空间信息和空间数据

我们借助于外感官（我们意识的一种性质）表象给我们自己外面的对象，这些对

象毫无例外的在空间里面。这些对象的形状、大小、以及它们相互间的关系是在

空间里被规定的或能够在空间里被规定的。

空间不是一个从外部经验得来的经验概念。因为为使着某种感觉与我以外的某些

东西发生关系，以及同样地为着我能把那些感觉表象为互相在外、互相靠近，从

而不只是彼此不同，并且是在不同的地方，这样就一定要以空间观念为前提。

康德

第二章从现实世界到比特世界

导读：本章从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象的过程。空间认知属于行

为地理学的范畴，它研究个体如何对现实世界进行认知，并在意识中编码的过程。

在认识的基础上进行逐步抽象，最后得到数字化的空间数据，这正是OpenGIS九层

抽象模型前五层所描述的内容。最后是空间数据库模型，进一步强调了该抽象过程。

本章的内容有助于加深对空间数据和空间信息的理解。

从现实世界到人的概念世界，再到数字世界，最后通过用户改造自然的活动反馈到现实世界，这中间三个阶段对应着地球信息科学的三个研究领域，即地理认知模型的研究、地理概念计算方法的研究以及地理信息与社会的研究。如图2-1所示。

图2-1：地理信息流与地理信息科学三个领域

1．对现实世界的地理认知

地理环境是复杂多样的，要正确地认识、掌握与应用这种广泛而复杂的信息，需要进行去粗取精、去伪存真的加工，这就要求对地理环境进行科学的认识。对于复杂对象的认识是一个从感性认识到理性认识的一个抽象过程。对于同一客观世界，不同社会部门或学科领域的人群，往往在所关心的问题、研究的对象等方面存在着差异，这就会产生不同的环境映象。

1．1认知的含义

认知属于心理学的范畴。认知理论早在70年代就被引入地图学，并用“刺激——反应”的关系模式来研究用图者在读图时的心理——物理反应。始于90年代的地图制图可视化研究也应用了认知概念，使“刺激——反应”模式的研究向纵深推进了一步，地图制图可视化的实质是探讨地图信息传输过程中人对空间客体的认识。根据空间信息分析以及空间信息可视化的需要，认知应该是知觉、注意、表象、记忆、学习、思维、语言、概念形成、问题求解、情绪、个性差异等有机联系的信息处理过程。

在简单的认知系统中，感知系统从外界环境输入刺激、进行变换整合，提取刺激特征加以组合，输出经编码的物理刺激。长时记忆系统将输入的经编码的物理刺激与系统只能感知的信息进行比较与模式匹配，一部分信息被激活，这部分被激活的信息送入短时记忆系统。短时记忆系统对输入的有限信息进行精细加工，通过反映系统来输出动作、语言、表情等。中枢处理器进行系统控制和处理，决定目标先后次序和监督当前目标执行，图2-2描述了空间认知的框架。

图2-2：空间认知

空间认知

地理学家和心理学家对空间进行了大量研究，得到了许多有趣的结论，它们成为行为地理学中研究人的空间决策的基础；在GIS中研究空间认知，可以指导建立更加符合人类思维的空间模型和信息表现方式。下面介绍的是与空间认知有关的知识。

1）个体的空间认识的形成和发展

J.Piaget认为，空间认识具有四个层次：感觉运动（Sensorimotor）的层次，它以行动的表象为依据；前运算期（Pre-operational）的层次，其基础是从记忆中获得的有关客观世界的知觉的映象；形象运算（Concrete Operational）的层次，其中允许符号化、系统化的环境心理表象；形式运算（Formal Operational）的层次，在该层次中，个体具有假设——演绎推理能力，能够处理独立于行动、客体、空间的抽象的空间概念。图2-3表示了个体成长过程中的空间认识的发展。

地理信息系统就是信息加工系统，即输入信息，进行编码，存储记忆、做出决策、输出结果。这就是环境信息流在人的大脑中的处理过程被地理信息系统所模拟和复制的原因，当然，认知的目的在于求解问题，即找到问题的解决方案。认知操作包括常规问题求解和创造性问题的求解。

1．2环境映象与模型

环境映象可以看作是被学习到的稳定的思维概念，它总结了个人对环境的认识、评价和选择能力，对任何人与环境相互作用的调查研究来说，理解大脑处理使用什么样的信息就显

得至关重要。人与环境相互作用的关系见图2-4所示。

图2-4：人与环境的相互作用关系图

在环境映象研究中，如何从个人那里提取对大尺度环境有意义的信息？如何展现该信息，以便使个人的认知范围和程度明朗化？如何分析这些信息？最为普遍的方法是绘制描述环境要素的简图，通过描述环境要素的序列、要素之间的联系和差异、映象的类型、细节和规模的变化等来提供信息，即构造模型。在科学研究中，经常用模型作为实际对象的代替物或模拟物，它们与被研究的对象之间存在某种程度的一致或相似的映射关系：借助模型所获得的结论和推论又可转用于实际对象上。地理学中所采用的表现模型多种多样，例如各种地图、航空和航天遥感图像、统计图表、剖面图等，但是地图是地学中使用最普遍、也是最重要的模型。从模型的特性和实质来看，地图是客观世界的形象/符号/概括模型。单幅地图是模拟客观实际的某一方面的模型，而系列地图和地图集属于高层次的模型，即地理系统的模型，它们模拟的是自然要素和社会经济要素的总体，反映出这些要素的相互联系、相互作用、解析特征与综合效果、现状与未来发展趋势，以及它们所形成的复杂巨系统的功能特征等。

1．3地图认知模型

地图认知模型分为地图编制与设计者的认知模型和地图使用者的认知模型（图2-5和图2-6）。

图2-5：地图编制者的认识模型

图2-6：地图使用者的认识模型

制图者的认知模型强调对所表达事物和现象的认知，以及对表达内容的表现形式的认知。制图者认知的目的是指导制图者选取最主要的制图内容与最适合的表现形式，以高效地传输空间信息（图2-7）。

地图使用者的认知是在已有地图的基础上，结合读图者的自身的空间知识与背景，完成对地图对象的认知，从而间接达到认知客观世界的目的。