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§2.3 地球空间的认知模型与信息图谱

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3 地球信息图谱理论

3 地球信息图谱理论

2 黄河三角洲的多重生态界面
脆弱的生态环境，叠加上人类活动的影响， 黄河三角洲的生态灾害趋于多元化、复杂 化。研究黄河三角洲土地利用的时空变化 规律，对于有效防止生态灾害的发生具有 重要意义，可为黄河三角洲制定合理的开 发利用战略提供参考依据。
3 黄河三角洲土地利用数据来源和处理
利用ARC/INFO和ERDAS等软件对历史地图数字化、修正现有矢量数 据、对遥感影像进行分类，利用野外调研数据进行检验，最后采用误 差矩阵进行评价(精度都达到90%以上)。主要利用了如下4期土地利用 数据. (1) 1956年土地利用数据(I : 5万)主要来源于1956年航测地形图和历史 调查图，研究区范围由1954年海岸线和1991年行政边界共同界定， 是一个“虚拟的东营市”。 (2) 1984年土地利用数据((1:10万)来源于1984年10月4日TM影像监督 分类，并用80年代中期野外调查数据进行修正，采用同期TM影像上 的海岸线与东营市行政边界来界定研究区范围(东营市于1983年10月1 日建市)。 (3) 1991年土地利用数据((1:5万)来源于黄河三角洲1991年1:5万地形 图及其土地利用数据，并根据1991年9月TM影像对其海岸线和部分空 间数据作了修正。 (4) 1996年土地利用数据(1:10万)来源于1996年9月20日TM影像，并 使用1:1万东营市土地利用图和1:1万航片测绘图(由东营市土管局规划 站提供)进行更新和修正。
3.2 地球信息图谱的分类
按照图谱功能： (1)征兆图谱。 反映事物和现象的状况和问题 (2)诊断图谱。 借助工具，找出问题，形成认识 (3)实施图谱。 调控方案
黄海辐射沙洲水下数字地形
华北平息图谱理论
3.1 地球信息图谱概念 3.2 地球信息图谱的分类 3.3 地球信息图谱的应用领域 3.4 地球信息图谱的生成与传输模式 3.5 地球信息图谱工作流程 3.6 Case Study

地理空间认知模型简介

地理空间认知模型简介

地理空间认知模型简介根据GIS 数据组织和处理⽅式，⽬前地理空间认知模型⼤体上分为３类，即基于对象（object唱based）、基于⽹络（network唱based）和基于域（field唱based）的认识模型。

基于对象的模型，对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、⾯之间的拓扑关系。

每个对象对应着⼀组相关的属性以区分各个不同的对象。

基于⽹络的模型基于⽹络（network唱based）的空间模型与基于对象的模型在某些⽅⾯相同，都是描述不连续的地理现象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的相交情况。

实际上，⽹络是由R２中的若⼲点及它们之间相互连接的线（段）构成。

亦即在地理空间中，通过⽆数“通道”互相连接的⼀组地理空间位置。

现实世界许多地理事物和现象可以构成⽹络，如公路，铁路，通讯线路，管道，⾃然界中的物质流、物量流和信息流等，都可以表⽰成相应的点之间的连线，由此构成现实世界中多种多样的地理⽹络。

按照基于对象的观点，⽹络模型也可以看成基于对象的模型，它是由点对象和线对象之间的拓扑空间关系构成的。

基于域的模型基于域（field唱based）的空间模型把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待，例如，⼤⽓污染程度、地表温度、⼟壤温度以及⼤⾯积空⽓和⽔域的流速和⽅向。

根据不同的应⽤，域可以表⽰⼆维，也可以表⽰三维地理空间。

由于⽹络是由⼀系列节点和环链组成的，从本质上看与基于对象或⽬标的模型没有本质的区别。

因此有的学者认为空间数据模型可归结为基于对象（⽬标）和基于域（场）两类。

同时，应该指出，对象和域可以在多种⽔平上共存，即在许多情况下需要采⽤对象模型和域模型的集成，基于域的模型和基于对象的模型各有长处，应该恰当地综合应⽤这两种⽅法来建模。

不论是在GIS 应⽤模型的⾼层建模中，或是在GIS 的数据结构设计中，还是GIS 的应⽤中，都会遇到这两种模型的集成问题。

02第二章 地球空间认知与现代测绘成图-103

02第二章 地球空间认知与现代测绘成图-103

间。地理空间及其信息是地图学研究的重点对象和平台。
(2) 地球/地理空间构成
地球空间构成 地球空间最外是大气层，最里是地壳以下的地质层，
中间是海洋和陆地范围，包括地壳以上地球表层的所有
物质，构成了由各种地球圈层所组成的空间；
地理空间构成
地理空间主要由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、 生物圈、人类圈（亦称智慧圈）所构成。它是地球表
通常要经过验证、修改、编辑等处理。目前，地理空间数 据采集的技术和方法很多，包括手工输入、数字摄影测量、 多源遥感、地图扫描数字化、GPS测量、实验观测等。 地理空间数据采集的主要内容为几何数据及其属性数 据，至于拓扑数据一般在几何数据的基础上按需要再进行 数据的挖掘或处理获得。
(1) 几何数据的采集 • 空间数据源和采集设备都具有多样性和丰富性。 • 空间几何数据采集的具体方法依据,就是如何利用几 何数据、设备状况、人力资源和财力状况等条件。 • 矢量数据的采集，一般有跟踪数字化和扫描数字化。 • 扫描数字化因其采集速度快、不受人为因素的影响、 操作简单而越来越受到人们的欢迎，再加之计算机运 算速度、存储容量的提高和矢量化软件的踊跃出现， 使得扫描数字化已成为几何数据采集的主要方法（图 2-2、图2-3 ）。
3.地理空间数据
(1) 地理实体 将地理空间中复杂的地理事物进行抽象得到的地理 对象称为地理实体或空间实体、空间目标，简称实体 (Entity)。实体是现实世界中客观存在的，并可相互区别 的事物，例如，某城市、河流、道路、花坛、楼房等。 实体可以指个体，也可以指总体，即个体的集合。它们 抽象的程度与研究区域的大小、规模不同而有所不同， 如在一张小比例尺的全国地图中，洞庭湖被抽象为一个 点状实体，而在较大比例尺的湖南省地图上，需要将洞 庭湖的范围、水系等详尽地表示出来，洞庭湖则被抽象 为一个由简单点、线、面实体组成的复杂组合实体，其 抽象程度较前者而言较小。因此，地理实体是一个具体 有概括性、复杂性和相对意义的概念。

地理信息系统原理第2章 空间数据模型

地理信息系统原理第2章 空间数据模型

1）图斑模型：平面划分为若干区域，每个区域用一个数学 函数来表示一种属性的变化。
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。
地理信息系统原理
第二章 空间数据模型
第1节 地理空间与空间抽象 第2节 数据概念模型 第3节 空间数据与空间关系 第4节 空间逻辑数据模型
第1节 地理空间与空间抽象
1） 地理空间与空间实体 2 ）空间认知和抽象
1） 地理空间与空间实体
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
几何图形数据 影像数据 属性数据 地型数据 元数据
地理数据（空间数据）的基本特征
地理数据一般具有三个基本特征： 属性特征（非定位数据） 空间特征（定位数据） 时间特征（时间尺度）
地理实体的几何抽象
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)：
学校
菜场
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。
第二章 空间数据模型
第1节 地理空间与空间抽象 第2节 数据概念模型 第3节 空间数据与空间关系 第4节 空间逻辑数据模型
第4节 空间逻辑数据模型
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。

地球空间的认知模型与信息图谱

地球空间的认知模型与信息图谱

四、地球系统对象的信息图谱模型
1．基础图谱
由于地球是一个复杂的巨系统，作为地球系统的重要 组成部分的资源环境子系统也具有复杂性的特征，它们的 信息图谱也是非常复杂的。
气象动力图谱 不同尺度的锋面云图谱、气旋云图 谱和强对流云图谱，包括它们的形体特征及能量特征、卫 星云图特征。
海洋动力图谱 不同尺度的波浪图谱、洋流图谱、 涡流及水团图谱、潮汐图谱，包括它们的形体特征、能量 特征及遥感影像特征。
人的认识不是一次就能完成的，它需经过“由表及里”、 “由粗到细”、“去伪存真”、“由个别到一般”、“由一
般再回 到个别”的反复、多次认识的过程。特别还强调通过实践来 提高认识，即实践、认识、再实践和再认识的过程，直至由 “感性认识到理性认识”。
“认知”的关键在于“识别”。识别可以划分为： 物理识别：指对目标物的物理、化学和生物学的量化认识
地球动力图谱 不同尺度的地质力学图谱、地壳构 造图谱、地形变图谱、海洋重力图谱、固体潮图谱，包括 它们的形体特征、能量特征及遥感影像特征等。
环境图谱 地质岩性、构造图谱、地形地貌 图谱、生态景观图谱等。
资源图谱 各种类型的森林图谱、草场图谱、 耕地类型图谱、水资源图谱(河流、湖泊等)、矿 产资源图谱(如蚀变带图谱等)。
2.研究现状 目前，许多学科都总结性地编制了各种各样的 图谱，如海洋科学的“波浪谱学”和“海洋动力图 谱”， 水文水利科学的“黄河水文泥沙图谱”，气象科学的 “大气过程云系图谱”，遥感科学的“地物波谱志” 和“遥感影像图谱”等，都是典型的资源环境图谱。 可见它们在资源环境的研究中不仅早已被应用，而且 应用还非常广泛。人们通过对资源环境图谱的研究， 不仅揭示了它们的规律，而且还促进了应用。
认知的基本原理是：所有的物体都有自己特有的 物理和能量特征。物理特征如形状、大小、结构、颜色、 温度等外部特征，及组成成份及结构等内部特征。能量 包括重力(重量)、磁力、声波及电磁波谱特征(x射线、 可见光、红外线到无线电波等)。可根据物理的和能量

第10章 地球信息图谱

第10章 地球信息图谱
河南大学环境与规划学院
2.2 单击 地球信息图谱与地学图谱区别 此处编辑母版标题样式
（1） 地学图谱 在时间演化过程的系统中，能同时表达空间 差异的地图，都可以称为地学图谱。 从严格的意义讲，地学图谱是指按照一定指 标递变规律或分类规律排列的一组能够反映地学 空间分布规律的地图、图表、曲线或图像等。它 具有图谱的一般特征，即通过图形反映内在规律， 是对地理空间格局的真实表达，并可借助于其规 律来推测未来。 图谱借助于计算机可视化与虚拟技术，能多 维地、动态地显示地球各类现象的形态结构特征 与时空演变规律。
主要内容 单击此处编辑 母版标题样式
1 地球信息图谱产生和发展的基础 2 地球信息图谱的定义和内涵
3 地球信息图谱的建立与传输理论
4 地球信息图谱的应用
河南大学环境与规划学院
单击此地球信息图谱 处编辑母版标题样式
地球信息图谱是由遥感、地图数据库与地理 信息系统的大量地球信息， 经过图形思维与抽象 概括，并以计算机多维动态可视化技术显示地球 系统及各要素和现象的 宏观、中观与微观的时空 变化规律。同时经过空间模型与地学认知的深入 分析研究，进行推 理、反演与预测，形成对事物 和现象更深层次的认识，有可能总结出重要的科 学规律。在此基础上为经济与社会可持续发展的 宏观规划决策与环境治理、防灾减灾对策的制定， 提供重 要科学依据与明确的具体结论。
河南大学环境与规划学院
2.2 单击 地球信息图谱与地学图谱区别 此处编辑母版标题样式
（3） 地学图谱与地球信息图谱的差异
⑤地球信息图谱可建立相应的数学模型， 借助于较多的分析应用软件，提出各种具 体明确的应用方案，而且可以进行动态模 拟分析、地理过程分析，反演过去，预测 未来。
1.1 地球信息图谱产生和发展的基础 单击此处编辑母版标题样式

2第三章 空间数据模型(第一节)

2第三章 空间数据模型(第一节)

2.地理信息系统的空间数据及 其特征
空间数据特征： 空间特征和属性特征
——描述空间位置和拓扑关系的数据， 与地图要素的几何特征有关，称为空间 特征数据 ——描述地理要素和地理现象属性的数 据为属性数据。
2.地理信息系统的空间数据及 其特征
3.空间数据的主要结构类型
矢量数据
栅格数据
矢量数据
栅格数据
第三章 空间数据模型
第一节 空间数据概念
1.地理空间及其表达（书本28页）
地理空间概念 ——地理空间定位框架及其所联结的特征实体
平面位置及高程
事物的几何形态
第一节 空间数据概念
1.地理空间及其表达（书—栅格表示法
2.地理信息系统的空间数据及 其特征
空间数据—— 在地理系统中，描述地理要素和 地理现象的数据称为空间数据，主要包 括空间位置、拓扑关系和属性三个方面 的内容。

地图学课件_地球空间数与数字测绘

地图学课件_地球空间数与数字测绘

A
B
C D
E SF53
F
G H I
J
K
47
49 50 51 52 53 54 55 56
3）行列-自然序数编号法
51 52 53 54
E
F
F53
G
H
51 55
52 53 54
56 57
51 52 53 54
E
51 52 53 54
F F53 55 56 57 58 F-53-28
G
59 60 61 62
如 北京 在1：100万图幅位于 东经114°～120° 北纬36°～40°， 编号：J-50
52
18
78
17
90 16 84
20
19 66
72
126 10
120 11 114 12 108 13 102 14 96 15
21
60
22
54
23
H
63 64 65 66
58
59 60 61 62
63 64 65 66
F-53-28
要求：系统性、逻辑性、不重复性
48
4、我国基本地形图的分幅和编号
一）20世纪70-80年代我国基本比例尺地 形图的分幅和编号
1：100万地图是我国基本比例尺地形图的分幅和编 号的基础。
49
1 : 10 0万
4 1:50万 4
26
中国的大地控制网
2.2 中国的大地坐标系统
由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全 国各地。
平面控制网 : 按统一规范，由精 确测定地理坐标的地面点组成， 由三角测量或导线测量完成，依 精度不同，分为四等。
27

地图学课件第二章地球空间与数字测绘

地图学课件第二章地球空间与数字测绘
遥感信息主要来自于卫星遥感和航空遥感，包括卫星像片和航 空像片资料等；是测制大比例尺地图和更新地图的基本依据，含有 丰富的资源与环境信息，可以与地理地质、地球物理、资源环境、 军事应用等方面的信息进行融合和综合分析；主要通过遥感技术、 航空/地面摄影等手段来获取，不与探测目标直接接触，而是通过探 测和记录反射或发射的电磁波来获取或测量数据或接收信息；遥感 数据信息的获取必须有遥感平台、传感仪器、地面信息接收与处理 以及应用分发服务等几部分组成。
地球空间信息及数据有空间、属性、时间3个基本特征(图2-1) 。
空间特征 描述事物或现象所在的空间位置以及空间相互关系， 又称几何特征和拓扑特征，前者可以根据地球空间坐标系定 义，如大地经纬度坐标与高程数据值；后者可以空间上的相 邻、相交、相离与包含等拓扑关系定义。
属性特征 描述事物或现象的性质和数量特征指标的非空间数据， 如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。
由于受社会体制的制约，有些文本信息需要组织内部与其之间 的合作，有些信息具有一定的保密性，需有一定的使用权限。 ⑥统计信息
指包括社会、经济、自然等属性数据信息；统计信息的获取一 般需要随机取样的过程，其步骤为确定问题和搜集的数据类型、确 定样本数据的区域和实践、确定样本结构、指明样本单位、决定样 本大小、指明收集数据的样本方案和算法等；
第二章 地球空间与数字测绘
本章要点
重点讲述地球空间及空间信息的概念，空间数据基础知识， 地球体模型，地球空间参照系，空间尺度与地图比例尺，传统实 测成图法，传统编绘成图法，数字测量成图法，数字编绘成图法 等地图测绘成图的基本概念、内容、原理和方法。
基本概念
地球/地理空间，信息，数据，地球/地理空间信息，地球/地 理空间数据，地学信息可视化，地球空间信息科学，地球体模型， 自然球体，大地水准面，大地体，旋转椭球体，参考椭球体，正 球体；空间参照系，地理坐标系，大地坐标系，参心坐标系，地 心坐标系，“WGS-84”坐标系，高程系统，地理格网参照系， 地理时空坐标系；空间尺度，时间尺度，地图比例尺；地图设计， 地图编绘，地图制印；数字测绘，GPS测图，全站仪测图，数字 影像测图，数字编图，数字/电子出版。

地理信息空间信息基础ppt课件(共27张PPT)

地理信息空间信息基础ppt课件(共27张PPT)
通常以点状符号的形状和颜色表示质量特征，以符号的尺寸表示数量特征，将点状符号定位于事物所在的相应位置上。
地物的特征信息。 如河流，在小比例尺的地图上，被表示成线状地物，而在大比例尺的地图上，则被表示成面状地物。
2 对地理信息系统进行数字化描述
通过如右图所示的遥感图象，明显地 椭球体的大小通常用两个半径——长半径a和短半径b，或由一个半径和扁率α来决定。
（a）
（b）
（c）
图3-8 河流的显示和隐式表示
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►栅格数据结构：计算机对地理实体的显式描 述。矢量数据结构：计算机对地理实体的隐 式描述。
►在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地 分为一个个小块〔通常为正方形），地理实 体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置 决定，小块的位置则由其横排竖列的数码决 定，每个地理实体的形态是由栅格或网格中 的一组点来构成。
地理空间的实体分为点、线、面三种要素
（1〕点状要素
点状要素，是指那些占面积较小，不能按比例尺表示，又要定 位的事物。因此，面状事物和点状事物的界限并不严格。如 居民点，在大、中比例尺地图上被表示为面状地物，在小比 例尺地图上则被表示为点状地物。
通常以点状符号的形状和颜色表示质量特征，以符号的尺寸表示数量 特征，将点状符号定位于事物所在的相应位置上。图2-3为几种点 状符号举例。
第二章 空间信息基础
第一节 常规的地理空间信息描述法 第二节 地理信息数字化描述方法
第一节常规的地理空间信息描述法
►1、地球空间模型描述 ►第一类是地球的自然表面，它是一个起伏不
平，十分不规则的表面，非常复杂，难以用 一个简洁的数学表达式描述出来，所以不适 合于数字建模；它在诸如长度、面积、体积 等几何测量中都面临着十分复杂的困难

2-地理空间认知

2-地理空间认知

GIS空间认知原理主要内容基础空间认知变化空间认知GIS技术认知总结1、基础空间认知地理空间与地理系统地理空间——是地球上大汽圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，即地球表层空间。

地球上许多自然和生物现象大都发生在地理空间中；地理系统——地球表面的几何模型：•共分为四类（自然表面、大地水准面、椭球体模型、数学模型）。

自然表面地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面：非常复杂、难以表达；大地水准面从海平面延伸到所有大陆下部且与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。

动态性；椭球体模型采用旋转椭球体来代替地球体。

规则的数学表面，扁率为：1/293;三种模型的关系地理空间认知流程OGC：由于地理信息的复杂性和人们认识观念上的差别，不同的学科可能对地理空间世界按照各自的认识和思维方式来构造不同的模型。

地理空间认知模型三层次模型：抽象层次比较细致，但较繁；为了简单明确地描述GIS的抽象过程，归纳三个层次来进行抽象。

z 气候变暖——天气极端异常z 环境变化——生态严重破坏z 灾害变化——频繁危及人类2、变化空间认知沙尘暴灾害地震灾害-汶川泥石流灾害-舟曲暴雨灾害-印尼海啸灾害-日本认知——预知• 科学防范胜于救灾。

• 极端天气、环境恶化、灾害频发需要人们采用先进手段对细微征兆进行精确监测，准确作出判 断，及时发出预警，科学指挥应对。

认知活动的手段 包括两类一类是硬件， 如科学仪器和 设备等，是人 体器官的延长;另一类是软件，如 科学理论和科学方 法等，是人类器官 的扩大。

随着科学的发展和认识的深化， 随着科学的发展和认识的深化， 工具要素处于越来越重要的地位。

工具要素处于越来越重要的地位。

人类生活在地球上，人类的一切活动无不与 地理空间信息相关。

什么时间，什么地点，发生 了什么事情，为什么发生在这里，事发地点的环 境及其与周围环境的关系，这都是人们比以往任 何时候都更为关心的问题。

时间、空间、属性，这是地理空间信息的三 要素，每个人的工作、生活和学习中每时每刻 都会涉及到的。

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环境图谱 地质岩性、构造图谱、地形地貌 图谱、生态景观图谱等。 资源图谱 各种类型的森林图谱、草场图谱、 耕地类型图谱、水资源图谱(河流、湖泊等)、矿 产资源图谱(如蚀变带图谱等)。 人工建筑的图谱 城、镇、村等居民点图谱； 铁路、公路、机场、站场、码头、港口、桥梁等 交通设施图谱；不同功能的建筑物，包括不同类 工厂、商店、仓库、学校、医院、机关、公园、 游乐场等的图谱；商业区、文化区、工业区、住 宅区等图谱、高压线、油管等的图谱。
§2.3 地球空间的认知模型与信息图谱
一、认知理论的基本概念
认知心理学，或认知科学，是60年代才兴起的新的心 理学分支学科。认知科学、计算机科学和地理科学三者相 结合，将成为发展地理专家系统的理论基础。认知科学和 地理科学相结合所产生的地理认知图式，是地理专家在解 决地理问题时的逻辑思维体系，这个思维体系用计算机程 序来实现就成了地理专家系统。地理专家系统有两个组成 部分：第一，地理学的认知理论；第二，计算机人工智能 技术。 地理认知理论的认知图式，由以下两个部分组成： 第一步，地理意像(Geographic mental image)。即地理 专家对一个区域研究时，首先由两只眼睛如摄像机那样获 得该区域的原始影像，即区域的影像image，宏观综合的 原始材料。
资源环境信息图谱是指荷载资源、环境信息的 图形系列或能够荷载资源、环境的性质、特征和状 态表征信息的图形系列。 2.研究现状 目前，许多学科都总结性地编制了各种各样的 图谱，如海洋科学的“波浪谱学”和“海洋动力图 谱”， 水文水利科学的“黄河水文泥沙图谱”，气象科学的 “大气过程云系图谱”，遥感科学的“地物波谱志” 和“遥感影像图谱”等，都是典型的资源环境图谱。 可见它们在资源环境的研究中不仅早已被应用，而且 应用还非常广泛。人们通过对资源环境图谱的研究， 不仅揭示了它们的规律，而且还促进了应用。
4.数学模型 资源环境信息图谱具有十分复杂的图形，而 分形分维数学是专门描述这种复杂图形的数学， 即分形分维几何学。它是由B.B.Mandelbrot于 1982年创建的，又称为自然界中的分形几何学。 他认为自然和社会中的复杂的几何形态，具有相 似性的特征，在统计意义上总体形态的每一部分， 可以被看作是整体标度减少的映射。不论形态是 如何复杂，它们在统计上的相似性或概率上的相 似性是普遍存在的。标度指级别或观测数目。他 指出，自然和社会中复杂的几何形态，可以用幂 函数D，即分形数来表达:
二、认知过程与认知模型
所有的动物都有认知(cognition)的本能，尤其人 类更为突出。第一步，人是通过五官——眼、鼻、耳、 舌、皮，即视觉、嗅觉、听觉、味觉和触觉来识别和区 别周围的环境或某一具体对象的。据研究，人对客观世 界的认识，有87％来源于视觉，11％来源于听觉，只有 2％来源皮肤的触觉和感觉。第二步，从物体的运动和 变化特征来识别和区别周围的环境和物体。
3.形成机理 物质结构也是一种特殊的图谱。组成物质的原子和分子的 结构特征、组成岩石的矿物的晶体结构等，都具有图谱的特征。 任何绝对零度以上的物体，都具有发射电磁波谱(热红外与
微波等)的特征，还都具有反射外来的任何电磁波谱特征，而
不同性质的物体具有不同的发射波谱特征和反射波谱特征。不 同的物体还具有不同的重力场、磁力场特征以及能谱(γ能谱
②综合信息图谱（以洪涝灾害诊断图谱为 例）： 形谱： 某一地区7～9月份（雨季）时的河流、湖泊 洼地平时的形状（宽度、面积等），与当前或任 何年份该地区的7～9月时的形状作对比分析，若 河道变宽、湖泊与洼地面积变大、或原来的小面 积水体增大时，可确定为发生了洪涝灾害。 波谱： 主要将正常时期的某一地区7～9月份雨季时 的遥感影像与当前或任何时期的影像进行对比分 析，若河道变宽、湖泊与洼地面积变大、或原来 的小面积水体增大时，可确定为发生了洪涝灾害。 综合图谱中的征兆和诊断图谱的关键是：建 立地区的标准图库，据此进行对比分析、预测和 诊断。
D logN r / log r
式中， D为分形数；r为形状的变量；[N(r)]为标度， 指级别或以观测数目等来描述。分维数是对分形复杂性程 度的度量。分维数的基本概念在欧氏几何中，点是0维， 线是1维，面是2维，体是3维；推而广之，时空是4维，高 维抽象空间可以为5维、6维及任意n维(n为整数)。这种整 数维的图形，经过拓扑变换，即拉长、压缩或扭曲后，仍 然是不变的，称为拓扑维数。 自然界存在各种尺度的分形形体，大到宇宙，小到一 个树的图形，与数学上分形有两点差别： (1)自然界的分形，不是按一定规则构造出来的一种 有规则的分形，而是一种具有自相似性的随机对象，是无 规则分形。 (2)自然分形的自相似性层次是有限的，分形只存在 被限制的范围内不存在无限的自相似层次，如一条河流的 分支，一株树的分支，都不是无限的。例如，不论在任何 岩性、气候等条件下，流域地貌的要素D都在1与1.4之间； 而山体的面积和周长的D为1.35，河曲的D在1.1与1.3之间， 河流分支的D也大多在1.1与1.3之间等。
认知的基本原理是：所有的物体都有自己特有的 物理和能量特征。物理特征如形状、大小、结构、颜色、 温度等外部特征，及组成成份及结构等内部特征。能量 包括重力(重量)、磁力、声波及电磁波谱特征(x射线、 可见光、红外线到无线电波等)。可根据物理的和能量
特征的差别来区别物体的属性。这是基本原则，但在少数情 况下，会略有变化。人的认知过程同时还从物体的时空变化 过程中，从运动和变化特征的差异中判别物体的异同 。 人的认识不是一次就能完成的，它需经过“由表及里”、
3. 图谱内容 ①基础信息图谱（以华北油松为例）： 形谱： 单体特征: 针叶（五针）稍长；墨绿色，树 干挺直，鱼鳞状皮，成年高10米左右，球形鳞片 状坚果，树冠错差不齐，常绿乔木。 群体特征: 分布华北海拔1000米以下的山地 和丘陵区，林冠错差不齐，墨绿色常绿林。 波谱： 波谱曲线:（略） 遥感影像:全色片、彩色红外片、多波段影 像、雷达影像… …
图谱包括图形谱和色调谱在内。人们对事物的认 识过程中，首先将脑中的信息图谱与要判别的群 体或个体进行比对、分析及判断、决策或识别而 认知的。大脑数据库中存贮的“信息图谱”是认 知过程的基础。 孙九林(1999)认为：数据、信息和知识是人 类对客观世界认知的三个阶段。数据是直接来源 于对事物的通过仪器感应或人的直接感知的变量 的测定值；信息是经过组织的有结构的数据，从 而它有了意义；知识则进了一步，它能够预测、 能够给出因果关系，并指导进一步应该做什么。
三、地球空间的信息图谱模型的基本概念
地学信息图谱(Geo-Information Tupu或GeoInformation Picture Pattern)是由陈述彭院士最近 倡导的地球信息科学的新的基础研究领域。他指出， “地学信息图谱表达了区域自然过程与社会经济可持 续发展的时空演化与空间分异，既再论它的历史、又 虚拟它的未来，成为人们研究区域自然环境与社会发 展的一种现代化的科学方法和高技术手段。 1.基本概念 图谱是由图和谱两个字组成，图是呈图形 (picture，pattern，graphic)，谱是呈系列 (series)，图谱则是指图形系列(pattern series或 picture series)。 资源环境图谱是指有关资源、环境要素的图形系列。
第二步，地理意向(Geographic intentionality)。 即： (1)建立概念模型或关系模型：在对原始影像 进行综合分析的基础上，将地理空间要素的种种 复杂关系，建立概念模型或关系模型，这是一个 综合的粗框架。 (2)建立具体的物理模型、化学模型、生物模 型、经济模型、社会模型及综合模型，即对概念 模型或关系模型的细化过程。 (3)建立数学模型，将上述细化模型用数学语 言表达。 (4)建立计算机语言表达的模型，并进行运算、 分析及可视化的输出。 以上也就是地理专家的认识步骤。
“由粗到细”、“去伪存真”、“由个别到一般”、“由一 般再回
到个别”的反复、多次认识的过程。特别还强调通过实践来
提高认识，即实践、认识、再实践和再认识的过程，直至由
“感性认识到理性认识”。 “认知”的关键在于“识别”。识别可以划分为：
பைடு நூலகம்
物理识别：指对目标物的物理、化学和生物学的量化认识
模糊识别：指在大量的复杂的信息中，识别出有 用的部份，即对接收的信息与以往的记忆和经验 进行关联认识，剔除无关的信息。 情感识别：它是最高级的识别，属智能识别。主 要指人际之间的信息交流。 Al Cole指出 ：人脑对图形，特别是对图谱 是善于和容易识别的。人的认知过程，多数是属 于模糊识别过程，在人的脑子数据库中存贮了大 量的各种事物的信息图谱，这些信息图谱部分从 遗传基因来的，大部分则从与周围事物的接触过 程中通过感觉(五官)和过程中逐渐积累存贮的， 如什么样的人和物是什么样的“图谱”、什么行 为或过程是什么样的图谱。
2.综合图谱 由上述基础图谱的不同组合、反映资源环境 动态变化与发展趋势的图谱，陈述彭院士(1998) 称之为征兆图谱和诊断图谱。 征兆图谱: 是由资源、环境要素本身不同时 段所组成的连续变化的图谱。如：气象云图的连 续变化系列，可以预测天气的变化，是天气变化 的征兆图谱； 诊断图谱: 是由资源、环境的正常的或标准 的图谱与要求诊断的图谱进行对比、分析而作出 判断或诊断。如：将雨季时的区域图形，尤其是 河流、湖泊、洼地的图形与正常的、非雨季的， 或标准的图谱进行对比、分析，如果河流、湖泊 面积扩大了，洼地有了积水，可诊断而发生了洪 涝灾害。
等)及频率特征。这些都是用来区别物体属性的重要依据。遥
感影像数据或其他物理探测数据，就是所获取的资源环境的能 量图谱特征。
四、地球系统对象的信息图谱模型
1．基础图谱 由于地球是一个复杂的巨系统，作为地球系统的重要 组成部分的资源环境子系统也具有复杂性的特征，它们的 信息图谱也是非常复杂的。 气象动力图谱 不同尺度的锋面云图谱、气旋云图 谱和强对流云图谱，包括它们的形体特征及能量特征、卫 星云图特征。 海洋动力图谱 不同尺度的波浪图谱、洋流图谱、 涡流及水团图谱、潮汐图谱，包括它们的形体特征、能量 特征及遥感影像特征。 地球动力图谱 不同尺度的地质力学图谱、地壳构 造图谱、地形变图谱、海洋重力图谱、固体潮图谱，包括 它们的形体特征、能量特征及遥感影像特征等。