空間分析的理論問題(已修改)
2025-05-28 12:01 本頁面
【正文】 第三章 空間分析的理論問題 從 GIS的學(xué)科發(fā)展角度看 從 GIS的學(xué)科屬性的角度看 ,地理信息系統(tǒng) (GIS)主要研究?jī)?nèi)容是： 對(duì) 現(xiàn)實(shí)世界的空間實(shí)體 及其 相互間的關(guān)系 進(jìn)行 描述 和表達(dá) ，在計(jì)算機(jī)環(huán)境下的空間數(shù)據(jù) 組織 、 存取 、 分析 、 可視化， 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)化運(yùn)作等。 在過去的二十年里，國內(nèi)外 GIS的發(fā)展都主要是靠“ 應(yīng)用驅(qū)動(dòng) ”和“ 技術(shù)導(dǎo)引 ”的。 為了給 GIS應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供更多的理論支持，近些年來國際學(xué)術(shù)界加強(qiáng)了對(duì) GIS基礎(chǔ)理論問題的研究。 研究重點(diǎn)包括 空間關(guān)系 、 空間數(shù)據(jù)模型 、 空間認(rèn)知 、空間推理 、 地理信息機(jī)理 (產(chǎn)生、施效和人機(jī)作用等 )、 地理信息的不確定性 等。 本章將從空間分析的角度對(duì)部分理論問題進(jìn)行探討。 第三章 空間分析的理論問題 GIS是一門理論貧乏的學(xué)科。 空間分析中有很多的理論性問題。 主要內(nèi)容： 空間關(guān)系理論 ； 空間認(rèn)知理論 ； 空間推理理論 ； 空間數(shù)據(jù)模型理論； 地理信息機(jī)理理論； 地理信息不確定性理論； 等等。 還有其他的理論嗎？ 空間關(guān)系理論 空間關(guān)系是 GIS的 重要理論問題之一 ，在 GIS空間數(shù)據(jù)建模 、 空間查詢 、 空間分析 、 空間推理 、 制圖綜合 、 地圖理解 等過程中起著重要的作用。 目前，國際上對(duì)空間關(guān)系的研究主要集中在 空間關(guān)系的語義問題 、 空間關(guān)系的描述 、 空間關(guān)系的表達(dá) 、 基于空間關(guān)系的分析 等方面。 空間關(guān)系的語義研究 空間關(guān)系語義研究 是空間關(guān)系描述和表達(dá)的前提與基礎(chǔ)。 其基本問題是， 地理實(shí)體間究竟有哪些類空間關(guān)系？這些空間關(guān)系有哪些性質(zhì) ? 早期人們認(rèn)為 GIS空間關(guān)系主要分為 順序關(guān)系 、 度量關(guān)系 、 拓?fù)潢P(guān)系 三大類。 順序關(guān)系 描述目標(biāo)在空間中的某種排序，如前后、上下、左右、東西南北等。 度量關(guān)系 是用某種度量空間中的度量來描述的目標(biāo)間的關(guān)系，如目標(biāo)間的距離。 拓?fù)淇臻g關(guān)系 是指 拓?fù)渥儞Q下的拓?fù)洳蛔兞?，如空間目標(biāo)的相鄰和連通關(guān)系，以及表示線段流向的關(guān)系。 Egenhofer指出空間關(guān)系 (或空間介詞 )表達(dá)了 空間數(shù)據(jù)之間的一種約束 , 其中度量關(guān)系對(duì)空間數(shù)據(jù)的約束最為強(qiáng)烈 , 而順序關(guān)系次之 , 拓?fù)潢P(guān)系最弱。 拓?fù)淇臻g關(guān)系 是指 拓?fù)渥儞Q下的拓?fù)洳蛔兞?，如空間目標(biāo)的相鄰和連通關(guān)系，以及表示線段流向的關(guān)系。 拓?fù)渥儞Q是一個(gè)非常抽象的概念，應(yīng)該關(guān)注對(duì)拓?fù)渥儞Q形象和直觀的理解，例如，把 拓?fù)渥儞Q理解為橡皮變換，不要追求拓?fù)渥儞Q形式化的定義。 什么是拓?fù)淠兀? 拓?fù)?所研究的是幾何圖形的一些性質(zhì)，它們?cè)趫D形被彎曲、拉大、縮小或任意的變形下保持不變，只要在變形過程中不使原來不同的點(diǎn)重合為同一個(gè)點(diǎn)，又不產(chǎn)生新點(diǎn)。 換句話說，這種變換的條件是：在原來圖形的點(diǎn)與變換了圖形的點(diǎn)之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并且鄰近的點(diǎn)還是鄰近的點(diǎn)。這樣的變換叫做拓?fù)渥儞Q。 拓?fù)溆幸粋€(gè)形象說法 —— 橡皮幾何學(xué) 。因?yàn)槿绻麍D形都是用橡皮做成的，就能把許多圖形進(jìn)行拓?fù)渥儞Q。 例如一個(gè)橡皮圈能變形成一個(gè)圓圈或一個(gè)方圈。但是一個(gè)橡皮圈不能由拓?fù)渥儞Q成為一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字 8。因?yàn)椴话讶ι系膬蓚€(gè)點(diǎn)重合在一起，圈就不會(huì)變成 8。 度量關(guān)系屬于 定量關(guān)系， 拓?fù)渑c順序關(guān)系則屬于 定性關(guān)系 。 但是定性的關(guān)系與定量的關(guān)系之間并不是絕對(duì)的，而是可以互相轉(zhuǎn)化的。 由于 空間拓?fù)潢P(guān)系 在 GIS空間數(shù)據(jù)組織、分析、查詢等方面起著十分重要的作用，人們對(duì)空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行了大量深入細(xì)致的研究，并取得了較大的進(jìn)展與應(yīng)用。 如何轉(zhuǎn)換？有待于進(jìn)一步研究！ 隨著 GIS空間關(guān)系研究和應(yīng)用的深入，人們發(fā)現(xiàn)空間實(shí)體之間還存在著其它多種空間關(guān)系。 如 John Florence等研究指出 相離關(guān)系 (disjoint relation)在空間關(guān)系中占有很大的比例。 Voronoi邊的兩個(gè)空間目標(biāo)定義為具有 空間相鄰關(guān)系。 胡勇等研究定義了 最鄰近、次鄰近 等。 趙仁亮等指出空間存在著 k階空間鄰近關(guān)系 。 空間實(shí)體之間還具有 靠近 (close、 nearto)等 模糊空間關(guān)系 (fuzzy relationships)、 還有 穿越 與 進(jìn)入 等 反映實(shí)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的空間關(guān)系 , 以及實(shí)體之間的 不確定性空間關(guān)系 。 地理實(shí)體之間的空間關(guān)系往往隨著時(shí)間而變化 ,時(shí)間關(guān)系交織在一起就形成了多種 時(shí)空關(guān)系 。 例如，當(dāng)點(diǎn)、線、面目標(biāo)之間的 空間相鄰 (spatial contiguity)、 空間連通 (spatial connectivity)、 空間包含(spatial inclusion)等關(guān)系隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，往往與目標(biāo)間的 時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系 (temporal topology)交織在一起，形成了一種新的 時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系 (spatiotemporal topology)。 Egenhofer、 Freksa與 Szmurlo和 Gaio等對(duì) 空間拓?fù)潢P(guān)系的漸變規(guī)律 、 時(shí)空概念 理解做了一些探討 ,，出了反映拓?fù)潢P(guān)系時(shí)空變化的 最鄰近拓?fù)潢P(guān)系鄰接圖 (closest topological relastionship graph)。 舒紅等總結(jié)了現(xiàn)有 時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系 的研究成果，給出了時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系的定義和基于點(diǎn)集理論的形式化描述。 此外， 空間關(guān)系 還與 空間范圍大小 或 空間尺度有關(guān) 。 郭慶勝根據(jù)區(qū)域范圍將空間關(guān)系區(qū)分為 全局性 與 區(qū)域性 空間關(guān)系，前者是指地理實(shí)體群之間的關(guān)系，后者指通常情況下的簡(jiǎn)單實(shí)體間的關(guān)系。 了解和分析人們?cè)谌粘Ｉ钪腥绾?考慮 和 交流 空間關(guān)系 ，是空間關(guān)系研究的一種重要途徑。 為此，需考慮用 自然語言 表達(dá)空間關(guān)系時(shí)空認(rèn)知、心理等因素的作用。 一些學(xué)者認(rèn)為人的 視覺系統(tǒng) 和 身體感受 在空間關(guān)系的 形成 與 表達(dá) 中起著重要的 參照點(diǎn) 和 參照空間 的作用。 文化、語言的異同 對(duì)空間關(guān)系也有不同程度的影響。 空間關(guān)系描述 空間關(guān)系描述的基本任務(wù)是以 數(shù)學(xué) 或 邏輯 的方法區(qū)分不同的空間關(guān)系，給出形式化的描述。 其意義在于澄清不同用戶關(guān)于空間關(guān)系的語義，為
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