从现实世界到比特世界

图2-7：制图活动过程

1．4地理客体的科学认知

地理认知是地理信息传输过程中一个子系统。它偏重于心理感知和分析，认知者既感知图上明显的信息也挖掘潜在的信息，不仅仅是探测、识别或区分信息，更要主动地解译信息，形成对客观世界的整体认识。从地图学者在编制地图时的地理认知，到用图者在读图时的地理认知，这整个过程反映了人对地理课题的认识由浅入深的特点。因为从原始制图资料到地图再到新地图的地理信息传输过程，正是人们对地理事物的认知深度的螺旋式上升过程。地理认知不仅是地理模型的基础，而且也是制图概括的基础。

在地理认知的基础上对真实世界的信息进行抽象和概括，形成地理信息系统中的模型，在一定比例尺下显示地理要素的分类、分级和空间图形格局。地图模型本身就是一个主观与客观相统一的过程，GIS专家在地理认知中不仅全面、综合地分析和理解地理环境，而且其认知中还包括了对一些客观的模拟标准和规范的接受或认同。

此外，地理认知贯穿于制图概括的整个过程。具体来看，它表现在地图设计阶段，对制图概括原则、内容、分类分级指标的“构思”上，以地理认知中所获得的关于地理环境的系统功能、层次结构、各个要素的组合关系等的知识为指导。在地图编绘阶段，对地图要素的选取、数量和质量概括、图形简化等“构图”操作上，在处理符合概括指标的要素或图形时能够进一步体会地理认知的控制和指导作用，做到心中有数，操作正确，不至于误解概括指标和规则。

1．5地图是客观世界的形象——符号——概括模型

1．5．1地图是客观世界的形象模型

地图与其它地学模型的主要区别和优点在于它具有形象性，能对实际对象做出完整的、清晰的和直观的图形描述和说明。“地图是地表空间关系和空间形式的视觉图解表象”。

1．5．2地图是客观世界的符号模型

地图区别于其它许多图示模型的又一特征是它采用专门设计和事先规定的符号来反映地物、现象和地理过程，并表示它们的位置、质量特征和数量特征。各种符号的组合便构成一种地图形象，而多种地图形象的汇集便组成一幅完整的地图图形。地图符号的作用并不仅仅局限于传输信息，它们还是记录知识、使知识定型并系统化的强大工具。

1．5．3地图是客观世界的概括模型

地图不是客观对象的完全再现，而是通过地图制图工作者脑和手的“过滤”、概括和抽象出来的模型。对地物进行取舍、图形化简、数量和质量概括、地物协调，以及夸大表示等处理，是地图学者对地物进行深刻理解、综合分析并抽象概括等一系列复杂的科学思维和创造性劳动的结果。因此，对制图对象进行地图概括是地图作为客观实际模型的一个最重要的特征。

2．现实世界的抽象

对地理对象的抽象过程通常认为有9个层次[OGC]，在这九个层次之间通过8个接口与它们连接，定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模型。这9个层次依次为现实世界（Real World）、概念世界（Conceptual World）、地理空间世界（Geospatial World）、尺度世界（Dimensional World）、项目世界（Project World）、点世界（Points World）、几何体世界（Geometry World）、地理要素世界（Feature World）以及要素集合世界（Feature Collection World）（图2-8）。连接它们的8个接口分别为认识（Epistemic）接口、GIS学科（GIS Discipline）接口、局部测度（Local Metric）接口、信息团体（Community）接口、空间参照系（Spatial Reference）接口、几何体结构接口、要素结构接口及项目结构接口。其中前五个模型是对现实世界的抽象，并不在计算机软件中被实现；后四个模型是关于真实世界的数学的和符号化的模型，将在软件中被实现*。

*

因为九层模型后面四个层次与软件实现有关，涉及具体的数据结构，本章不做介绍，可以参照“空间数据模型”和“空间数据管理”两章的内容。本章只是介绍前五个模型——对现实世界进行抽象，得到数字化的、GIS可以管理的模型。

维度世界：度量语言项目世界：信息团体点世界：坐标几何地理空间世界：GIS语言几何世界：WKT概念世界：自然语言要素世界：要素现实世界：基本语言要素集合世界：要素集合 图2-8：OpenGIS的九层模型

2．1现实世界

现实世界是所有事物（Fact）的集合，无论人们是否知道这些事物。根据事物的本质，人们可以认识理解现实世界中的事物。图2-9表示了人类生活于其中的现实世界。象云一样的纹理结构占据了图形的绝大部分，代表了人们所不了解的事物，而且它们造成了宇宙的混沌状态。人们只知道一些所熟悉的事实，其中的一些被绘制在图中。

图2-9：现实世界

2．2概念世界

概念世界是人类自然语言的世界，人类了解且认识其所命名的事物，因此这些事物构成了“语言的世界”。在图2-10的概念世界中，表示宇宙混沌状态的云并不存在，因为这些在自然语言内容中通常是不可见的。示意图显示了容易识别的事物：门、路、砖、屋顶、房屋等。用这种方法，可以返回到真实的世界中，抽象出一个事实的本质，称之为精髓(Pith)。

由于可以给出所知道的事物的名字，而且能够感受到这些相同的已知事物的本质，所以称真实世界与概念世界之间的交互为认识接口（Epistemic Interface）。

图2-10：概念世界

对于GIS来讲，自然语言的概念世界并不是充分抽象的，在GIS中只有概念世界中一个简化的子集才是兴趣所在。这个子集叫做地理空间世界，人们与概念世界的交互的方法叫选择。

图2-11中，有三种实体类型。每个由一个矩形表示，并且每个用其上部的名字所表示。矩形之间的线代表着实体之间的联系，每条线在末端带有一个作用名以解释这种联系。菱形代表聚合（Aggregation），例如，概念世界的存在依赖于真实世界的存在。实心圆意味着在联系的那个末端存在着一个集合（并不是一个单个的对象），例如，每个概念世界嵌入（Embed）一系列不同的地理空间世界。

现实世界精髓概念世界嵌入地理空间世界名字选择 图2-11：现实世界与地理空间世界的联系

2．3地理空间世界（Geospatial World）

从事GIS的技术人员都习惯于把世界看作一个抽象的、几乎是具有卡通特性的世界。这是由于在概念层次的世界充满了复杂的形状、样式、细节。这些复杂性在地理空间世界中被消除，并用简单的、浅显的抽象来代替，这些抽象通常在时间以及空间上都是静态的。通过地理空间世界的抽象，河流是被看作线，地形被看作等高线多边形的简化，而森林被看作多边形。

前面描述的概念世界在图2-12中以卡通的方式在地理空间世界水平上被重画。图2-12是以透视的方式绘制的，但是地理空间世界通常是从一个“顶点”来观察，即垂直地从上向下看。注意在图中，一些特征已经消失，另外一些已经变得大大简化。例如，一些窗户、墙、建筑物的房顶已经消失。这是由于它们并不是GIS世界视点的兴趣所在。它们已经成为GIS意识中所不可见的。当然，并不存在一个通用的定义——准确地讲，什么样的特征对于一个GIS技术人员来讲是其兴趣所在，也许有时一个屋顶可能会引起兴趣。卡通仅仅表明地理空