地理空间数据挖掘与知识发现——地理单元数据集的研究与开发.pdf

地理空间数据挖掘与知识发现 ——地理单元数据集的研究与开发 李莉王海清 国家基础地理信息中心北京100044 摘要 地理学是一门研究地壳表面自然要素与人文要素相互关系及相互作用的科学。在现代自然科学和 社会科学发展的影响下，定量化、系统化研究，使得地理学的研究从静态、定性描述走向动态、定量分析。 本文讨论了空间数据挖掘与知识发现的方法，以基于D鞠数据进行流域单元提取为例，实现了对D脚数据 的知识挖掘的尝试，并就处理过程中选用的主要算法和应用中遇到的具体问题进行了探讨。 关键词 地理空间数据挖掘与知识发现地理单元基础地理数据 一、概述 地理学是一门研究地壳表面自然要素与人文要素相互关系及相互作用的科学。二十世纪下半叶 地理学发生了一场悄悄的革命，地理学重新发现和重新认识。地理学的研究领域正经历着横向扩展 和纵向深化，这种既有学科综合、又有学科分化的趋势，适应了现代科学的发展潮流。在自然科学 与社会科学趋于融合的新形势下，出于两大科学体系结合部的地理学，以其优越的科学地位而处于 有利的发展时机。地理学的理论与方法、空间与尺度等地理学的概念在许多领域，尤其是一些前沿 学科里得到重视与应用。研究人员、决策者、商业界人士应用地理学的视角和工具处理各类学科和 社会需求。地理学的影响正远远扩展到其专业从业者范围以外，进一步证明了地理学与自然科学和 的社会科学紧密关系。在现代自然科学和社会科学发展的影响下，地理学的研究也增强了经济观点、 社会观点和生态观点，不断地吸收现代科学的理论与方法。定量化、系统化研究，使得地理学的研 究从静态、定性描述走向动态、定量分析。 国家提出以信息化带动工业化的政策，对信息化建设提出了更高的要求。为了有效地推进信息 化建设， 实现信息共享和信息集约化建设，丰富和改善现有统计数据的内容和质量， 保证信息源 的权威性、可靠性、稳定性至关重要。对空间信息资源的开发程度将在一定程度上影响一个国家的 综合实力，决定一个国家的竞争力，大规模的空间信息的深入分析能力对未来的自然资源开发与利 用、自然灾害预测与防治、国防与战争等等多个方面都至观重要，数据挖掘是对大规模空间信息进 行深入分析的主要途径之--[6]。在多尺度、多种基础地理数据源的基础上，结合统计资料和野外调 查数据进行地理信息处理、分析和统计，挖掘和开发现有基础地理数据资源中潜在的知识和可利用 价值，形成一套定量化、可视化的地理单元数据集，为国家行政管理、经济建设、科学文教等提供 基础性、权威性参考资料。该数据集在宏观方面服务于基于空间分布的统计分析、国情分析：在微 观方面服务于区域和地方的地理空间认知，服务于区域工程勘察和资源环境调查研究。 从二十世纪八十年代至今，我国空间基础设施建设取得了长足的进步，积累了大量、丰富、不同形 式的空间数据资源，空间数据的更新、整合与知识挖掘成为当前基础地理信息建设的新任务。迫切 需要将已有的数据转换为有用的信息和知识，避免出现“数据丰富，但信息贫乏”的状况。 二、地理空间信息 地理空间信息是描述关于人类赖以生存的地球的昨天、今天和明天的重要信息，对社会持续发 展起着重要作用。现代社会生产力的迅速发展以及社会活动的增强，使人类对于环境作用的强度比 以往任何时候都突出，社会和经济等重大问题的决策无不与地理空间信息相关。现实世界是一个无 578 边无际、无缝连续的地理空间，从宏观到微观，信息逐步详尽。这一客观世界的描述可以通过多尺 度空间信息的集成，实现对大范围的空间漫游和纵深方向的信息检索与查询。 传统测绘成果主要靠手工劳动，生产周期长，产品单一，现势性差，尤其在信息集成、变换方 面受到很大限制。建国以来，国家投入上百亿元资金，组织对960万平方公里陆地和300万平方公 里的领海海域进行测绘工作，获得了大量基础地理信息数据和资料，为我国国民经济建设，提供了 大量基础定位控制信息。随着计算机科学技术和数字化测图技术的发展，为空间数据的获取、表达、 存储和提供利用提供了新的技术手段，促使我们构建一套新的国家基础空间数据框架，包括大地测 量数据、影像数据、地形数据、地名数据、土地覆盖数据、地理单元和各种专题应用数据。 基础地理信息具有以下特点： ·空间定位功能 空间定位功能是国家基本比例尺地形图所具有的独特功能。 地形图的制作遵循严密的数学法 则，是空间