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场模型和要素模型

(2007-09-03 19:33:38)
标签:

it/科技

分类: GIS&IS

在地理信息系统的学习中,可能最重要的两个概念就是矢量和栅格,而在概念模型层面,就是场(Field)和要素(Feature)模型了。
 
地理信息系统的目的就是为了管理现实的地理世界,并在此基础上进行分析和模拟,以服务于我们的空间决策。其中最为基础的一点就是对现实世界进行抽象建模。在该抽象过程中,我们可以比较容易的识别出两类地理现象,一种是连续的分布在所要表达的地理空间中,比如气温,在地理空间中每一个点上,都可以度量得到一个气温数值。而不能说这里有一个气温,那里也有一个气温;另一个是可以辨识的一个个地理实体,如城市、河流、道路等等,每个实体都有其空间分布和属性特征。对于这两类现象,可以分别用场模型以及要素模型来概括之。前者实际上是借鉴于物理学的概念,如电磁场等,可以抽象为空间到数值的一个映射。而要素模型,有时也叫对象模型或者实体模型,其组织更像关系数据库中的一条记录。
 
场和要素模型的较早提出,应该是Goodchild在1992年发表的一篇文章,Couclelis也有相关论述。另外,在Interoperable and Distributed Processing in GIS和Spatial Databases: a Tour两本书中,也对场和要素模型进行了较为全面的介绍。值得指出的是,场和要素,同栅格和矢量并非是对应的。场模型也可以通过矢量方式表达,有6种常见的场模型表达方式:规则离散点、不规则离散点、等值线、三角网、栅格点、不规则多边形。其中第一和第五种可以表示为栅格数据。
 
后来一些学者开展了试图建立场和要素模型统一表达的研究。Galton的工作较早,在数学形式上作了论述,给出了场和要素的相似表达,Cova and Goodchild从映射的角度建立对象场的概念。Kjenstad侧重于建立一致的逻辑模型,Goodchild, Yuan, and Cova在2007年的工作顾及了对象提取中的语义相似性。
 
自己则赞同场比要素更为基础,这个观点比较容易理解,比如DEM是一个场,我们可以从中认知出山峰、山谷等对象,换言之,对象的形成,经过了一次知觉(或概念化)过程。在Cova and Goodchild的基础上进一步扩展,提出了广义场的概念,并且将场分类为采样/插值场,镶嵌场和实时生成场。值得指出的是,上述的场比要素更为基本的观点可以进一步斟酌,比如我们可以根据水系图计算水系密度,后者又是一个场。受此启发,提出了场的序的概念,最开始的、直接对地理现象进行观测的场,序数为1,然后每经过一次不可逆操作,场的序数增加1,场的序数表示了对信息的加工和提取,并且可以和工作流系统相结合。
 
GOODCHILD, M.F., 1992, Geographical data modeling. Computers & Geosciences, 18, pp. 401–408.
COUCLELIS, H., 1992, People manipulate objects (but cultivate fields): beyond the raster-vector debate in GIS. In Theories and Methods of Spatio-Temporal Reasoning in Geographic Space, A.U. Frank and I. Campari (Eds), (Lecture Notes in Computer Science 639, Berlin: Springer-Verlag), pp. 65–77.
VCKOVSKI, A., 1998, Interoperable and Distributed Processing in GIS, (London: Taylor & Francis).
SHEKHAR, S. and CHAWLA, S., 2003, Spatial Databases: a Tour, (New Jersey: Prentice hall).
GALTON, A., 2001, A formal theory of objects and fields. In Proceedings of COSIT 2001, D.R. Montello (Ed.), (Lecture Notes in Computer Science 2205, Berlin: Springer-Verlag), pp. 458–473.
COVA, T.J. and GOODCHILD, M.F., 2002, Extending geographical representation to include fields of spatial objects. International Journal of Geographical Information Science, 16(6), pp. 509–532.
KJENSTAD, K., 2006, On the integration of object‐based models and field based models in GIS. International Journal of Geographical Information Science, 20(50), pp. 491–509.
GOODCHILD, M.F., YUAN, M. and COVA, T.J., 2007, Towards a general theory of geographic representation in GIS. International Journal of Geographic Information Science, 21(3), pp. 239–260.
BIAN, L., Object-oriented representation of environmental phenomena: Is everything best represented as an object? Annals of the Association of American Geographers, 2007. 97(2), pp. 267–281.
LIU, Y., GOODCHILD, M.F., GUO, Q., TIAN, Y., WU, L., Towards a General Field model and its order in GIS. International Journal of Geographical Information Science, 2008. 22(6), pp. 623–643.

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