【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)間開始TR_start、 時(shí)間被開始 TR_started、 時(shí)間終止 TR_finish、 時(shí)間被終止 TR_finished。 ?二十世紀(jì)八十年代初， Allen提出了一種時(shí)態(tài)關(guān)系描述邏輯，即 時(shí)間區(qū)間邏輯 。九十年代初， Egenhofer提出了一種空間拓?fù)潢P(guān)系描述理論， 4元組模型。在時(shí)空位置的語義層次上，考慮時(shí)間和空間形式上的分離性，正交組合時(shí)間區(qū)間邏輯和四元組空間模型，形成了 時(shí)空關(guān)系模型 。 68 Allen的時(shí)間區(qū)間關(guān)系是一種拓?fù)潢P(guān)系和方向關(guān)系在一維線性時(shí)間上的抽象復(fù)合。時(shí)空關(guān)系模型是時(shí)間區(qū)間關(guān)系和空間區(qū)域關(guān)系的正交組合。時(shí)間區(qū)間關(guān)系包括時(shí)間方向和時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系，空間區(qū)域關(guān)系僅為空間拓?fù)潢P(guān)系。 69 空間關(guān)系理論的應(yīng)用 ?空間關(guān)系理論的研究進(jìn)展直接影響著 GIS空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)庫查詢、空間分析、空間推理、制圖綜合、地圖理解、自然語言界面標(biāo)準(zhǔn)化等方面的發(fā)展與應(yīng)用。 ?GIS空間數(shù)據(jù)建模與空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)，既要表達(dá)空間實(shí)體，也要表達(dá)空間實(shí)體間的空間關(guān)系。 Arc/Info，TIGER等系統(tǒng)采用關(guān)系表法表達(dá)端點(diǎn)與弧段、弧端與面塊之間的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)等空間關(guān)系，使重疊的端點(diǎn)與面塊的坐標(biāo)只需存貯一次，不僅節(jié)省了存貯空間，而且便于進(jìn)行拓?fù)湟恢滦詸z驗(yàn)和查詢分析。 ?基于 Voronoi圖的空間關(guān)系方法可以用于動(dòng)態(tài)建立拓?fù)潢P(guān)系來擴(kuò)展 MapInfo的功能。 70 ?空間數(shù)據(jù)庫的查詢往往是依賴于空間目標(biāo)間的關(guān)系 ?目前的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的查詢語言因?yàn)橹惶峁┝藢?duì)簡單數(shù)據(jù)類型 (如整數(shù)或字符 )的相等或排序等操作 ， 不能有效地支持空間查詢 。 ?為了構(gòu)造空間查詢 ， Arc/Info通過 Macro語言方式 ，把 9元組模型的描述結(jié)果加入到查詢命令中； ?Oracle中把 9元組模型與 SQL相結(jié)合 ， 使查詢功能擴(kuò)展到空間域； ?9元組描述模型還被用于構(gòu)造基于圖標(biāo)的或基于自然語言的空間關(guān)系查詢界面 ， 有助于使用戶從繁瑣枯燥的 SQL語法中解脫出來 。 71 ?空間分析在某種程度上是在處理空間實(shí)體之間的相互關(guān)系 ，如點(diǎn)模式識(shí)別是在處理點(diǎn)狀目標(biāo)之間的鄰近關(guān)系與分布，疊置分析則處理多個(gè)空間目標(biāo)之間的相交、重疊等拓?fù)潢P(guān)系，網(wǎng)絡(luò)分析處理的空間實(shí)體之間的拓?fù)溧徑优c關(guān)聯(lián)，鄰域分析是在相互鄰近的空間實(shí)體之間進(jìn)行的。 ?利用 9元組進(jìn)行空間推理是空間關(guān)系理論成果的另一重要應(yīng)用， 例如，人們用 9元組模型組建空間關(guān)系的組合表，建立檢測拓?fù)潢P(guān)系一致性的推理機(jī)制，通過 9元組建立空間關(guān)系之間的概念鄰接模型，推導(dǎo)空間關(guān)系的漸變過程，用于反映空間實(shí)體的變形過程 72 地理空間認(rèn)知 地理空間認(rèn)知的概念 ?認(rèn)知心理學(xué)中的空間認(rèn)知 是指人們對(duì)物理空間或心理空間三維物體的大小、形狀、方位和距離的信息加工過程。 ?地理空間認(rèn)知 (geospatial cognition)是指在在日常生活中，人類如何逐步理解地理空間，進(jìn)行地理分析和決策，包括地理信息的知覺、編碼、存儲(chǔ)、以及和解碼等一系列心理過程。這里主要限定是對(duì)地理空間認(rèn)知進(jìn)行研究。 73 ?地理空間認(rèn)知作為地理信息科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域得到了廣泛重視。 ?1995年美國國家地理信息與分析中心 (NCGIA)發(fā)表了“ Advancing Geographic Information Science‖的報(bào)告，提出 地理信息科學(xué)的三大戰(zhàn)略領(lǐng)域 ：地理空間認(rèn)知模型研究、地理概念計(jì)算方法研究、地理信息與社會(huì)研究 ?1996年美國地理信息科學(xué)大學(xué)研究會(huì) (UCGIS)發(fā)布的 10個(gè)優(yōu)先研究主題中就有對(duì)地理信息認(rèn)知的研究。 74 ?空間信息理論會(huì)議 (COSIT)是有關(guān)地理信息科學(xué)認(rèn)知理論極富影響力的論壇，它是促進(jìn)地理信息科學(xué)認(rèn)知基礎(chǔ)研究領(lǐng)域發(fā)展和成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。該會(huì)議自1993年每兩年舉行一次，會(huì)議主題是大尺度空間，特別是地理空間表達(dá)的認(rèn)知和應(yīng)用問題。 ?1997年在北京舉行的專家討論報(bào)告中，地理信息認(rèn)知作為地球信息機(jī)理的組成部分而成為 GIS的基礎(chǔ)理論研究之一。 ?2021年中國自然科學(xué)基金委在地球空間信息科學(xué)的戰(zhàn)略研究報(bào)告中，把地理空間認(rèn)知研究作為基礎(chǔ)理論之一列入優(yōu)先資助范圍。 ?地理空間認(rèn)知研究作為地理信息科學(xué)的核心問題之一，已經(jīng)得到普遍的認(rèn)同。 75 地理空間認(rèn)知的研究內(nèi)容 ?地理空間認(rèn)知 作為認(rèn)知科學(xué)與地理科學(xué)的交叉學(xué)科，需對(duì)認(rèn)知科學(xué)研究成果進(jìn)行基于地理空間相關(guān)問題的特化研究。 ?與認(rèn)知科學(xué)研究相對(duì)應(yīng)，地理空間認(rèn)知研究主要包括： 地理知覺 、 地理表象 、 地理概念化 、 地理知識(shí)的心理表征 和 地理空間推理 ，涉及 地理知識(shí)的獲取、存儲(chǔ)與使用 等。 76 （ 1）地理知覺 地理知覺 是指將地理事物從地理空間中區(qū)分出來，獲取其位置并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。 地理知覺的研究主要涉及以下幾個(gè)方面： ?1）格式塔心理學(xué) (Gestalt Psychology)。 格式塔心理學(xué)又稱“完形心理學(xué)”，是一種研究經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象中的形式與關(guān)系的心理學(xué)。 格式塔心理學(xué)揭示了知覺的 4個(gè)基本特征： 相對(duì)性、整體性、恒常性和組織性。并總結(jié)了稱為組織律的系列知覺組織原則，包括圖形 背景原則、接近原則、連續(xù)原則、相似性原則、閉合和完整傾向原則、共向性原則、簡單原則等。 77 ?2）知覺的透鏡模型和供給模型。 透鏡模型 強(qiáng)調(diào)知覺者的內(nèi)在世界的不確定性，承認(rèn)知覺包含信息加工過程。 供給模型 則強(qiáng)調(diào)地理環(huán)境提供了足夠的信息，感覺器官能直接從外界獲得所需信息，根本不存在信息加工過程。其中透鏡模型的影響較大。 ?3）對(duì)象系統(tǒng)和位置系統(tǒng)的分離。 地理信息加工的基本原則是對(duì)象系統(tǒng)和位置系統(tǒng)的分離。 位置系統(tǒng) 處理空間信息，判斷物體在空間中的位置、大小和方向，并對(duì)各物體間的空間關(guān)系進(jìn)行編碼。 對(duì)象系統(tǒng) 處理用于空間物體辨識(shí)的各種信息，包括形狀、顏色、紋理等。 地理知覺的研究內(nèi)容： 78 ?4） Marr的草圖模型及相關(guān)研究。 Marr的草圖模型是關(guān)于地理知覺過程和步驟影響最大的理論，對(duì)知覺過程和步驟的進(jìn)一步研究大都在 Marr的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 Marr認(rèn)為： 神經(jīng)系統(tǒng)所作的信息處理與機(jī)器相似。視覺是一種復(fù)雜的信息處理任務(wù)，目的是要把握對(duì)我們有用的外部世界的各種情況，并把它們表達(dá)出來。草圖模型的研究從場景的感覺登記 (圖像記憶 )開始，到場景被識(shí)別為一系列配置在空間中的物體、概念的實(shí)例結(jié)束。 地理知覺的研究內(nèi)容： 79 ?5）地理空間基于知覺方式的尺度劃分。 ?尺度問題是地理信息科學(xué)有關(guān)認(rèn)知最優(yōu)先的研究之一 ?知覺方式的不同是空間尺度劃分的主要依據(jù)。 ?心理學(xué)根據(jù)不同尺度空間知覺方式的不同，將空間劃分為：圖形、街景、環(huán)境和地理空間。 ?基于空間的可處置性、移動(dòng)性和尺寸，可以將空間區(qū)分為幾種類型：可處置物體、非可處置物體、環(huán)境、地理、全景和地圖空間。 地理知覺的研究內(nèi)容： 80 ?6）地理空間知覺方法差異性研究 ?地理空間知覺方法存在差異，環(huán)境空間的知覺主要靠導(dǎo)航經(jīng)驗(yàn)，地理空間的知覺主要靠讀圖。 ?基于地圖的地理空間認(rèn)知，就是通過閱讀地圖來實(shí)現(xiàn)人對(duì)地理空間的認(rèn)知，基于地圖的地理空間知覺過程是基于地圖的地理空間認(rèn)知基本過程中的首要步驟。 ?知覺方法對(duì)地理知識(shí)的獲取、存儲(chǔ)和使用都具有重要影響。讀圖方式和導(dǎo)航方式存在著較大差異。 地理知覺的研究內(nèi)容： 81 （ 2）地理表象 ?表象 是創(chuàng)造性科學(xué)思維中的關(guān)鍵因素，作為認(rèn)知科學(xué)中一個(gè)重要概念，是人類意識(shí)對(duì)物質(zhì)世界主動(dòng)和積極的形象化反映，表現(xiàn)為象、形等。 ?地理表象 用來表示在地理意向性理論指導(dǎo)下的地理形象思維所產(chǎn)生的各種“象”，它既是地理思維活動(dòng)的產(chǎn)物，又是地理思維得以進(jìn)行的載體，與地理知識(shí)的使用和地理空間的推理密切相關(guān)。 82 地理表象的研究內(nèi)容： ?研究表象的重要方法 ?心里旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 是研究表象的重要方法。心理旋轉(zhuǎn)的研究是當(dāng)前認(rèn)知心理學(xué)表象理論的重要組成部分。心理旋轉(zhuǎn)作為一種空間認(rèn)知能力，屬于個(gè)體認(rèn)知發(fā)展過程中的一種相對(duì)高水平的能力。 ?實(shí)驗(yàn)中給出兩個(gè)幾何體，要求被試者以最快的速度判斷其是否是同一物體。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)被試者在心理旋轉(zhuǎn)這些物體時(shí)，角度越大，需要時(shí)間越長，且旋轉(zhuǎn)速率相對(duì)穩(wěn)定。 83 ?類命題理論和準(zhǔn)圖片理論 ?這兩大理論相互對(duì)立。 類命題理論 認(rèn)為表象作為服務(wù)于思維的抽象概念結(jié)構(gòu)，對(duì)場景的描述不是類似圖片，而是類似于命題的符號(hào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。人使用概念進(jìn)行知識(shí)表征，只是概念化的記憶東西，記憶中存儲(chǔ)的是對(duì)事物的說明、解釋，而不是具體的表象。 ?按照準(zhǔn)圖片理論，表象內(nèi)部結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生機(jī)制與視知覺類似，具有大小、方位和位置等空間特性，是類圖片形式的二維表面矩陣。矩陣的每一成分由表示局部視野的基元組成，基元總與一些其它基元相鄰，可以形成方向、紋理、位置和景物。 地理表象的研究內(nèi)容： 84 地理表象的研究內(nèi)容： ?地理表象的基本形式 地理表象分為 4種基本類型：地理區(qū)域、綜合體、地理景觀和區(qū)域地理系統(tǒng)。 ?地理區(qū)域 是為研究地理環(huán)境所產(chǎn)生的“一個(gè)知識(shí)概念，供思考的實(shí)體”，可以表示任意大小的區(qū)域，具有相對(duì)均質(zhì)性。 ?綜合體 是指由若干個(gè)相互作用的成分組成的地理實(shí)體。 ?地理景觀 指在某個(gè)發(fā)生上一致的區(qū)域，若干地理現(xiàn)象的某種組合關(guān)系的節(jié)律性典型重復(fù)，可以包含若干個(gè)最小空間功能單元體。 ?區(qū)域地理系統(tǒng) 是對(duì)地理區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)研究所建立的系統(tǒng)，以地理景觀為結(jié)構(gòu)組件，按照地理事件發(fā)生的過程來構(gòu)造系統(tǒng)模型。 85 （ 3）地理概念化 ?概念化 是把具有共同特征的事物歸為一類，而把不同特征的事物放在不同類中。 ?地理實(shí)體通過概念化得到辨識(shí)，地理知識(shí)通過概念化得以概括和精簡，其對(duì)地理知覺和地理知識(shí)存儲(chǔ)具有重要意義。 ?通過概念化分類可以將大量知識(shí)簡化到可以處理的比例。 ?地理概念化是地理世界已知地理實(shí)體、實(shí)體屬性和實(shí)體間關(guān)系的知識(shí)庫，依據(jù)概念化知識(shí)記憶和理解地理世界。 86 ?地理概念化的研究內(nèi)容： 1）地理概念化方法。 主要有基于經(jīng)典集合論的方法和原型分類方法。 ?集合論方法的概念化 在 GIS語義表達(dá)和共享中廣泛采用，主要內(nèi)容包括：分類是任意的；類型具有定義屬性或關(guān)鍵屬性；集合的內(nèi)涵決定其外延。 ?原型 是關(guān)于某一類事物的典型特征模式，當(dāng)物體特征與原型認(rèn)知范疇越接近，就越有可能被劃歸到某一原型范疇中。 原型分類法 更符合日常生活中人的認(rèn)知分類，包括：分類不是任意的，受多種知覺和認(rèn)知因素的影響；基礎(chǔ)層次類型各個(gè)成員享有更多相似的知覺和功能特征，更容易形成心理表象；類型具有一種內(nèi)在的漸變結(jié)構(gòu)，是基于核心成員 原型而構(gòu)建的，類型不具有關(guān)鍵屬性，事物類型的歸屬通過其與原型的相似程度來判定；在原型分類下，類型集合的邊界是模糊的，為模糊集。 87 2）地理概念化理論。 主要包括圖式理論和初級(jí)和次級(jí)理論。 圖式理論 是有關(guān)地理概念存儲(chǔ)方式的理論，初級(jí)和次級(jí)理論 是有關(guān)概念形成影響因素的理論。 ?圖式理論 強(qiáng)調(diào)，人們已經(jīng)具有的知識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)其認(rèn)知活動(dòng)起決定作用。圖式代表一種相互作用的知識(shí)結(jié)構(gòu)，也就是指人們通過不同途徑所積累的各種知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等的集合。圖式有序地儲(chǔ)存在人類大腦的長期記憶中，構(gòu)成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)。 ?圖式是圍繞某一主題組織起來的知識(shí)表征和存儲(chǔ)方式，是人們用以逐步理解世界的基礎(chǔ)概念化組織。 ?地理類型的圖式是存儲(chǔ)和編碼環(huán)境中“日?！钡乩韺?duì)象相關(guān)類型的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可用于發(fā)現(xiàn)環(huán)境中特定地理類型的新實(shí)例，并將該實(shí)例的特定信息填充進(jìn)來。 88 2）地理概念化理論 ?主要包括圖式理論和初級(jí)和次級(jí)理論。 ?初級(jí)理論 是在人類文化和人類發(fā)展階段都能找到的地理常識(shí)，由基本的心理學(xué)和物理學(xué)知識(shí)組成，主要與一些能直接感知和交互的中等尺度地理現(xiàn)象的知識(shí)相關(guān)； ?次級(jí)理論 由具有不同經(jīng)濟(jì)和社會(huì)特性的民間信念、知識(shí)組成，主要與一些大尺度地理現(xiàn)象的知識(shí)相關(guān)。 89 3）地理實(shí)體本體 ?本體 是對(duì)世界本質(zhì)的研究。 ?地理實(shí)體本體 主要處理地理實(shí)體類型的本質(zhì)和內(nèi)涵。地理信息科學(xué)中的本體兼具哲學(xué)本體和信息本體的雙重含義。 ?地理本體是面向地理領(lǐng)域的概念模型 ，它包含領(lǐng)域內(nèi)通用的、普遍的概念，并且規(guī)定了領(lǐng)域級(jí)別上的約束，這些約束可以被用來進(jìn)行知識(shí)級(jí)別上的推理。 ?地理本體表達(dá)的是更高級(jí)別的信息需求 。 90 （ 4）地理知識(shí)心理表征 心理表征 指長時(shí)記憶中知識(shí)的存儲(chǔ)，可區(qū)分不同的類型或系統(tǒng)。地理知識(shí)心理表征的研究需要區(qū)分不同的編碼系統(tǒng)和類型。 1）地理知識(shí)編碼 ?地理知識(shí)的編碼方法主要包括：表象理論、概念命題理論和雙重編碼理論。 ?表象理論的核心內(nèi)容是圖片的隱喻，環(huán)境的視覺信息經(jīng)過大腦加工，以圖解的形式進(jìn)行簡化和有序編碼與存儲(chǔ)，并存在一定的扭曲。 ?概念命題理論認(rèn)為所有視覺信息和言語信息都以概念命題的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，其強(qiáng)調(diào)視覺信息被輸入后，必須處理為概念命題的形式才能進(jìn)行存儲(chǔ)。 ?雙重編碼理論認(rèn)為表象和命題形式的編碼共存，其相互分離，并行運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)又互相聯(lián)系。 91 （ 4）地理知識(shí)心理表征 ?2）地理知識(shí)