自20世纪末以来,GIS及其相关技术在国内受到广泛关注,国产GIS软件的产业化、国家地理空间基础设施建设及数字地球战略相继实施^[1]。随着GIS理论研究的深入及应用领域的拓宽,GIS教育已成为GIS人才培养的根本和地理信息产业发展的重要推动力^[2]。GIS教育主要指高等院校中对本科以及大中专学生的GIS教育,其教育的目的包括推广普及GIS教育、培养GIS初级人才等^[3]。中国GIS研究与教育自20世纪80年代以来取得了迅速发展;大部分综合性大学、师范院校、理工大学已开设GIS本科专业;自黄杏元教授《地理信息系统概论》教材出版以来,相关教材陆续问世^[4]。GIS相关技术的发展,使得GIS发展进一步深化并即将成为一种人们必须掌握的科学技术,并给GIS教育带来新的挑战^[5~7]。

邵全琴等较早对国内对GIS高等教育及人才培养及其存在的问题进行了研究,提出了相应的解决办法,探讨了GIS人才培养的方向、途径及人才流失等问题^[3]。21世纪以来,GIS教育研究得到迅速发展。至2011年中期,以“GIS高等教育”为主题词检索到科研论文500余篇,进一步遴选得到120篇代表性论文,占全部论文的24%。论文数量呈波浪式攀升趋势（图1）,关注的焦点包括GIS基本问题与学科体系^[8~10]、GIS课程教学实践与教材建设^{[4, 11, 12]}、GIS人才培养策略与模式^{[5, 13]}、GIS发展状况及存在的问题^{[6, 7]}等。

GIS高等教育硕士、博士培养中的研究方向研究较为薄弱,仅见于对GIS博士点研究方向及其省域分布的统计分析^[14],尚未对比国内外GIS研究的差异;GIS教育空间格局研究存在欠缺,仅见于早在2002年对GIS应用“岭南现象”的研究^[15],以及对GIS扩散差异及成因的研究^{[1, 16]},但基于GIS教育学位点,在国家尺度及区域尺度上的空间联系及其相互关系研究尚有待开展。本文基于教育部相关信息,汇总分析GIS高等教育学位点研究方向,对比国际GIS研究团体与组织的研究议程,明确了国内GIS研究领域布局的特点及不足;基于学士、硕士、博士三级学位点数据,借鉴相邻学科空间格局研究,以省域为基本统计单元,探讨了国家尺度以及区域尺度,GIS教育机构的空间分布特征。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   中国GIS高等教育研究论文数量变化

Fig. 1   The number of articles on GIS higher education in China

1 数据来源及研究技术路线

1.1 数据来源

各省、市、自治区GIS硕士、博士学位点数据来源于国家教育部研究生招生网（http://www.chinayz.com.cn）,GIS本科开设院校依据国家教育部全国普通高校招生信息网（http://gaokao.chsi.com.cn）。统计口径为在地理学一级学科下,设立“地图学与地理信息系统”学士点、硕士点、博士点的高校及科研院所（“地图学与地理信息工程”列入工学范畴,不纳入统计;未设立二级学科学位授予点、依托其他学科进行GIS研究生教育的高校及科研院所,未纳入统计）。除上述3个不同层次教育外的高职、高专教育,未列入分析（香港、澳门、台湾数据不全,不列入分析,下同）。

以上述约定为前提,可查询得到自20世纪90年代以来,各个年份不断新增的GIS本科教育高校（图2）,可以看出,中国GIS本科高等教育发展至今,业已经历两次高速增长期,即2001~2002年和2004年;2003年尽管相对低增长,仍新增十余所高校。至2007年左右,GIS本科高等教育发展基本趋于稳定;GIS硕士、博士教育发展不断蓬勃发展,使得这一时期的GIS高层次毕业生源队伍不断壮大,学士、硕士、博士比例达到新高。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   开设GIS本科教育高校、研究所的数量变化

Fig. 2   Number of universities and institutes granting GIS bachelor degree in China

1.2 空间格局研究技术路线设计

本路线旨在揭示GIS教育空间联系大致情况,采用一般重力模型度量^[17,18]：

T_ij=kP_iP_j/d_ij^b（i≠j;i=1,2,3,…,n;j=1,2,3,…m） (1)

式中,T_ij是i和j之间的引力,n和m为纳入统计的省市区数量,P_i和P_j是以各省市区GIS学士、硕士、博士三级学位点加权和为度量的GIS教育规模,d_ij为两城市之间的距离（本文取航空距离）,b为距离摩擦系数。通过计算各省市区和其他各个省市区的引力值T_ij,可以得到引力矩阵。研究认为,摩擦系数b取1和2时可以近似揭示国家尺度和省区尺度的空间联系状态^[17],本文沿用这一思路。

考虑到全国各省、市、自治区高校除江苏、湖北、河南、四川等有限省份外,绝大部分开设GIS学士、硕士及博士教育的高校、科研院所均位于省会城市,本研究以省域为统计单元,统一以省会城市为中心,取航空距离计算城市间距离;省内格局不纳入讨论。

得到引力矩阵T_ij后,选取各省市区（i）最大引力方向T_ij^Max：

T_ij^Max=max(T_i1, T_i2,…, T_ij,…, T_i(n-1),T_in) （2）

由此可得到各个省市区（C_i）对应的引力最大省市区（C^′_i）;将C_i及C^′_i两两连线得到各个省市区“最大引力连接线”分布图。由教育部相关数据可知,2005年、2008年高校学士、硕士、博士学位点相对比例分别是6.89∶3.73∶1和4.68∶3.30∶1,接近7∶4∶1和5∶3∶1;2005~2008年各级别增长率为10%、40%及53%。3 a来GIS硕士点、博士点相对增长较快;本科教育受基数影响,增长率较低,但总体基数已经达到145所。考虑到GIS学士、硕士及博士教育分属不同教育层次,计算GIS教育规模时,以本科学士点为基准,硕士和博士点分别加权、然后求和。

2 学位点空间格局

2.1 全国尺度格局演化

以省域为基本单元,基于重力模型得到最大引力联结线分布（图3）,联结线越多的城市在GIS教育体系中影响力愈大,教育的中心性地位愈强。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   2005年（a）和2008年（b）全国尺度GIS教育空间格局（b=1）

Fig. 3   Spatial pattern of GIS education in China in 2005（a）and 2008 （b） (b=1)

借鉴文献^[17]中的等级划分方法,结合图3a,可见2005年北京市是GIS教育惟一全国性中心,即I级中心,其影响覆盖了除尚未开展GIS教育外的所有省份（2005年西藏、青海、宁夏及海南尚未开设GIS专业本科教育）。吉林、甘肃、四川、江苏、广东等省市区成为II级中心,而湖北因空间尺度上距离江苏较近,成为III级中心。横向对比全国其他II级中心,可以发现该格局较不稳定：全国除江苏省外的其他II级中心影响范围最大仅2个省级单元,如四川之于重庆、贵州,吉林之于黑龙江,辽宁;甘肃、广东影响范围仅1个省级单元;江苏省作为II级中心影响范围覆盖了7个省份之多,是全国II级中心影响范围均值的近3倍;湖北作为III级中心,影响范围覆盖湖南、江西2省,接近全国II级中心影响范围的均值。由此可以认为全国GIS教育格局即将面临新的变化。

2008年,江苏省成为继北京之后的第二个GIS教育中心（图3b）,该地区云集11个本科GIS教育院校、10所高校招收硕士研究生,3所高校设立GIS专业博士点。与北京市的8个本科招生院校、15个硕士点高校及7个博士点院所（含中国科学院相关研究所）相比,虽有差距,但在全国仍十分罕见。由此全国GIS教育可划分为两大板块,其中江苏、上海、浙江、福建、广东、广西、江西、湖南、湖北、安徽构成中南及东南教育大区,计9个省、市、区。新疆、青海、西藏、宁夏、内蒙古、山西、陕西、四川、重庆、贵州、云南、河南、山东、河北、天津、辽宁、吉林、黑龙江等省、市、自治区属北京为中心的教育大区。

中南及东南教育大区已初步具有一定的层次特征,除江苏省I级中心外,该区还存在湖北省及广东省两个II级中心,初步形成国家级教育中心、区域性教育中心、地区教育点三重格局。基于武汉大学、中山大学等在GIS科研与教育上的重大影响力,可以认为该区域教育格局相对均衡,三大教育中心并起,借助优良的区位条件与经济支撑,可望在未来得到快速发展。

以北京市为中心的教育大区覆盖全国19个省、市、自治区,各省市区分属国家西北、西南、中部、东北等不同区域,内陆省份众多。该区域层次性稍弱,以北京市为I级中心,吉林、甘肃、四川及云南分别为东北、西北及西南地区的II级中心,其他地区形成服务当地的枝节节点。

2.2 区域中心形成

基于重力模型计算空间联系,当b=1时,揭示国家尺度上的空间联系状态^[17]。考虑到区域性GIS教育中心对GIS从业者及受教育者颇有参考价值。通过调整摩擦系数b,使b=2以便观察区域性GIS教育空间结构。

图4a显示至2005年,全国共形成5个区域性教育中心省份,其中心为北京、甘肃、四川、江苏及广东;南北各有3个、2个区域性教育中心。对比陈述彭先生对GIS在中国应用产生“岭南”现象的研究^[15],除甘肃省外其他4个中心省份均位于“岭南”,可见1997~2005年中国GIS教育、科研及应用空间拓展的方向与趋势。其中北京市的特殊性及良好的教育、科研条件^[16],江苏省、广东省的项目推广及经济因素影响^[16]促进了其中心性地位的形成。四川省、甘肃省均为地区性教育强省,成为区域性教育中心毋容置疑。这一时期另一特征是北京市、江苏省作为区域性教育中心省份,影响范围较大,所影响范围内的吉林省、湖北省再次形成区域内细分的中心,预示格局调整即将到来。

图4b显示,历经3 a发展演化,至2008年国内已形成6个区域性GIS教育中心,南北各3个中心省份;依据前述2008年国家级中心北京市、江苏省“二分”的原则,4个区域性中心隶属北京市所在的分区,2个隶属江苏省所在的中南及东南沿海分区。对比2005年区域性教育格局,吉林省“夺取”东北区域中心的位置,影响周边辽宁及黑龙江省;甘肃省区域中心性进一步增强,影响范围扩大到周边的新疆、宁夏及青海,层次结构明晰;四川、云南则在西南区域形成 “双核中心”,影响范围涵盖西藏、重庆及贵州;湖北处于中部三省的中心地位,形成湖南、湖北及江西三角格局;江苏省则将广东省纳入影响范围下,形成东南沿海区域的“双核中心”;北京市影响范围覆盖内蒙古、天津、陕西、山西、河北、河南及山东7省、市、区,区域内尚存在河南省次中心。云南、河南、广东的中心地位是否能快速确定以形成新的区域影响格局,尚有待观察。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   2005年（a）和2008年（b）全国尺度GIS教育空间格局（b=2）

Fig. 4   Spatial pattern of GIS education in China in 2005（a）and 2008（b） (b=2)

3 学位点研究方向布局

GIS高等教育在300余个研究方向招收硕士研究生,130余个方向供博士生选择,其中存在部分重复或含义相近的方向。为避免陷入“地理信息科学”或“地理信息系统”的争论,以下讨论中将RS及其相关理论与技术研究搁置,仅讨论除此外的GIS研究方向布局特征。

为便于在国际视野下审视GIS研究方向布局,在孔云峰^[8]等的研究基础上,综合美国国家地理信息分析与应用中心（NCGIA）、大学GIS联盟（UCGIS）、开放地理空间协会（OGC）、国家地理空间信息基础设施（NSDI）、空间综合社会科学研究中心（CSISS）、国际学术会议地理计算（GeoComputation,GC）的主题方向、数字地球（Digital Earth,DE）、数字地理图书馆（Digital Geolibrary,DG）等主要研究机构与团体在GIS方面研究的侧重点及重点研究方向,将其归纳为地理（空间）信息本体及空间认知表达、空间数据采集/处理/质量及不确定性、空间数据组织与管理、地理分析与建模、数据输出与可视化理论、GIS设计与开发、GIS结构体系/规范与标准、地理空间信息基础设施与地理信息服务、网络GIS等新一代GIS技术、数字地球与数字区域、地理信息科学与技术（GIS&T）相关的社会与机构问题、GIS与社会科学的结合、空间数据发布及数据集描述。统计国内GIS硕士点、博士点研究方向,按国际GIS重点研究领域分类汇总,得到各个领域对应的研究方向个数,见表1。GIS硕士点及博士点研究方向布局呈现如下特征。

1） 研究集中于“空间数据处理与分析”、“GIS设计与应用” 。“空间数据处理与分析”方面,分析方法研究远多于地理计算的研究。其既是地理信息科学的精髓所在,又是当前急需加强研究的重点领域。该领域存在层次较为明显的研究纵深结构,涵盖“（GIS）空间分析”、“地理建模与模拟”、“地理空间数据挖掘与专家系统”、“决策支持模型”等,是GIS研究界从不同角度、不同侧面的探索的充分体现。“GIS设计与应用”方面,应用、设计与系统实现远多于项目管理与定义、地理信息科学技术设计,其研究方向涉及办公自动化、地籍管理、农业、海洋及项目管理等各方面。

2） “GIS新技术”及“数字地球与数字区域”研究发展迅速,“空间数据挖掘”研究特色鲜明。“GIS新技术”及“数字地球与数字区域”在位置服务、分布式计算、信息共享与发布等领域广为涉及,展示了面临地理信息新时代^[19],GIS研究者的开拓性工作,该领域研究紧密联系地理信息服务,是GIS&T回归社会的有力写照。空间数据挖掘及知识发现、空间数据挖掘与辅助决策等研究方向,体现了海量空间信息时代“数据-信息-地理知识发现”的迫切需求。此外有虚拟地理环境、数字地形分析、地理数据综合、基因地理学等特色鲜明的方向。

3） GIS基础性问题研究薄弱,GIS领域研究议程有待优化。涵盖概念基础、空间数据的GIS参考框架与空间认知方向总计不过10项,尤其在地理空间概念模型建立的研究方面,如概念基础的本体论、认识论及哲学透视^[2]等方研究较为薄弱。UCGIS给出的研究议程白皮书,将GIS领域研究规划为长期研究挑战和短期优先研究两个方面。国内GIS研究主要集中于短期优先研究,如3S集成、GIS与决策等;在长期研究挑战中有所涉猎,设置了地理信息本体模型等方向;但总体上研究过于分散,系统性有待加强。

4） GIS与社会及其组织机构等相关研究尚未体现。多年来国内GIS研究界已在GIS组织机构及GIS教育传播^{[1, 15, 16]}等方面进行了探索,但尚未凝练为专题研究方向。此外在GIS相关软科学方面,如空间数据集描述、法律与伦理问题、地理空间信息资产与GIS批判方面十分欠缺。

注：总论性方向如GIS研究/设计/开发与应用、地图学与地理信息系统等描述模糊,无法细分,未列入统计;RS及其相关技术未列入统计。*表示国际研究组织将对应研究模块视为侧重点和主要方向。

4 结 论

1） 国内GIS研究方向集中于空间数据处理与分析、GIS应用与开发。在GIS概念基础、空间数据的GIS参考框架与空间认知,尤其是地理空间概念模型建立的本体论、认识论及哲学透视等方研究较为薄弱,研究中长期部署与短期缺乏统筹,研究议程有待优化。GIS组织机构及GIS教育传播尚未凝练为独立研究方向,空间数据集描述、法律与伦理问题、地理空间信息资产与GIS批判方面十分欠缺。

2） 基于重力模型的GIS教育空间格局将2008年全国GIS教育分为两大国家级中心、六大区域中心,解释了全国大部分省份GIS教育与地位,总体上与现实相符,表明重力模型在度量GIS教育空间格局上是有效的。

3） 研究的不足在于,国家级GIS教育重点实验室、国家纵向项目资助等因素对GIS教育格局存在较大影响但尚未纳入计算,部分省份在全国影响力与实际状况有出入。GIS教育格局基于省域尺度分析,将开设在非省会城市的GIS教育简化计算到省会城市,对省域内的GIS教育格局有一定影响。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献选项

• 原文顺序
• 文献年度倒序
• 文中引用次数倒序
• 被引期刊影响因子