空间信息的结构,表达及其理解机制

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1、空间信息的结构、表达及其理解机制*杜清运（武汉测绘科技人学土地科学学院，武汉市珞喻路39号，430070）摘要空间信息是与文字所表示的自然语言信息相对应的一种信息形式，空间信息的内在结构、表达及理解机制是实现空间信息获取、管理和处理的雨要基础。地理信息系统经过多年的发展，作为一门工程技术已经取得了很大的成功，尤其是在数据管理和非智能数据处理领域。但是要取得更进一步的发展，普遍认为必謂对空间信息本身予以更多的关注。本文在分析了传统的地理信息系统理论主要缺陷的基础上，将语言学引入地理信息系统，提出了数字环境下空间信息结构与表达的认识模型一空间信息的语言学

2、模型,探讨了空间信息的语言学特征、主要是语言单位、语法及语义机制，并就其对地理信息系统各环节特别是空间信息的智能化数据处理所产生的影响进行了讨论。关键词语言学模型结构表达理解1刖弓空间信息是人类对于现实世界认识的重要组成部分。对于那些地球表面具冇空间分布位置差异的空间实体所产生的空间信息，历来就和人类对壯界的认识和改造息息相关。除了人类所共有的文字语言和数学语言外，地图被称为空间信息表达的笫三语言。地图在相当长的时期内是人们描绘地表有形或无形对彖的唯一手段，地图为空间信息在制作者（信息编码）和使用者（信息解译）之间的传输提供了不可或缺的载体。地理信息

3、系统的出现，对地图在空间信息表达和传输不可替代的地位产住了很大程度的冲击。它以其庞大的数据容量、多尺度和多类型数据集成处理及灵活多样的可视化机制形成T相对传统地图明显的优势地位。然而，地理信息系统发展至今，还远未到取代地图（更确切地说是可视化后的地图）的时候，尽管这是我们的目标。地图的制作和使用是一个智能化程度相当高的环节，一个好的地图学家具冇丰富的地理学、地貌学、社会学、数学、美学等知识，知识与经验渗透在与地图相关的诸多环节屮。地理信息系统口前所能达到的水平除了在数据管理和简单的数据处理与分析功能所显示的优势外，还远远不能满足对空间信息的使用要求。

4、由于地理信息系统的发展历史只有短短的二十多年时间，更市于其发展的直接动因是计算机技术的发展，地理信息系统的研究人员在地理信息的数字化技术、存贮技术、更新维护技术和可视化技术等方面倾注了太多研究心血•，使英发展到今天的技术水准。然而，地理信息系统只要涉及智能化程度较高的处理和分析就显得无能为力，至今地理信息系统的终极2空间信息结构空间信息作为人类认识世界的重要组成部分，不论在科学领域还是在人们的日常生活小都起着不可替代的作用。测绘学可以说是空间信息获取与表达的科学，而地理学则是应用和分析空间信息的科学。作为横跨两大学科的地图学，以研究空间信息表达与可视

5、化，以及基于地图的空间分析与应川为冃标。地理信息系统是地图在数字环境下的延展，它在理论上包括但乂不仅限于地图的全部功能。地图主要完成地图制作者和地图读者之间的空间信息传输，这是地图学理论中地图传输论的主要观点。地图传统上是作为客体与人作为主体紧密相连的，即地图必须经过制作者和地图读者才能完成其全部功能（如图1）。不论是地图制作者还是地图阅读者，有关空问信息、地理和地图的知识和经验在整个传输过程中起关键作用。地理信息系统和地图学不同，它本质上是排斥人作为主体的作用的，计算机取代人作为理想屮的主体。我们希望计算机具备强大的管理、处理与分析空间信息的能力，

6、人则转而从事更高级的智力劳动。这种主体的转移意味着计算机必须具有承担传统上山人來完成的智能劳动的能力，计算机的和能程度越高，地理信息系统对人的解放就越大。图1.地图-人的关系从以上讨论我们可以看出，在以地图为中心的空间信息世界中，由于人的参与，人的知识在地图各环节中保证了空间信息的正确传输，而这些知识除了关于地理学、社会学、数学、美学等z外，还冇关于空间信息木身的知识，这些知识以学习的形式获得、以实践的形式积累，以经验的方式运川，形成了一个极为复杂的体系结构。在地理信息系统屮，rti于要用计算机来取代人，知识成为核心问题，迫切需要对过去凭经验和肓觉行

7、事的知识基础进行总结和重构，使其成为计算机可以接受和实现的形式。空间信息本身的研究，在传统科学体系内并不缺乏。地理学是专门研究空间信息的学科，地图学作为地理空间信息的载体和地理分析的手段，专门研究空间信息抽彖、综合、可视化表达和分析应用，相比而言，地图学更着重于空间信息共性的研究，特别是关于空间的或图形的。问题是，到目询为止，我们对空间信息本身的认识还是分散的，经验性的和非形式化的，特别是针对地理信息系统的盂要，于是造成在空间数据模型上的混乱和不完备性,以及空间数据处理特别是基于知识的数据处理得不到进一步发展。在现阶段，认识到空间信息本身结构研究的重

8、要性之后，就是迫切需要找到一个合适的理论框架來包容和指导空间信息结构的研究。基于地图学屮有关地图与自然语言的