研究現(xiàn)狀：
GIS位置服務(wù)的核心不外乎“在哪里”和“怎么走”兩個核心部分，而我們生存的世界是三維的，因此人類有意識以來，對世界的感知就是多維的（二維和三維）。計算機(jī)科學(xué)的核心在于邏輯的“零和一”，隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，“零和一”這種思維造就多數(shù)學(xué)者面對需采用計算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決的問題時首先想到的是如何在邏輯上完善它，進(jìn)而通過算法實(shí)現(xiàn)的思維模式。這種思路的優(yōu)勢在于其是線型思維容易理解和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)現(xiàn)難度不大，缺陷在于面對復(fù)雜的自然科學(xué)問題，采用傳統(tǒng)的邏輯判斷模式，而不結(jié)合自然界三維分布的特性進(jìn)行思維上的拓展，則對于復(fù)雜自然科學(xué)問題的解決分析終究會走入死巷。
GIS空間科學(xué)的研究對象就是三維世界，因此空間科學(xué)研究人員天生就有多維思維的能力。眾所周知，維度升級代表無限可能，維度降級意味著問題簡單化。采用空間科學(xué)的視角看我們的世界，升維有助于我們解決問題探索世界，降維有助于我們簡單化問題實(shí)現(xiàn)可行性操作，這也是我們科技工作者每天都在從事的工作。
以GIS測繪地理信息系統(tǒng)科學(xué)中的變形觀測的為例，當(dāng)我們運(yùn)用即知因素去分析變形特征，發(fā)現(xiàn)偏差依然比較大，則可能存在如下可能：假定的影響因子不是等權(quán)或影響力不是線性的，或者是存在不知曉的其他影響因子，這就是當(dāng)面對問題既有模型不能完美解決問題時，將思維拓展到多維（非線性影響或更多因子影響）時，問題的解決才成為可能。 在數(shù)百年前當(dāng)數(shù)學(xué)家還為高次方運(yùn)算如何化簡困惑時，對數(shù)理論的出現(xiàn)使得問題迎刃而解。當(dāng)面對三角函數(shù)等非線性函數(shù)的求解時，泰勒展開的出現(xiàn)使得人類可以用簡單的線性函數(shù)求解非線性函數(shù)，降維使得問題解決簡單化可操作。微分使得人類能夠洞悉事物發(fā)展的趨勢，積分使得人類具有用局部分析洞悉全局的可能，因此升維降維的空間科學(xué)思維一直在指引人類更好地理解我們的世界，是隱藏在人類科學(xué)研究中的隱性推手。
地理信息科學(xué)中位置服務(wù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題，而位置服務(wù)中的“怎么走”屬于最短路徑分析的范疇。如果采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)、生物學(xué)等模式分析，將會使得兩個問題很難得到統(tǒng)一：“最優(yōu)解但效率低”或“效率高但不確定最優(yōu)”，依然沒有完美的理論解決“最優(yōu)”與“最快”的矛盾。這些理論多基于傳統(tǒng)邏輯分析的范疇，其搜索的運(yùn)算量至少與樣本數(shù)存在二次方以上的相關(guān)性，因此在既有的理論框架下進(jìn)行優(yōu)化和拓展很難有實(shí)質(zhì)性的突破，問題的解決需要研究人員拓展思維，嘗試用其他方式理解和分析問題。
當(dāng)解決了路徑選擇優(yōu)化問題后，向前分析，連通性也就是目標(biāo)點(diǎn)有路可通就成為問題解決的前提。因此可以將路徑優(yōu)化的理論稍作拓展，將道路可通、路徑優(yōu)化作為整體考慮，使得問題的解決由單一的優(yōu)化拓展到聯(lián)通分析、路徑優(yōu)化、應(yīng)用擴(kuò)展，再將路徑優(yōu)化拓展到多點(diǎn)之間、目標(biāo)點(diǎn)自動選擇、障礙物環(huán)境下的路徑優(yōu)化等領(lǐng)域，最終實(shí)現(xiàn)基于核心理論技術(shù)的立體創(chuàng)新應(yīng)用。
解決思路
可能解的求解可以進(jìn)行如下分析，如果目標(biāo)點(diǎn)之間存在依次相鄰的街區(qū)，則街區(qū)邊界（路徑）就可以作為可能解，基于此就將問題的線求解拓展到面領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)問題簡化求解，如圖 2 臨近街區(qū)合并，初始解求得即圖 2 加黑部分。
完成初始解的搜尋，下一步需要將初始解優(yōu)化，由多邊形的幾何特性可知，多邊形是閉合的連線，因此多邊形上任意兩點(diǎn)都有兩條且僅有兩條路徑存在，類似于空間科學(xué)中的降維問題簡化?；诖艘阅繕?biāo)點(diǎn)為起始，對可能的多邊形進(jìn)行組合和優(yōu)化，得到最終的最短路徑。完成搜索后，結(jié)果是否是最優(yōu)解，可簡單分析如下：當(dāng)該路徑上存在兩點(diǎn)，其連接線大于既有的路徑部分，則與上文優(yōu)化過程沖突，持續(xù)優(yōu)化直到結(jié)果最優(yōu)。此外，根據(jù)圖形學(xué)基本原理，對最終結(jié)果進(jìn)行如下分析和優(yōu)化，以最終結(jié)果長度為基準(zhǔn)，以起終點(diǎn)為。
焦點(diǎn)構(gòu)建橢圓，該范圍外解存在可能性為零，將搜索范圍固化在一定范圍內(nèi)，將全局搜索簡化到局部搜索，確保了最優(yōu)路徑搜索實(shí)現(xiàn)過程的科學(xué)、準(zhǔn)確、高效，解決了路徑搜索中“快與準(zhǔn)”的矛盾。同樣，根據(jù)是否存在依次相連的街區(qū)，也可分析出是否目標(biāo)點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)搜索過程的完整科學(xué)高效。
完成兩目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)的路徑分析，則將思維拓展到多目標(biāo)點(diǎn)，結(jié)合測繪學(xué)原理，必經(jīng)結(jié)點(diǎn)就如約束網(wǎng)求解，而從多個點(diǎn)中選出最佳目標(biāo)點(diǎn)就是自由網(wǎng)求解，將如上兩個問題進(jìn)行拓展，同樣采用空間科學(xué)思維，可以實(shí)現(xiàn)自由解問題的完美解決和必經(jīng)結(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)，將運(yùn)籌學(xué)、邏輯學(xué)及計算機(jī)圖形學(xué)中的經(jīng)典難題運(yùn)用空間科學(xué)的升維降維思維進(jìn)行解決。
總結(jié)
通過GIS空間科學(xué)思維，將維度的升降運(yùn)用到自然科學(xué)問題求解過程，往往會獲得出其不意的效果，原因就在于升維代表無限可能，降維代表問題簡化和解決。當(dāng)前地理信息科學(xué)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但理論基礎(chǔ)是否牢固值得我們思考。本文將空間科學(xué)思維進(jìn)行拓展，結(jié)合行業(yè)難題，闡述了如何利用思維革新創(chuàng)新科學(xué)研究的一種新嘗試。項(xiàng)目當(dāng)前已經(jīng)取得一定進(jìn)展，部分核心技術(shù)獲得行業(yè)應(yīng)用及政府科技獎項(xiàng)，未來嘗試將空間科學(xué)思維拓展到非空間科學(xué)領(lǐng)域解決部分企業(yè)面臨的相關(guān)技術(shù)難題，為地理信息科技工作者和科研人員提供新的思考。