作者简介：周成虎(1964-)，男，江苏淮安人，中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，中国科学院院士，主要从事地理信息系统研究，E-mail：zhouch@lreis.ac.cn，北京 100101

　　内容提要：地理信息系统作为一门空间科学，以其独特的空间观点和空间思维，从空间相互联系和相互作用出发，揭示各种事物与现象的空间分布特征和动态变化规律。本文从地理信息系统所研究的空间对象出发，对地理信息系统发展新方向提出思考：①从地球空间拓展到宇宙空间，需要构建宇心坐标系和宇宙GIS、月球GIS等；②从室外空间延伸到室内空间，需要发展室内GIS，并拓展到水下空间和地下空间；③从宏观到微观空间，可以发展面向游戏的体育GIS、面向生命健康管理的人体GIS等；④面向大数据时代，发展大数据空间解析的理论和方法，贡献于大数据科学的发展。

　　关 键 词：地理信息系统/宇宙GIS/室内GIS/人体GIS/体育竞技GIS

　　标题注释：基金项目：国家自然科学基金项目(41171307)。

　　经过50多年的发展，地理信息系统已经发展成为包括地理信息科学、地理信息技术和地理信息应用的综合高技术领域，在资源与环境、灾害与应急响应、经济与社会发展、卫生与生命健康、规划与区域设计等领域得到广泛应用，成为当今信息社会不可或缺的重要组成部分。面对移动互联、大数据和云计算等新一代IT科学技术发展潮流，地理信息系统的发展面临新的战略机遇和挑战。本文从地理信息系统的空间思维视角出发，畅想GIS拓展的领域，思索其中的关键科学与技术问题，构建无所不在的GIS世界。

　　1 从地球空间到宇宙空间

　　传统GIS主要研究地球表层系统，关注的是与人类生产生活密切相关的地表空间，以地理科学、测绘科学为主要学科基础，并广泛使用信息技术。随着GIS应用的不断深入，大气科学、海洋科学、环境科学、地质学等地球科学的分支学科也逐步应用GIS作为一种技术手段，处理和分析复杂的空间数据，并进行制图。在医学领域，GIS则被广泛用于发现环境与生命健康的关系，如癌症与环境污染关系、儿童先天出生缺陷与自然环境背景关系等。在犯罪学领域，GIS用于分析犯罪的环境特征、追索犯罪的时空线索等。这些应用促进了地理信息系统相关分支领域的发展，如交通GIS、城市GIS、土地GIS等等。地理信息系统在地球科学领域的深化应用，推动了地理信息系统的理论方法从二维平面空间拓展到了以地心坐标系为基础的三维地球空间。面向未“来地球”计划，地理信息系统需要在空间分析模型基础上，进一步发展各种动力过程模型，耦合地球系统模拟器，实现数据驱动与模型驱动的双重模型系统。

　　在上述应用发展的同时，地理信息系统作为一门独立的学科方向也被提出，地理信息科学的理论研究得到重视。地理信息的本体理论、统一时空框架、地球信息机理、时空数据分析模型等成为核心研究内容。地理信息科学理论方法和技术的发展，又进一步促进了地理信息系统应用的发展，特别是在生命科学、社会科学、空间科学领域的应用深化。

　　地理信息系统在空间科学的应用需要我们建立新的空间坐标系统，特别是随着深空探测的不断发展，从月球到火星再到更远更深的星球，我们所面对的是一个广袤的宇宙空间，构建面向宇宙空间的宇心坐标系，发展宇宙空间的分析方法，建立宇宙地理信息系统(Universal GIS)将是现代GIS发展一个前沿方向。例如，嫦娥探月工程飞绕月球，获取了全月球高分辨率的月面遥感影像，并得到月球表面的数字高程模型。为了实施登月，需要利用地理信息系统的空间选址功能，结合嫦娥飞行轨道特征，优选着陆地点。因此，应参照地理信息系统在地球上的构建体系，构建一个基于月心坐标系的月球地理信息系统(Moon GIS)，系统地管理月面的月壤、岩石等要素数据，分析月坑、月海等空间分布特征，探索月球演化的机理，模拟其演化过程。