地理实体的面向对象描述
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❖ 基于场的认知模型 场（Field）是指一类具有共同属性值的地理实体或者地 理目标的集合。
❖ 该模型把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体 来看待，例如：大气污染、大气降雨、地表温度、土壤 湿度、洋流等。
❖ 根据问题的不同，场（field）可以二维的、也可以是三 维的。
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二维场的描述方法：
地理点列 point
几何特征 geometry
地理要素
3
feature
❖ ISO-TC211
现实世界
论域
概念模型
概念模式
概念形式
概念模式语言
4
❖ 三层次模式
概念世界 （大脑）
现实世界 地里实体或现象
认知、抽象与概念模型化
概念模型
设计
最高层
逻辑数据模型
中间层
数据世界
实现
（机器）
物理数据模型
最低层
5
采样模型（Sampling） 通过采集有限个样本点的属性值来表达区域属性的连续变化。根据样本点 的分布密度和分布形态，可以采用网格（grid）或者TIN模型进行数据内插， 进而模拟区域属性的连续变化。 等值线模型（Contour） 采用一组等间距的等值线将地理区域划分成一些环状区域。每个区域中的 属性值介于相邻的两条等值线的属性值之间，可以沿着等值线的梯度方向 进行连续插值求得属性值。 图斑模型（piecewise） 将一个平面划分成若干个区域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种 主要属性的变化。一个区域可以包含若干个子区域或其他区域，但不能被 其他区域分隔，即区域内的任意两点至少存在一条完全包含在本区域内的 连接路径。模拟的 数学函数可以是一个常数、也可以是一个线性函数、更 可以是一个高阶函数。
线对象
线对象是维数为1的物体，代表一个线实体(Line Entity)，如河流、边界、道路 等。 线对象的属性： 实体长度 - 从起点到终点的总长；弯曲度 - 如道路弯曲的程度；方向性 - 如 水流方向(从上游到下游)，公路方向(单向、双向)等。
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面对象
面状实体包括湖泊、森林、岛屿、地块等，在二维图中表现为多边形。面状实体 包括以下空间特性： • 面积、周长。 • 独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家等。 • 内岛或锯齿状外形:如岛屿的海岸线封闭所围成的区域等。 • 重叠性与非重叠性:如报纸的销售区域、学校的分区等有可能出现交叉重叠现象， 但各个行政区一般是相邻而不出现重叠。
III 地理认知理论与模型
1 地理认知概念 2 地理抽象过程 3 地理认知模型 4 空间拓扑关系
1
1 地理空间认知概念
地理空间认知： 研究人类如何认知自己赖以生存的地理环境（主要指地球的四大圈层 – 岩石 圈、水圈、大气圈、生物圈），包括位置、分布、关系、变化和规律等。
地理空间认知过程： 经过地理感知、表象再现、地理记忆和地理思维四个过程，借助图像或者地 图（心像地图和认知制图）来实现的。心像地图是人类对地理空间多次感知 的基础上（实地考察、地图参考、文献阅读）综合形成的一种印象或者心理 表征；认知制图通常发生在人类使用地图的过程中，把新近获得的信息与地 图信息综合起来进行决策，如：定位、定向、导航等。
3 地理认知模型
❖ 根据GIS数据组织和处理方式，地理认知模型分为三类： 基于对象（OBJECT-BASED） 基于域/场(FIELD-BASED) 基于网络（NETWORK-BASED）
6
3.1 面向对象的认知模型
1）地理实体的面向对象描述 在一定尺度下，客观存在的地理实体都有其精确的位置、形状，可以
2
2 地理抽象过程
❖ OGC 九层次抽象
尺度世界 Dimensional world
项目世界 Project world
地理空间世界 Geospatial world
感知世界
概念世界 Conceptual world
现实世界 Real world
工程世界
地理要素集合 Feature collections
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空间关系的基本类型：拓扑关系、方向关系、度量关系。
拓扑关系描述地理实体之间的相邻、关联、包含等空间关系。 方向关系又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之 间的方位。 度量关系主要是指空间对象之间的距离关系，可以用欧几里 德距离、曼哈顿距离、时间距离等来描述。
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3.2 面向场的认知模型
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体对象
一个体对象代表一个空间三维实体，如地层、断层、矿体等。 一个三维实体由若干平面或曲面包围组成。体中间若包含“空洞”，则为复杂 的体。但体中包含的“空洞”，应作为另一个体对象处理。通过体类主题可将 体对象聚合起来。
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3）地理实体的空间相互关系
现实生活中的实体大多都不是孤立存在的。国道可能和省道相接， 河流可能穿过城市，学校可能和工厂为邻。这些地理实体在地理 空间中的空间分布关系简称为空间关系。
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2）地理实体的几何抽象
为了在计算机的抽象空间中，表达复杂的现实世界，在地 理信息系统中，地理实体被抽象简化为简单的几何对象 (geometric object)：
点对象(Point) 线对象(Line) 面对象(Polygon) 体对象(Volume)
9
点对象
点对象是有特定位置的维数为零的物体，代表一个点实体(Point Entity)，如城 市、村庄、钻孔等。
7
例如：地理实体的面向对象描述
实体 学校 铁路
标识符 空间位置
空间关系 属性特征
名称 地面坐标 与另一实体相邻 学生数
编码号 一组坐标 连接两个城市
运输量百度文库
钻孔 标识号 地面坐标 蓄水池 名称 地面坐标
位于某个区域 与一水管线相接
孔径 水质
功能 教育 运营 层位 水位
上表中所列的五种特征可分两大类：空间特征和非空间特征，描述地理 实体的数据相应分为空间数据和属性数据。空间数据用来描述地理实体 的空间位置和相互关系。对于“地理实体”，了解其定位属性，也就是 获取其确切的空间坐标值，要比了解其一般的非定位属性更重要。实际 上，实体的许多非定位属性，如长度、面积等都是依附于定位属性的。
同其他相邻的地理实体区别开来。这些地理实体既可以是一座城市，也可 以是一片住宅，或者是一间房屋。 面向对象的实质就是使用一系列的基本数据来描述这些地理实体，包括： 对象的特定属性（空间、时间、非空间属性），对象之间的特定关系（空 间、时间、语义）。
一般认为，面向对象的地理实体描述方式特别适用于描述地理空间中各种 独立存在的地理特征（discrete spatial features），适合于那些具有完整边 界的地理目标，如：建筑物、街区、道路、行政区划等人文现象、或者湖 泊、河流、植被景观等自然现象。
❖ 该模型把地理空间中的事物和现象作为连续的变量或体 来看待，例如：大气污染、大气降雨、地表温度、土壤 湿度、洋流等。
❖ 根据问题的不同，场（field）可以二维的、也可以是三 维的。
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二维场的描述方法：
地理点列 point
几何特征 geometry
地理要素
3
feature
❖ ISO-TC211
现实世界
论域
概念模型
概念模式
概念形式
概念模式语言
4
❖ 三层次模式
概念世界 （大脑）
现实世界 地里实体或现象
认知、抽象与概念模型化
概念模型
设计
最高层
逻辑数据模型
中间层
数据世界
实现
（机器）
物理数据模型
最低层
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采样模型（Sampling） 通过采集有限个样本点的属性值来表达区域属性的连续变化。根据样本点 的分布密度和分布形态，可以采用网格（grid）或者TIN模型进行数据内插， 进而模拟区域属性的连续变化。 等值线模型（Contour） 采用一组等间距的等值线将地理区域划分成一些环状区域。每个区域中的 属性值介于相邻的两条等值线的属性值之间，可以沿着等值线的梯度方向 进行连续插值求得属性值。 图斑模型（piecewise） 将一个平面划分成若干个区域，每个区域用一个简单的数学函数表示一种 主要属性的变化。一个区域可以包含若干个子区域或其他区域，但不能被 其他区域分隔，即区域内的任意两点至少存在一条完全包含在本区域内的 连接路径。模拟的 数学函数可以是一个常数、也可以是一个线性函数、更 可以是一个高阶函数。
线对象
线对象是维数为1的物体，代表一个线实体(Line Entity)，如河流、边界、道路 等。 线对象的属性： 实体长度 - 从起点到终点的总长；弯曲度 - 如道路弯曲的程度；方向性 - 如 水流方向(从上游到下游)，公路方向(单向、双向)等。
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面对象
面状实体包括湖泊、森林、岛屿、地块等，在二维图中表现为多边形。面状实体 包括以下空间特性： • 面积、周长。 • 独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家等。 • 内岛或锯齿状外形:如岛屿的海岸线封闭所围成的区域等。 • 重叠性与非重叠性:如报纸的销售区域、学校的分区等有可能出现交叉重叠现象， 但各个行政区一般是相邻而不出现重叠。
III 地理认知理论与模型
1 地理认知概念 2 地理抽象过程 3 地理认知模型 4 空间拓扑关系
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1 地理空间认知概念
地理空间认知： 研究人类如何认知自己赖以生存的地理环境（主要指地球的四大圈层 – 岩石 圈、水圈、大气圈、生物圈），包括位置、分布、关系、变化和规律等。
地理空间认知过程： 经过地理感知、表象再现、地理记忆和地理思维四个过程，借助图像或者地 图（心像地图和认知制图）来实现的。心像地图是人类对地理空间多次感知 的基础上（实地考察、地图参考、文献阅读）综合形成的一种印象或者心理 表征；认知制图通常发生在人类使用地图的过程中，把新近获得的信息与地 图信息综合起来进行决策，如：定位、定向、导航等。
3 地理认知模型
❖ 根据GIS数据组织和处理方式，地理认知模型分为三类： 基于对象（OBJECT-BASED） 基于域/场(FIELD-BASED) 基于网络（NETWORK-BASED）
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3.1 面向对象的认知模型
1）地理实体的面向对象描述 在一定尺度下，客观存在的地理实体都有其精确的位置、形状，可以
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2 地理抽象过程
❖ OGC 九层次抽象
尺度世界 Dimensional world
项目世界 Project world
地理空间世界 Geospatial world
感知世界
概念世界 Conceptual world
现实世界 Real world
工程世界
地理要素集合 Feature collections
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空间关系的基本类型：拓扑关系、方向关系、度量关系。
拓扑关系描述地理实体之间的相邻、关联、包含等空间关系。 方向关系又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之 间的方位。 度量关系主要是指空间对象之间的距离关系，可以用欧几里 德距离、曼哈顿距离、时间距离等来描述。
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3.2 面向场的认知模型
11
体对象
一个体对象代表一个空间三维实体，如地层、断层、矿体等。 一个三维实体由若干平面或曲面包围组成。体中间若包含“空洞”，则为复杂 的体。但体中包含的“空洞”，应作为另一个体对象处理。通过体类主题可将 体对象聚合起来。
12
3）地理实体的空间相互关系
现实生活中的实体大多都不是孤立存在的。国道可能和省道相接， 河流可能穿过城市，学校可能和工厂为邻。这些地理实体在地理 空间中的空间分布关系简称为空间关系。
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2）地理实体的几何抽象
为了在计算机的抽象空间中，表达复杂的现实世界，在地 理信息系统中，地理实体被抽象简化为简单的几何对象 (geometric object)：
点对象(Point) 线对象(Line) 面对象(Polygon) 体对象(Volume)
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点对象
点对象是有特定位置的维数为零的物体，代表一个点实体(Point Entity)，如城 市、村庄、钻孔等。
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例如：地理实体的面向对象描述
实体 学校 铁路
标识符 空间位置
空间关系 属性特征
名称 地面坐标 与另一实体相邻 学生数
编码号 一组坐标 连接两个城市
运输量百度文库
钻孔 标识号 地面坐标 蓄水池 名称 地面坐标
位于某个区域 与一水管线相接
孔径 水质
功能 教育 运营 层位 水位
上表中所列的五种特征可分两大类：空间特征和非空间特征，描述地理 实体的数据相应分为空间数据和属性数据。空间数据用来描述地理实体 的空间位置和相互关系。对于“地理实体”，了解其定位属性，也就是 获取其确切的空间坐标值，要比了解其一般的非定位属性更重要。实际 上，实体的许多非定位属性，如长度、面积等都是依附于定位属性的。
同其他相邻的地理实体区别开来。这些地理实体既可以是一座城市，也可 以是一片住宅，或者是一间房屋。 面向对象的实质就是使用一系列的基本数据来描述这些地理实体，包括： 对象的特定属性（空间、时间、非空间属性），对象之间的特定关系（空 间、时间、语义）。
一般认为，面向对象的地理实体描述方式特别适用于描述地理空间中各种 独立存在的地理特征（discrete spatial features），适合于那些具有完整边 界的地理目标，如：建筑物、街区、道路、行政区划等人文现象、或者湖 泊、河流、植被景观等自然现象。