譚超專(zhuān)題二：地球空間信息機(jī)理的研究進(jìn)展

1、專(zhuān)題二：地球空間信息機(jī)理的研究進(jìn)展 - 空間關(guān)系 地球信息科學(xué)是一門(mén)新興學(xué)科,在形成過(guò)程中,長(zhǎng)期以地球信息技術(shù)研究為主,近年來(lái)地球信息工程領(lǐng)域的研究日漸突出,地球信息理論領(lǐng)域的研究較薄弱。目前,在地球信息轉(zhuǎn)變機(jī)理、地球空間認(rèn)知、地球信息的表達(dá)、地球信息的不確定性、地球空間關(guān)系、地球空間尺度以及地球信息共享中的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和立法等方面已形成一些亟待深入研究的前沿問(wèn)題。下面就地球空間信息機(jī)理的各個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：1、 空間關(guān)系 1、空間關(guān)系的內(nèi)涵2002年，曹菡提出空間關(guān)系是指空間實(shí)體之間的一些具有空間特性的關(guān)系，它反映了實(shí)體內(nèi)部或?qū)嶓w與實(shí)體之間的空間存在關(guān)系。主要由空間實(shí)體的兩個(gè)幾何特征位置和形

2、狀所決定1。2003年，俞士汶提出空間關(guān)系是空間目標(biāo)相互作用的結(jié)果2。在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了一種顧及0維、1維、2維空間目標(biāo)的空間關(guān)系語(yǔ)義描述方法3。2004年，付強(qiáng)認(rèn)為空間關(guān)系是由地理空間對(duì)象的幾何特征而引起的并與地理空間對(duì)象的空間特性有關(guān)的關(guān)系，即空間關(guān)系是地理空間實(shí)體之間存在的并且具有一些空間特征的關(guān)系4。2006年，杜世宏提出空間關(guān)系可以是由空間現(xiàn)象引起的集合特征（空間現(xiàn)象的地理位置與形狀）引起的空間關(guān)系，如距離、方位、連通性、相似性等，也可以是由空間現(xiàn)象的幾何特征和非幾何特征（包括度量屬性，如高程值、坡度值、氣溫值等；名稱(chēng)屬性，如地名、物體名稱(chēng)）共同引起的空間關(guān)系，如空間分布現(xiàn)象

3、的統(tǒng)計(jì)相關(guān)、空間自相關(guān)、空間相互作用、空間依賴(lài)等，還一種是完全由空間現(xiàn)象的非幾何屬性所導(dǎo)致的空間關(guān)系5。 2009年，張克定6認(rèn)為空間關(guān)系并不是存在于客觀世界的自然之物，而是人類(lèi)的主觀識(shí)解使然。這說(shuō)明，事物是客觀存在的，但事物之間的空間關(guān)系( 包括其他關(guān)系) 則是人通過(guò)觀察、感知、識(shí)解而賦予事物的。2009年，李松提出空間關(guān)系是指地理實(shí)體之間存在的一些具有空間特性的關(guān)系，如拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系和距離關(guān)系等，是空間數(shù)據(jù)組織、查詢(xún)、分析和推理的基礎(chǔ)7。2012年，馬雷雷提出空間關(guān)系是空間信息的重要特征之一，是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)組織、查詢(xún)、分析和推理的基礎(chǔ)，它貫穿與地理信息系統(tǒng)的表達(dá)、生產(chǎn)、分析、

4、管理、決策和應(yīng)用等各個(gè)階段8。 2、空間關(guān)系研究?jī)?nèi)容空間關(guān)系的研究主要集中在空間關(guān)系認(rèn)知、空間關(guān)系表達(dá)、空間關(guān)系推理、空間關(guān)系分析處理和空間關(guān)系應(yīng)用等方面。有兩個(gè)截然不同而又相互補(bǔ)充的觀點(diǎn)：一個(gè)從數(shù)學(xué)角度研究空間關(guān)系，另一個(gè)從語(yǔ)言和認(rèn)知的角度研究空間hi按關(guān)系。數(shù)學(xué)觀從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，嚴(yán)密的定義了空間關(guān)系定義模型及其推理，如時(shí)空關(guān)系的代數(shù)表達(dá)模型；而語(yǔ)言和認(rèn)知觀點(diǎn)則主要從人類(lèi)語(yǔ)言的角度出發(fā)，認(rèn)知和描述空間關(guān)系，探討如何建立一個(gè)有好而自然的人機(jī)接口，如自然語(yǔ)言空間關(guān)系。（1）空間關(guān)系認(rèn)知：主要是研究空間關(guān)系與人們認(rèn)知之間的關(guān)系。認(rèn)知對(duì)空間關(guān)系的影響表現(xiàn)在對(duì)空間關(guān)系概念劃分的影響、自然語(yǔ)言空間關(guān)系

5、的特征和表現(xiàn)等方面。（2）空間關(guān)系表達(dá)：主要目的是建立空間對(duì)象與所對(duì)應(yīng)的空間關(guān)系之間的映射。通過(guò)該映射, 任意空間對(duì)象間的空間關(guān)系都可以用一個(gè)詞語(yǔ)或句子來(lái)表達(dá)。這是一個(gè)多對(duì)一的映射,即一對(duì)空間對(duì)象只能用一個(gè)關(guān)系來(lái)描述。不同的空間關(guān)系可以采用不同的方法, 但映射的結(jié)果必須與認(rèn)知概念接近, 還必須考慮到空間關(guān)系的形式化和可推理等特征。（3）空間關(guān)系推理：空間關(guān)系推理是空間關(guān)系應(yīng)用的一個(gè)重要方面, 是繼空間關(guān)系表達(dá)后的另一個(gè)研究熱點(diǎn)?？臻g關(guān)系推理可以分為定量推理和定性推理。定性推理在一定程度上比定量方法更接近認(rèn)知, 更容易讓人們接受, 因而成為空間推理的主要方法?？臻g關(guān)系推理是建在空間關(guān)系表達(dá)基礎(chǔ)上

6、的, 推理輸入、過(guò)程和結(jié)果都受空間關(guān)系表達(dá)的影響, 因而不同的空間表達(dá)方法有不同的推理方法和結(jié)果。2009年李松提出空間關(guān)系的研究可分為空間關(guān)系的語(yǔ)義問(wèn)題、空間關(guān)系描述、空間關(guān)系表達(dá)、空間關(guān)系推理和基于空間關(guān)系的查詢(xún)分析等。 3、空間關(guān)系類(lèi)型 空間關(guān)系表達(dá)了空間數(shù)據(jù)之間的一種約束，其中距離關(guān)系對(duì)空間數(shù)據(jù)的約束最為強(qiáng)烈，而方向關(guān)系次之，拓?fù)潢P(guān)系最弱。通常，距離關(guān)系屬于定量關(guān)系，拓?fù)渑c方向關(guān)系則屬于定性關(guān)系，但是定性關(guān)系與定性關(guān)系不是絕對(duì)的，而是可以相互轉(zhuǎn)化的，在分析復(fù)雜的空間關(guān)系時(shí)，定性的方法和定來(lái)那個(gè)的方法往往需要聯(lián)合使用。（1）1991年，Egenhofer9等人提出可以將空間關(guān)系分為如下幾

7、種類(lèi)型：拓?fù)潢P(guān)系：表示臨近和關(guān)聯(lián)程度，例如地理實(shí)體（行政區(qū)劃）之間的鄰接、相離、包含、相交等關(guān)系；方向關(guān)系：例如東、西、南、北、東南、西南、西北、東北、上、下、左、右等；順序關(guān)系：例如在.之內(nèi)、在.之外、在.中間；距離關(guān)系：表示地理空間目標(biāo)要素間的關(guān)系(依據(jù)某種度量)例如地理空間目標(biāo)之間的距離遠(yuǎn)近、親疏程度等；模糊關(guān)系：例如接近、貼近、疏遠(yuǎn)等。（2）1992年，王家耀院士王家耀等.普通地圖制圖綜合原理M.北京：測(cè)繪出版社，1992.提出傳統(tǒng)的空間關(guān)系主要包含拓?fù)潢P(guān)系、方位關(guān)系和度量關(guān)系三種關(guān)系類(lèi)型。拓?fù)潢P(guān)系：拓?fù)渥儞Q后始終保持不變的空間關(guān)系，例如相交、相鄰、相離、包含于、包含、內(nèi)切等；方位關(guān)系

8、：主要指空間幾何對(duì)象在空間中的順序，東、西、南、北、前、后、左、右等；度量關(guān)系：即傳統(tǒng)意義上的度量關(guān)系，是指能利用某種具體尺度描述地理空間對(duì)象的度量關(guān)系。（3）2006年，杜世宏等人認(rèn)為空間關(guān)系是指由空間對(duì)象的幾何特征性引起的空間關(guān)系，主要包括距離關(guān)系、方位關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系和空間關(guān)系相似性等空間關(guān)系極其應(yīng)用。（4）2009年，李松認(rèn)為拓?fù)潢P(guān)系是指在拓?fù)渥儞Q下的拓?fù)洳蛔兞?，即在拓?fù)渥儞Q（旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等）下保持不變的空間關(guān)系；空間方向關(guān)系是在一定的參考框架下，以一個(gè)空間對(duì)象目標(biāo)到另一個(gè)空間對(duì)象目標(biāo)的指向。因而，空間方向關(guān)系的定義必須包含三個(gè)要素：參考框架、參考目標(biāo)和源目標(biāo)；距離關(guān)系是度量關(guān)系的一

9、個(gè)主要方面，它是指用度量空間中的某種度量尺度來(lái)描述目標(biāo)之間的關(guān)系，如目標(biāo)間距離、遠(yuǎn)近等。在距離關(guān)系方面，目前的研究熱點(diǎn)主要集中在空間數(shù)據(jù)的空間查詢(xún)放面。 4、空間關(guān)系的特征 空間關(guān)系受空間對(duì)象、空間數(shù)據(jù)組織、空間認(rèn)知等影響, 具有尺度、認(rèn)知、層次、不確定性、形式化等幾個(gè)特征。 （1）空間關(guān)系的尺度特征 空間關(guān)系研究的主體是空間對(duì)象之間的各種關(guān)系, 而空間對(duì)象是具有尺度特征的, 因而空間關(guān)系也具有尺度特征。 （2）空間關(guān)系的認(rèn)知特征 空間關(guān)系是人類(lèi)對(duì)地理現(xiàn)象或環(huán)境的認(rèn)知概念在 GIS 中的直接反映, 因此與人類(lèi)的認(rèn)知密切相關(guān)。GIS 是一個(gè)輔助人類(lèi)進(jìn)行決策的工具, 要達(dá)到這一目標(biāo), GIS 必須

10、能夠接受人類(lèi)對(duì)地理現(xiàn)象或環(huán)境的認(rèn)知和表達(dá), 能正確理解用戶(hù)輸入的概念, 并且能把處理的結(jié)果按照符合認(rèn)知要求的形式輸出。（3）空間關(guān)系的層次特征空間關(guān)系的層次特征表現(xiàn)在兩個(gè)方面, 一個(gè)是由空間關(guān)系語(yǔ)義引起的層次性; 另一個(gè)是由空間對(duì)象的層次性引起的。空間關(guān)系的語(yǔ)義層次主要體現(xiàn)在語(yǔ)義分辨率上?？臻g對(duì)象的層次性可以是自然形成的( 如交通網(wǎng)層次樹(shù)、水系層次樹(shù)等) , 也可以是經(jīng)過(guò)分類(lèi)和聚類(lèi)形成的( 聚類(lèi)和分類(lèi)算法形成的各個(gè)類(lèi)別和聚類(lèi)之間的層次關(guān)系) 。 （4）空間關(guān)系的不確定性特征 空間關(guān)系的不確定性表現(xiàn)出了空間關(guān)系的復(fù)雜性, 是現(xiàn)實(shí)世界中地理現(xiàn)象或環(huán)境復(fù)雜性在 GIS 中的具體表現(xiàn)。空間方向關(guān)系的不

11、確定性可以由下面的幾個(gè)因素引起: A 、人們的認(rèn)知所具有的不確定性。不同的人對(duì)方向關(guān)系有不同的理解, 特別是人對(duì)空間關(guān)系的認(rèn)識(shí)是具有模糊性的。 B、空間數(shù)據(jù)具有的不確定性導(dǎo)致空間關(guān)系是不確定的。 C、 空間關(guān)系在分析處理及應(yīng)用中也會(huì)具有不確定性, 如數(shù)據(jù)集模糊匹配等。這種不確定性是對(duì)不確定性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析所需要的, 也可能是由分析處理過(guò)程本身所決定的。 （5）空間關(guān)系的時(shí)間特征 有些空間對(duì)象的空間位置和范圍是隨著時(shí)間變化的, 如地塊的分割、合并, 火災(zāi)區(qū)域的蔓延, 魚(yú)群的遷移等, 這種隨時(shí)間變化的對(duì)象稱(chēng)為時(shí)空對(duì)象。（6）空間關(guān)系是形式化的、可推理的 一個(gè)空間關(guān)系表達(dá)模型必須是形式化的, 以方便在

12、空間數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行空間關(guān)系查詢(xún);它必須是可推理的, 以方便能夠從已知的關(guān)系推理出未知的關(guān)系; 它必須是可比較的, 以能夠?qū)臻g關(guān)系進(jìn)行比較, 定義空間關(guān)系之間的相似性。這是一個(gè)空間關(guān)系表達(dá)和推理模型所具備的基本特征。 5、空間關(guān)系應(yīng)用空間關(guān)系可以在一定程度上對(duì)地理現(xiàn)象及其環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行描述, 因而在空間數(shù)據(jù)庫(kù)及空間數(shù)據(jù)理解中有著重要應(yīng)用, 其應(yīng)用范圍主要包括以下幾個(gè)方面：（1） 空間查詢(xún)語(yǔ)言 查詢(xún)語(yǔ)言是一種從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索數(shù)據(jù)的有力工具, 而空間數(shù)據(jù)檢索是空間數(shù)據(jù)管理、提取、顯示、分析等GIS 功能的基礎(chǔ)。然而, 傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言( SQL) 不能處理空間數(shù)據(jù), 因此設(shè)計(jì)和實(shí)施

13、空間查詢(xún)語(yǔ)言是非常必要的。由于空間數(shù)據(jù)的特殊性, 空間查詢(xún)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)和實(shí)施比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢(xún)語(yǔ)言復(fù)雜得多。已經(jīng)提出的空間查詢(xún)語(yǔ)言有結(jié)構(gòu)化空間查詢(xún)語(yǔ)言、自然空間查詢(xún)語(yǔ)言、可視化空間查詢(xún)語(yǔ)言以及基于草圖的空間查詢(xún)語(yǔ)言等。（2）空間數(shù)據(jù)檢索空間查詢(xún)語(yǔ)言只是一個(gè)用戶(hù)和GIS 進(jìn)行交流的接口規(guī)范,真正的數(shù)據(jù)檢索策略和方法是非常復(fù)雜的, 包括數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系匹配與空間數(shù)據(jù)搜索策略等。Papadias描述了用于一維間隔關(guān)系表達(dá)的一個(gè)二進(jìn)制串編碼及其相似性度量,并把編碼擴(kuò)展到了多粒度和多維空間, 用于表達(dá)空間對(duì)象的空間關(guān)系10。在此基礎(chǔ)上研究了基于時(shí)空關(guān)系的對(duì)象檢索、空間并查詢(xún)、結(jié)構(gòu)查詢(xún)、對(duì)象時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)

14、查詢(xún)等問(wèn)題。（3） 在空間數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用 空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取隱含的知識(shí)、空間關(guān)系沒(méi)有明顯存在于空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的其他模式11?？臻g關(guān)系在數(shù)據(jù)挖掘中可以用來(lái)表達(dá)挖掘到的知識(shí)和規(guī)則, 以及用于提取與挖掘任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)化挖掘算法等。（4）在空間場(chǎng)景相似性評(píng)價(jià)中應(yīng)用空間場(chǎng)景的相似性包含了場(chǎng)景幾何結(jié)構(gòu)相似性及語(yǔ)義相似性?？臻g關(guān)系用來(lái)捕獲空間對(duì)象分布,通過(guò)多分辨率模型, 允許從不同尺度和不同層次分析拓?fù)洹⒎较蚝途嚯x關(guān)系, 從而度量空間結(jié)構(gòu)相似性, 而語(yǔ)義相似性通過(guò)特征類(lèi)的語(yǔ)義網(wǎng)來(lái)評(píng)價(jià)12。一個(gè)復(fù)雜空間場(chǎng)景中的多個(gè)不同類(lèi)型對(duì)象間存在多類(lèi)型和多層次空間關(guān)系。這些復(fù)雜關(guān)系可用基本的拓?fù)?、方向和?/p>

15、離關(guān)系的組合來(lái)描述, 因而場(chǎng)景相似性用拓?fù)洹⒎较?、距離相似性的組合來(lái)度量。 6、空間關(guān)系的研究現(xiàn)狀與展望空間關(guān)系理論的研究與發(fā)展正日益受到空間數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、人工智能和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等相關(guān)領(lǐng)域研究者的重視?？臻g關(guān)系的表示和分類(lèi)對(duì)于在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行空間檢索、空間定位、空間存儲(chǔ)以及空間推理等都是非常重要的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)空間關(guān)系的研究主要集中在拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系和距離關(guān)系等方面，取得了一系列的研究成果，為空間數(shù)據(jù)的組織、查詢(xún)、分析和推理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 但是在研究?jī)?nèi)容和范圍上仍需進(jìn)一步發(fā)展。這是因?yàn)? 一方面, GIS 本身的理論、技術(shù)和需求使得空間關(guān)系向多維、不確定性和多層次空間關(guān)

16、系描述與推理方向發(fā)展; 另一方面, 盡管空間關(guān)系在 GIS 領(lǐng)域得到了最充分的發(fā)展, 但是其他一些學(xué)科, 如智能機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像理解、遙感圖像智能解譯等領(lǐng)域也越來(lái)越重視空間關(guān)系的作用。在空間關(guān)系的研究和發(fā)展中, 需要進(jìn)一步研究以下幾個(gè)方面： （1）三維空間關(guān)系?，F(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)三維模型,而現(xiàn)有的 GIS 中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和提供分析功能基本上都是二維的, 對(duì)三維數(shù)據(jù)的建模和分析很有限。同樣, 對(duì)空間關(guān)系的研究也是集中在二維方面, 對(duì)三維空間關(guān)系的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠, 特別是三維目標(biāo)間方向關(guān)系和鄰近關(guān)系的認(rèn)知和描述。(2) 不確定空間關(guān)系。由于現(xiàn)實(shí)世界中的很多現(xiàn)象復(fù)雜多變, 受數(shù)據(jù)采集方式、人們的認(rèn)

17、識(shí)以及GIS 中描述方式的影響, GIS 所描述的空間關(guān)系與真實(shí)目標(biāo)間以及與人們認(rèn)知中的空間關(guān)系間總存在差異, 即空間關(guān)系是不確定的, 如何描述和處理不確定空間關(guān)系, 特別是把不確定空間關(guān)系應(yīng)用到 GIS的空間分析等應(yīng)用中是一個(gè)新的研究方向。 (3) 復(fù)雜目標(biāo)間的多層次空間關(guān)系推理。目前空間關(guān)系的研究主要集中在簡(jiǎn)單目標(biāo)和 2 個(gè)對(duì)象間空間關(guān)系的描述和推理問(wèn)題。而缺乏對(duì)復(fù)雜目標(biāo)( 多個(gè)簡(jiǎn)單目標(biāo)組成的復(fù)雜目標(biāo)) 空間關(guān)系描述和推理的研究。復(fù)雜目標(biāo)間的空間關(guān)系是多層次的, 包括簡(jiǎn)單對(duì)象與簡(jiǎn)單對(duì)象、復(fù)雜對(duì)象與簡(jiǎn)單對(duì)象、復(fù)雜對(duì)象間的空間關(guān)系, 這種多層次空間關(guān)系的描述、推理和傳遞機(jī)制, 都需要進(jìn)一步研究

18、。 (4) 遙感圖像空間關(guān)系的抽取、描述與推理。目標(biāo)空間關(guān)系的描述和推理主要是基于矢量目標(biāo)的,很少研究柵格目標(biāo)間的空間關(guān)系。圖像目標(biāo)間也存在同樣的空間關(guān)系, 對(duì)于圖像理解和語(yǔ)義描述是非常重要的。但是, GIS 中矢量目標(biāo)是已存在的, 而遙感圖像中的柵格目標(biāo)及其空間關(guān)系需要抽取才能獲得。因此如何把矢量目標(biāo)間的空間關(guān)系描述和推理應(yīng)用于圖像目標(biāo), 如何從圖像上抽取和管理大量目標(biāo)間的空間關(guān)系, 如何在遙感圖像匹配、檢索和識(shí)別中的應(yīng)用也是一個(gè)難題。 (5) 空間關(guān)系的應(yīng)用。目前對(duì)空間關(guān)系的研究主要集中在基礎(chǔ)理論方面, 應(yīng)用方面的研究則集中在空間查詢(xún)語(yǔ)言方面?？臻g關(guān)系是對(duì)目標(biāo)及其所處的環(huán)境間依賴(lài)關(guān)系的一種

19、語(yǔ)義和關(guān)系建模, 因而還有更重要的應(yīng)用需要進(jìn)行研究和試驗(yàn)。如空間關(guān)系在矢量數(shù)據(jù)和遙感圖像的匹配、遙感圖像和遙感圖像的匹配、矢量與矢量的匹配, 以及在遙感圖像識(shí)別、檢索、配準(zhǔn)等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用?；诳臻g關(guān)系的匹配與已有匹配方法在效果和效率的差異、優(yōu)略及其改進(jìn)都有待進(jìn)一步研究。2、 基準(zhǔn) 1、基準(zhǔn)的定義1999年，李德仁提出地球空間信息基準(zhǔn)是確定一切地球空間信息幾何形態(tài)和時(shí)空分布的基礎(chǔ) 。到了2012年，崔鐵軍又提出地球空間信息基準(zhǔn)就是一組用于描述其他量的量，是確定一切地球空間信息幾何形態(tài)和時(shí)空分布的基礎(chǔ)。鐵鐵軍在李德仁院士的基礎(chǔ)上又增加了地球空間信息基準(zhǔn)就是一組用于描述其他量的量這一信息。

20、2、基準(zhǔn)的內(nèi)容李德仁院士在1999年提出的定義中提到地球空間信息的基準(zhǔn)包括幾何基準(zhǔn)、物理基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。隨著時(shí)間的發(fā)展，崔鐵軍提出其內(nèi)容包括國(guó)家統(tǒng)一的大地空間坐標(biāo)基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、深度基準(zhǔn)和重力基準(zhǔn)等。下面就崔鐵軍提出的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明： （1）大地空間坐標(biāo)基準(zhǔn)：大地空間坐標(biāo)基準(zhǔn)規(guī)定了大地測(cè)量起算基準(zhǔn)的定義及其相應(yīng)的大地測(cè)量常數(shù)。 北京54坐標(biāo)系為參心大地坐標(biāo)系，大地上的一點(diǎn)可用經(jīng)度L54、緯度M54和大地高H54定位，是以克拉索夫斯基橢球?yàn)榛A(chǔ)，經(jīng)局部平差后產(chǎn)生的坐標(biāo)系。 西安80坐標(biāo)系采用1975年IUGG大會(huì)推薦的一組數(shù)據(jù),大地原點(diǎn)設(shè)在我國(guó)中部的陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，經(jīng)過(guò)整體平差的坐標(biāo)系。

21、2000中國(guó)大地坐標(biāo)系，又稱(chēng)之為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,是我國(guó)新一代大地坐標(biāo)系, 自2008年7月1日起，中國(guó)全面啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。 （2）高程基準(zhǔn)：高程基準(zhǔn)定義了陸地上高程測(cè)量的起算點(diǎn)，這個(gè)固定點(diǎn)稱(chēng)為水準(zhǔn)原點(diǎn)。 1956年黃海高程基準(zhǔn)：利用19501956年青島驗(yàn)潮站平均海面高度計(jì)算出國(guó)家水準(zhǔn)原點(diǎn)高出黃海平均海面72.289m，從而建立了1956年黃海高程基準(zhǔn)。缺點(diǎn)：驗(yàn)潮資料和精密水準(zhǔn)測(cè)量少等多種原因，致使該基準(zhǔn)問(wèn)題較多。 1985國(guó)家高程基準(zhǔn)：采用青島水準(zhǔn)原點(diǎn)和根據(jù)青島驗(yàn)潮站1952年到1979年的驗(yàn)潮數(shù)據(jù)確定的黃海平均海水面所定義的高程基準(zhǔn)。其水準(zhǔn)原點(diǎn)起算高程為72.260m。

22、1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)已于1987年5月開(kāi)始啟用，1956年黃海高程系同時(shí)廢止。 （3）深度基準(zhǔn)：通常取在當(dāng)?shù)仄骄Ｋ嬉韵律疃鹊奈恢?，因?yàn)椴煌Ｋ娴钠骄Ｃ娌煌?，所以深度基?zhǔn)對(duì)于海水面的偏差因地而異。深度基準(zhǔn)面通常取在當(dāng)?shù)囟嗄昶骄Ｃ嫦律疃葹長(zhǎng)的位置。 （4）重力基準(zhǔn)：就是標(biāo)定一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的重力值標(biāo)準(zhǔn)。 1957年國(guó)家重力基本網(wǎng)：中國(guó)于19561957年建立了全國(guó)范圍的第一個(gè)國(guó)家重力基準(zhǔn)，稱(chēng)為1957年國(guó)家重力基本網(wǎng)，該網(wǎng)由21個(gè)基本點(diǎn)和82個(gè)一等點(diǎn)組成。2000國(guó)家重力基準(zhǔn)：是我國(guó)重力測(cè)量基準(zhǔn)，我國(guó)于1999年至2002年完成建設(shè)，它由259個(gè)點(diǎn)組成，其中基準(zhǔn)點(diǎn)21個(gè)、基本點(diǎn)126個(gè)、

23、基本點(diǎn)引點(diǎn)112個(gè)。重力系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)及相應(yīng)重力場(chǎng)。 (5) 時(shí)間基準(zhǔn)：空間信息的時(shí)間基準(zhǔn)是時(shí)間系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)框架,任何一種時(shí)間系統(tǒng)都必須建立在某個(gè)頻率基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,所以時(shí)間系統(tǒng)又稱(chēng)為時(shí)間頻率基準(zhǔn)。時(shí)間系統(tǒng)框架是在某一區(qū)域或全球范圍內(nèi),通過(guò)守時(shí)、授時(shí)和時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù),以實(shí)現(xiàn)和維護(hù)統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)。 3、 標(biāo)準(zhǔn) 地球信息標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)字地球空間信息產(chǎn)生和應(yīng)用的依據(jù)。為解決地球空間信息領(lǐng)域的各種技術(shù)矛盾，地球空間信息的標(biāo)準(zhǔn)化就顯得十分重要。地球空間信息的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)信息資源共享的基礎(chǔ)。在不同部門(mén)、不同系統(tǒng)、不同地區(qū)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，離不開(kāi)地球空間信息的標(biāo)準(zhǔn)化。地球空間信息的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于建設(shè)國(guó)家空間

24、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和構(gòu)建“數(shù)字地球”等都非常重要。地球空間信息標(biāo)準(zhǔn)包括元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分之一，也是構(gòu)建“數(shù)字地球”的重要支撐技術(shù)之一。4、 不確定性 1、不確定性的定義不確定性概念早在20世紀(jì)70年代的電子測(cè)量和計(jì)量學(xué)文獻(xiàn)中出現(xiàn)過(guò),當(dāng)時(shí)的不確定性是誤差的同義詞,可以任意選用, 較多的還是采用誤差這一簡(jiǎn)潔的概念。不確定性是一個(gè)比誤差更廣義、更抽象的概念,它可以看作一種廣義的誤差,既包含隨機(jī)誤差,也包含系統(tǒng)誤差和粗差,還包含可度量和不可度量的誤差,以及數(shù)值上和概念上的誤差。一般而言,不確定性是指空間事物、現(xiàn)象的特征和過(guò)程不能被準(zhǔn)確確定的程度，通常表現(xiàn)為隨機(jī)性和模糊性。從信息論

25、的角度看,不確定性具有多方面的含義,數(shù)據(jù)的誤差、數(shù)據(jù)和概念的模糊性以及不完整性都可以看作是不確定性的內(nèi)容。 2、空間信息不確定性的來(lái)源 （1）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性:包括空間特征和空間過(guò)程在空間、專(zhuān)題和時(shí)間內(nèi)容上的不確定性。（2）空間表達(dá)的不確定性:作為空間科學(xué),GIS的空間概念和它的空間數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是GIS的基本理論問(wèn)題。它影響并決定了一系列理論和技術(shù)問(wèn)題,也涉及了空間信息基礎(chǔ)設(shè)施,并影響整個(gè)空間信息獲取、處理與應(yīng)用服務(wù)的基本技術(shù)框架。(3)空間信息獲取的不確定性:空間信息獲取可以通過(guò)各種直接和非直接途徑采集,受到量測(cè)設(shè)備固有的精度范圍、量測(cè)技術(shù)及方案以及人的分辨能力和外界的影響, 通過(guò)各種

26、儀器觀測(cè)的數(shù)據(jù)總是存在一定的誤差等。(4)空間分析的不確定性:利用GIS空間分析功能如網(wǎng)絡(luò)分析、疊加分析以及緩沖區(qū)分析等, 通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)模型的觀察和實(shí)驗(yàn),用戶(hù)可以獲得新的知識(shí)和發(fā)現(xiàn),并以此作為空間行為的決策依據(jù),然而由于空間信息總是受到不同類(lèi)型的不確定性的影響,而這些不確定性又通過(guò)空間分析傳播,必然導(dǎo)致空間分析的不精確。(5)其他相關(guān)的不確定性: 包括計(jì)算設(shè)備引入的不確定性、運(yùn)算過(guò)程帶來(lái)的不確定性、近似技術(shù)帶來(lái)的不確定性以及異源數(shù)據(jù)融合的不確定性等。 3、空間信息不確定性的類(lèi)型空間信息的不確定性泛指空間數(shù)據(jù)所具有的誤差、不精確性、模糊性和含混性, 一般可分為位置不確定性、屬性不確定性、時(shí)間不

27、確定性、邏輯不一致性和數(shù)據(jù)不完整性。 （1）位置不確定性。因?yàn)閿?shù)字化地圖上各種要素的坐標(biāo)與實(shí)際物體的坐標(biāo)有一定的誤差。位置精度包括絕對(duì)或外部精度、相對(duì)或內(nèi)部精度、 像元位置精度、形狀準(zhǔn)確性、位置穩(wěn)定性、相對(duì)位置穩(wěn)定性。 （2）屬性不確定性。對(duì)數(shù)據(jù)屬性的定義, 由于人為或技術(shù)的原因,也往往會(huì)有誤差。例如,用遙感信息對(duì)農(nóng)業(yè)土地利用進(jìn)行分類(lèi),由于技術(shù)上的原因,分類(lèi)的結(jié)果經(jīng)常會(huì)和實(shí)際有出入。 （3）邏輯不一致性。數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)之前, 因分類(lèi)定義不嚴(yán)格而產(chǎn)生矛盾。邏輯一致性包含域一致性、格式一致性、拓?fù)湟恢滦浴?（4）數(shù)據(jù)不完整性。完整性是指各種信息是否遺漏或重復(fù),分類(lèi)是否重復(fù)或缺項(xiàng)等等。由于數(shù)據(jù)是從不

28、同角度、用不同方法間接得到的,分類(lèi)后可能會(huì)在空間上相互重疊或有空白區(qū)域,由于條件所限,常常無(wú)法肯定這些重疊區(qū)或空白區(qū)是哪一類(lèi)。 （5）時(shí)間不確定性。即數(shù)據(jù)收集時(shí)間的差異。時(shí)間精度包括精確度、時(shí)間一致性、時(shí)間有效性。 5、 信息的解譯與反演遙感影像解譯就是對(duì)遙感圖像上的各種特征進(jìn)行綜合分析、比較、推理和判斷，最后提取出各種地物目標(biāo)信息的過(guò)程 。影像的解譯標(biāo)志,也稱(chēng)判讀要素,它是遙感圖像上能直接反映和判別地物信息的影像特征。包括形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局。20世紀(jì)70年代，在遙感影像的解譯方面，主要是研究目視解譯。這是一種人工提取信息的方法，使用眼睛目視觀察(可以借助于一

29、些光學(xué)儀器)，憑借人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和手頭的相關(guān)資料，通過(guò)人腦的分析、推理和判斷，提取有用的信息。這種方法既要圖像目視判讀者具有豐富的地學(xué)知識(shí)和目視判讀經(jīng)驗(yàn)，又要花費(fèi)大量的時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度大，信息獲取周期長(zhǎng)，遙感圖像解譯質(zhì)量受目視判讀者的經(jīng)驗(yàn)、對(duì)解譯區(qū)域的熟悉程度等各種因素制約，具有很大的主觀性。盡管如此，當(dāng)前，由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別的精度不夠高，目視判讀仍然是一種不可缺少而又行之有效的方法。20世紀(jì)80年代初，主要是研究利用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法對(duì)遙感影像進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別。如利用最大似然法對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)；運(yùn)用光譜特征，對(duì)多波段衛(wèi)星影像進(jìn)行分類(lèi)，從中獲取森林資源信息。這種方法的特點(diǎn)是根據(jù)影像中的地物

30、多光譜特征，對(duì)遙感影像中的地物進(jìn)行分類(lèi)。20世紀(jì)80年代后期，D Goodenough MEhlers等人提出遙感與地理信息系統(tǒng)綜合解譯法，在國(guó)內(nèi)，一些研究者注意到地理數(shù)據(jù)、地學(xué)專(zhuān)題數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合，可以增加信息量，為遙感解譯增加了輔助性的背景數(shù)據(jù)，提高了分類(lèi)精度。然而，由于遙感影像解譯的復(fù)雜性及地理數(shù)據(jù)的多樣性，如何有效地把地學(xué)信息與遙感信息結(jié)合起來(lái)，這個(gè)問(wèn)題至今仍沒(méi)有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)描述。6、 信息表達(dá)與可視化可視化是將科學(xué)計(jì)算中產(chǎn)生的大量非直觀的、抽象的或者不可見(jiàn)得數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理等技術(shù)，用幾何圖形、色彩、紋理、透明度、對(duì)比度及動(dòng)畫(huà)技術(shù)為手段，以圖形圖像的形式，直觀、形象地表達(dá)出來(lái)，并進(jìn)行交互處理，這一技術(shù)正成為科學(xué)發(fā)現(xiàn)和工程設(shè)計(jì)以及決策的強(qiáng)有力工具。地球信息可視化就是地球信息科學(xué)中的可視化，簡(jiǎn)稱(chēng)地學(xué)可視化（Geo-Visualization或GViSC）。是指運(yùn)用地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)和地理信息技術(shù)，將地球信息輸入、處理、查詢(xún)、分析的數(shù)據(jù)及結(jié)果用地圖和圖像，以及