第1章 GIS不确定性的基本概念

1.1 当前GIS学科发展的前沿问题

空间数据精度与不确定性、空间认知、GIS建模与表达,目前已经成为地理信息科学的研究重点,地理信息系统(GIS)数据的不确定性问题越来越受到广泛的重视。

1996年,美国地理信息科学大学研究中心(UCGISCI)发表的文件《地理信息科学的优先研究领域》中,提出了将“地理数据和基于地理信息系统(GIS)分析中的不确定性”问题作为重中之重的研究课题。

1998年美国地理信息和分析国家中心(NCGIA)在所制定的中长期规划中明确提出了“21世纪三大前沿研究课题”:第一,空间数据的精度和不确定性;第二,认知;第三,GIS建模与表达。

美国地理信息和分析国家中心(NCGIA)把空间数据的精度和不确定性列为21世纪三大重点课题的第一位,可见对它的重视程度。

美国国家经济与社会研究委员会(ESRS)在其制定的研究计划中提出了将“地理信息系统(GIS)中的误差传播和不确定性”作为今后的重点研究。

Goodchild和Dubue(1987)指出,没有以准确数据为基础的GIS分析的结论是不正确的,至少是不健全的。Alber(1987)指出,现有GIS不能处理数据、模型和空间操作过程中的不确定性问题,虽然它能以相当快的速度产生各种表面上看来是精美无比的产品,但实际上是一堆废物,即所谓“garbage in and garbage out”;他还指出,GIS的不确定性问题,主要是由于数据的不确定性所产生的,其次是由于操作过程不当所造成的。Open Shaw(1989)认为,遥感和地理信息系统(GIS)数据在获取和传输过程中,由于仪器设备和技术的限制,几乎在每一个环节上都会产生难以预料的系统误差和随机误差。例如,信号通过大气传播时的损耗,遥感平台不稳定和遥感器性能不稳定造成的误差,数字化过程中造成的误差,调查和统计过程中造成的人为差错,都将造成空间数据的误差。

地理空间数据的不确定性问题研究的重要性,已经得到了普遍的承认,而且国内外还制定了一系列的研究计划。在国际对地观测系统(EOS)的研究计划中,专门设立了“对地观测系统验证计划”(Validation Program for EOS)。

与地理信息的不确定性问题密切相关的“数据质量”(Data Quality)和空间数据精度(Spa-tial Data Accuracy)的国际活动十分频繁,已形成本领域两大国际会议系列。

“The International Symposium on Spatial Data Quality”已经召开了6次:

●第一届于1999年在中国香港召开(Data Quality 99);

●第二届于2003年在中国香港召开;

●第三届于2004年在维也纳召开;

●第四届于2005年在北京召开;

●第五届于2007年在荷兰的Enschede召开;

●第六届于2009年在加拿大的Newfoundland召开。

“The International Symposium on Spatial Accuracy Assessment in Natural Resources and Environment Science”也已召开了9次:

●第一届于1994年在美国Virginia的Williamsburg召开;

●第二届于1996年在美国的Colorado召开;

●第三届于1998年在加拿大的魁北克城召开;

●第四届于2000年在荷兰的阿姆斯特丹召开(“Accuracy 2000”);

●第五届于2002年在澳大利亚的墨尔本召开;

●第六届于2004年在美国召开;

●第七届于2006年在葡萄牙里斯本召开;

●第八届于2008年在中国上海召开;

●第九届于2010年在英国莱切斯特市召开。

这两个国际会议的基本内容是一致的,但组织者不同。从“Accuracy 2000”国际会议来看,其主要内容包括:

(1)误差-灵敏度GIS的发展;

(2)空间建模的不确定性传播理论和应用;

(3)遥感影像分类的不确定性处理;

(4)基于设计和基本模型的不确定性评价;

(5)随机空间模拟中的不确定性;

(6)时空不确定性的处理;

(7)分类数据的空间不确定性建模;

(8)空间不确定性的可视化;

(9)聚类和综合对空间不确定性评价的影响;

(10)空间决定系统与不确定性的融合。

可见,国际上对地理信息的不确定性问题研究的内容十分广泛。