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地学信息图谱的新进展 齐清文 (中国科学院地理科学与资源研究所，北京，100101) 地学信息图谱作为一个新的科学命题，其定义、内涵和实质已经被不少学者做过界定和阐述，同时 其理论基础和标准化模式也在一些学术论著中得到较为广泛的讨论[]口。因此，目前“何为地学信息图 谱?”、“地学信息图谱究竟是怎样的表现形式?”等问题已经不是大家关注的焦点：人们思索更多的， 是关于该命题的普遍性和通用性问题，即地学信息图谱的理论、方法和技术对地球科学、测绘科学、信 息科学等学科会发生怎样重要的影响或作用?地学信息图谱对于地学所起的作用是否与基因图谱对于 生命科学所起的作用相同?两者的意义是否能够相比拟?我们能否从一些新的视角来审视和研究地学 信息图谱?地学信息图谱的研究和开发是否有通用的、可操作性的方法、技术和平台?这些也正是我们 在研究过程中始终思考的问题。值得庆幸的是，我们已对上述问题有了一些较为理性的思考，得出了一 些对地学信息图谱的研究有参考价值和启示意义的结论；同时也在方法和技术上做了一些探索性研究和 开发。本文就是上述研究成果的总结。 1研究的总体思路 地学信息图谱是一项崭新的研究课题，带有很大的探索性，因而也就有一定程度的风险。在陈述彭 院士等老一辈科学家的关怀和指导下，在中国科学院地理科学与资源研究所的大力资助下，近几年来我 们在地学信息图谱的研究中，坚持“大胆创新、甘冒风险、自成一家、兼收并蓄”的原则，以地球科学、 地球系统科学、地球信息科学等学科为理论基础。以地学图形认知、信息机理探索及数学参数模拟的“形 一数一理”集成为基本宗旨，借鉴生物基因图谱、指纹图谱、犯罪学指证脸谱等相关领域图谱的研究经 验，从理论和机理研究、方法与技术探索、平台和工具开发、图谱样例制作四个方面先后入手，力图研 究和开创“地学信息图谱”这一崭新的方法论的理论、方法、技术和应用范例体系。在积极提炼和制作 地学信息图谱样例以获取感性认识的同时，努力从理性思维角度建立一整套地学信息图谱的标准化模式 和技术方法，为推广和发展地学信息图谱这一新命题和方法论打下理论基础、方法基础、样例基础，以 及软件工具基础。总体思路和研究的总体结构见图l所示。 277 图1 图谱研究的总体结构 2从其它领域的图谱得到的新启示 “地学信息图谱”的研究可从其它领域中的“图谱”研究中得到一些有用的启示，是我们从开始研 究前者时就有的思路，但那时只是较为模糊的认识：随着研究的深入，我们越来越感到这种“引它山之 石攻我山之玉”的重要性。可以借鉴的图谱有指纹图谱、戏剧脸谱、生物基因图谱、犯罪学中脸谱等几 个方面。 2．1指纹图谱 指纹图谱是众多受试对象(人)的指纹的图案所组成的图谱。根据每个人的指纹图案具有唯一性的 特点，指纹图谱可以用于人的身份识别，故在安全检查、犯罪证据调查等一系列方面均具有非常重要的 作用。 指纹图谱的关键在于指纹图案的判读和识别。指纹图案的识别技术在国际上属于自动化和信息领域 的一项高科技含量的前沿技术。其核心内容是寻找指纹图案的识别算法，即在确定指纹的整体图形格局 的基础上，将人的指纹图案分为“一般拱形”、“左拱形”、“右拱形”、“帐篷拱形”以及“螺旋形”等几 种类型：进而针对不同类型的指纹图案中的“脊”和“谷”行走方向，将细微处的图形走形分为四种特 征：“脊线单悬”(中断)、“脊线分叉”、“组合特征”(例如三分叉或点交叉等)、“未定形”。在此基础 上，可确定指纹的识别算法口。当然，在计算机实施指纹自动识别之前，应该先对指纹扫描图像进行前 期图像处理，包括去噪、影像增加、裁剪等。在指纹图案被识别后，为了海量指纹图案个体的存储需要， 还应该对其实施压缩处理。 278 在计算机自动识别并获取了相当数量的受试个体的指纹图案后，经过科学而严格的组织和排列，就 形成了指纹图谱。对于新获取的受试个体的指纹图案，指纹图谱库中已有的指纹图案也就成了对比和鉴 别的样本，即用于确定它是否属于新类型，或已有类型中的新个体，与已有个体图案的差别在哪里，等 等。这样，随着图谱库中的个体数量的不断增多，该指纹图谱所涵盖的类型和个体差异愈来愈丰富，直 至趋近于对特定区域或特定范围的人群指纹个案的穷举。 指纹图谱对于我们研究地