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一个由中国人激活的国际研究热点：空间数据质量与不确定理论
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科学人 网站 2005-09-05
空间数据质量 —— GIS的灵魂
“当今社会，虽然科技已十分发达，全球定位系统可以帮助车、船、飞机以及个人确定方位或导航，但很多人在陌生地仍难以很快确认方向。‘出门嘴是路’的俗语，目前还没有被科技完全取代，这是因为空间数据的精确度还达不到应用的要求，使得地理信息系统不够完善。如果空间数据质量及可靠性提高到一定程度，地图等地理信息通过与网络和移动通讯结合，人们不论在何时何地，都将可以随时下载这一区域的地图，只要有手机无线上网就可确定自己的位置。”近日在北京大学召开的“第四届国际空间数据质量大会”上，有关专家这样告诉记者。
北京大学遥感与地理信息系统研究所是这次会议的承办单位之一。该所副所长邬伦介绍，利用航空遥感或卫星获取的地球信息与实际情况存在不少误差。如山究竟有多高？植物究竟属于什么品种？电线杆究竟在路的南侧还是北侧？等等。于是，从事实地考察的地理学家或植物学家，经常“奚落”遥感科学家获取的遥感图像是“天书”，与实际有差距。
数据误差导致的不良后果，不仅仅影响人们的日常生活，阻碍着潜力巨大的“基于位置的服务”的市场难以实现，还会带来许多其他麻烦，如遥感地理信息用于军事时，山或建筑物等的高程不能准确标明，势必影响导弹射程和落点。在土地十分珍贵的大城市，如纽约或我国香港，空间数据的不准确，将严重影响商家地盘大小，引起经济纠纷。
因此，空间数据质量已成为一个世界各国高度关注的科学热点、难题。在理论上，空间数据质量与不确定理论被视为地球空间信息科学核心理论之一；在应用中，“数据质量是GIS的灵魂”。
中国人对“不确定”的研究激活国际同行
在这次会议上，有一位讲话温和、中等身材且异常活跃的中国年轻人——史文中。虽然看上去与其他学者没有两样，但在会议期间，不论是刚刚进入这个领域的青年学者还是老专家，不论黄皮肤、白皮肤还是黑皮肤，都希望能与他多交谈。因为关于空间数据质量问题的研究，尽管国际上只是近年才兴起并引起高度关注，但史文中早于1991年在德国和荷兰攻读博士学位时就已在这个领域开始探讨。通过全面和深入的研究，他系统地提出了“空间数据与空间分析的不确定性原理”，在这次国际会议上又首次提出了未来地理信息科学的发展方向之一是“基于不确定性的地理信息科学”，基于此，史文中被认为是这个领域的国际领跑人。
目前，他是中国香港理工大学土地测量与地理资讯学系教授，担任地球资讯科技研究中心主任。
史文中之所以被公认为GIS领域的领头人，在于他对空间信息系统中最主要的线状要素（如道路）的误差模型进行了纠正。据专家介绍，他发现国际上用了近40
年的ε-带模型的两个重大理论缺陷，并通过严格理论证明解决了这两个理论难题。由此，建立了一系列新的线状要素几何误差理论模型。他的这项研究成果在国际上被誉为该领域的里程碑。
在基于矢量的空间分析的不确定性理论方面，史文中和他领导的研究团队领先其他国家几年的时间。如他和合作者发表的一篇论文被国际同行认为“是对叠置空间分析进行的最全面的研究之一”。
国际学术界对地形表达主要有两种格式：规则格网以及不规则三角网（TIN）的形式。以前，国际上对地形表达精度的研究主要集中在规则格网方面，而对于不规则TIN模型精度估计这一难题开展的研究相对比较少。针对不规则TIN模型误差估计，史文中与合作者通过严格的理论证明，证实了TIN模型平均高程误差的理论，提出了一个非常简明的数学公式。
美国科学院院士、加州大学圣巴巴拉分校国家地理信息与分析中心执行委员会主席Goodchild教授和美国NCGIA的学者跟随这个方向继续研究，并在他们的文章致谢辞中称这个发现启发了他们对这方面的研究兴趣。
他的《空间数据与空间分析不确定性原理》专著，最近刚刚由中国科学出版社出版。中国科学院院士、中国工程院院士李德仁在书的序言中写道：“GIS中空间数据与分析不确定性理论研究涉及空间不确定性、时态不确定性、属性不确定性和语义不确定性，是一个值得深入研究，并使之能用于解决实际问题的挑战性命题。中国年轻学者在空间数据不确定性理论以及其他领域的成就在国际上得到了认可，我感到十分欣慰。同时，也期望在不久的将来可以看到更多中国学者在地球空间信息科学理论发展的不同领域取得卓越的成就，努力推动GIS理论和实践向前发展。”
据与会专家介绍，史文中在空间数据不确定性方面的研究是全方位的，其中不乏独创性贡献。因而，他在地理信息科学研究领域备受尊敬。他与合作者的研究成果在国内同行中广为引用达400多次，是该领域同行引用最高的。
本次在北京大学举行的国际数据质量大会系列就是由他发起组织的，被认为是该领域代表最高水准、最具影响力的空间数据质量专题国际会议。自1999年创办以来，已先后在我国香港、欧洲和中国内地举办四届。该领域权威专家M.
Goodchild教授，《国际地理信息科学》（SCI专业刊物）主编、英国伦敦城市大学信息科学系P. Fisher教授，荷兰ITC 校长 M.
Molenaar教授， 奥地利维也纳技术大学的A. Frank教授等都到会参加。
当记者问M. Goodchild教授关于史文中在该领域的影响时，他说，“史文中不是一般中国学者，他的创造性研究工作具有开拓性、先导性。对我们这个领域在国际上产生了很重要影响。他在学术上是一个主动创新的科学家，而不会被动跟随他人。”
日本GIS界著名教授、东京大学空间信息科学中心主任柴崎介亮称，史文中是国际GIS领域最高水准科学家之一。
GIS之歌感动中国
基于史文中对于空间数据质量的研究贡献，他被邀请为美国摄影测量与遥感学会主编的《GIS手册》撰写有关空间数据质量与不确定性原理部分；英国专家邀请他就英国国家测绘局的空间数据质量问题去英国进行合作研究，共同解决其数据质量问题。
有学者介绍，史文中作为第一作者，于2002年与M. Goodchild和P. Fisher教授共同出版了Spatial Data
Quality一书。这是该领域国际领先水平的代表作，国际上认为“该书在许多方面可以与由Goodchild和 Gopal在1989年出版的具有相当影响力的该领域的第一本书相媲美”。
同时，史文中作为第一客座主编与国际著名学者M.Goodchild、P.Fisher（英国）、M. Molenaar（荷兰）、M.Ehlers（德国）、Y.Bedard
(加拿大) 等一起在国际上本领域最主要的杂志上，分别主编了三期关于空间数据不确定性理论发展国际专刊。其中，包括国际摄影测量与遥感学会的ISPRS
Journal of Photogrammetry and Remote Sensing，美国摄影测量与遥感学会的Photogrammetric
Engineering and Remote Sensing，以及英国的International Journal of Remote
Sensing杂志，对该领域在国际上的发展前沿提出了指导性意见。
中国对空间数据质量与不确定理论亦高度重视。据悉，国家自然科学基金委、国家测绘局等部门都有意向将地理信息不确定性及空间数据质量列入未来科学研究与技术发展规划的主要研究领域之一。
在本届国际数据质量大会上，科学家们除了分专题进行空间数据质量讨论外，认为学术界应该在下一届美国举办的会议上，邀请工业界介入，因为空间数据质量最终涉及网络计算机内容的应用发展。M.
Goodchild在会议闭幕式上说，“空间数据质量的研究还要让软件公司生产者积极参与。同时，中国人的数学功底很好，还应该考虑如何让中国的学者更方便地参加，而且中国在这方面已开展了许多很好的工作。”
在会议结束的晚宴上，史文中最后请年逾60岁的M. Goodchild教授唱起了GIS之歌 ：“GIS, GIS, DEM,
Raster-Vector, ……”与会的北大硕士和博士生们惊讶地发现地理信息科学领域还有这样一首歌，顿时，会场掌声四起……
(本报记者 王静)
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