从现实世界到比特世界课件

從現實世界到比特世界我們借助於外感官（我們意識的一種性質）表像給我們自己外面的對象，這些對象毫無例外的在空間裏面。這些對象的形狀、大小、以及它們相互間的關係是在空間裏被規定的或能夠在空間裏被規定的。空間不是一個從外部經驗得來的經驗概念。因為為使著某種感覺與我以外的某些東西發生關係，以及同樣地為著我能把那些感覺表像為互相在外、互相靠近，從而不只是彼此不同，並且是在不同的地方，這樣就一定要以空間觀念為前提。

----康德地理資訊系統導論1．對現實世界的地理認知

地理環境是複雜多樣的，要正確地認識、掌握與應用這種廣泛而複雜的資訊，需要進行去粗取精、去偽存真的加工，這就要求對地理環境進行科學的認識。對於複雜對象的認識是一個從感性認識到理性認識的一個抽象過程。對於同一客觀世界，不同社會部門或學科領域的人群，往往在所關心的問題、研究的對象等方面存在著差異，這就會產生不同的環境映象。

圖2-1：地理資訊流與地理資訊科學三個領域1．對現實世界的地理認知

1．1認知的含義認知屬於心理學的範疇。根據空間資訊分析以及空間資訊可視化的需要，認知應該是知覺、注意、表像、記憶、學習、思維、語言、概念形成、問題求解、情緒、個性差異等有機聯繫的資訊處理過程。圖2-2描述了空間認知的框架。

圖2-2：空間認知空間認知在GIS中研究空間認知，可以指導建立更加符合人類思維的空間模型和資訊表現方式。1．對現實世界的地理認知

1）個體的空間認識的形成和發展J.Piaget認為，空間認識具有四個層次：感覺運動（Sensorimotor）的層次前運算期（Pre-operational）的層次形象運算（ConcreteOperational）的層次形式運算（FormalOperational）的層次圖2-3表示了個體成長過程中空間認識的發展。1．對現實世界的地理認知

圖2-3：空間意識的個體發育1．對現實世界的地理認知

2）意識中的空間資訊編碼關於個體意識中的空間資訊的編碼方式，主要有三種理論：命題理論（PropositionalTheory）圖像理論（ImageryTheory）雙重編碼理論（Dual-codingTheory）。1．對現實世界的地理認知

1．2環境映象與模型環境映象可以看作是被學習到的穩定的思維概念，它總結了個人對環境的認識、評價和選擇能力，對任何人與環境相互作用的調查研究來說，理解大腦處理使用什麼樣的資訊就顯得至關重要。人與環境相互作用關係見圖2-4所示。1．對現實世界的地理認知

圖2-4：人與環境的相互作用關係圖1．對現實世界的地理認知

1．3地圖認知模型分為地圖編制與設計者的認知模型和地圖使用者的認知模型圖2-5：編制者模型圖2-6：使用者模型1．對現實世界的地理認知

圖2-7：製圖活動過程圖2-7：製圖活動過程1．對現實世界的地理認知

1．4地理客體的科學認知地理認知是地理資訊傳輸過程中一個子系統。它偏重於心理感知和分析，認知者既感知圖上明顯的資訊也挖掘潛在的資訊，不僅僅是探測、識別或區分資訊，更要主動地解譯資訊，形成對客觀世界的整體認識。1．對現實世界的地理認知

1．5地圖是客觀世界的形象——符號——概括模型地圖是客觀世界的形象模型地圖是客觀世界的符號模型地圖是客觀世界的概括模型1．對現實世界的地理認知

2．現實世界的抽象對地理對象的抽象過程通常認為有9個層次[OGC]，在這九個層次之間通過8個介面與它們連接，定義了從現實世界到地理要素集合世界的轉換模型。2．現實世界的抽象9個層次依次為:現實世界（RealWorld）概念世界（ConceptualWorld）地理空間世界（GeospatialWorld）尺度世界（DimensionalWorld）專案世界（ProjectWorld）點世界（PointsWorld）幾何體世界（GeometryWorld）地理要素世界（FeatureWorld）要素集合世界（FeatureCollectionWorld）（圖2-8）。

圖2-8：OpenGIS的九層模型2．現實世界的抽象2．現實世界的抽象連接它們的8個介面分別為:認識（Epistemic）介面GIS學科（GISDiscipline）介面局部測度（LocalMetric）介面資訊團體（Community）介面空間參照系（SpatialReference）介面幾何體結構介面要素結構介面專案結構介面其中前五個模型是對現實世界的抽象，並不在電腦軟體中被實現；後四個模型是關於真實世界的數學的和符號化的模型，將在軟體中被實現。

2．1現實世界現實世界是所有事物（Fact）的集合，無論人們是否知道這些事物。根據事物的本質，人們可以認識理解現實世界中的事物

圖2-9:現實世界2．現實世界的抽象2．2概念世界概念世界是人類自然語言的世界，人類瞭解且認識其所命名的事物，因此這些事物構成了“語言的世界”。

圖2-10：概念世界2．現實世界的抽象

圖2-11：現實世界與地理空間世界的聯繫2．現實世界的抽象2．3地理空間世界由於在概念層次的世界充滿了複雜的形狀、樣式、細節。這些複雜性在地理空間世界中被消除，並用簡單的、淺顯的抽象來代替，這些抽象通常在時間以及空間上都是靜態的。2．現實世界的抽象圖2-12：地理空間世界2．4維度世界維度世界是地理空間世界的一個抽象，其中包括一些測量工具，如卷尺測量和指南針，在這樣的水準上所認識到的事實包括一元（Unary）關係（如一個弧段的長度）和二元（Binary）關係（如兩點之間的距離），這些關係本身就是各種要素的抽象。

圖2-13：維度世界2．現實世界的抽象2．5專案世界有兩種常用的方法來對地理空間要素建模。第一個模型定義了點、線、多邊形的一個要素的空間範圍，以及來自於所熟知的一系列類型的幾何基本單元（Primitive），在這種方式下的要素叫做“幾何體要素（FeatureswithGeometry）”。2-14中，分別反映了一個製圖員、一個地籍管理人員和一個道路管理人員視角的專案世界。2．現實世界的抽象反映了一個製圖員、一個地籍管理人員和一個道路管理人員視角的專案世界。

圖2-14：專案世界2．現實世界的抽象3．比特世界3．1比特世界地理資訊系統以數字世界表示自然世界，現實世界與數學模型之間的關係見圖2-15。在電腦中，現實世界是以各種符號形式來表達和記錄的，電腦在對數字和符號這些符號進行操作時，又將它們表示為二進位形式（比特世界）。

圖2-15：現實世界與數學模型的關係3．比特世界3．2模型的作用由於模型是對客觀世界中解決各種實際問題所依據的規律或過程的抽象或模擬，因此能有效地幫助人們從各種因素之間找出其因果關係或者聯繫，有利於問題的解決。3．比特世界3．3GIS空間數據建模GIS是專門用於採集、存儲、管理、分析和表達空間數據的資訊系統，它既是表示、模擬現實空間世界和進行空間數據處理分析的工具，也是一門關於空間資訊處理分析的科學技術。3．比特世界空間數據建模的基本任務是，針對所研究的空間現象或問題，描述GIS的空間數據組織，設計GIS空間資料庫模式，這包括定義空間實體及其相互間關係，確定數據實體或目標及其關係，設計在電腦中的物理組織、存儲路徑和數據庫結構等。3．比特世界

圖2-16：空間數據模型的三個層次3．比特世界3．4GIS空間數據模型的概念與分類3．4．1GIS空間概念數據模型GIS空間數據模型的概念模型是考慮用戶需求的共性，用統一的語言描述和綜合、集成各用戶視圖。目前廣為採用的數據模型是基於平面圖的向量數據模型和基於連續鋪蓋的柵格數據模型。3．比特世界3．4．2空間邏輯數據模型邏輯數據模型是根據前述的概念數據模型確定的空間資料庫資訊內容（空間實體及相互關係），具體地表達資料項目、記錄等之間的關係，因而可以有若干不同的實現方法。一般來說，可將空間邏輯數據模型分為採用結構化模型和面向操作的模型兩大類。3．比特世界1）結構化邏輯數據模型結構化模型是顯式表達數據實體之間關係的樹形結構。其中的層次數據模型是按樹型結構組織數據記錄，以反映數據之間的隸屬或層次關係。網路數據模型是層次數據模型的一種廣義形式，是若干層次結構的並，其優點是能反映現實世界中極為常見的多對多的聯繫，缺點是複雜。一般而言，結構化模型能直接地反映現實世界中空間實體之間的聯繫。3．比特世界2）面向操作的邏輯數據模型關係數據模型是用二維表格表達數據實體之間的關係，用關係操作提取或查詢數據實體之間的關係，因此稱之為面向操作的邏輯數據模型。當前的一種發展趨勢是將兩者的優點集中起來，形成新的或改進的邏輯數據模型，如擴展的網路模型3．比特世界3．4．3物理數據模型邏輯數據模型並不涉及最底層的物理實現細節，但電腦處理的是二進位數據，必須將邏輯數據模型轉換為物理數據模型，即要設計空間數據的物理組織、空間存取方法、資料庫總體存儲結構等。1）物理表示與組織層次邏輯數據模型的物理表示方法主要有物理鄰接法、表結構法、目錄法。網路數據模型的物理表示方法主要有變長指針表、位圖法、目錄法等。3．比特世界2）空間數據存取資料庫的“存”是指從記憶體寫一塊到外存，“取”指從外存寫一段到記憶體。常用的存取方法有：