空间数据问题与GIS的困惑.doc

测绘信息网---测绘、GIS论文中心 空间数据问题与GIS的困惑 黎 舒（贵港市勘察测绘研究院 广西贵港） 【摘　要】　本文讨论了GIS空间数据的几个理论问题：空间数据概念的完整性，空间数据量，面向多维空间、动态分析的空间数据结构，以及GIS空间数据的初始化和空间尺度等。文中深入分析了认识和解决这些问题所面临的困惑，并探讨了地图代数作为一种解决思路的可行性及其若干优点。【关键词】　GIS空间数据 多维空间 空间尺度 地图代数　　0 引 言测绘信息网　　回顾地理信息系统（GIS）发展的历史，可以看出：（1）其发展轨迹由地图学到地图数据库，再到计算机辅助制图，然后到今天的地球科学与信息学的合成——地球信息学，学科本身不断发展、融合其它相关学科：（2）GIS的应用领域不断拓广，应用层面也不断深入；（3）对分析功能的关注程度逐渐加强。　　GIS的功能主要体现在三个方面：数据库功能、可视化功能和分析功能。当前地理信息的管理及可视化已囊括了相当范围，包含对地理空间实体的定位、浏览、查询、管理和动态监测、属性数据的统计分析等等方面，理论较为成熟，在实践中也有了广泛的应用。然而，作为GIS区别于MIS或其它信息系统的一个本质特征，不管是理论研究还是实践应用，空间分析都是一个相对薄弱环节。对已有地理信息数据的深入分析、预测及动态过程的管理和控制等等分析功能，实质上会产生更巨大的社会、经济效益，具有更广阔的发展层次。因此，地理信息分析必将成为今后GIS研究的重点和热点。　　空间分析是地理信息分析的重要方面，相对属性数据分析来说更加复杂，学术界对此也倾注了更多的重视。但是，关于GIS空间分析的几个基础理论问题，如空间数据概念的完整性，空间数据量，GIS的基础空间尺度等，以往的研究还有所欠缺。正由于此，使得GIS的发展在目前遇到了一些困惑，或者说难以解决的瓶颈问题。本文试图对这些问题进行较为明确的阐述，并尝试给出对于这些问题的解决途径，以供讨论。　　1 地理信息空间数据测绘信息网　　地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地球表层物体及环境所固有的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律。地理信息从哲学角度来讲，可以分为质、数、时、空四类；从地学的角度讲，可以分为空间数据和属性数据。质、数、时特征属于属性数据，空特征则属于空间数据。　　空间数据是实体本身的地理属性，包含实体本身的位置数据以及实体间的空间关系数据两部分，是地理信息的本质特征。笔者认为：以往对于地理信息的空间数据的认知不够完全，完整的空间数据概念由“位”、“邻”、“近”、“势”四类信息综合描述更为全面和妥当。对于这四类信息笔者的定义如下：　　“位”——即空间点、线、面实体的位置数据。如经纬度，大地高或笛卡儿坐标x、y、z。这一类数据是基本的、必须的。其数据量是有限的。　　“邻”——即空间点、线、面实体的邻接关系数据，它们一般均通过“公共元”或“邻接元”相互关系和区分。也即讨论比较多的“拓扑”关系数据。“邻”数据是GIS空间分析的基础，如土地利用发展变化中的叠置分析。“邻”数据量远大于“位”数据量。　　“近” ——即空间点、线、面实体间及附近空间的关系数据。如地理空间中随比例尺缩小两个实体间在符号化时的压盖、避让等关系数据。“近”数据量是巨大的，在矢量数据结构下，显式地组织是有相当困难的。测绘信息网　　“势”——即空间全部实体间的相互关系，它也表明空间各实体对空间任一点的影响，如空间中“场”的概念。势数据蔓延整个地理空间，无边无涯。目前看来，矢量实体目标间的“势 ”关系尚无法表达。　　显然，“近”及“势”，所描述的是对各实体本身以及实体外的空间关系，对准确刻划空间实体特征是非常必要的。这与现代科学关于空间是决定于物质及运动的观点是一致的。　　2 空间数据与GIS的发展　　在GIS发展的起源——传统的地图学时代，在纸质图上集中关注的是地理空间中各个实体的位置数据。到了计算机技术飞速发展的20世纪70年代，空间信息的传输由简单线划变成多媒体形式，虽然这些信息的表达形式和手段越来越丰富，但其功能的出发点还是传统研究GIS的角度——主要用于计算机辅助制图，把描述或表现的重点放在“位”数据和少量的关系数据上，如现行矢量型GIS平台Arc/lnfo、MGE等均构造在矢量的分层拓扑模型之上，它给出了空间的“位”、“邻”、“层”的概念，对于GIS的空间分析发展是一个巨大的飞跃：依赖“位”和“邻”数据，使得能够轻松地对空间的点、线、面进行缓冲区分析、叠置分析。人们在对GIS这种出色的特性感到兴奋的同时，逐渐又提出了更高的要求。这其中一个重要的例子即是制图综合。如“数字地球”所描述的那样，人们期望对于全地球表面的地理现象能够进行跨比例尺、多分辨率三维虚拟表示，甚