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
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 。
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。
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。
三、地球空间的信息图谱型的基本概念
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。
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。
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 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。
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。
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。
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。