1、III 地理認(rèn)知理論與模型1 地理認(rèn)知概念2 地理抽象過程3 地理認(rèn)知模型4 空間拓?fù)潢P(guān)系11 地理空間認(rèn)知概念地理空間認(rèn)知： 研究人類如何認(rèn)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。地理空間認(rèn)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(rèn)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(xiàn)閱讀）綜合形成的一種印象或者心理表征；認(rèn)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(jìn)行決策，如：定位、定向、導(dǎo)航等。22 地理

2、抽象過程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3ISO-TC211概念模型概念形式概念模式概念模式語言 論域現(xiàn)實世界4三層次模式物理數(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(jī)器）概念世界（大腦）設(shè)計實現(xiàn)認(rèn)知、抽象與概念模型化53 地理認(rèn)知模型根據(jù)GIS數(shù)據(jù)組織和處

3、理方式，地理認(rèn)知模型分為三類：基于對象（OBJECT-BASED）基于域/場(FIELD-BASED)基于網(wǎng)絡(luò)（NETWORK-BASED）63.1 面向?qū)ο蟮恼J(rèn)知模型1）地理實體的面向?qū)ο竺枋?在一定尺度下，客觀存在的地理實體都有其精確的位置、形狀，可以同其他相鄰的地理實體區(qū)別開來。這些地理實體既可以是一座城市，也可以是一片住宅，或者是一間房屋。 面向?qū)ο蟮膶嵸|(zhì)就是使用一系列的基本數(shù)據(jù)來描述這些地理實體，包括：對象的特定屬性（空間、時間、非空間屬性），對象之間的特定關(guān)系（空間、時間、語義）。 一般認(rèn)為，面向?qū)ο蟮牡乩韺嶓w描述方式特別適用于描述地理空間中各種獨立存在的地理特征（discrete

4、 spatial features），適合于那些具有完整邊界的地理目標(biāo)，如：建筑物、街區(qū)、道路、行政區(qū)劃等人文現(xiàn)象、或者湖泊、河流、植被景觀等自然現(xiàn)象。7例如：地理實體的面向?qū)ο竺枋鰧嶓w標(biāo)識符空間位置空間關(guān)系 屬性特征 功能學(xué)校名稱地面坐標(biāo)與另一實體相鄰學(xué)生數(shù)教育鐵路編碼號一組坐標(biāo)連接兩個城市運輸量運營鉆孔標(biāo)識號地面坐標(biāo)位于某個區(qū)域 孔徑層位蓄水池名稱地面坐標(biāo)與一水管線相接水質(zhì)水位上表中所列的五種特征可分兩大類：空間特征和非空間特征，描述地理實體的數(shù)據(jù)相應(yīng)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)用來描述地理實體的空間位置和相互關(guān)系。對于“地理實體”，了解其定位屬性，也就是獲取其確切的空間坐標(biāo)值，要比了

5、解其一般的非定位屬性更重要。實際上，實體的許多非定位屬性，如長度、面積等都是依附于定位屬性的。8 2）地理實體的幾何抽象 為了在計算機(jī)的抽象空間中，表達(dá)復(fù)雜的現(xiàn)實世界，在地理信息系統(tǒng)中，地理實體被抽象簡化為簡單的幾何對象(geometric object)：點對象(Point) 線對象(Line)面對象(Polygon)體對象(Volume)9 點對象 點對象是有特定位置的維數(shù)為零的物體，代表一個點實體(Point Entity)，如城市、村莊、鉆孔等。 線對象 線對象是維數(shù)為1的物體，代表一個線實體(Line Entity)，如河流、邊界、道路等。 線對象的屬性： 實體長度 - 從起點到終點

6、的總長；彎曲度 - 如道路彎曲的程度；方向性 - 如水流方向(從上游到下游)，公路方向(單向、雙向)等。10 面對象 面狀實體包括湖泊、森林、島嶼、地塊等，在二維圖中表現(xiàn)為多邊形。面狀實體包括以下空間特性：面積、周長。獨立性或與其它地物相鄰，如中國及其周邊國家等。內(nèi)島或鋸齒狀外形:如島嶼的海岸線封閉所圍成的區(qū)域等。重疊性與非重疊性:如報紙的銷售區(qū)域、學(xué)校的分區(qū)等有可能出現(xiàn)交叉重疊現(xiàn)象，但各個行政區(qū)一般是相鄰而不出現(xiàn)重疊。11 體對象 一個體對象代表一個空間三維實體，如地層、斷層、礦體等。 一個三維實體由若干平面或曲面包圍組成。體中間若包含“空洞”，則為復(fù)雜的體。但體中包含的“空洞”，應(yīng)作為另一

7、個體對象處理。通過體類主題可將體對象聚合起來。123）地理實體的空間相互關(guān)系 現(xiàn)實生活中的實體大多都不是孤立存在的。國道可能和省道相接，河流可能穿過城市，學(xué)?？赡芎凸S為鄰。這些地理實體在地理空間中的空間分布關(guān)系簡稱為空間關(guān)系。13 空間關(guān)系的基本類型：拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系、度量關(guān)系。 拓?fù)潢P(guān)系描述地理實體之間的相鄰、關(guān)聯(lián)、包含等空間關(guān)系。 方向關(guān)系又稱為方位關(guān)系、延伸關(guān)系，它定義了地物對象之間的方位。 度量關(guān)系主要是指空間對象之間的距離關(guān)系，可以用歐幾里德距離、曼哈頓距離、時間距離等來描述。143.2 面向場的認(rèn)知模型基于場的認(rèn)知模型 場（Field）是指一類具有共同屬性值的地理實體或者地理目

8、標(biāo)的集合。該模型把地理空間中的事物和現(xiàn)象作為連續(xù)的變量或體來看待，例如：大氣污染、大氣降雨、地表溫度、土壤濕度、洋流等。根據(jù)問題的不同，場（field）可以二維的、也可以是三維的。15二維場的描述方法： 采樣模型（Sampling） 通過采集有限個樣本點的屬性值來表達(dá)區(qū)域?qū)傩缘倪B續(xù)變化。根據(jù)樣本點的分布密度和分布形態(tài)，可以采用網(wǎng)格（grid）或者TIN模型進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插，進(jìn)而模擬區(qū)域?qū)傩缘倪B續(xù)變化。 等值線模型（Contour） 采用一組等間距的等值線將地理區(qū)域劃分成一些環(huán)狀區(qū)域。每個區(qū)域中的屬性值介于相鄰的兩條等值線的屬性值之間，可以沿著等值線的梯度方向進(jìn)行連續(xù)插值求得屬性值。 圖斑模型（pi

9、ecewise） 將一個平面劃分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域用一個簡單的數(shù)學(xué)函數(shù)表示一種主要屬性的變化。一個區(qū)域可以包含若干個子區(qū)域或其他區(qū)域，但不能被其他區(qū)域分隔，即區(qū)域內(nèi)的任意兩點至少存在一條完全包含在本區(qū)域內(nèi)的連接路徑。模擬的 數(shù)學(xué)函數(shù)可以是一個常數(shù)、也可以是一個線性函數(shù)、更可以是一個高階函數(shù)。164 空間拓?fù)潢P(guān)系 地理空間的拓?fù)?(Topology) “拓?fù)洹币辉~在希臘語中是“形狀的研究”。拓?fù)鋵W(xué)研究在拓?fù)渥儞Q下能夠保持不變的幾何屬性拓?fù)鋵傩?。地圖上的拓?fù)潢P(guān)系是指圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。地圖上的圖形的形狀、大小會隨圖形的改變而改變，但各實體之間的鄰接關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系、包含

10、關(guān)系則不會改變。故可稱拓?fù)潢P(guān)系是繪在橡皮上的圖形關(guān)系。 拓?fù)潢P(guān)系是不考慮度量和方向的空間物體之間的空間關(guān)系。17九交模型DE-9IM（Dimensionally Extended 9 Intersection Model） 9IM(Egenhofer and Herring)-DE-9IM(Clementini, et al.)是一種數(shù)學(xué)方法，定義了兩個幾何對象之間的空間關(guān)系！空間關(guān)系的判斷，是通過比較兩個幾何對象之間的坐標(biāo)（X,Y）實現(xiàn)的，目前僅適用于平面坐標(biāo)，Z坐標(biāo)值將被忽略。八種基本空間關(guān)系：Equal，Disjoint，Intersects，TouchOverlap，Cross，Wit

11、hin，Contains18Dimension null or nil (-1) point (0), linearstring (1), polygon (2) multipoint (0), multilinearstring (1), multipolygon (2) 高低不同維數(shù)的兩個幾何對象做空間操作，結(jié)果幾何對象的維數(shù)為低維！Minimum distance The minimum distance separating disjoint features could represent the shortest distance an aircraft must travel b

12、etween two locations. The distance function reports the minimum distance separating two disjoint features. If the features arent disjoint the function will report a zero minimum distance. 19Intersection of geometries The intersection function returns the intersection set of two geometries. The inter

13、section set is always returned as a collection that is the minimum dimension of the source geometries. For example, for a linestring that intersects a polygon, the intersection function returns that portion of the linestring common to the interior and boundary of the polygon as a multilinestring. Th

14、e multilinestring contains more than one linestring if the source linestring intersected the polygon with two or more discontinuous segments. If the geometries do not intersect or if the intersection results in a dimension less than both source geometries, an empty geometry is returned. 20Difference

15、 of geometries The difference function returns the portion of the primary geometry that isnt intersected by the secondary geometrythe logical AND NOT of space. The difference function only operates on geometries of like dimension and returns a collection that has the same dimension as the source geo

16、metries. In the event that the source geometries are equal, an empty geometry is returned. 21Symmetric difference of geometriesThe symmetricdiff function returns the symmetric difference of two geometriesthe logical XOR of space. The source geometries must have the same dimension. If the geometries

17、are equal, the symmetricdiff function returns an empty geometry; otherwise, the function returns the result as a collection.22 Given geometries a and b, I(a), B(a), and E(a) represent the interior, boundary, and exterior of a, and I(b), B(b), and E(b) represent the interior, boundary, and exterior o

18、f b. The intersections of I(a), B(a), and E(a) with I(b), B(b), and E(b) produces a 3-by-3 matrix. InteriorBoundary Exterior Interiordim(I(a) I(b)dim(I(a) B(b) dim(I(a) E(b) Boundarydim(B(a) I(b)dim(B(a) B(b) dim(B(a) E(b) Exteriordim(E(a) I(b)dim(E(a) B(b) dim(E(a) E(b) DE-9IM模型中，每類空間關(guān)系都有著其特定的矩陣組合（matrix pattern) T - An intersection must exist; dim = 0, 1, or 2.F - An intersection must not exist; dim = -1.* - It does not matter if an intersect