【正文】 第二章 從現(xiàn)實世界到比特世界 地理信息系統(tǒng) ——原理、方法和應(yīng)用 第 3 講（一） 課 題： 從現(xiàn)實世界到比特世界 目的要求： 了解空間認知學對現(xiàn)實世界進行抽象的過程 ,理解地理認知模型和空間數(shù)據(jù)庫模型的概念和作用，加深對空間數(shù)據(jù)和空間信息的理解。 教學重點： 地理認知模型、空間數(shù)據(jù)庫模型 教學難點： 認知學對現(xiàn)實世界進行抽象的過程 教學課時： 1課時 教學方法 : 講授 本次課涉及的學術(shù)前沿： 地理認知模型（面向?qū)ο? 場 網(wǎng)絡(luò)） 學習目標 ?了解空間認知學對現(xiàn)實世界進行抽象的過程 ?理解地理認知模型和空間數(shù)據(jù)庫模型的概念和作用，加深對空間數(shù)據(jù)和空間信息的理解。 地理信息流與地理信息科學三個領(lǐng)域 地理概念形式表達地理時空思考地理信息科學三個領(lǐng)域地理信息流地理認知模型研究地理概念計算方法研究地理信息與社會研究現(xiàn)實世界概念世界數(shù)字世界 （ G I S ）應(yīng)用領(lǐng)域信息服 務(wù)與計算機實現(xiàn)1．對現(xiàn)實世界的地理認知 ?地理空間認知的含義 ?地圖認知模型 ?地圖是客觀世界的形象 ——符號 ——概括模型 ?地理客體的科學認知 （ 1）地理空間認知 地理空間認知： 研究人類如何認知自己賴以生存的地理環(huán)境（主要指地球的四大圈層 – 巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈），包括位置、分布、關(guān)系、變化和規(guī)律等。 （ 1）地理空間認知 地理空間認知過程： 經(jīng)過地理感知、表象再現(xiàn)、地理記憶和地理思維四個過程，借助圖像或者地圖（心像地圖和認知制圖）來實現(xiàn)的。心像地圖 是人類對地理空間多次感知的基礎(chǔ)上（實地考察、地圖參考、文獻閱讀）綜合形成的一種印象或者心理表征；認知制圖 通常發(fā)生在人類使用地圖的過程中，把新近獲得的信息與地圖信息綜合起來進行決策，如：定位、定向、導航等。 制圖活動過程 思維客觀現(xiàn)實世界感知系統(tǒng)制圖綜合與內(nèi)容選取信息處理系統(tǒng)信息表達系統(tǒng)地圖客觀世界抽象地圖編制者的認識模型 地圖所表達的客觀世界地圖使用者的知識背景形象思維與再現(xiàn)綜合與分析被認識的客觀世界感知系統(tǒng)地圖使用者的認識模型 （ 2）地圖認知模型 （ 3）地圖是客觀世界的形象 —— 符號 —— 概括模型 ? 地圖具有形象性，能對實際對象做出完整的、清晰的、和直觀的圖形描述和說明 ? 地圖是采用專門設(shè)計和事先規(guī)定的符號來反映地物、現(xiàn)象和地理過程 ? 地圖是通過地圖制圖工作者通過對地物進行取舍、圖形化簡、數(shù)量和質(zhì)量概括、抽象出來的模型。 （ 4）地理客體的科學認知 ? 地理認知：制圖過程，讀圖過程 ? 地理認知是地理模型的基礎(chǔ)，是制圖概括的基礎(chǔ) ? 地理認知貫穿于制圖概括的整個過程（設(shè)計階段，編繪階段） 2．現(xiàn)實世界的抽象 OGC 九層次抽象 尺度世界 Dimensional world 地理空間世界 Geospatial world 地理點列 point 幾何特征 geometry 地理要素 feature 地理要素集合 Feature collections 概念世界 Conceptual world 現(xiàn)實世界 Real world 項目世界 Project world 感知世界 工程世界 現(xiàn)實世界 概念世界 地理空間世界 維度世界 項目世界 2．現(xiàn)實世界的抽象 物理數(shù)據(jù)模型 邏輯數(shù)據(jù)模型 概念模型 現(xiàn)實世界 地里實體或現(xiàn)象 最高層 中間層 最低層 數(shù)據(jù)世界 （機器） 概念世界 （大腦） 設(shè)計 實現(xiàn) 認知、抽象與概念模型化 ?三層次模式 3．比特世界 ? 比特世界 現(xiàn)實世界的信息數(shù)學的分析、預(yù)報、決策或控 制現(xiàn) 實 世 界 的 分析、預(yù)報、決策或控制數(shù)學模型翻譯、歸納解譯檢驗演繹推斷現(xiàn)實世界與數(shù)學模型的關(guān)系 GIS空間數(shù)據(jù)建模 數(shù)據(jù)建模相關(guān)的概念 (1)模型： 是對現(xiàn)實世界的模擬和抽象，是將系統(tǒng)的各個要素通過適當?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明映像 (2)數(shù)據(jù)模型： ◇也是一種模型，它是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，表示實體以及實體間的聯(lián)系。 ◇根據(jù)一定的方案建立的數(shù)據(jù)邏輯組織方式。 ◇對數(shù)據(jù)庫而言，數(shù)據(jù)模型反映了數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)，或用戶所看到的數(shù)據(jù)之間的邏輯結(jié)構(gòu)，反應(yīng)了實體之間的邏輯關(guān)系。 GIS空間數(shù)據(jù)建模 數(shù)據(jù)建模相關(guān)的概念 (3)數(shù)據(jù)建模： 是指把現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)組織為有用且能反映真 實信息的數(shù)據(jù)集的過程。 數(shù)據(jù)建模過程 第一步， 選擇一種數(shù)據(jù)模型來對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行組織； 第二步， 選擇一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達該數(shù)據(jù)模型； 第三步， 選擇一種適合于記錄該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文件格式。 GIS空間數(shù)據(jù)建模 GIS空間數(shù)據(jù)建模的基本任務(wù) :針對所研究的空間現(xiàn)象或問題，描述 GIS的空間數(shù)據(jù)組織，設(shè)計 GIS空間數(shù)據(jù)庫模式，設(shè)計在計算機中的物理組織、存儲路徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)等。 外模式 1 物理數(shù)據(jù)模型 邏輯數(shù)據(jù)模型 空間概念數(shù)據(jù)模型 外模式 2 外模式 3 現(xiàn)實空間世界 空間數(shù)據(jù)模型的三個層次 GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念與分類 一、空間數(shù)據(jù)模型的發(fā)展與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 ? 第一代層次與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫（以 1969年 IBM公司研制的 IMS為標志）帶動了 GIS層次數(shù)據(jù)模型（ Hierarchical Model）和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型（ Network Data Model）的發(fā)展； ? 第二代關(guān)系數(shù)據(jù)庫（以 Oracle, SQL Server, Sybase為代表）帶動了GIS關(guān)系數(shù)據(jù)模型的發(fā)展； ? 而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型技術(shù)對數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響，成為第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要標志，進而促進了 GIS面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 Objectoriented Data Model）的發(fā)展。第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和其他技術(shù)相結(jié)合，表現(xiàn)為分布式數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫、演繹數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、地理數(shù)據(jù)庫等新技術(shù)層出不窮，進而帶動了 GIS超圖數(shù)據(jù)模型的研究和發(fā)展。 GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念與分類 地理空間認知模型 （概念模型）、 地理空間數(shù)據(jù)模型 （邏輯模型）、 地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （物理模型），構(gòu)成了對地理實體、現(xiàn)象及其關(guān)系，從地理現(xiàn)實世界到計算機世界（數(shù)據(jù)世界）的三個表達層次。 GIS空間數(shù)據(jù)模型的概念與分類 地理認知模型（概念模型）地理空間數(shù)據(jù)模型（邏輯模型2）地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（物理模型2）抽象具體地理學語言定義和描述 計算機形式化語言定義和描述或其它建模語言定義和描述計算機數(shù)據(jù)庫語言定義和描述地理空間數(shù)據(jù)模型（邏輯模型1）地理空間數(shù)據(jù)模型（邏輯模型