地理空間推理課件

1、地理空間推理地理空間推理 及其應(yīng)用資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院郭慶勝地理空間推理地理學(xué)的第一定律 事物之間是相互關(guān)聯(lián)的，事物之間的距離越近，他們之間的關(guān)系就越緊密(Everything is related to everything else, but near things are more related to each other),可見，空間關(guān)系在地理研究中具有至關(guān)重要的作用。 地理空間推理 從廣義上講，空間關(guān)系是人們認(rèn)識(shí)空間形態(tài)的途徑，反映人們怎樣對(duì)空間形態(tài)進(jìn)行推理，以及怎樣用不同的語言來描述空間形態(tài)（王家耀，2001），也就是說，空間關(guān)系需要通過推理方法獲得。 空間關(guān)系也是指地理實(shí)體之間存

2、在的一些具有空間特性的關(guān)系,是空間數(shù)據(jù)組織、查詢、分析、推理的基礎(chǔ)（陳 軍、趙仁亮，1999）。 在認(rèn)識(shí)空間的過程中人類知道如何本能地抽象掉細(xì)節(jié)，這是一個(gè)必需的生存特征，因?yàn)槿四X不可能記住我們周圍的所有細(xì)節(jié)（Timpf，1999）。 地圖是人類認(rèn)識(shí)自己賴以生存的環(huán)境空間認(rèn)知的最主要的，且永遠(yuǎn)不可替代的工具，是我們獲取地理空間知識(shí)的一個(gè)重要工具（高俊，1997）。 地理空間推理空間的含義空間的含義 空間是一個(gè)多義性概念，目的不同，對(duì)空間的理解也不相同，因此，現(xiàn)實(shí)生活中存在許多不同的空間概念，例如，生活空間、虛擬空間、地圖空間和數(shù)學(xué)空間等。 在地理研究中，可以把空間理解為一個(gè)范圍，這是一種地理空間

3、，是地理現(xiàn)象發(fā)生區(qū)域的一種定義或劃分，是具有地理定位的幾何空間。 地理空間推理空間認(rèn)知空間認(rèn)知 “認(rèn)知（Cognition）”是認(rèn)知心理學(xué)的一個(gè)重要概念。從廣義上說，認(rèn)知與認(rèn)識(shí)是同一個(gè)概念，是人腦反映客觀事物的特性與聯(lián)系，揭露事物對(duì)人的意義與作用的心理活動(dòng)。 認(rèn)知是人類認(rèn)識(shí)和了解自己生活于其中的世界時(shí)所經(jīng)歷的各個(gè)過程的總稱，包括感受、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、想象、判斷、記憶、學(xué)習(xí)等。 地理空間推理認(rèn)知科學(xué)（Cognitive Science） 認(rèn)知科學(xué)（Cognitive Science）與認(rèn)知心理學(xué)和人工智能有密切的關(guān)系，它在地理信息科學(xué)中已引起了廣泛的關(guān)注，眾多GIS學(xué)者已研究了地理認(rèn)知的理論內(nèi)涵、認(rèn)

4、知表達(dá)和概念模型的特點(diǎn)。 Jeremy（2000）把認(rèn)知原理應(yīng)用到地理數(shù)據(jù)庫表達(dá)中。 地圖學(xué)也非常重視空間認(rèn)知的研究，因?yàn)橐闺娔X模仿人腦制作出優(yōu)秀的地圖，把有關(guān)的地理數(shù)據(jù)有機(jī)組織起來，就要弄明白空間環(huán)境信息在人腦中是如何進(jìn)行編碼的，以及在制作地圖時(shí)人的思維記憶過程（高俊，1992；王家耀等，2000）。地理空間推理地理空間認(rèn)知（Geo-Spatial Cognition） 認(rèn)知科學(xué)應(yīng)用到地理信息科學(xué)中就形成了“地理空間認(rèn)知（Geo-Spatial Cognition）”，地理空間認(rèn)知是地理空間目標(biāo)的大小、形狀和方位，以及空間關(guān)系等在人腦中的反映。 Lioyd（1997）認(rèn)為地理空間認(rèn)知是地理

5、學(xué)與心理學(xué)的結(jié)合，涉及對(duì)認(rèn)知過程進(jìn)行編碼、過程內(nèi)部的描述和過程的解碼。 地理空間認(rèn)知的手段多種多樣，主要有實(shí)地考察、閱讀文字材料、統(tǒng)計(jì)數(shù)字、聽取報(bào)告、觀看地圖和圖片等。其中，地圖是地理空間認(rèn)知最重要的工具，也是地理空間認(rèn)知的一種結(jié)果。地理空間認(rèn)知也常被簡稱為“空間認(rèn)知”。地理空間推理 空間認(rèn)知是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的空間屬性，包括位置、大小、距離、方向、形狀、模式、運(yùn)動(dòng)和物體內(nèi)部關(guān)系的認(rèn)識(shí)，是通過獲取、處理、存儲(chǔ)、傳遞和解譯空間信息來獲取新的空間知識(shí)的過程。 空間認(rèn)知主要包括對(duì)地理實(shí)體及其空間關(guān)系的理解和表示，認(rèn)知的對(duì)象是多維的、多時(shí)相的（王家耀、陳毓芬，1999）。地理空間推理 空間認(rèn)知的常用理論包括

6、： 層次性分類理論、 3W（What、Where和When）的認(rèn)知、 命題理論、 成像（Imagery）理論。地理空間推理 層次性分類理論主要是指人們?yōu)榱私M織數(shù)據(jù)，以及更有效地存儲(chǔ)知識(shí)而使用的怎樣把具有共同屬性的實(shí)體進(jìn)行分類的方法，把類別從一般到特殊、從低級(jí)到高級(jí)放在不同的層次中，這在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織中是常用的。 3W的知識(shí)存儲(chǔ)在相互分離的分類系統(tǒng)中，并且具有獨(dú)立的知識(shí)結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)不同的目的獲取不同的特征。一般地說，What涉及實(shí)體的標(biāo)識(shí)，Where涉及實(shí)體的相關(guān)空間關(guān)系，When涉及實(shí)體的變化運(yùn)動(dòng)以及對(duì)過程的探測。What/Where/When三個(gè)系統(tǒng)在性質(zhì)上是彼此區(qū)分的，但相互交織

7、，尤其是What/Where方面的知識(shí)是不能完全獨(dú)立和分離的。地理空間推理 命題理論認(rèn)為，一個(gè)命題是一個(gè)抽象的概念結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)表達(dá)了對(duì)象之間的相互關(guān)系。命題使用簡單的句子來約定。 成像（Imagery）理論認(rèn)為，影像是空間認(rèn)知模型的一個(gè)必要組成部分。這個(gè)理論的基礎(chǔ)是圖形隱喻，并且圖形不同于影像。感知過程把原始空間信息簡化為一個(gè)更簡單的、更有組織規(guī)律的形式。當(dāng)信息被重新組織時(shí)，就存儲(chǔ)在記憶中，并且能夠按照需要被重新聚合，創(chuàng)建類似圖形的影像。成像理論強(qiáng)調(diào)認(rèn)知地圖的制作過程和功能。地理空間推理 在地理空間認(rèn)知中地理空間意像也起到了非常重要的作用。意像是人類意識(shí)對(duì)于物質(zhì)世界的主動(dòng)和積極的形象化反映。

8、地理空間意像是一種具有自學(xué)習(xí)能力的具有空間形象感的地理形象化思維模式，它既提供了一種地理信息的組織方式，同時(shí)，它又為地理信息、知識(shí)提供了一種形象化的表達(dá)模式。地理思維包括地理抽象思維、地理形象思維以及地理創(chuàng)造性思維（馬藹乃，2001）。地理空間推理空間推理空間推理人類對(duì)各種事物進(jìn)行分析、綜合并最后作決策的過程中，通常從已掌握的已知事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用事物之間的相互關(guān)系（如因果關(guān)系等），找出其中蘊(yùn)涵的新的更多事實(shí)，這個(gè)過程通常被稱為推理。推理是根據(jù)一定的原則，從一些已知的判斷（前提）合理地得出另一些新的論斷（結(jié)論）的思維過程。 空間推理是人類空間認(rèn)知世界的一項(xiàng)基本活動(dòng)。 空間推理是許多不同領(lǐng)域的專家和

9、學(xué)者研究的一個(gè)共同問題?？臻g推理是從空間知識(shí)形式化建模和邏輯推斷的角度認(rèn)識(shí)空間?？臻g認(rèn)知過程中離不開空間推理，空間推理過程中也不能缺少空間認(rèn)知規(guī)律?？臻g推理除了具有常規(guī)推理的一般共性之外，還具備自身的一些特性?？臻g特性是地理空間推理中所考慮的主要特征，這種空間特性是指地理空間實(shí)體的位置、形態(tài)以及由此產(chǎn)生的系列特征。地理空間推理 空間推理不僅要處理空間實(shí)體的位置和形態(tài)，而且應(yīng)對(duì)空間實(shí)體之間的空間關(guān)系進(jìn)行處理。也可以從空間推理的實(shí)質(zhì)、組成、作用、研究內(nèi)容等不同角度解釋和說明空間推理的含義，例如，空間推理是使用空間目標(biāo)的位置、形狀和方位等信息以及這些目標(biāo)之間的空間關(guān)系解決空間問題的有效方法，每種空間

10、推理方法必須有實(shí)體特定的空間概念集及相應(yīng)的推理規(guī)則； 空間推理是從空間事實(shí)和空間關(guān)系推導(dǎo)空間知識(shí)的一個(gè)過程， 空間事實(shí)是有關(guān)諸如存在物、描述特征和位置的事實(shí)， 空間關(guān)系是空間中實(shí)體之間的關(guān)系，如相交，連通等， 空間知識(shí)可以表示為：空間知識(shí)空間關(guān)系語義?？臻g知識(shí)空間關(guān)系語義。地理空間推理空間關(guān)系的定義空間關(guān)系的定義 空間實(shí)體之間的關(guān)系除了一般的數(shù)值和邏輯關(guān)系外，還有拓?fù)洹⒕嚯x、方位、相似等關(guān)系。 空間關(guān)系主要是由兩個(gè)空間實(shí)體的幾何位置和形狀所決定。 空間關(guān)系的分類方法有多種，主要包括 空間拓?fù)潢P(guān)系、 空間方向（或方位）關(guān)系 和空間距離關(guān)系 這三類空間關(guān)系也可以分別稱為空間拓?fù)潢P(guān)系、空間順序關(guān)系和

11、空間度量關(guān)系。 從廣義上講，空間關(guān)系所包含的內(nèi)容比較豐富，例如：空間拓?fù)潢P(guān)系、空間方向（或方位）關(guān)系、空間距離關(guān)系、空間鄰近關(guān)系、空間相似關(guān)系、空間相關(guān)性等。地理空間推理基礎(chǔ)空間關(guān)系基礎(chǔ)空間關(guān)系分離（分離（A，B）相切（相切（A, B）分離（分離（A，C）分離（分離（A, C）分離（分離（B，C）分離（分離（B, C）西北（西北（A, B） 北（北（A, B），），西（西（A，C）西南（西南（A, C），），西南（西南（B，C）西南（西南（B, C）近（近（A，B）零距離（零距離（A, B）近（近（A，C）遠(yuǎn)（遠(yuǎn)（A, C）近（近（B，C）遠(yuǎn)（遠(yuǎn)（B, C）拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系 方向關(guān)系方向關(guān)系

12、距離關(guān)系距離關(guān)系地理空間推理 空間關(guān)系是指基本空間單元之間的具有空間特性的關(guān)系，它反映了所有基本空間單元在空間上所存在的關(guān)系，這種關(guān)系可以是兩個(gè)簡單的基本空間單元之間的關(guān)系，也可以是基本空間單元集合所呈現(xiàn)出來的空間模式或排列規(guī)律。 這些基本空間單元可以有不同的定義，也正是這個(gè)原因，很多學(xué)者提出了許多不同的空間關(guān)系定義方法和推理（或計(jì)算）方法。地理空間推理空間關(guān)系推理空間關(guān)系推理 空間關(guān)系的類型很多，但復(fù)雜的空間關(guān)系應(yīng)當(dāng)可以從簡單（基本）空間關(guān)系集合上推理得到，或者從空間數(shù)據(jù)集合中計(jì)算出?？臻g關(guān)系推理的主要內(nèi)容如下： 已知A與B、B與C之間的空間關(guān)系，可推理出未知的A與C之間的空間關(guān)系。 已知空間目標(biāo)集合中的基本空間關(guān)系，推理出該空間目標(biāo)集合的復(fù)合型空間關(guān)系。 從空間目標(biāo)集合中計(jì)算出空間結(jié)構(gòu)信息或更抽象的空間知識(shí)。 從詳細(xì)的空間關(guān)系集合中推理出抽象的空間關(guān)系。地理空間推理空間關(guān)系抽象空間關(guān)系抽象 空間關(guān)系抽象是指按照詳細(xì)程度由高到低認(rèn)識(shí)和表達(dá)空間關(guān)系的過程。 地理工作者在認(rèn)識(shí)地理環(huán)境的過程中，往往會(huì)從不同的尺度去研究。為了使地圖能從不同的抽象程度上表達(dá)地理空間關(guān)系，正確傳輸?shù)乩碇R(shí)，在地圖綜合中強(qiáng)調(diào)空間關(guān)系的抽象是非常必要的。 Wu（1981）就提出了地貌的結(jié)構(gòu)化綜合，這種結(jié)構(gòu)就是一種空間分布模式，一種空間關(guān)系。 圖形示意化（Graphic Schematization）更清楚地說