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25和图2-6)。 客观现实世界 感知系统 信息处理系统抽→制图综合与内容选取 思维 信息表达系统 地图客观世界 图2-5:地图编制者的认识模型 地图所表达的客观世界 匚地图使用者的知识背景 感知系统 踪合与分析」形象思维与再 被认识的客观世界 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
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）。 思维 客观现实世界 感知系统 信息处理系统 制图综合与内容选取 信息表达系统 地图客观世界 抽象 图 2-5：地图编制者的认识模型 地图所表达的客观世界 地图使用者的知识背景 综合与分析 形象思维与再现 被认识的客观世界 感知系统 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
Economic Viabilit 口 category 1 □ category2 □ category3 图2-7:制图活动过程 1.4地理客体的科学认知 地理认知是地理信息传输过程中一个子系统。它偏重于心理感知和分析,认知者既感知图上明显的信 息也挖掘潜在的信息,不仅仅是探测、识别或区分信息,更要主动地解译信息,形成对客观世界的整体认 识。从地图学者在编制地图时的地理认知,到用图者在读图时的地理认知,这整个过程反映了人对地理课 题的认识由浅入深的特点。因为从原始制图资料到地图再到新地图的地理信息传输过程,正是人们对地理 事物的认知深度的螺旋式上升过程。地理认知不仅是地理模型的基础,而且也是制图概括的基础。 在地理认知的基础上对真实世界的信息进行抽象和概括,形成地理信息系统中的模型,在一定比例尺 下显示地理要素的分类、分级和空间图形格局。地图模型本身就是一个主观与客观相统一的过程,GS专 家在地理认知中不仅全面、综合地分析和理解地理环境,而且其认知中还包括了对一些客观的模拟标准和 规范的接受或认同。 此外,地理认知贯穿于制图概括的整个过程。具体来看,它表现在地图设计阶段,对制图概括原则、 内容、分类分级指标的“构思”上,以地理认知中所获得的关于地理环境的系统功能、层次结构、各个要 素的组合关系等的知识为指导。在地图编绘阶段,对地图要素的选取、数量和质量概括、图形简化等“构 图”操作上,在处理符合概括指标的要素或图形时能够进一步体会地理认知的控制和指导作用,做到心中 有数,操作正确,不至于误解概括指标和规则。 1.5地图是客观世界的形象—符号—概括模型 1.5.1地图是客观世界的形象模型 地图与其它地学模型的主要区别和优点在于它具有形象性,能对实际对象做出完整的、清晰的和直观 的图形描述和说明。“地图是地表空间关系和空间形式的视觉图解表象
图 2-7：制图活动过程 1．4 地理客体的科学认知 地理认知是地理信息传输过程中一个子系统。它偏重于心理感知和分析，认知者既感知图上明显的信 息也挖掘潜在的信息，不仅仅是探测、识别或区分信息，更要主动地解译信息，形成对客观世界的整体认 识。从地图学者在编制地图时的地理认知，到用图者在读图时的地理认知，这整个过程反映了人对地理课 题的认识由浅入深的特点。因为从原始制图资料到地图再到新地图的地理信息传输过程，正是人们对地理 事物的认知深度的螺旋式上升过程。地理认知不仅是地理模型的基础，而且也是制图概括的基础。 在地理认知的基础上对真实世界的信息进行抽象和概括，形成地理信息系统中的模型，在一定比例尺 下显示地理要素的分类、分级和空间图形格局。地图模型本身就是一个主观与客观相统一的过程，GIS 专 家在地理认知中不仅全面、综合地分析和理解地理环境，而且其认知中还包括了对一些客观的模拟标准和 规范的接受或认同。 此外，地理认知贯穿于制图概括的整个过程。具体来看，它表现在地图设计阶段，对制图概括原则、 内容、分类分级指标的“构思”上，以地理认知中所获得的关于地理环境的系统功能、层次结构、各个要 素的组合关系等的知识为指导。在地图编绘阶段，对地图要素的选取、数量和质量概括、图形简化等“构 图”操作上，在处理符合概括指标的要素或图形时能够进一步体会地理认知的控制和指导作用，做到心中 有数，操作正确，不至于误解概括指标和规则。 1．5 地图是客观世界的形象——符号——概括模型 1．5．1 地图是客观世界的形象模型 地图与其它地学模型的主要区别和优点在于它具有形象性，能对实际对象做出完整的、清晰的和直观 的图形描述和说明。“地图是地表空间关系和空间形式的视觉图解表象
1.5.2地图是客观世界的符号模型 地图区别于其它许多图示模型的又一特征是它采用专门设计和事先规定的符号来反映地物、现象和地 理过程,并表示它们的位置、质量特征和数量特征。各种符号的组合便构成一种地图形象,而多种地图形 象的汇集便组成一幅完整的地图图形。地图符号的作用并不仅仅局限于传输信息,它们还是记录知识、使 知识定型并系统化的强大工具。 1.5.3地图是客观世界的概括模型 地图不是客观对象的完全再现,而是通过地图制图工作者脑和手的“过滤”、概括和抽象出来的模型 对地物进行取舍、图形化简、数量和质量概括、地物协调,以及夸大表示等处理,是地图学者对地物进行 深刻理解、综合分析并抽象概括等一系列复杂的科学思维和创造性劳动的结果。因此,对制图对象进行地 图概括是地图作为客观实际模型的一个最重要的特征。 2.现实世界的抽象 对地理对象的抽象过程通常认为有9个层次[OGC,在这九个层次之间通过8个接口与它们连接,定 义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模型。这9个层次依次为现实世界( Real World)、概念世界 ( Conceptual World)、地理空间世界( Geospatial World)、尺度世界( Dimensional World)、项目世界( Project Word)、点世界( Points world)、几何体世界( Geometry World)、地理要素世界( Feature World)以及要 素集合世界( Feature Collection World)(图2-8)。连接它们的8个接口分别为认识( Epistemic)接口、GiS 学科( GIS Discipline)接口、局部测度( Local metric)接口、信息团体( Community)接口、空间参照系 ( Spatial Reference)接口、几何体结构接口、要素结构接口及项目结构接口。其中前五个模型是对现实世 界的抽象,并不在计算机软件中被实现;后四个模型是关于真实世界的数学的和符号化的模型,将在软件 中被实现。 维度世界:度 项目世界 点世界:坐标 量语言 信息团体 几何 地理空间世 几何世界:WT 界:GIS语言 概念世界:自 要素世界:要 然语言 素 现实世界:基 要素集合世 本语言 界:要素集合 图2-8: OpenGIS的九层模型 因为九层模型后面四个层次与软件实现有关,涉及具体的数据结构,本章不做介绍,可以参照“空间数据模型”和“空间 数据管理”两章的内容。本章只是介绍前五个模型——对现实世界进行抽象,得到数字化的、GIS可以管理的模型
1．5．2 地图是客观世界的符号模型 地图区别于其它许多图示模型的又一特征是它采用专门设计和事先规定的符号来反映地物、现象和地 理过程，并表示它们的位置、质量特征和数量特征。各种符号的组合便构成一种地图形象，而多种地图形 象的汇集便组成一幅完整的地图图形。地图符号的作用并不仅仅局限于传输信息，它们还是记录知识、使 知识定型并系统化的强大工具。 1．5．3 地图是客观世界的概括模型 地图不是客观对象的完全再现，而是通过地图制图工作者脑和手的“过滤”、概括和抽象出来的模型。 对地物进行取舍、图形化简、数量和质量概括、地物协调，以及夸大表示等处理，是地图学者对地物进行 深刻理解、综合分析并抽象概括等一系列复杂的科学思维和创造性劳动的结果。因此，对制图对象进行地 图概括是地图作为客观实际模型的一个最重要的特征。 2．现实世界的抽象 对地理对象的抽象过程通常认为有 9 个层次[OGC]，在这九个层次之间通过 8 个接口与它们连接，定 义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模型。这 9 个层次依次为现实世界（Real World）、概念世界 （Conceptual World）、地理空间世界（Geospatial World）、尺度世界（Dimensional World）、项目世界（Project World）、点世界（Points World）、几何体世界（Geometry World）、地理要素世界（Feature World）以及要 素集合世界（Feature Collection World）（图 2-8）。连接它们的 8 个接口分别为认识（Epistemic）接口、GIS 学科（GIS Discipline）接口、局部测度（Local Metric）接口、信息团体（Community）接口、空间参照系 （Spatial Reference）接口、几何体结构接口、要素结构接口及项目结构接口。其中前五个模型是对现实世 界的抽象，并不在计算机软件中被实现；后四个模型是关于真实世界的数学的和符号化的模型，将在软件 中被实现* 。 维度世界：度 量语言 项目世界： 信息团体 地 理空间世 界：GIS 语言 概念世界：自 然语言 现实世界：基 本语言 要素集合 世 界：要素集合 要素世界：要 素 几何世界：WKT 点世界：坐标 几何 图 2-8：OpenGIS 的九层模型 * 因为九层模型后面四个层次与软件实现有关，涉及具体的数据结构，本章不做介绍，可以参照“空间数据模型”和“空间 数据管理”两章的内容。本章只是介绍前五个模型——对现实世界进行抽象，得到数字化的、GIS可以管理的模型
2.1现实世界 现实世界是所有事物(Fact)的集合,无论人们是否知道这些事物。根据事物的本质,人们可以认识 理解现实世界中的事物。图2-9表示了人类生活于其中的现实世界。象云一样的纹理结构占据了图形的绝 大部分,代表了人们所不了解的事物,而且它们造成了宇宙的混沌状态。人们只知道一些所熟悉的事实 其中的一些被绘制在图中 名称 精髓了 图2-9:现实世界 2.2概念世界 概念世界是人类自然语言的世界,人类了解且认识其所命名的事物,因此这些事物构成了“语言的世 界”。在图2-10的概念世界中,表示宇宙混沌状态的云并不存在,因为这些在自然语言内容中通常是不可 见的。示意图显示了容易识别的事物:门、路、砖、屋顶、房屋等。用这种方法,可以返回到真实的世界 中,抽象出一个事实的本质,称之为精髓(Pith)。由于可以给出所知道的事物的名字,而且能够感受到这些 相同的已知事物的本质,所以称真实世界与概念世界之间的交互为认识接口( Epistemic Interface) 「名称1 精髓 屋顶 主路 琼的小屋 选择气L 气嵌入 图2-10:概念世界 对于GIS来讲,自然语言的概念世界并不是充分抽象的,在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才 是兴趣所在。这个子集叫做地理空间世界,人们与概念世界的交互的方法叫选择。 图2-11中,有三种实体类型。每个由一个矩形表示,并且每个用其上部的名字所表示。矩形之间的线 代表着实体之间的联系,每条线在末端带有一个作用名以解释这种联系。菱形代表聚合( Aggregation)
2．1 现实世界 现实世界是所有事物（Fact）的集合，无论人们是否知道这些事物。根据事物的本质，人们可以认识 理解现实世界中的事物。图 2-9 表示了人类生活于其中的现实世界。象云一样的纹理结构占据了图形的绝 大部分，代表了人们所不了解的事物，而且它们造成了宇宙的混沌状态。人们只知道一些所熟悉的事实， 其中的一些被绘制在图中。 图 2-9：现实世界 2．2 概念世界 概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世 界”。在图 2-10 的概念世界中，表示宇宙混沌状态的云并不存在，因为这些在自然语言内容中通常是不可 见的。示意图显示了容易识别的事物：门、路、砖、屋顶、房屋等。用这种方法，可以返回到真实的世界 中，抽象出一个事实的本质，称之为精髓(Pith)。由于可以给出所知道的事物的名字，而且能够感受到这些 相同的已知事物的本质，所以称真实世界与概念世界之间的交互为认识接口（Epistemic Interface）。 图 2-10：概念世界 对于 GIS 来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，在 GIS 中只有概念世界中一个简化的子集才 是兴趣所在。这个子集叫做地理空间世界，人们与概念世界的交互的方法叫选择。 图 2-11 中，有三种实体类型。每个由一个矩形表示，并且每个用其上部的名字所表示。矩形之间的线 代表着实体之间的联系，每条线在末端带有一个作用名以解释这种联系。菱形代表聚合（Aggregation）
例如,概念世界的存在依赖于真实世界的存在。实心圆意味着在联系的那个末端存在着一个集合(并不是 一个单个的对象),例如,每个概念世界嵌入( Embed)一系列不同的地理空间世界。 现实世界精髓 概念世界|嵌入地理空间世界 名字 选择 图2-11:现实世界与地理空间世界的联系 2.3地理空间世界( Geospatial World) 从事GIS的技术人员都习惯于把世界看作一个抽象的、几乎是具有卡通特性的世界。这是由于在概念 层次的世界充满了复杂的形状、样式、细节。这些复杂性在地理空间世界中被消除,并用简单的、浅显的 抽象来代替,这些抽象通常在时间以及空间上都是静态的。通过地理空间世界的抽象,河流是被看作线, 地形被看作等高线多边形的简化,而森林被看作多边形。 前面描述的概念世界在图2-12中以卡通的方式在地理空间世界水平上被重画。图2-12是以透视的方 式绘制的,但是地理空间世界通常是从一个“顶点”来观察,即垂直地从上向下看。注意在图中,一些特 征已经消失,另外一些已经变得大大简化。例如,一些窗户、墙、建筑物的房顶已经消失。这是由于它们 并不是GIS世界视点的兴趣所在。它们已经成为GS意识中所不可见的。当然,并不存在一个通用的定义 准确地讲,什么样的特征对于一个GIS技术人员来讲是其兴趣所在,也许有时一个屋顶可能会引起兴 趣。卡通仅仅表明地理空间世界是概念世界中的一个子集和一个简化,在地理空间世界中所讲的语言是 GIS学科语言。在图中,房屋的地基还保持着,尽管在概念世界中,部分地基被隐藏在其它要素后面。从 GIS的观点来看,一个建筑物的所有的地基都是可见的—一尽管有些是看不见的。每个GIS实现都有特定 的规则,这些规则规定了在地理空间世界中什么样的特征被识别以及它们是如何从概念世界中被简化的 例如,一个规则可以把一个砖房简化为一个三维的多面体;然而具有另一种表面物质的一个房屋被简化为 它的地基多边形。简单地讲,在概念世界中不可见的事物在地理空间世界中就变得可见了,因为这些事物 在GIS中是特殊兴趣所在。概念世界和地理空间世界之间的交互称为GS学科接口:从概念空间进行的交 互方法叫做选择。为了转换从地理空间到概念世界的这种交互,人们可以采用嵌入( Embed)方法,这种 方法把GIS感兴趣的内容放置在概念世界适当的语境( Context)中。 在地理空间世界中所认识的要素通常有一个自然的维度:0、1、2或者3,这取决于它们是否被看成 点、线、面、体。此外,根据二元拓扑关系(如包含、相邻或分开),它们还具有另外的量度。下一个层 次的抽象识别了要素固有的维度和尺度( Dimensionality and Metrics)特性,因此叫做维度世界,可以通过 在欧氏空间中进行工具测量获取要素的尺度。 抽象 选择 嵌入了 =-=-=== 世地 Jones Parcel GIS学科 抽象一手段工 气造子广 图2-12:地理空间世界
例如，概念世界的存在依赖于真实世界的存在。实心圆意味着在联系的那个末端存在着一个集合（并不是 一个单个的对象），例如，每个概念世界嵌入（Embed）一系列不同的地理空间世界。 现实世界 精髓 概念世界 地理空间世界 名字 嵌入 选择 图 2-11：现实世界与地理空间世界的联系 2．3 地理空间世界（Geospatial World） 从事 GIS 的技术人员都习惯于把世界看作一个抽象的、几乎是具有卡通特性的世界。这是由于在概念 层次的世界充满了复杂的形状、样式、细节。这些复杂性在地理空间世界中被消除，并用简单的、浅显的 抽象来代替，这些抽象通常在时间以及空间上都是静态的。通过地理空间世界的抽象，河流是被看作线， 地形被看作等高线多边形的简化，而森林被看作多边形。 前面描述的概念世界在图 2-12 中以卡通的方式在地理空间世界水平上被重画。图 2-12 是以透视的方 式绘制的，但是地理空间世界通常是从一个“顶点”来观察，即垂直地从上向下看。注意在图中，一些特 征已经消失，另外一些已经变得大大简化。例如，一些窗户、墙、建筑物的房顶已经消失。这是由于它们 并不是 GIS 世界视点的兴趣所在。它们已经成为 GIS 意识中所不可见的。当然，并不存在一个通用的定义 ——准确地讲，什么样的特征对于一个 GIS 技术人员来讲是其兴趣所在，也许有时一个屋顶可能会引起兴 趣。卡通仅仅表明地理空间世界是概念世界中的一个子集和一个简化，在地理空间世界中所讲的语言是 GIS 学科语言。在图中，房屋的地基还保持着，尽管在概念世界中，部分地基被隐藏在其它要素后面。从 GIS 的观点来看，一个建筑物的所有的地基都是可见的——尽管有些是看不见的。每个 GIS 实现都有特定 的规则，这些规则规定了在地理空间世界中什么样的特征被识别以及它们是如何从概念世界中被简化的。 例如，一个规则可以把一个砖房简化为一个三维的多面体；然而具有另一种表面物质的一个房屋被简化为 它的地基多边形。简单地讲，在概念世界中不可见的事物在地理空间世界中就变得可见了，因为这些事物 在 GIS 中是特殊兴趣所在。概念世界和地理空间世界之间的交互称为 GIS 学科接口；从概念空间进行的交 互方法叫做选择。为了转换从地理空间到概念世界的这种交互，人们可以采用嵌入（Embed）方法，这种 方法把 GIS 感兴趣的内容放置在概念世界适当的语境（Context）中。 在地理空间世界中所认识的要素通常有一个自然的维度：0、1、2 或者 3，这取决于它们是否被看成 点、线、面、体。此外，根据二元拓扑关系（如包含、相邻或分开），它们还具有另外的量度。下一个层 次的抽象识别了要素固有的维度和尺度（Dimensionality and Metrics）特性，因此叫做维度世界，可以通过 在欧氏空间中进行工具测量获取要素的尺度。 图 2-12：地理空间世界