地理空间信息拟解决的重要科学问题

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地理空间信息拟解决的重要科学问题

2016-12-27 作者: xuzhiping 浏览: 2503 次

摘要: 1.现实世界及其时空变化的多维动态特征描述问题 我们生活的地球及其上的自然和人工构筑物均具有鲜明的三维形态,各种地理空间实体及其间关系随时间不断发生变化,并在不同的尺度背景下呈现为不同的空间形态、结构和细节。对于现实世界及其时空变化的这种多维动态特征,目前尚缺...

1.现实世界及其时空变化的多维动态特征描述问题

我们生活的地球及其上的自然和人工构筑物均具有鲜明的三维形态,各种地理空间实体及其间关系随时间不断发生变化,并在不同的尺度背景下呈现为不同的空间形态、结构和细节。对于现实世界及其时空变化的这种多维动态特征,目前尚缺乏科学的分类和形式化的描述方法,存在着诸如用能力能否表征现实世界及其时空变化、尺度是否是另一个维、用欧几里得空间描述现实世界是否合理、地理实体之间有哪些空间关系、能否用一些元空间关系推出其他空间关系等一系列基本问题。若不能在这些基本概念上形成共识和建立公共模型框架,将不可避免地发生自然语言模型中的歧义,给多源地理空间的信息整合和互操作带来灾难。为此,应深化对现实世界及其时空变化多维动态特征的认识,加强对时态、动态、尺度等基本概念、多维动态的分类体系、空间关系的描述方法等研究,建立起多维动态地理空间信息的概念体系。

2.多源地理空间信息的时空定位基准问题

地理现象(或实体)的空间位置与分布是根据国家平面基准、高程基准和重力基准来确定的。由于地球自身不断地运动变化,这三种参考框架中的一些基准点或基线随之发生变化,或由于体现参考框架的控制网升级换代,形成了不同的参考系,这使得同一地理现象(或实体)在不同的时间段上所依赖的定位基准略有差异。为了进行时空对比,必须在理论上建立在不同时间段上各种基准的关系。其次,由于多种原因,一些城市、矿区采用的平面基准不尽相同,因而难以在统一的参考框架上进行数据整合与综合分析;此外,海洋基准与陆地基准尚未统一,不同海域、海域周边和陆地周边国家的地理空间数据所采用的参考框架不尽一致。为了实现多时相、多分辨率、多类型地理空间信息的有机集成和海量管理,需要研究地理空间参考框架的时空特性,建立多尺度的时空参考框架,为国家信息化提供统一、实用的定位基准。

3.多维动态空间数据模型及建模方法

迄今为止,人们一直是按照平面图或铺盖数据模型,将具有鲜明的多维、动态特征的现实空间世界抽象为二维、静态目标,这在三维实体及其时空变化的表达方面存在着很大的局限性,往往不能满足真三维、多时态和多尺度应用的需要。例如,目前人们往往是将二维数字化池图、遥感影像图与DEM叠合,构建三维景观模型,虽能表达地表起伏,并进行漫游、缩放、动画等三维显示操作,但难以进行有效的三维测量和分析,尤其是在城市三维景观建模时,人们虽然使用了地表构筑物的部分竖向信息和纹理,但由于难以顾及建筑物、道路、桥梁等的内部竖向关系,因而在本质上属于可视化模型。为了构建国家信息化所需的多尺度、三维、时态和动态地理空间数据资源,应加强对多维动态空间数据模型的理论和建模方法研究,发展多维动态地理空间框架的构建技术。

4.地理空间认知与多维动态空间信息作用机理

就本质而言,多维动态地理空间信息反映着空间事物或实体的运动状态(在特定时空中的性状和态势)和运动方式(运动状态随时空变化而改变的式样和规律),是调节和控制地理空间系统中的物质流、能量流、人口流等并使其转移到期望的状态和方式的重要依据。但在如何有效地使用或利用地理空间信息方面,人们往往是凭借经验和直觉行事,缺乏符合人类空间认知习惯的信息处理方法和分析模型体系,难以有效地对资源环境系统进行空间性状、依存关系、变化过程、作用规律、调控机理的数字模拟和动态分析。此外,我们对多维动态地理空间信息在国家信息化中的施效模式或作用方式尚缺乏深人认识,在发展高层次空间决策支持系统和业务运行系统时缺乏必要的理论指导。因此,应该加强对地理空间认知方法和多维动态地理空间信息施效机理的研究。

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