Многокачественная теория и практика пространственных отношений
Цена: 1 416руб. (¥67)
Артикул: 520843381642
Вес товара: ~0.7 кг. Указан усредненный вес, который может отличаться от фактического. Не включен в цену, оплачивается при получении.
Описание товараПродавец:当当网官方旗舰店
Рейтинг:
Всего отзывов:0
Положительных:0
Добавить в корзину
Другие товары этого продавца
¥31.29662руб.
¥17.68374руб.
¥12.38262руб.
¥17.4368руб.
Оглавление
Предисловие
*Глава «Пространственное представление информации и пространственный масштаб».
1.1 Метод выражения пространственной информации
1.2 Геометрическое выражение и пространственный масштаб
1.3 Основные проблемы эффективности отношений
1.4 Выражение отношений и пространственный масштаб
1.5 Организация содержания этой книги
Рекомендации
Глава 2 Многомасштабное моделирование топологических связей
2.1 Топологические взаимоотношения и преобразование масштаба
2.2 Масштабное моделирование деградации размеров и топологических отношений
2.3 Объединение регионов и масштабное моделирование топологических связей
2.4 Индукция атрибутов и масштабное моделирование топологических отношений
2.5 Упрощение формы и масштабное моделирование топологических связей
2.6 Топологическое инвариантное масштабное моделирование
2.7 Сводка этой главы
Рекомендации
Математические символы в этой главе
Глава 3. Многомасштабное моделирование направленных связей
3.1 Направленная связь и трансформация масштаба
3.2 Региональное слияние и масштабное моделирование направленных отношений
3.3 Масштабное моделирование ухудшения размерности и взаимосвязи направлений
3.4 Краткое содержание этой главы
Рекомендации
Математические символы в этой главе
Глава 4. Многомасштабное моделирование пространственного качественного положения
4.1 Пространственная система отсчета и пространственное положение
4.2 Многомасштабная модель местоположения на основе топологии
4.3 Многомасштабная модель положения на основе ориентации
4.4 Модель универсального положения на основе ориентации
4.5 Многомасштабная мера сходства местоположений
4.6 Краткое содержание этой главы
Рекомендации
Математические символы в этой главе
Глава 5. Практика применения многомасштабных отношений
5.1 Общая основа многомасштабного анализа взаимосвязей
5.2 Многомасштабное сопоставление данных
5.3 Первоначальное сопоставление данных многомасштабной сети
5.4 Сопоставление оптимизации многомасштабных сетевых данных
5.5 Многомасштабное сопоставление дискретных данных
5.6 Многомасштабный запрос данных
5.7 Система программного обеспечения
5.8 Эксперимент по многомасштабному анализу данных
5.9 Краткое содержание главы
Рекомендации
Чтение в Интернете
*Глава «Пространственное представление информации и пространственный масштаб».
Многомасштабное представление и обработка пространственной информации сегодня является важным рубежем теоретических и методологических исследований в области географической информатики. В основном это решает проблему различных представлений пространственных данных из-за различных потребностей в применении и анализе географических данных пользователями в разных отделах.Многомасштабные, многотипные и разновременные пространственные данные являются важными информационными ресурсами, необходимыми людям для изучения и решения основных проблем, таких как население, ресурсы и окружающая среда.“Цифровая Олимпиада”“Умный город”“Умный транспорт”Важная инфраструктура данных для других приложений.
Пространственные информационные услуги стали ключевым вопросом в социализации и практическом применении пространственных информационных технологий. Типичными представителями являются многомасштабные сетевые сервисы пространственных данных и многомасштабные платформы адаптивной визуализации электронных карт, представленные Google Earth.Основными проблемами услуг пространственной информации являются: ① В разных отраслях промышленности существуют разные требования к детализации пространственных данных. Как предоставить пользователям пространственные данные в разных масштабах или на нескольких уровнях детализации?②Как единообразно управлять данными разных масштабов или уровней детализации?③Как обеспечить согласованность многомасштабных пространственных данных, создаваемых различными ведомствами или отраслями?④Как запрашивать и анализировать пространственные данные с разным уровнем детализации в разных масштабах?Первая проблема — это производство многомасштабных пространственных данных, вторая проблема — это проблема моделирования и управления многомасштабными данными; третья проблема — согласованность многомасштабных данных; четвертая проблема — это проблема многомасштабного запроса данных, извлечения информации и анализа соответствия.Эти четыре вопроса представляют собой различные этапы производства, управления, анализа и применения многомасштабных данных.До сих пор было проведено множество исследований и связанных с ними прикладных программ по первым двум проблемам, и эта книга в основном решает третью и четвертую проблемы.
1.1 Метод выражения пространственной информации
Представление пространственной информации является основой науки о пространственной информатике. В основном это связано с тем, как с научной точки зрения организовать и выразить важную информацию, такую как геометрия, атрибуты и пространственные отношения различных географических элементов в географическом мире после познания, обработки и абстракции, чтобы облегчить анализ и обработку пространственной информации.Существует два типа широко используемых методов представления: компьютерно-ориентированное геометрическое представление и когнитивно-ориентированное реляционное представление.
1.1.1 Метод экспрессии
Как показано на рисунке 1.1, пространственная информация может быть представлена с двух сторон.С одной стороны, чтобы облегчить компьютерное представление географического мира, сначала должна быть определена система координат, а затем геометрические положения географических элементов могут быть выражены на основе системы координат, а геометрическая структура данных должна использоваться для хранения и управления.Это представление фокусируется на представлении геометрического положения, геометрической формы и геометрического распределения географических элементов, поэтому оно называется геометрическим представлением.С другой стороны, люди, основываясь на своем собственном познании и понимании географического мира, распознают и абстрагируют пространственные отношения географических элементов, выражают их с помощью некоторых реляционных символов, общаются и рассуждают.Этот метод представления фокусируется на выражении отношений географических элементов и присваивает словарь или символическое представление каждому отношению, поэтому он называется методом представления отношений.
(а) Геометрическое представление (б) Реляционное представление Рисунок 1.1 Метод представления пространственной информации
Как показано на рисунке 1.1, геометрическое представление абстрагирует географическую сцену в аудит объекта, состоящий из поверхностных объектов a, b (состоящих из b1, b2 и b3) и c, а также линейного объекта d, и полностью записывает положение геометрических координат каждого объекта.Геометрический анализ может дополнительно вычислить площадь и длину геометрического положения объекта, а также определить структуру распределения и т. д. Реляционное представление представляет пространственные отношения между объектами как набор естественных предложений для облегчения человеческого понимания, например:“d проходит через a, d проходит между b1 и b2, b3 и c расположены к северу от d, а c расположен к востоку и северо-востоку от b”Подожди.“Пройти через”“Пройти через”“север”и“к северо-востоку”И т. д. – это символическое представление пространственных отношений.
И геометрическое представление, и реляционное представление являются объективными представлениями географического мира, но различия очевидны из-за разных отправных точек.Геометрическое представление фокусируется на выражении, управлении и геометрическом анализе пространственной информации. Следовательно, пространственная система координат должна быть строго определена, описана и проанализирована на основе системы координат, но это несовместимо с человеческим познанием.Реляционное выражение фокусируется на познании и выражении реляционных концепций и, следовательно, состоит из качественных систем символов и связанных с ними операций.Реляционное представление не является *выражением, но люди в достаточной степени способны рассуждать, понимать и передавать пространственную информацию, выраженную реляционными символами.
Хотя существуют очевидные различия между геометрическим представлением и реляционным представлением, они оба являются важными методами представления и обработки пространственной информации и дополняют друг друга.Пространственный анализ и понимание высокого уровня требуют не только геометрической информации, но и реляционных знаний.Например, при картографическом синтезе данные до и после упрощения формы должны сохранять топологическую согласованность.Поэтому необходимо установить связь между геометрическими и реляционными представлениями.Пространственная реляционная модель может преобразовывать геометрические данные в реляционные представления на основе типов объектов.Различные реляционные модели могут преобразовывать одни и те же геометрические данные в разные реляционные символы и выполнять операции реляционного рассуждения.
1.1.2 Геометрическое представление
Чтобы выразить географический мир, геометрическое представление сначала определяет пространственную систему координат, а затем представляет географический объект как набор точек в пространственной системе координат.Поскольку каждая точка имеет координаты, можно измерить количественную геометрическую информацию, такую как площадь и длина.Для данных из нескольких источников, если они имеют одну и ту же систему координат, их можно интегрировать, объединять, сопоставлять, управлять и анализировать.
(1) Пространственная система координат.Система координат ГИС представляет собой декартову систему координат, состоящую из начала координат и вертикальных осей координат.Обычно используемые системы координат в ГИС в основном включают плоские прямоугольные координаты, географические системы координат и т. д. Положение любой точки на земном эллипсоиде может определяться широтой (B) и долготой (L) точки, то есть значением географической координаты наземной точки.Две взаимно ортогональные криволинейные координатные сети, состоящие из линий долготы и широты, называются географическими координатными сетями. Географическая система координат, состоящая из долготы и широты, также называется географической системой координат.Согласно методу картографической проекции географическая система координат может быть преобразована в плоскую прямоугольную систему координат.
(2) Модель пространственных данных.Проще говоря, пространственный объект — это совокупность точек.Однако из-за сложности географических элементов и географических приложений разные элементы и разные приложения требуют разных объектов выражения модели.Обычно ее можно разделить на векторную модель и растровую модель.Векторная модель — это объектное выражение, которое полностью и точно выражает геометрическое положение, форму и морфологические характеристики каждого объекта.Растровая модель — это выражение на основе пикселей, которое использует пиксели определенного размера для приблизительного представления пространственных объектов, и каждый пиксель может иметь атрибуты.Изображение представляет собой широко используемые растровые данные, и каждый пиксель использует спектр для выражения информации о наземных объектах.Поскольку изображения не выражают явно каждый объект и его атрибуты, данные изображения необходимо проанализировать, понять и преобразовать в объектно-ориентированное представление.
(3) Управление пространственными данными.Геометрическое представление представляет пространственную сцену как набор объектов (точек, линий, поверхностей) и использует технологию пространственной индексации (индекс сетки, индекс квадродерева, R-дерево и т. д.) для организации пространственных объектов для облегчения управления и быстрого запроса.На этой основе каждый объект отображается символически и наносится на карту, либо виртуально отображается трехмерная сцена.Будь то индексация пространственных данных или визуализация, они поддерживаются пространственной системой координат и основаны на геометрических координатах, положении и форме пространственного объекта.
(4) Анализ пространственной геометрии.Геометрическое представление представляет пространственные объекты в виде базовых структур, таких как точки, линии, поверхности и трехмерные объекты.На основе этих структур объектов можно анализировать основную информацию об объектах, такую как пространственное положение (информация о расположении пространственных объектов передается на основе пространственной системы координат), пространственное распределение (информация о групповом распределении аналогичных пространственных объектов, включая распределение, тренд, контраст и т. д.), пространственная форма (геометрическая форма пространственных объектов) и пространственное расстояние (близость пространственных объектов).Объединив геометрические данные и атрибутивные данные пространственных объектов, можно выполнить геометрический анализ и измерения, такие как анализ буфера, анализ наложения, сетевой анализ и т. д., а затем из пространственных данных можно извлечь полезную информацию.
1.1.3 Эффективность отношений
Реляционное представление сначала основано на модели пространственных отношений, преобразуя координатные данные в геометрическом представлении в реляционный язык в концептуальном пространстве, а затем выражая, управляя, рассуждения и анализ сцены реляционных знаний на основе реляционного языка.
(1) Позиционирование в пространственных отношениях.Компьютеры находят объекты на основе декартовой системы координат, а люди находят объекты на основе связей.Например, Википедия описывает расположение гор Тайхан как“Он охватывает 4 провинции (города), включая Пекин, провинцию Хэбэй, провинцию Шаньси и провинцию Хэнань; начиная с гор Сишань в Пекине на севере, достигая Северного утеса Желтой реки на севере провинции Хэнань на юге, гранича с плато Шаньси на западе и Северо-Китайской равниной на востоке.”. Позиционирование на основе отношений связывает целевой объект (гору Тайхан) и эталонный объект (представленный географическими названиями) посредством пространственных отношений с положением.Этот метод позиционирования, очевидно, не так точен, как декартова система координат, но люди более привыкли использовать выражения положения, основанные на отношениях.
(2) Модель пространственных отношений.Люди автоматически выражают и абстрагируют отношения. Чтобы компьютеры также могли обрабатывать пространственные отношения, они должны преобразовывать геометрические представления в представления отношений.Модель пространственных отношений — это математическая модель, которая получает символические описания своих отношений из их геометрических представлений на основе геометрических характеристик пространственных объектов.Среди них существует много типов пространственных отношений между пространственными объектами, включая топологические отношения, отношения направления, отношения близости, отношения расстояния и т. д. Для разных типов отношений существуют разные модели описания пространственных отношений, такие как модель девяти пересечений для топологических отношений и модель матрицы направленных отношений для направленных отношений.
(3) Управление пространственными отношениями.Реляционное представление по-прежнему рассматривает пространственную сцену как набор объектов и выражает ее с помощью сети отношений.В сети отношений объекты не имеют размера или длины и представлены просто как узлы сети;тогда как отношения объектов представлены как атрибуты ребер между узлами.Таким образом, реляционная сеть может управлять и выражать реляционные знания обо всех объектах пространственной сцены.На основе сети отношений можно выполнить пространственное рассуждение, анализ согласованности сцены и сходства.
(4) Анализ пространственных отношений. Пространственные отношения являются качественными понятиями и поэтому не могут быть проанализированы количественно. Расстояние является основой анализа, а расстояние между отношениями измеряется качественным расстоянием между понятиями.Различные типы объектов (например, линия/линия, линия/поверхность, поверхность/поверхность) и разные типы отношений (например, топологические отношения, отношения направлений) могут использовать разные диаграммы концептуальных соседей для выражения расстояния между любыми двумя отношениями.На основе расстояния между двумя отношениями можно определить и измерить сходство двух сетей отношений для выполнения анализа сходства сцен.
В таблице 1.1 суммированы и сравниваются характеристики геометрического представления и реляционного представления.
Таблица 1.1 Геометрическое представление и реляционное представление
геометрическое представление, представление отношений
Метод позиционирования Декартова система координат Позиционирование на основе взаимосвязей
Свойства позиционирования *Позиционирование Относительное позиционирование
Точность позиционирования Количественная,* Качественная, Приблизительная
Представление объекта, геометрическое представление (точки, линии, поверхности и т. д.), выражение реляционных знаний, рассуждения.
Пространственный анализ: геометрические расчеты, евклидово расстояние и т. д. Концептуальное расстояние, реляционное расстояние, сходство сцен.
Измерение информации, количественная обработка (площадь, длина), качественное выражение понятия.
1.2 Геометрическое выражение и пространственный масштаб
Различные географические явления и процессы в географическом мире могут быть выражены в виде пространственных геометрических данных и атрибутивных данных посредством человеческого познания, абстракции и моделирования.Географические информационные системы в основном используются для хранения, извлечения, управления, запроса и анализа пространственных геометрических данных (таких как точки, линии, поверхности, пространственные подразделения и сети и т. д.), а также атрибутивных данных для предоставления услуг по решению пространственных или географических проблем и принятию решений.Геометрическое представление предоставляет базовые типы данных для абстрагирования и выражения геометрической структуры, отношений, атрибутов и связанных операций географических явлений. Поэтому определение основных типов данных очень важно для выражения пространственных данных и управления ими.
Однако из-за сложности географического мира, ограничений человеческих когнитивных способностей и разнообразия требований к аналитическим приложениям одно и то же географическое явление необходимо абстрагировать и выражать в разных масштабах.Пространственный масштаб измерения или наблюдения во многом определяет, какие явления и процессы представляются, как они представляются, а какие явления отбрасываются.Следовательно, ГИС или пространственная база данных содержит выражение географических явлений в определенном и ограниченном масштабе.Создание, управление, картографирование и публикация геометрических представлений географических явлений в нескольких масштабах требует управления многомасштабными представлениями пространственных объектов.
1.2.1 Модель геометрического представления
С точки зрения объектного моделирования существует две основные модели: объектно-ориентированная (сущностно-ориентированное/функциональное представление) и полевая модель (пространственно-ориентированное/полевое представление).Объектно-ориентированные модели в основном моделируют и выражают географические объекты с четкими местоположениями или диапазонами. Они занимают определенный диапазон в пространстве и дискретны (например, дороги, здания и т. д.).Объектно-ориентированная модель в основном состоит из трех элементов: ① пространственное расположение; ② непространственные атрибуты (например, имя, тип и т. д.); ③ операции (например, для дорог операции включают определение осевой линии дороги, определение длины дороги и т. д.).Пространственные объекты обычно относятся к пространственным атрибутам географических объектов и также называются типами пространственных данных в ГИС и пространственных базах данных.
Пространственные объекты делятся на отдельные типы объектов и типы коллекций.
(1) Простой объект
(рис. 1.2(а)), представленный точкой в системе координат, в основном моделирует и выражает положение объекта в пространстве, но не выражает масштаб объекта (например, колодцы, телефонные столбы, города и т. д.).
(2) Простой линейный объект
(Рисунок 1.2(b)), представленный серией координатных цепочек, не может самопересекаться и имеет только две конечные точки.В основном оно выражает связность объектов в пространстве или движение объектов в пространстве (например, рек, дорог, линий электропередач, тропинок и т. д.).
(3) Простой объектно-ориентированный
(рис. 1.2(c)), относится к замкнутой области, окруженной серией координатных цепочек с одинаковым началом и концом, в основном выражающих пространственный масштаб объекта (например, озера, города, леса, сельскохозяйственные угодья и т. д.).Простые поверхностные объекты связаны между собой и не могут содержать острова.
(4) Сложные точечные объекты (рис. 1.2(d)), состоящие из нескольких точечных объектов, представляют собой некоторые сложные объекты.
(5) Сложные линейные объекты
(рис. 1.2(e)), представленный серией координатных цепочек, но допускается самопересечение и количество конечных точек может быть больше двух.
(6) Сложные площадные объекты (рис. 1.2(f)) состоят из нескольких простых площадных объектов, поэтому они могут быть не связаны между собой или содержать острова.
(7) Тип набора разделения пространства (рис. 1.2(g)), в основном относится к разделению плоского пространства на отдельные площадные объекты. Каждый площадной объект имеет атрибут и может быть выражен как простой или сложный геометрический тип.Как правило, площадные объекты с островами не допускаются для каждого элемента типа раздела.Например, административное деление каждой страны, карты классификации землепользования и т. д.
(8) Тип коллекции пространственных сетей (рис. 1.2(h)), в основном относится к коллекции, состоящей из дискретных объектов и их связей в сети.Например, дорожная сеть, сеть системы водоснабжения и т. д.
(a) Простая точка (b) Простая линия (c) Простая поверхность
(г) Комплексная точка (д) Комплексная линия (е) Комплексная поверхность
(g) Пространственное деление (h) Схема пространственной сети 1.2 Типы пространственных данных
Объектно-ориентированные модели обычно реализуются с использованием векторных структур данных, тогда как полевые модели в основном моделируют и выражают географические элементы, которые непрерывно распределены в пространстве (например, поля температуры, поля давления), и обычно реализуются с использованием растровых структур данных.
1.2.2 Геометрическое представление и пространственный масштаб
Многомасштабное моделирование данных и управление ими являются основой многомасштабных приложений, а также основными передовыми проблемами в текущих исследованиях ГИС.Национальный центр географической информации и анализа (NCGIA) уделяет внимание и поддерживает исследования многомасштабного выражения пространственных данных с 1988 года (Баттенфилд, 1995).
……
Многомасштабное представление и обработка пространственной информации сегодня является важным рубежем теоретических и методологических исследований в области географической информатики. В основном это решает проблему различных представлений пространственных данных из-за различных потребностей в применении и анализе географических данных пользователями в разных отделах.Многомасштабные, многотипные и разновременные пространственные данные являются важными информационными ресурсами, необходимыми людям для изучения и решения основных проблем, таких как население, ресурсы и окружающая среда.“Цифровая Олимпиада”“Умный город”“Умный транспорт”Важная инфраструктура данных для других приложений.
Пространственные информационные услуги стали ключевым вопросом в социализации и практическом применении пространственных информационных технологий. Типичными представителями являются многомасштабные сетевые сервисы пространственных данных и многомасштабные платформы адаптивной визуализации электронных карт, представленные Google Earth.Основными проблемами услуг пространственной информации являются: ① В разных отраслях промышленности существуют разные требования к детализации пространственных данных. Как предоставить пользователям пространственные данные в разных масштабах или на нескольких уровнях детализации?②Как единообразно управлять данными разных масштабов или уровней детализации?③Как обеспечить согласованность многомасштабных пространственных данных, создаваемых различными ведомствами или отраслями?④Как запрашивать и анализировать пространственные данные с разным уровнем детализации в разных масштабах?Первая проблема — это производство многомасштабных пространственных данных, вторая проблема — это проблема моделирования и управления многомасштабными данными; третья проблема — согласованность многомасштабных данных; четвертая проблема — это проблема многомасштабного запроса данных, извлечения информации и анализа соответствия.Эти четыре вопроса представляют собой различные этапы производства, управления, анализа и применения многомасштабных данных.До сих пор было проведено множество исследований и связанных с ними прикладных программ по первым двум проблемам, и эта книга в основном решает третью и четвертую проблемы.
1.1 Метод выражения пространственной информации
Представление пространственной информации является основой науки о пространственной информатике. В основном это связано с тем, как с научной точки зрения организовать и выразить важную информацию, такую как геометрия, атрибуты и пространственные отношения различных географических элементов в географическом мире после познания, обработки и абстракции, чтобы облегчить анализ и обработку пространственной информации.Существует два типа широко используемых методов представления: компьютерно-ориентированное геометрическое представление и когнитивно-ориентированное реляционное представление.
1.1.1 Метод экспрессии
Как показано на рисунке 1.1, пространственная информация может быть представлена с двух сторон.С одной стороны, чтобы облегчить компьютерное представление географического мира, сначала должна быть определена система координат, а затем геометрические положения географических элементов могут быть выражены на основе системы координат, а геометрическая структура данных должна использоваться для хранения и управления.Это представление фокусируется на представлении геометрического положения, геометрической формы и геометрического распределения географических элементов, поэтому оно называется геометрическим представлением.С другой стороны, люди, основываясь на своем собственном познании и понимании географического мира, распознают и абстрагируют пространственные отношения географических элементов, выражают их с помощью некоторых реляционных символов, общаются и рассуждают.Этот метод представления фокусируется на выражении отношений географических элементов и присваивает словарь или символическое представление каждому отношению, поэтому он называется методом представления отношений.
(а) Геометрическое представление (б) Реляционное представление Рисунок 1.1 Метод представления пространственной информации
Как показано на рисунке 1.1, геометрическое представление абстрагирует географическую сцену в аудит объекта, состоящий из поверхностных объектов a, b (состоящих из b1, b2 и b3) и c, а также линейного объекта d, и полностью записывает положение геометрических координат каждого объекта.Геометрический анализ может дополнительно вычислить площадь и длину геометрического положения объекта, а также определить структуру распределения и т. д. Реляционное представление представляет пространственные отношения между объектами как набор естественных предложений для облегчения человеческого понимания, например:“d проходит через a, d проходит между b1 и b2, b3 и c расположены к северу от d, а c расположен к востоку и северо-востоку от b”Подожди.“Пройти через”“Пройти через”“север”и“к северо-востоку”И т. д. – это символическое представление пространственных отношений.
И геометрическое представление, и реляционное представление являются объективными представлениями географического мира, но различия очевидны из-за разных отправных точек.Геометрическое представление фокусируется на выражении, управлении и геометрическом анализе пространственной информации. Следовательно, пространственная система координат должна быть строго определена, описана и проанализирована на основе системы координат, но это несовместимо с человеческим познанием.Реляционное выражение фокусируется на познании и выражении реляционных концепций и, следовательно, состоит из качественных систем символов и связанных с ними операций.Реляционное представление не является *выражением, но люди в достаточной степени способны рассуждать, понимать и передавать пространственную информацию, выраженную реляционными символами.
Хотя существуют очевидные различия между геометрическим представлением и реляционным представлением, они оба являются важными методами представления и обработки пространственной информации и дополняют друг друга.Пространственный анализ и понимание высокого уровня требуют не только геометрической информации, но и реляционных знаний.Например, при картографическом синтезе данные до и после упрощения формы должны сохранять топологическую согласованность.Поэтому необходимо установить связь между геометрическими и реляционными представлениями.Пространственная реляционная модель может преобразовывать геометрические данные в реляционные представления на основе типов объектов.Различные реляционные модели могут преобразовывать одни и те же геометрические данные в разные реляционные символы и выполнять операции реляционного рассуждения.
1.1.2 Геометрическое представление
Чтобы выразить географический мир, геометрическое представление сначала определяет пространственную систему координат, а затем представляет географический объект как набор точек в пространственной системе координат.Поскольку каждая точка имеет координаты, можно измерить количественную геометрическую информацию, такую как площадь и длина.Для данных из нескольких источников, если они имеют одну и ту же систему координат, их можно интегрировать, объединять, сопоставлять, управлять и анализировать.
(1) Пространственная система координат.Система координат ГИС представляет собой декартову систему координат, состоящую из начала координат и вертикальных осей координат.Обычно используемые системы координат в ГИС в основном включают плоские прямоугольные координаты, географические системы координат и т. д. Положение любой точки на земном эллипсоиде может определяться широтой (B) и долготой (L) точки, то есть значением географической координаты наземной точки.Две взаимно ортогональные криволинейные координатные сети, состоящие из линий долготы и широты, называются географическими координатными сетями. Географическая система координат, состоящая из долготы и широты, также называется географической системой координат.Согласно методу картографической проекции географическая система координат может быть преобразована в плоскую прямоугольную систему координат.
(2) Модель пространственных данных.Проще говоря, пространственный объект — это совокупность точек.Однако из-за сложности географических элементов и географических приложений разные элементы и разные приложения требуют разных объектов выражения модели.Обычно ее можно разделить на векторную модель и растровую модель.Векторная модель — это объектное выражение, которое полностью и точно выражает геометрическое положение, форму и морфологические характеристики каждого объекта.Растровая модель — это выражение на основе пикселей, которое использует пиксели определенного размера для приблизительного представления пространственных объектов, и каждый пиксель может иметь атрибуты.Изображение представляет собой широко используемые растровые данные, и каждый пиксель использует спектр для выражения информации о наземных объектах.Поскольку изображения не выражают явно каждый объект и его атрибуты, данные изображения необходимо проанализировать, понять и преобразовать в объектно-ориентированное представление.
(3) Управление пространственными данными.Геометрическое представление представляет пространственную сцену как набор объектов (точек, линий, поверхностей) и использует технологию пространственной индексации (индекс сетки, индекс квадродерева, R-дерево и т. д.) для организации пространственных объектов для облегчения управления и быстрого запроса.На этой основе каждый объект отображается символически и наносится на карту, либо виртуально отображается трехмерная сцена.Будь то индексация пространственных данных или визуализация, они поддерживаются пространственной системой координат и основаны на геометрических координатах, положении и форме пространственного объекта.
(4) Анализ пространственной геометрии.Геометрическое представление представляет пространственные объекты в виде базовых структур, таких как точки, линии, поверхности и трехмерные объекты.На основе этих структур объектов можно анализировать основную информацию об объектах, такую как пространственное положение (информация о расположении пространственных объектов передается на основе пространственной системы координат), пространственное распределение (информация о групповом распределении аналогичных пространственных объектов, включая распределение, тренд, контраст и т. д.), пространственная форма (геометрическая форма пространственных объектов) и пространственное расстояние (близость пространственных объектов).Объединив геометрические данные и атрибутивные данные пространственных объектов, можно выполнить геометрический анализ и измерения, такие как анализ буфера, анализ наложения, сетевой анализ и т. д., а затем из пространственных данных можно извлечь полезную информацию.
1.1.3 Эффективность отношений
Реляционное представление сначала основано на модели пространственных отношений, преобразуя координатные данные в геометрическом представлении в реляционный язык в концептуальном пространстве, а затем выражая, управляя, рассуждения и анализ сцены реляционных знаний на основе реляционного языка.
(1) Позиционирование в пространственных отношениях.Компьютеры находят объекты на основе декартовой системы координат, а люди находят объекты на основе связей.Например, Википедия описывает расположение гор Тайхан как“Он охватывает 4 провинции (города), включая Пекин, провинцию Хэбэй, провинцию Шаньси и провинцию Хэнань; начиная с гор Сишань в Пекине на севере, достигая Северного утеса Желтой реки на севере провинции Хэнань на юге, гранича с плато Шаньси на западе и Северо-Китайской равниной на востоке.”. Позиционирование на основе отношений связывает целевой объект (гору Тайхан) и эталонный объект (представленный географическими названиями) посредством пространственных отношений с положением.Этот метод позиционирования, очевидно, не так точен, как декартова система координат, но люди более привыкли использовать выражения положения, основанные на отношениях.
(2) Модель пространственных отношений.Люди автоматически выражают и абстрагируют отношения. Чтобы компьютеры также могли обрабатывать пространственные отношения, они должны преобразовывать геометрические представления в представления отношений.Модель пространственных отношений — это математическая модель, которая получает символические описания своих отношений из их геометрических представлений на основе геометрических характеристик пространственных объектов.Среди них существует много типов пространственных отношений между пространственными объектами, включая топологические отношения, отношения направления, отношения близости, отношения расстояния и т. д. Для разных типов отношений существуют разные модели описания пространственных отношений, такие как модель девяти пересечений для топологических отношений и модель матрицы направленных отношений для направленных отношений.
(3) Управление пространственными отношениями.Реляционное представление по-прежнему рассматривает пространственную сцену как набор объектов и выражает ее с помощью сети отношений.В сети отношений объекты не имеют размера или длины и представлены просто как узлы сети;тогда как отношения объектов представлены как атрибуты ребер между узлами.Таким образом, реляционная сеть может управлять и выражать реляционные знания обо всех объектах пространственной сцены.На основе сети отношений можно выполнить пространственное рассуждение, анализ согласованности сцены и сходства.
(4) Анализ пространственных отношений. Пространственные отношения являются качественными понятиями и поэтому не могут быть проанализированы количественно. Расстояние является основой анализа, а расстояние между отношениями измеряется качественным расстоянием между понятиями.Различные типы объектов (например, линия/линия, линия/поверхность, поверхность/поверхность) и разные типы отношений (например, топологические отношения, отношения направлений) могут использовать разные диаграммы концептуальных соседей для выражения расстояния между любыми двумя отношениями.На основе расстояния между двумя отношениями можно определить и измерить сходство двух сетей отношений для выполнения анализа сходства сцен.
В таблице 1.1 суммированы и сравниваются характеристики геометрического представления и реляционного представления.
Таблица 1.1 Геометрическое представление и реляционное представление
геометрическое представление, представление отношений
Метод позиционирования Декартова система координат Позиционирование на основе взаимосвязей
Свойства позиционирования *Позиционирование Относительное позиционирование
Точность позиционирования Количественная,* Качественная, Приблизительная
Представление объекта, геометрическое представление (точки, линии, поверхности и т. д.), выражение реляционных знаний, рассуждения.
Пространственный анализ: геометрические расчеты, евклидово расстояние и т. д. Концептуальное расстояние, реляционное расстояние, сходство сцен.
Измерение информации, количественная обработка (площадь, длина), качественное выражение понятия.
1.2 Геометрическое выражение и пространственный масштаб
Различные географические явления и процессы в географическом мире могут быть выражены в виде пространственных геометрических данных и атрибутивных данных посредством человеческого познания, абстракции и моделирования.Географические информационные системы в основном используются для хранения, извлечения, управления, запроса и анализа пространственных геометрических данных (таких как точки, линии, поверхности, пространственные подразделения и сети и т. д.), а также атрибутивных данных для предоставления услуг по решению пространственных или географических проблем и принятию решений.Геометрическое представление предоставляет базовые типы данных для абстрагирования и выражения геометрической структуры, отношений, атрибутов и связанных операций географических явлений. Поэтому определение основных типов данных очень важно для выражения пространственных данных и управления ими.
Однако из-за сложности географического мира, ограничений человеческих когнитивных способностей и разнообразия требований к аналитическим приложениям одно и то же географическое явление необходимо абстрагировать и выражать в разных масштабах.Пространственный масштаб измерения или наблюдения во многом определяет, какие явления и процессы представляются, как они представляются, а какие явления отбрасываются.Следовательно, ГИС или пространственная база данных содержит выражение географических явлений в определенном и ограниченном масштабе.Создание, управление, картографирование и публикация геометрических представлений географических явлений в нескольких масштабах требует управления многомасштабными представлениями пространственных объектов.
1.2.1 Модель геометрического представления
С точки зрения объектного моделирования существует две основные модели: объектно-ориентированная (сущностно-ориентированное/функциональное представление) и полевая модель (пространственно-ориентированное/полевое представление).Объектно-ориентированные модели в основном моделируют и выражают географические объекты с четкими местоположениями или диапазонами. Они занимают определенный диапазон в пространстве и дискретны (например, дороги, здания и т. д.).Объектно-ориентированная модель в основном состоит из трех элементов: ① пространственное расположение; ② непространственные атрибуты (например, имя, тип и т. д.); ③ операции (например, для дорог операции включают определение осевой линии дороги, определение длины дороги и т. д.).Пространственные объекты обычно относятся к пространственным атрибутам географических объектов и также называются типами пространственных данных в ГИС и пространственных базах данных.
Пространственные объекты делятся на отдельные типы объектов и типы коллекций.
(1) Простой объект
(рис. 1.2(а)), представленный точкой в системе координат, в основном моделирует и выражает положение объекта в пространстве, но не выражает масштаб объекта (например, колодцы, телефонные столбы, города и т. д.).
(2) Простой линейный объект
(Рисунок 1.2(b)), представленный серией координатных цепочек, не может самопересекаться и имеет только две конечные точки.В основном оно выражает связность объектов в пространстве или движение объектов в пространстве (например, рек, дорог, линий электропередач, тропинок и т. д.).
(3) Простой объектно-ориентированный
(рис. 1.2(c)), относится к замкнутой области, окруженной серией координатных цепочек с одинаковым началом и концом, в основном выражающих пространственный масштаб объекта (например, озера, города, леса, сельскохозяйственные угодья и т. д.).Простые поверхностные объекты связаны между собой и не могут содержать острова.
(4) Сложные точечные объекты (рис. 1.2(d)), состоящие из нескольких точечных объектов, представляют собой некоторые сложные объекты.
(5) Сложные линейные объекты
(рис. 1.2(e)), представленный серией координатных цепочек, но допускается самопересечение и количество конечных точек может быть больше двух.
(6) Сложные площадные объекты (рис. 1.2(f)) состоят из нескольких простых площадных объектов, поэтому они могут быть не связаны между собой или содержать острова.
(7) Тип набора разделения пространства (рис. 1.2(g)), в основном относится к разделению плоского пространства на отдельные площадные объекты. Каждый площадной объект имеет атрибут и может быть выражен как простой или сложный геометрический тип.Как правило, площадные объекты с островами не допускаются для каждого элемента типа раздела.Например, административное деление каждой страны, карты классификации землепользования и т. д.
(8) Тип коллекции пространственных сетей (рис. 1.2(h)), в основном относится к коллекции, состоящей из дискретных объектов и их связей в сети.Например, дорожная сеть, сеть системы водоснабжения и т. д.
(a) Простая точка (b) Простая линия (c) Простая поверхность
(г) Комплексная точка (д) Комплексная линия (е) Комплексная поверхность
(g) Пространственное деление (h) Схема пространственной сети 1.2 Типы пространственных данных
Объектно-ориентированные модели обычно реализуются с использованием векторных структур данных, тогда как полевые модели в основном моделируют и выражают географические элементы, которые непрерывно распределены в пространстве (например, поля температуры, поля давления), и обычно реализуются с использованием растровых структур данных.
1.2.2 Геометрическое представление и пространственный масштаб
Многомасштабное моделирование данных и управление ими являются основой многомасштабных приложений, а также основными передовыми проблемами в текущих исследованиях ГИС.Национальный центр географической информации и анализа (NCGIA) уделяет внимание и поддерживает исследования многомасштабного выражения пространственных данных с 1988 года (Баттенфилд, 1995).
……
Введение
Обработка пространственной информации на основе отношений является полезным дополнением к методам обработки пространственной информации на основе геометрии.Это одна из важных теорий на стыке географической информатики, лингвистики, когнитивной науки и искусственного интеллекта. Он имеет важные применения в области интеллектуальной интерпретации изображений, интеллектуального анализа пространственных данных, интеграции пространственных данных из нескольких источников и представления знаний о пространственной сцене, а также в области интеллектуальной обработки пространственной информации.«Теория и практика многомасштабных пространственных отношений» кратко знакомит с геометрическим представлением пространственной информации и взаимосвязью между представлением отношений и пространственным масштабом, уделяя особое внимание теории и применению моделирования многомасштабных пространственных отношений. В основном он включает в себя результаты исследований автора в области теории многомасштабного моделирования топологических отношений, теории многомасштабного моделирования направленных отношений, теории многомасштабного моделирования качественной позиции и проблем подобия, а также общей структуры многомасштабного анализа данных на основе отношений, многомасштабного запроса данных, приложений многомасштабного обнаружения согласованности данных и т. д.
