空间分析的理论问题

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1、第三章空间分析的理论问题1、从GIS的学科发展角度看从GIS的学科属性的角度看,地理信息系统(GIS)主要研究内容是：对现实世界的空间实体及其相互间的关系进行描述和表达，在计算机环境下的空间数据组织、存取、分析、可视化，应用系统的设计，数据集成和业务化运作等。在过去的二十年里，国内外GIS的发展都主要是靠“应用驱动”和“技术导引”的。为了给GIS应用与产业化发展提供更多的理论支持，近些年来国际学术界加强了对GIS基础理论问题的研究。研究重点包括空间关系、空间数据模型、空间认知、空间推理、地理信息机理(产生、施

2、效和人机作用等)、地理信息的不确定性等。本章将从空间分析的角度对部分理论问题进行探讨。第三章空间分析的理论问题GIS是一门理论贫乏的学科。空间分析中有很多的理论性问题。主要内容：1、空间关系理论；2、空间认知理论；3、空间推理理论；4、空间数据模型理论；5、地理信息机理理论；6、地理信息不确定性理论；等等。还有其他的理论吗？3.1空间关系理论空间关系是GIS的重要理论问题之一，在GIS空间数据建模、空间查询、空间分析、空间推理、制图综合、地图理解等过程中起着重要的作用。目前，国际上对空间关系的研究主要集中在空

3、间关系的语义问题、空间关系的描述、空间关系的表达、基于空间关系的分析等方面。3.1.1空间关系的语义研究空间关系语义研究是空间关系描述和表达的前提与基础。其基本问题是，地理实体间究竟有哪些类空间关系？这些空间关系有哪些性质?早期人们认为GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系、拓扑关系三大类。顺序关系描述目标在空间中的某种排序，如前后、上下、左右、东西南北等。度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，如目标间的距离。拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流

4、向的关系。Egenhofer指出空间关系(或空间介词)表达了空间数据之间的一种约束,其中度量关系对空间数据的约束最为强烈,而顺序关系次之,拓扑关系最弱。拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。拓扑变换是一个非常抽象的概念，应该关注对拓扑变换形象和直观的理解，例如，把拓扑变换理解为橡皮变换，不要追求拓扑变换形式化的定义。什么是拓扑呢？拓扑所研究的是几何图形的一些性质，它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变，只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一

5、个点，又不产生新点。换句话说，这种变换的条件是：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点。这样的变换叫做拓扑变换。拓扑有一个形象说法——橡皮几何学。因为如果图形都是用橡皮做成的，就能把许多图形进行拓扑变换。例如一个橡皮圈能变形成一个圆圈或一个方圈。但是一个橡皮圈不能由拓扑变换成为一个阿拉伯数字8。因为不把圈上的两个点重合在一起，圈就不会变成8。度量关系属于定量关系，拓扑与顺序关系则属于定性关系。但是定性的关系与定量的关系之间并不是绝对的，而是可以互相转化的。由于空间拓扑

6、关系在GIS空间数据组织、分析、查询等方面起着十分重要的作用，人们对空间拓扑关系进行了大量深入细致的研究，并取得了较大的进展与应用。如何转换？有待于进一步研究！随着GIS空间关系研究和应用的深入，人们发现空间实体之间还存在着其它多种空间关系。如JohnFlorence等研究指出相离关系(disjointrelation)在空间关系中占有很大的比例。C.M.Gold把具有公共Voronoi边的两个空间目标定义为具有空间相邻关系。胡勇等研究定义了最邻近、次邻近等。赵仁亮等指出空间存在着k阶空间邻近关系。空间实体之

7、间还具有靠近(close、near-to)等模糊空间关系(fuzzyrelationships)、还有穿越与进入等反映实体运动状态的空间关系,以及实体之间的不确定性空间关系。地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化,时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。例如，当点、线、面目标之间的空间相邻(spatialcontiguity)、空间连通(spatialconnectivity)、空间包含(spatialinclusion)等关系随时间发生变化时，往往与目标间的时间拓扑关系(temporaltopology)

8、交织在一起，形成了一种新的时空拓扑关系(spatio-temporaltopology)。Egenhofer、Freksa与Szmurlo和Gaio等对空间拓扑关系的渐变规律、时空概念理解做了一些探讨,，出了反映拓扑关系时空变化的最邻近拓扑关系邻接图(closesttopologicalrelastionshipgraph)。舒红等总结了现有时空拓扑关系的研究成果，给出了时空拓扑关系的定义和基于点集