是與信息，尤其是與技術(shù)的、或是科學(xué)的對象的信息進行存儲、檢索和傳播的過程相關(guān)聯(lián)的知識的分支”。

　　地理信息科學(xué)的重要研究課題，從哲學(xué)思維與認(rèn)知的角度，當(dāng)一個智能主體的智力行為指向現(xiàn)實世界中的一個對象或事物時，信息就會產(chǎn)生;信息是智力行為內(nèi)容的關(guān)鍵部分，尤其是智力行為內(nèi)容的概念部分或可轉(zhuǎn)換、通訊與傳布部分，論文是概念化、智能體、認(rèn)知過程的聯(lián)系與媒介。而信息科學(xué)，則是研究“在自然與人工系統(tǒng)中信息的特性與行為，研究信息從一個主體到其它主體的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程、形式、機制”的科學(xué)。將“地理”這個單詞作為限定詞設(shè)置于“信息”的前面，顯然這是對地理信息科學(xué)學(xué)科研究領(lǐng)域的合理定義。地理信息科學(xué)的內(nèi)容和學(xué)科體系，從根本上說是信息科學(xué)分支的范疇，Goodchild對地理信息科學(xué)的這一定義，是對學(xué)科最為貼切的界定。

　　2、地理信息科學(xué)的歷史

　　2.1　NCGIA的研究議題

　　地理信息系統(tǒng)的歷史，其本身就是一個值得研究的論題。地理信息系統(tǒng)與計算機制圖學(xué)緊密聯(lián)系，自20世紀(jì)60年代、甚至更早的初始階段以來，地理信息系統(tǒng)、計算機制圖學(xué)的理論、概念、計算、設(shè)計與開發(fā)取得了巨大發(fā)展;80年代中期，美國NSF開始資助一些科學(xué)與技術(shù)研究中心，開展對GIS的理論與應(yīng)用研究;委員會地理學(xué)與區(qū)域科學(xué)規(guī)劃部主任Ron Abler教授對美國國家地理信息與分析中心(NCGIA)提出并設(shè)定了應(yīng)當(dāng)考慮并全力開展的5個研究主題:1)空間分析與空間統(tǒng)計學(xué);2)空間關(guān)系與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu);3)人工智能與專家系統(tǒng);4)可視化;5)社會、經(jīng)濟與制度問題。從歷史的角度看，這5個研究主題應(yīng)是正在呈現(xiàn)的新地球科學(xué)———地理信息科學(xué)學(xué)科范圍的第一次界定，畢業(yè)論文這一界定對于地理信息科學(xué)的形成與發(fā)展至關(guān)重要。

　　2.2　領(lǐng)域的命名

　　GIS發(fā)展歷程中，曾經(jīng)廣為流行的“地理信息與分析”這一將GIS的構(gòu)成要素與來自于地理學(xué)的空間分析傳統(tǒng)組合而成的復(fù)合詞語，一度是學(xué)科發(fā)展的見證。1990年，Goodchild在瑞士蘇黎世舉行的第四次空間資料處理學(xué)術(shù)大會上，對GIS研究的優(yōu)先領(lǐng)域作了一次名為“空間信息科學(xué)”的關(guān)鍵演講。經(jīng)過修改后的文章定名為“地理信息科學(xué)”，發(fā)表在“國際地理信息科學(xué)”(IJGIS)雜志上。文章的名稱由“空間”改變?yōu)?ldquo;地理”，雜志名稱也從“地理信息系統(tǒng)”改為“地理信息科學(xué)”，Goodchild并沒有對這種變換進行專門的討論;在他對地理信息科學(xué)作出是“信息科學(xué)有關(guān)地理信息的一個分支學(xué)科”的定義基礎(chǔ)上，對其所命名為“地理信息科學(xué)”的學(xué)科內(nèi)容在8個標(biāo)題下進行了討論，分別是:1)資料采集與測度;2)資料獲取;3)空間統(tǒng)計學(xué);4)資料模擬與空間資料理論;5)資料結(jié)構(gòu)、算法與處理;6)顯示;7)分析工具;8)制度、管理與倫理學(xué)問題。

　　2.3　地理信息科學(xué)大學(xué)聯(lián)盟

　　1994年底，UCGIS建立。在1997年的代表大會上，UCGIS提出了亟待開展研究的10個優(yōu)先領(lǐng)域:1)空間資料獲取與綜合;2)分布式計算;3)地理表達(dá)擴展;4)地理信息認(rèn)知;5)地理信息互操作;6)比例尺;7)GIS環(huán)境下的空間分析;8)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的未來;9)空間資料與基于GIS分析中的不確定性;10)GIS與社會。UCGIS研究優(yōu)先領(lǐng)域中的4個論題并沒有出現(xiàn)在Goodchild的論題中，“空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的未來”是一個高度應(yīng)用性的論題，迭現(xiàn)了科學(xué)與工程的緊密結(jié)合，在其它一些學(xué)科界定研究中歸并在“GIS與社會”的分類體系下;“互操作、分布式計算與比例尺”是3個基礎(chǔ)研究的論題，比例尺是尺度，更是一個理論與概念性的問題，而互操作與分布式計算顯然是一些科學(xué)計算上的問題。

　　2.4　瓦倫紐斯項目

　　1995年，NCGIA向NSF提交了一份命名為“推進地理信息科學(xué)”的研究建議[4，5]，將新形成的GI科學(xué)定義為基于3個基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一門學(xué)科，分別是:1)地理空間的認(rèn)知模型;2)地理概念表達(dá)的計算方法;3)信息社會的地理學(xué)。瓦倫紐斯“三角形”頗不平衡，但建議與完成的研究報告詳盡勾畫了地理信息科學(xué)的當(dāng)今研究水平，為學(xué)科勾畫了研究前沿與未來發(fā)展走向，是西歐北美地理信息科學(xué)家最為權(quán)威的研究成果。

　　3、地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域界定

　　地理信息科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的界定，將重要研究主題進行羅列與分析應(yīng)是一種有效的構(gòu)筑途徑。這些研究主題的研究有些較為成熟或完全，有的正在發(fā)展之中，它們相互緊密聯(lián)系，共同構(gòu)成新的地理信息科學(xué)學(xué)科體系[6-10]。論文地理信息科學(xué)的整個學(xué)科體系可分解為5個領(lǐng)域共15個研究主題。

　　3.1　實體論與表達(dá)

　　3.1.1　地理實體論　實體論研究客觀世界存在的是什么，有可能存在什么，為什么能存在?地理信息科學(xué)的實體論研究為科學(xué)家們所使用和研究，也是廣大公眾所使用的地理信息和地理概念。實體論試圖提供一種能維系現(xiàn)實世界中符號(實例)與類型(種類)相一致的正式理論，探索它們之間的相互關(guān)系和將它們實施轉(zhuǎn)換的過程。地理實體論成為UCGIS所確認(rèn)的最為重要的研究主題之一，正是學(xué)科地理基礎(chǔ)的體現(xiàn)。

　　3.1.2　地理現(xiàn)象表達(dá)　地理現(xiàn)象的正確表達(dá)，指的是對現(xiàn)象概念化的說明，它應(yīng)能為不同的使用者所接受與使用，因而需要有能夠支撐將一種資料關(guān)系自動轉(zhuǎn)換成另一種關(guān)系，從一個實體域轉(zhuǎn)換到其它實體域，在科學(xué)計算上能對對象進行追溯、確認(rèn)、分類等的方法。顯然，地理現(xiàn)象的表達(dá)在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi)首先是類型或種類，通過資料轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)于現(xiàn)實地理空間對象的數(shù)字表征，為此需尋找能夠抓住地理現(xiàn)象本質(zhì)的數(shù)字(學(xué))公式，通過基于GIS的資料表達(dá)、模擬與挖掘，完成地理現(xiàn)象與實體的有效表達(dá)。

　　3.2　計算

　　3.2.1　定性空間推理　作為廣義意義上的計算，空間關(guān)系與空間位置的推理是人工智能領(lǐng)域重要的研究主題，也是GI科學(xué)中的重要領(lǐng)域?？臻g關(guān)系的認(rèn)知模型與語言模型顯然涉及諸如接觸、包容這樣的定性拓?fù)湓?。對于空間對象不相交的空間關(guān)系，可用距離和方向等來表征;空間對象接觸或疊置時，空間關(guān)系可用在點集理論基礎(chǔ)之上拓展的多種相交圖式來表達(dá)。

　　3.2.2　計算幾何學(xué)　計算幾何學(xué)是地理空間對象和關(guān)系定量表達(dá)的基礎(chǔ)，幾何問題的計算與求解是早期的計算機機助制圖學(xué)和GIS中的重要內(nèi)容。歐氏幾何學(xué)不可能在一個精確度限定的數(shù)字環(huán)境內(nèi)，以一種直接的方式實施幾何計算;線形簡化和地圖綜合的很多問題，有賴于GI科學(xué)中的計算幾何學(xué)，盡管這些問題也與比例尺的尺度問題相關(guān);至于一些與鄰近性相關(guān)的計算幾何問題，可在Voronoi算法、泰森(Thiessen)多邊形或鄰近(Proximal)多邊形等概念框架下進行處理，它們共同構(gòu)筑了地理信息科學(xué)中幾何計算的理論與應(yīng)用構(gòu)架。

　　3.2.3　空間數(shù)據(jù)庫中的有效變址、檢索與搜索　多維資料的有效變址是計算機科學(xué)中一個重要的研究問題。2維、2·5維、3維地理信息構(gòu)成的空間數(shù)據(jù)庫，變址問題頗為重要。早期GIS中所使用的Morton矩陣方法，圖形、圖像處理中的四叉樹、八叉樹、B—樹，R—樹和K—樹等規(guī)律表達(dá)，為變址、檢索、搜索等復(fù)雜問題的有效解決提供了基礎(chǔ)。

　　3.2.4　空間統(tǒng)計學(xué)　空間統(tǒng)計學(xué)是與地理信息科學(xué)具有密切聯(lián)系的重要研究領(lǐng)域?？臻g信息的特殊性體現(xiàn)于空間自相關(guān)或空間相依性的無處不在?？臻g統(tǒng)計學(xué)為研究與處理空間自相關(guān)提供了有用的統(tǒng)計方法，如空間自相關(guān)的測度和以空間單位資料為基礎(chǔ)進行統(tǒng)計分析時空間自相關(guān)作用的控制方法等?？臻g統(tǒng)計學(xué)也是GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量與控制研究的有用工具。當(dāng)然，作為具有相對獨立性的空間統(tǒng)計學(xué)，與地理信息科學(xué)的其它領(lǐng)域相對分離。

　　3.2.5　地理計算　地理計算是GI科學(xué)的重要組成部分，像用于基于柵格的空間分析綜合概念框架的地圖代數(shù)，已不再是在空間信息不同表達(dá)方式基礎(chǔ)之上實施的標(biāo)準(zhǔn)GIS運算，本質(zhì)上它是一種在相近性和局部運算基礎(chǔ)上將地學(xué)計算問題概念化的不同方法，或許需在并行計算環(huán)境下才可以有效運行。高性能計算支持下的分形城市、細(xì)胞自動機、基于主體的城市演化模擬等地理計算新發(fā)展，正在構(gòu)成GI科學(xué)的科學(xué)計算與模擬的新學(xué)科領(lǐng)域，成為新世紀(jì)GI科學(xué)的研究與開發(fā)應(yīng)用熱點。

　　3.3　認(rèn)知

　　3.3.1　地理對象認(rèn)知模型　認(rèn)知模型涉及人類對地理現(xiàn)象的感知、碩士論文學(xué)習(xí)、記憶、推理和通信的完整過程。人類對地理環(huán)境認(rèn)知過程的研究，作為一種獲取對空間關(guān)系、地理本體論的認(rèn)識，理解與改進GIS的人機相互作用的方法而成為GI科學(xué)的重要研究主題。包括研究地理科學(xué)領(lǐng)域認(rèn)知問題在內(nèi)的整個人類空間認(rèn)知問題研究，是GI科學(xué)有關(guān)領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)。在瓦倫紐斯項目實施期間，NCGIA有一批知名學(xué)者對地理空間公共意義上概念的公式化表達(dá)和地理現(xiàn)象的認(rèn)知模型等作出了重要貢獻(xiàn)。

　　3.3.2　人類與地理信息和技術(shù)的相互作用　地理信息系統(tǒng)包括界面設(shè)計和公眾參與在內(nèi)的人機相互作用問題研究是GI科學(xué)研究體系的一部分，它的重要性一方面取決于GIS的可應(yīng)用性與公眾參與問題是否可以被分解成一般意義上的人機相互作用問題，這里涉及GI科學(xué)的對象理念與工程技術(shù)設(shè)計;另一方面也取決于地理對象的認(rèn)知與概念問題。有一點可以肯定，GIS工具與GI科學(xué)將大大拓展人類認(rèn)知世界的能力與水平。

　　3.4　應(yīng)用、組織與社會

　　3.4.1　地理資料獲取　對地理空間位置與屬性的理論、信息、資料等的測度與應(yīng)用研究構(gòu)成了GIS研究的主體。GI科學(xué)的建立與構(gòu)成必須以測繪科學(xué)理論(坐標(biāo)系統(tǒng)、地球形態(tài)測度表達(dá)等)為基礎(chǔ)，而系統(tǒng)一旦確定與建立，它就為地理世界的概念化、地理客觀世界的表達(dá)與轉(zhuǎn)化提供了最直接的解釋基礎(chǔ)。當(dāng)今最為先進的遙感遙測技術(shù)與GPS定位技術(shù)，成為GI科學(xué)所研究與使用的所有地理資料和信息獲取的最為有效與最為先進的技術(shù)手段，它們能保證資料的實時、多源、多尺度特點，成為GI科學(xué)研究的基礎(chǔ)。資料獲取手段與技術(shù)的使用與研究，成為GI科學(xué)學(xué)科體系的重要組成。

　　3.4.2　地理信息的質(zhì)量　地理信息的質(zhì)量、精度與誤差研究是GI科學(xué)研究的重要部分?？赡苡捎谠谫Y料獲取時期的各種測度誤差，或由于在GIS資料處理過程中的各種變換誤差的導(dǎo)入而降低資料質(zhì)量。如果認(rèn)知、實體論或表達(dá)方式不確切，說明與解釋也有可能發(fā)生誤差。資料質(zhì)量的影響必須在模型靈敏度、擬合置信度等框架內(nèi)首先作出確切評定，以保證GIS應(yīng)用系統(tǒng)與GI科學(xué)的準(zhǔn)確與有效。

　　3.4.3　空間分析　空間分析原是數(shù)量地理學(xué)的重要命題，但它與地理信息科學(xué)聯(lián)系密切。曾經(jīng)有學(xué)者提出，空間分析僅僅是GI科學(xué)原則在環(huán)境與社會科學(xué)中一些實際應(yīng)用，空間分析的基礎(chǔ)已為實體論、職稱論文表達(dá)方法與空間統(tǒng)計學(xué)的有關(guān)論題所覆蓋。但是，隨著空間分析技術(shù)本身的發(fā)展，特別是以高性能計算為基礎(chǔ)的地理計算學(xué)的形成與發(fā)展，已使空間分析的方法論發(fā)生了根本的變革，它必將使GI科學(xué)的空間分析功能產(chǎn)生質(zhì)的變革。在某種意義上講，是將空間分析劃定為GI科學(xué)主題的一部分，或是GI科學(xué)應(yīng)用論題的一部分，這樣一種明確的劃分可能并不重要。

　　3.4.4　地理信息、組織與社會　GIS技術(shù)的社會應(yīng)用與影響是GIS應(yīng)用研究的主體。80年代前后，GIS中的大多數(shù)技術(shù)創(chuàng)新都是出現(xiàn)在一些直接的應(yīng)用層面上，應(yīng)用軟件主要由研究機關(guān)、學(xué)校或咨詢部門的開發(fā)人員開發(fā)，很少直接由科學(xué)家發(fā)明。80年代是軟件與資料商業(yè)化的十年，更是GIS研究和發(fā)展學(xué)術(shù)化的十年。80年代末以來，學(xué)術(shù)的注意力更多地轉(zhuǎn)向了技術(shù)與社會，對地理信息的經(jīng)濟、社會、法律諸方面的注意與研究明顯增加，對GIS研究的產(chǎn)品和分享，包括GIS和相關(guān)技術(shù)使用中所涉及的效率、有效性、社會平等性、公眾參與、公眾權(quán)力等明顯增加，推動了GI科學(xué)與GIS技術(shù)的大眾化與社會化。

　　3.5　時間與空間

　　3.5.1　時間　時間、運動與演化是GIS應(yīng)用最本質(zhì)的東西，但迄今的GIS軟件為處理地理信息的時間維所提供的工具非常有限。GIS實體論從一開始就注重劃分空間與時間，實際上妨礙了GIS的科學(xué)用途與發(fā)展。如果空間與時間真的可以獨立處理與研究，那么時間將不可能是GI科學(xué)研究的重要主題。事實是，時間是GI科學(xué)研究的一個完全的組成部分，是一個跨越了大多數(shù)GI科學(xué)主題的研究課題，時間—空間綜合集成地理信息系統(tǒng)研究的興起與發(fā)展是GI科學(xué)發(fā)展的必然需要與表現(xiàn)。

　　3.5.2　空間尺度—比例尺　比例尺對于GI科學(xué)有多重的意義。在地圖制圖學(xué)中，比例尺指的是地圖上的尺度大小與現(xiàn)實世界尺度大小的比值。地圖比例尺與現(xiàn)實世界的幾何形態(tài)相互作用，制圖過程中的地圖分析與地圖綜合受到比例尺的制約與影響;尺度(比例尺)這個術(shù)語往往與表示物理過程的規(guī)模、展布或特征長度相聯(lián)系。尺度的變化、功能的變化、形狀的變化緊密聯(lián)系;尺度又與分辨率相聯(lián)系，可表示能夠鑒別或表達(dá)、顯示或分析的最小實體的大小;比例尺(尺度)及與其相關(guān)的科學(xué)問題對于以人類賴以生存的地球為整體研究對象的GI科學(xué)，重要性自不可言。

　　4、研究主題的比較

　　將本文所討論、提出的地理信息科學(xué)的15個研究主題，與Goodchild在1992年提出的GIS研究主題，以及由UCGIS提出的優(yōu)先研究領(lǐng)域進行比較:

　　(1)三者都提出了的研究主題有4個，分別是:

　　1)資料獲取;2)表達(dá)(資料模擬);3)空間分析;4)圍繞GI的社會問題。后三個主題與NCGIA所建議的核心研究問題有很好對應(yīng)關(guān)系。

　　(2)由二者提出了的研究主題中，有3個在Goodchild的建議與本文所提出的論題中出現(xiàn)，但沒有在UCGIS的建議中出現(xiàn)，分別是:1)計算幾何學(xué);2)空間數(shù)據(jù)庫;3)空間統(tǒng)計學(xué)。實際上，Goodchild把這3個研究主題的前兩個在“資料結(jié)構(gòu)、算法與處理”這樣一個綜合命題下作了組合。另外有3個主題，在UCGIS和本文中出現(xiàn)，但Goodchild沒有提及，分別是:1)本體論;2)認(rèn)知;3)資料質(zhì)量。“比例尺”是UCGIS提出的主題，但在本文中是作為時空交叉研究而提出。“可視化與顯示”是Goodchild提出的研究主題，最近UCGIS也把其確定為正在出現(xiàn)的研究主題，本文在論述的各種模型與應(yīng)用系統(tǒng)中都會涉及表達(dá)的可視化問題，而沒有將其單列。

　　(3)僅僅出現(xiàn)在一個提議中的研究主題。Goodchild提議的所有研究主題，分別出現(xiàn)在其它一個或兩個提議中;但UCGIS提議的研究主題，有4個更具技術(shù)性的主題，并沒有在其它兩個提議中出現(xiàn)，分別是:1)分布計算;2)地理信息互操作;3)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的未來;4)地統(tǒng)計資料挖掘和知識發(fā)現(xiàn)。

　　本文提出了的，畢業(yè)論文但沒有出現(xiàn)在其它任何一個提議中的有4個研究主題，分別是:1)人類與GI和技術(shù)的相互作用;2)定性統(tǒng)計推理;3)地理空間中的時間;4)其它地學(xué)計算論題。“人機相互作用”主題，部分為UCGIS提出的論題所涵蓋，但在UCGIS中已轉(zhuǎn)換為“認(rèn)知”論題;而“處理時間”，在UCGIS中已為“地理表達(dá)的擴展”所包容。

　　5、討論

　　有關(guān)地理信息科學(xué)的研究主題，本文與其它提議各有所側(cè)重，要考慮學(xué)科的發(fā)展與展望，直接但明顯頗為“功利”的方法，是將提出的應(yīng)優(yōu)先予以考慮的研究工作與政府基金投入部門設(shè)定的優(yōu)先項目進行比較。

　　2000年，美國國家基金委的計算機與信息科學(xué)和工程(CISE)理事會信息與智能系統(tǒng)部提出并制定了8個規(guī)劃研究領(lǐng)域:1)計算與社會系統(tǒng);2)人機相互作用;3)信息與資料管理;4)信息技術(shù)研究;5)知識與認(rèn)知系統(tǒng);6)機器人學(xué)與人類擴大;7)特殊項目;8)數(shù)字圖書館。中國國家自然科學(xué)基金委員會在2001年11月出版的“地球空間信息科學(xué)”基金優(yōu)先資助領(lǐng)域倡議研究報告中，在“基礎(chǔ)研究”、“方法技術(shù)”與“應(yīng)用研究”三個領(lǐng)域內(nèi)提出了14個研究主題[11]:1)遙感信息機理;2)地理空間認(rèn)知;3)地理空間尺度;4)地理空間關(guān)系;5)地理表示方法擴展;6)地理信息不確定性;7)數(shù)據(jù)獲取與集成;8)地理可視化;9)空間分析方法與模型;10)空間信息分布式計算;11)互操作;12)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)置;13)全球變化;14)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。