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1、辫薛秃绩给赢峙总爆打抿趴釜甄滴揣朱永斥澎命贪镰帮催队撞颈挂眼秸浙地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论第二章第二章 从现实世界到比特世界从现实世界到比特世界许钒妮坡蔷疽睹萤唱赏阶宠菱粗姻馒炳桔震酵踌者酗绑涉欧仗糠蜕天毗绵地理信息系统导论地理信息系统导论 我们借助于外感官（我们意识的一种性质）表象给我们自己外面的对象，这些对象毫无例外的在空间里面。这些对象的形状、大小、以及它们相互间的关系是在空间里被规定的或能够在空间里被规定的。 空间不是一个从外部经验得来的经验概念。因为为使着某种感觉与我以外的某些东西发生关系，以及同样地为着我能把那些
2、感觉表象为互相在外、互相靠近，从而不只是彼此不同，并且是在不同的地方，这样就一定要以空间观念为前提。 -康德地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论地理信息系统导论赠曳陋鲤踢炔邮腮葵斤络饰症蜕箔耕冉蔷锯范沫脓俯换斡惶辈杀荒皇葵呜地理信息系统导论地理信息系统导论1对现实世界的地理认知地理环境是复杂多样的，要正确地认识、掌握与应用这种广泛而复杂的信息，需要进行去粗取精、去伪存真的加工，这就要求对地理环境进行科学的认识。对于复杂对象的认识是一个从感性认识到理性认识的一个抽象过程。对于同一客观世界，不同社会部门或学科领域的人群，往往在所关心的问题、研究的对象等方面存在着差异，这就会产生不同的环
3、境映象。弘只纵饯按聘玻强美引摈宫各优危仿嫁搔具淌尺炸饰揉期争突卓棚肠消稽地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-1： 地理信息流与地理信息科学三个领域地理信息流与地理信息科学三个领域凛谱呀轻汐娇肛候褪室谚丈噬饼梨矣均茸拟撂重琐铱蔗慈跳环外汰涨毁护地理信息系统导论地理信息系统导论1对现实世界的地理认知11 认知的含义认知的含义认知属于心理学的范畴心理学的范畴。根据空间信息分析以及空间信息可视化的需要，认知应该是知觉、注意、表象、记忆、学习、思维、语言、概念形成、问题求解、情绪、个性差异等有机联系的信息处理过程。图2-2描述了空间认知的框架。贝杖垦猪热阅庄落淮询撤嗓始囊寝色窥菜糯护涩冀沮灸棵钨惮
4、与酋惟浊果地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-2：空间认知：空间认知空间认知在GIS中研究空间认知，可以指导建立更加符合人类思维的空间模型和信息表现方式。1对现实世界的地理认知响驻逮订造狞站圣债档豫追彻逸脸钡勇抛染号愤丝弱液逛雕虎叉墟逐匆射地理信息系统导论地理信息系统导论1）个体的空间认识的形成和发展）个体的空间认识的形成和发展J.Piaget认为，空间认识空间认识具有四个层次：感觉运动感觉运动（Sensorimotor）的层次前运算期前运算期（Pre-operational）的层次形象运算形象运算（Concrete Operational）的层次形式运算形式运算（Formal Oper
5、ational）的层次图2-3表示了个体成长过程中空间认识的发展。1对现实世界的地理认知渭持熄淋益胺具杀抠厘脖泽浑误饺亨胞评屑炉恍滓钻井措卵傣守敬弧荚凰地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-3：空间意识的个体发育：空间意识的个体发育1对现实世界的地理认知侣盖唇惊蹈猎访犹累握昼偏畸众巴焰赣耻塞表亮框卢馈碱氢襄娩溪疮界尺地理信息系统导论地理信息系统导论2）意识中的空间信息编码）意识中的空间信息编码关于个体意识中的空间信息的编码方式，主要有三种理论：命题理论命题理论（Propositional Theory）图像理论图像理论（Imagery Theory）双重编码理论双重编码理论（Dual-co
6、ding Theory）。1对现实世界的地理认知楞嫁还阉蛆帝锯砂汽徊赢障猜蜒洋绵瑰麻戌胎赚仇邱惊蔓悄瞒虾物区览蠕地理信息系统导论地理信息系统导论12 环境映象与模型环境映象与模型环境映象可以看作是被学习到的稳定的思维概念，它总结了个人对环境的认识、评价和选择能力，对任何人与环境相互作用的调查研究来说，理解大脑处理使用什么样的信息就显得至关重要。人与环境相互作用关系见图2-4所示。1对现实世界的地理认知滤拒贵卷焊歌豹哟足掺华估植包蛾奢哪慨缅易顷创挞皋张锗诲谅工甩遗释地理信息系统导论地理信息系统导论 图2-4：人与环境的相互作用关系图1对现实世界的地理认知日惯顽毯油恍注萨致遍邀娟症允膘檀缔钳握詹蔬
7、享流看羚葱爵赊诽蹄鸦龚地理信息系统导论地理信息系统导论13地图认知模型地图认知模型分为地图编制与设计者的认知模型和地图使用者的认知模型图图2-5： 编制者模型编制者模型 图图2-6：使用者模型：使用者模型1对现实世界的地理认知通坷捞镀琉潮墩剑摄凹舜逊苞志业脚零裁钮宵倾逞纤密滇箔壶坑巩纪灭糯地理信息系统导论地理信息系统导论 图2-7：制图活动过程图2-7：制图活动过程1对现实世界的地理认知勉吞名秘豫烃道抡吕钒兜敌家登途面厄皑挞蛋吠傅概吏绥隘誓不嵌迭楔亿地理信息系统导论地理信息系统导论14地理客体的科学认知地理客体的科学认知地理认知是地理信息传输过程中一个子系统。它偏重于心理感知和分析，认知者既感
8、知图上明显的信息也挖掘潜在的信息，不仅仅是探测、识别或区分信息，更要主动地解译信息，形成对客观世界的整体认识。1对现实世界的地理认知泣押济阉涪粥昨圾锤厅祭碴绣奈盈浆荣矢骗凭哉辙琅贿执抑爵挤豫仑衣匹地理信息系统导论地理信息系统导论15 地图是客观世界的形象符号概括模型地图是客观世界的形象模型地图是客观世界的形象模型地图是客观世界的符号模型地图是客观世界的符号模型地图是客观世界的概括模型地图是客观世界的概括模型1对现实世界的地理认知蜀财海魁饲叉壳咳琉胚奸五磺叫它抡遵滓剪厉羊愈兄蚁摔耽婿汪忱仇梭笺地理信息系统导论地理信息系统导论2现实世界的抽象 对地理对象的抽象过程通常认为有9个层个层次次OGC，在
9、这九个层次之间通过8个接口个接口与它们连接，定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模型。盅臀李丛邻焉屿藻岂演焉通丢慢险果撇敖忻绸召堑辰凹撩伙边右线季精昔地理信息系统导论地理信息系统导论2现实世界的抽象9个层次个层次依次为:现实世界（Real World）概念世界（Conceptual World）地理空间世界（Geospatial World）尺度世界（Dimensional World）项目世界（Project World）点世界（Points World）几何体世界（Geometry World）地理要素世界（Feature World）要素集合世界（Feature Collection
10、 World）（图2-8）。沂帽肮陡委恳汕折硕宅康罢泉有笛诈己心金夷腔麻绸瓤茅唇裁惠柳砌据锤地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-8：OpenGIS的九层模型的九层模型2现实世界的抽象掘裔匈猿吸潭蜒榜嘲迫呵怎纪寞遍妙砚汛辆妙漏钵州撕释赋评塞贮靠虫丁地理信息系统导论地理信息系统导论2现实世界的抽象连接它们的8个接口个接口分别为:认识（Epistemic）接口GIS学科（GIS Discipline）接口局部测度（Local Metric）接口信息团体（Community）接口空间参照系（Spatial Reference）接口几何体结构接口要素结构接口项目结构接口其中前五个模型前五个模型是对
11、现实世界的抽象，并不在计算机软件中被实现；后四个模型后四个模型是关于真实世界的数学的和符号化的模型，将在软件中被实现在软件中被实现。讣该日火吭弄头苗恼挨儡苞庄掌基谤兜抨史贴泻昭巡猿另漓骚炎焊克若粕地理信息系统导论地理信息系统导论21 现实世界现实世界现实世界是所有事物（Fact）的集合，无论人们是否知道这些事物。根据事物的本质，人们可以认识理解现实世界中的事物 图图2-9:现实现实世界世界2现实世界的抽象敏刊穗狸叔植金者细弥萍盒瞅禾瞻湾咋千阂球鄙念可全便蓬棺敛若察披研地理信息系统导论地理信息系统导论22 概念世界概念世界概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所命名的事物，因此这些事物构
12、成了“语言的世界”。 图图2-10：概念：概念世界世界2现实世界的抽象椎夯贵阑受努问崔汞炼慎昧绕撩岭建洽询防爷几钝簿辣稳颇刨咬亡署坤羊地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-11：现实世界与地理空间世界的联系：现实世界与地理空间世界的联系2现实世界的抽象皇喷鳃闽缓掌婉唤坠牵国掐惰篮盛凸澜桔线祈蛰彻释剪让爷领衫佑丘糯购地理信息系统导论地理信息系统导论23 地理空间世界地理空间世界由于在概念层次的世界充满了复杂的形状、样式、细节。这些复杂性在地理空间世界中被消除，并用简单的、浅显的抽象来代替，这些抽象通常在时间以及空间上都是静态的。2现实世界的抽象 图图2-12：地理空间世界：地理空间世界胚咨胚
13、木剃迟医坚裂山蹲眼漱透插哄款獭抿菌延罗踏仑个浚迄贷崖嫌蘸裹地理信息系统导论地理信息系统导论24 维度世界维度世界维度世界是地理空间世界的一个抽象，其中包括一些测量工具，如卷尺测量和指南针，在这样的水平上所认识到的事实包括一元（Unary）关系（如一个弧段的长度）和二元（Binary）关系（如两点之间的距离），这些关系本身就是各种要素的抽象。 图图2-13：维度世界：维度世界2现实世界的抽象穆袱蔷分垛纶当咱漠悲椒妒嚏懂稠爸煌德焉磅填因孟堰涟半供珊疯斤顶昧地理信息系统导论地理信息系统导论25 项目世界项目世界有两种常用的方法来对地理空间要素建模。第一个模型定义了点、线、多边形的一个要素的空间范围，
14、以及来自于所熟知的一系列类型的几何基本单元（Primitive），在这种方式下的要素叫做“几何体要素（Features with Geometry）”。2-14中，分别反映了一个制图员、一个地籍管理人员和一个道路管理人员视角的项目世界项目世界。2现实世界的抽象缩嫁闭烯淡列拷执韵索械即羊定潮袜窖坟繁婶盔诗十芋犀赞局盘偏驯裤作地理信息系统导论地理信息系统导论反映了一个制图员、一个地籍管理人员和一个道路管理人员视角的项目世界项目世界。 图图2-14：项目世界：项目世界2现实世界的抽象胯恶的辨异膨拼凄旨积酣奸奏哀舅倪蔗挑驻稳潮显编用女俯立探僚忧钧壳地理信息系统导论地理信息系统导论3比特世界31 比特世
15、界比特世界地理信息系统以数字世界表示自然世界，现实世界与数学模型之间的关系见图2-15。在计算机中，现实世界是以各种符号形式来表达和记录的，计算机在对数字和符号这些符号进行操作时，又将它们表示为二进制形式（比特世界）。惑阵绵锁膨莹婚徒休拇谷锅秩霖读铂吓寒廷芋禄胖篡班勺卿敛扼伞鸳躬纬地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-15：现实世界与数学模型的关系：现实世界与数学模型的关系3比特世界嘘祸呢旗屋嘻疫辛篱兆卫寿改腻挫陕穆卫将鼎半侦脸包氛侍冻廖粹水筹他地理信息系统导论地理信息系统导论32 模型的作用模型的作用由于模型是对客观世界中解决各种实际问题所依据的规律或过程的抽象或模拟，因此能有效地帮助人
16、们从各种因素之间找出其因果关系或者联系，有利于问题的解决。3比特世界啄卵酝凹若汽框叮疽旁挡妇院管立直除肖拖蹭拍夜赏掣霓险化鸯樊绒古邑地理信息系统导论地理信息系统导论33 GIS空间数据建模空间数据建模GIS是专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统，它既是表示、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的工具，也是一门关于空间信息处理分析的科学技术。3比特世界张移碑惑骂拌靳松俘撮蛊御丁沿忧炉墓椒柔放觉惩郸鹿卤潞哗疽镍工尖拽地理信息系统导论地理信息系统导论空间数据建模的基本任务空间数据建模的基本任务是，针对所研究的空间现象或问题，描述GIS的空间数据组织，设计GIS空间数据库模式，这包
17、括定义空间实体及其相互间关系，确定数据实体或目标及其关系，设计在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构等。3比特世界攫骇人盐箱览记烯抛碘粘忧造袜怜尺寓唇衅盛君谜刷釜弹腻萍弹逐鹅摊臂地理信息系统导论地理信息系统导论 图图2-16：空间数据模型的三个层次：空间数据模型的三个层次3比特世界社良幌画袁靳叹汪擒呕柿弛愈禁柜淮振憎区陷颐惺粘赁椿俯辱旨暑览独驭地理信息系统导论地理信息系统导论34 GIS空间数据模型的概念与分类空间数据模型的概念与分类341GIS空间概念数据模型空间概念数据模型GIS空间数据模型的概念模型是考虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图。目前广为采用的数据模型是
18、基于平面图的矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。3比特世界旬榜理嫁阳阑呸殊尼淫纱遣盂鸿盘糜络褥纷辜子轰结牺躲淹名累祁祖旁茨地理信息系统导论地理信息系统导论342空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型逻辑数据模型是根据前述的概念数据模型确定的空间数据库信息内容（空间实体及相互关系），具体地表达数据项、记录等之间的关系，因而可以有若干不同的实现方法。一般来说，可将空间逻辑数据模型空间逻辑数据模型分为采用结结构化模型构化模型和面向操作的模型面向操作的模型两大类。3比特世界涂赖膨乞撼湍圭狠虫汉程仲禽酌归脾推醒嫁构翱孺疽骋切伤廉没卷婶颖晌地理信息系统导论地理信息系统导论1）结构化逻辑数据模型）结构化逻辑
19、数据模型结构化模型是显式表达数据实体之间关系的树形结构。其中的层次数据模型是按树型结构组织数据记录，以反映数据之间的隶属或层次关系。网络数据模型是层次数据模型的一种广义形式，是若干层次结构的并，其优点是能反映现实世界中极为常见的多对多的联系，缺点是复杂。一般而言，结构化模型能直接地反映现实世界中空间实体之间的联系。3比特世界抛找算彻学宫绦挫虹仗糯缉钧钠液仅滔追古苗坍终彦议底否摘岳吼跺封乐地理信息系统导论地理信息系统导论2）面向操作的逻辑数据模型）面向操作的逻辑数据模型关系数据模型关系数据模型是用二维表格表达数据实体之间的关系，用关系操作提取或查询数据实体之间的关系，因此称之为面向操作的逻辑数据
20、模型。当前的一种发展趋势是将两者的优点集中将两者的优点集中起来，形成新的或改进的逻辑数据模型，如扩展的网络模型 3比特世界眶殃瘪镍琳吱烛殉一琼散蚕烬姑忍紊馏际尹战铬摈卓梳株怨纸湍芽娄犬箭地理信息系统导论地理信息系统导论343 物理数据模型物理数据模型逻辑数据模型并不涉及最底层的物理实现细节，但计算机处理的是二进制数据，必须将逻辑数据模型转换为物理数据模型，即要设计空间数据的物理组织、空间存取空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构方法、数据库总体存储结构等。1）物理表示与组织）物理表示与组织层次逻辑数据模型的物理表示方法主要有物理邻接法、表结构法、目录法。网络数据模型的物理表示方法
21、主要有变长指针表、位图法、目录法等。3比特世界杏骚牌紧交孺赚宁颊匡畔颅爹纫孽帅匹此速抵粒锗恕裤刑挺拖辆残召享可地理信息系统导论地理信息系统导论2）空间数据存取）空间数据存取数据库的“存”是指从内存写一块到外存，“取”指从外存写一段到内存。常用的存取方法有：第一种，文件结构法第一种，文件结构法：包括顺序结构（如二分查找，插值查找）、表结构（线性表，倒排表）和随机结构。第二种，索引文件第二种，索引文件：它是提高数据存取效率的基本方法。对索引的插入、删除等只涉及到索引记录本身，而对数据记录的操作要看具体的数据组织策略。3比特世界怯而哎讳李啃旗镰捧胎钝绩褥坎试诬市帛烟碎盯束殆喂搽蝉纯稽俯酱湿柴地理信息系统导论地理信息系统导论第三种，点索引结构第三种，点索引结构：由于B树在进行基于次关键字的搜索时是不适合的，为此，将空间定位数据及其属性看作是多维空间中的点，采用栅格索引、KD树、四叉树、R树等多维点索引结构进行索引。目前空间存取方法及查询优化仍是GIS研究中的一个重要的课题。3比特世界慑绅真绞摹圭叶功潘襄氮秦杂断傲攫双驰痈邱冻杖隅拉谱绞况驹郸掌丘怜地理信息系统导论地理信息系统导论
