空间信息导论第1讲-综述20060206-1.pptx

1、2022年1月28日星期五江聪世江聪世武汉大学国际软件学院武汉大学国际软件学院13871170005（M）,68778770（O)ssd9_QQ：523958303QQ群:359455052022年1月28日星期五 1.1 1.1 数据与信息与信息数据与信息与信息u 数据l 数据是对客观事物的符号表示，对客观事物的符号表示，是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述，它是客观事物的性质、属性、位置以及相互关系的抽象表示，是指某是指某一目标定性、定量描述的原始资料，一目标定性、定量描述的原始资料， 包括数值、文字、包括数值、文字、符号、图形、图像以及它们能转换的数据等形式。符号、图形

2、、图像以及它们能转换的数据等形式。 字母、数字、图像、声音、味道 、其他符号2022年1月28日星期五n 自然属性指的是数据具有可感知、可存储、可自然属性指的是数据具有可感知、可存储、可加工、可传递、可再生、可压缩等特性。加工、可传递、可再生、可压缩等特性。 n 数据是信息的重要载体，是社会上各行各业不数据是信息的重要载体，是社会上各行各业不可缺少的资源，这说明数据具有社会属性。可缺少的资源，这说明数据具有社会属性。n 对于计算机而言，对于计算机而言，数据是指输入到计算机并能数据是指输入到计算机并能被计算机处理的一切现象，被计算机处理的一切现象，计算机对数据的表计算机对数据的表达处理方式与传统

3、数据载体有很大的区别。对达处理方式与传统数据载体有很大的区别。对任何类型的数据，如数字、文字、符号、声音、任何类型的数据，如数字、文字、符号、声音、图像等，都必须转换成图像等，都必须转换成二进制数值二进制数值的方式才能的方式才能被计算机所接受，通过处理后，计算机以光或被计算机所接受，通过处理后，计算机以光或磁的方式将它们保存在光盘、磁盘、磁带等存磁的方式将它们保存在光盘、磁盘、磁带等存储设备中。储设备中。 2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五n1 1人工管理阶段人工管理阶段n2 2文件系统阶段文件系统阶段n3 3数据库系统阶段数据库系统阶段n4 4高级数据库技术阶段高级数据库技

4、术阶段n虚拟化虚拟化2022年1月28日星期五n 信息u信息是人们或机器提供的关于现实世界新的事实的知信息是人们或机器提供的关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的改变而改变。理形式的改变而改变。2022年1月28日星期五n 普遍性：普遍性：信息是事物运动的状态和状态变化的方式，信息是事物运动的状态和状态变化的方式，因此，只要有事物的存在，因此，只要有事物的存在，只要事物在不断地运动，就会有它们运动的状态和状态变化的方式，也就存在着只要事物在不断地运动，就会有它们运动的状态和状态变化的方式，也就存在着信息，所以

5、信息是普遍存在的，信息具有普遍性。信息，所以信息是普遍存在的，信息具有普遍性。 n 无限性：无限性：在整个宇宙时空中，信息是无限的，即使是在有限的空间中，信息也是在整个宇宙时空中，信息是无限的，即使是在有限的空间中，信息也是无限的。一切事物运动的状态和方式都是信息，无限的。一切事物运动的状态和方式都是信息，事物是无限多样的，事物的发展事物是无限多样的，事物的发展变化更是无限的，因而信息是无限的。变化更是无限的，因而信息是无限的。n 相对性：相对性：对于同一个事物，不同的观察者所能获得的信息量可能不同。对于同一个事物，不同的观察者所能获得的信息量可能不同。n 传递性：传递性：信息可以在时间上或在

6、空间中从一点传递到另一点。信息可以在时间上或在空间中从一点传递到另一点。n 变换性：变换性：信息是可变换的，它可以有不同载体用不同的方法来载荷。信息是可变换的，它可以有不同载体用不同的方法来载荷。n 有序性：有序性：有序性是指世界的稳定性、规则性、必然性、确定性与其组成事物之间有序性是指世界的稳定性、规则性、必然性、确定性与其组成事物之间的相关性和统一性等等的相关性和统一性等等, ,而无序性是指世界的变动性、不规则性、偶然性、不确而无序性是指世界的变动性、不规则性、偶然性、不确定性与事物彼此之间的独立性和离散性等等定性与事物彼此之间的独立性和离散性等等n 动态性：动态性：信息具有动态性质，一切

7、活的信息都随时间而变化，因此，信息也是有信息具有动态性质，一切活的信息都随时间而变化，因此，信息也是有时效的。信息是事物运动的状态和状态变化的方式，事物本身在不断发展变化，时效的。信息是事物运动的状态和状态变化的方式，事物本身在不断发展变化，因而信息也会随之变化。脱离了母体的信息因为不再能够反映母体的新的运动状因而信息也会随之变化。脱离了母体的信息因为不再能够反映母体的新的运动状态和状态变化方式，它的效用就会降低，以致完全失去效用。这就是信息的时效态和状态变化方式，它的效用就会降低，以致完全失去效用。这就是信息的时效性。所以人们在获得信息之后，并不能就此满足，信息要及时发挥效用，要不断性。所以

8、人们在获得信息之后，并不能就此满足，信息要及时发挥效用，要不断补充和更新。补充和更新。n 无损耗性：无损耗性：信息不同于能量，信息在传输过程中不会发生损耗，如果信息不同于能量，信息在传输过程中不会发生损耗，如果A A发出信息发出信息I I给给B B，B B收到该信息后又发给收到该信息后又发给C C，则在传输正确的情况下，则在传输正确的情况下，A A、B B和和C C将同时拥有完将同时拥有完整的且完全相同的信息整的且完全相同的信息I I，而不是各拥有部分信息。，而不是各拥有部分信息。2022年1月28日星期五信息与数据是不可分离的。即信息是有用的、经过加工的数据，信息是数据的内涵，而数据是信息的

9、表达。也就是说数据是信息的载体。数据是描述客观事实、概念的一组文字、数字或符号等，它是信息的素材，是信息的载体和表达形式。信息是从数据中加工、提练出来的，用于帮助人们正确决策的有用数据，它的表达形式是数据。信息有与物理介质有关的数据表达，数据中包含的意义就是信息，数据是信息的载体，并不就是信息，只有理解了数据的意义，对数据作出解释，才能提取数据中所包含的信息，但是不同知识水平、技能水平的人从同一数据中得到的信息是不同的。 数据是对现实世界状况的数字符号记录，信息是经过重新组织的，能揭示现实世界内在机理的并有利于研究工作的数据。2022年1月28日星期五n世界上绝大多数的信息都以数字化的形式进世

10、界上绝大多数的信息都以数字化的形式进行保存，各种信息无不包含在各种各样的数行保存，各种信息无不包含在各种各样的数据之中，在这种条件下，人们在日常应用中据之中，在这种条件下，人们在日常应用中常常将数据与信息等同起来，即数据就是信常常将数据与信息等同起来，即数据就是信息息。人们对数据进行分析、检索、传输、共。人们对数据进行分析、检索、传输、共享，从而达到信息的获取、传输和共享的目享，从而达到信息的获取、传输和共享的目的。因此，在数字世界中，人们通常认为信的。因此，在数字世界中，人们通常认为信息和数据是等同的两个概念。息和数据是等同的两个概念。 n人类所赖以生存的现实世界本身是多维的，人类所赖以生存

11、的现实世界本身是多维的，这里的这里的“ “维维” ”是人们观察对象的角度或者是一是人们观察对象的角度或者是一种度量，现实空间的（种度量，现实空间的（X X，Y Y，Z Z）三维坐标）三维坐标，再加上时间轴则为，再加上时间轴则为四维空间四维空间，如果再加上，如果再加上某种（或多种）属性信息如温度，则是某种（或多种）属性信息如温度，则是五维五维（或更多维）（或更多维）的的；n世界世界是运动的，客观对象在不同的时刻其状是运动的，客观对象在不同的时刻其状态、属性是不同的，因此对客观对象的准确态、属性是不同的，因此对客观对象的准确的、科学的描述应是多维动态的。的、科学的描述应是多维动态的。2022年1月

12、28日星期五2022年1月28日星期五n 地理空间地理空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交换作用的区域，是我们所生活的现实世界所在的空间。交换作用的区域，是我们所生活的现实世界所在的空间。n 地理数据地理数据 是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。总称。n 对地球表面建立几何模型，确定地理空间的坐标系，实现对地对地球表面建立几何模型，确定地理空间的坐标系，实现对地理空

13、间数据的量度和表达，理空间数据的量度和表达， n 空间数据空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字表格和数字等经济景观数据，可以是图形、图像、文字表格和数字等 ，它所，它所表达的信息就是表达的信息就是空间信息空间信息，反映了空间实体的位置及其各种相，反映了空间实体的位置及其各种相关附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。关附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。 n 地理信息地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用

14、的知识，它是对地理数据的解释。切有用的知识，它是对地理数据的解释。 n 在实际应用中，人们一般不去刻意区分空间数据与空间信息的在实际应用中，人们一般不去刻意区分空间数据与空间信息的区别，而是将二者等同起来，区别，而是将二者等同起来， n 数字工程系统的建立，首先是收集数据，然后对数据进行处理，数字工程系统的建立，首先是收集数据，然后对数据进行处理，即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。为了得到数据中包含的信息。2022年1月28日星期五n 地理信息是指与所研究对象的空间地理分布有关地理信息是指与所研

15、究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律量、分布特征、联系和规律。从地理实体到地理从地理实体到地理数据，再到地理信息的发展，反映了人类认识的数据，再到地理信息的发展，反映了人类认识的巨大飞跃。巨大飞跃。n 地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，它具有区域性。联系在一起的，它具有区域性。n 地理信息又具有多维结构的特征，即在同一地理信息又具有多维结构的特征，即在同一XYXY位位置上具有多个专题和属性的信息结构。例如在一置上具有多个专题和属性的信息

16、结构。例如在一个地面点位上，可取得高度、噪声、污染、交通个地面点位上，可取得高度、噪声、污染、交通等多种信息。而且，地理信息有明显的时序特征，等多种信息。而且，地理信息有明显的时序特征，即动态变化的特征，这就要求及时采集和更新它即动态变化的特征，这就要求及时采集和更新它们，并根据多时相的数据和信息来寻找随时间变们，并根据多时相的数据和信息来寻找随时间变化的分布规律，进而对未来作出预测或预报。化的分布规律，进而对未来作出预测或预报。 2022年1月28日星期五n 空间数据描述的是所有呈现二维、三维甚至多维分布的关于空间数据描述的是所有呈现二维、三维甚至多维分布的关于区域的现象，它不仅包含表示实体

17、本身的空间位置及形态信区域的现象，它不仅包含表示实体本身的空间位置及形态信息，还包括表示实体属性和空间关系的信息。息，还包括表示实体属性和空间关系的信息。n 1 1空间性（区域性）空间性（区域性） n 2 2时间性（动态性）时间性（动态性）n 3 3非语义性非语义性 n 4 4专题特征专题特征 n 5 5、多维结构特性、多维结构特性2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五n联合国的一份报告表明，人类社会经济生活联合国的一份报告表明，人类社会经济生活中中8585以上的信息与空间信息有关，尤其是以上的信息与空间信息有关，尤其是那些全局性、战略性的重大问题，其信

18、息化那些全局性、战略性的重大问题，其信息化的大部分内容或者直接与地理空间信息相关的大部分内容或者直接与地理空间信息相关联，或者间接利用这些信息解决重大问题。联，或者间接利用这些信息解决重大问题。 n空间信息技术大大改变人类观测和认识地球空间信息技术大大改变人类观测和认识地球的方式，随着遥感、的方式，随着遥感、GISGIS、计算机技术、通、计算机技术、通讯技术等的发展，空间信息技术目前已经能讯技术等的发展，空间信息技术目前已经能够满足不同行业中的各种应用上的要求。够满足不同行业中的各种应用上的要求。 2022年1月28日星期五政 府G2GG2BG2C决决 策策 支支 持持劳劳 动动 保保 障障报

19、报 表表 统统 计计人人 事事 管管 理理资资 产产 管管 理理机机 要要 管管 理理政政 策策 法法 规规信信 息息 发发 布布政政 府府 采采 购购收收 文文 管管 理理发发 文文 管管 理理档档 案案 管管 理理公公 文文 流流 转转公公 文文 交交 换换资资 源源 管管 理理文文 化化 管管 理理会会 议议 管管 理理基基 础础 信信 息息地地 产产 交交 易易工工 程程 交交 易易城城 建建 管管 理理土土 地地 估估 价价工工 程程 管管 理理资资 质质 管管 理理房房 产产 登登 记记规规 划划 管管 理理地地 籍籍 管管 理理系系 统统 管管 理理农农 贸贸 管管 理理税税 务

20、务 核核 查查企企 业业 服服 务务公公 共共 服服 务务公公 共共 信信 息息工工 商商 管管 理理. . . .空空 间间 查查 询询企 业公 众人人 口口 管管 理理2022年1月28日星期五地理信息流与地理信息科学三个领域地理概念形式表达地理时空思考地地理理信信息息科科学学三三个个领领域域地地理理信信息息流流地理认知模型研究地理概念计算方法研究地理信息与社会研究现实世界概念世界数字世界（GIS）应用领域信 息服 务与计算机实现2022年1月28日星期五 维度世界：度量语言 项目世界：信息团体 地 理 空 间 世界：GIS 语言 概念世界：自然语言 现实世界：基本语言 要素集合世界：要素

21、集合 要素世界：要素 几何世界：WKT 点世界：坐标几何 2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五现实世界地理空间世界概念世界精髓名字嵌入选择2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五n 由于职业、专业等的不同，人们所由于职业、专业等的不同，人们所关心的问题、研究对象、期望的结关心的问题、研究对象、期望的结果等方面存在着差异，因而对现实果等方面存在着差异，因而对现实世界的描述和抽象也是不同的，形世界的描述和抽象也是不同的，形成了不同的用户视图，

22、称之为成了不同的用户视图，称之为外模外模式。式。n GISGIS空间数据模型的概念模型空间数据模型的概念模型是考是考虑用户需求的共性，用统一的语言虑用户需求的共性，用统一的语言描述和综合、集成各用户视图。描述和综合、集成各用户视图。 n 空间数据建模的基本任务空间数据建模的基本任务是，针对是，针对所研究的空间现象或问题，描述所研究的空间现象或问题，描述GISGIS的空间数据组织，设计的空间数据组织，设计GISGIS空空间数据库模式，这包括定义空间实间数据库模式，这包括定义空间实体及其相互间关系，确定数据实体体及其相互间关系，确定数据实体或目标及其关系，设计在计算机中或目标及其关系，设计在计算机

23、中的物理组织、存储路径和数据库结的物理组织、存储路径和数据库结构等。这项工作是以空间数据模型构等。这项工作是以空间数据模型的理论为指导的。的理论为指导的。n 空间数据模型空间数据模型是关于现实世界中空是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。库模式提供了基本的方法。 外模式1 物理数据模型 逻辑数据模型 空间概念数据模型 外模式2 外模式3 现实空间世界 2022年1月28日星期五n 对于具有一定空间内连续分布特点的现象来说，对于具有一定空间内连续分布特点的现象来说，适合用基

24、于场的模型进行转换与表达。适合用基于场的模型进行转换与表达。 n 用场模型对空间信息进行转换首先要将空间分成用场模型对空间信息进行转换首先要将空间分成多个结构化表达的区域，然后根据所要表达的信多个结构化表达的区域，然后根据所要表达的信息将每个区域赋以不同的值。很多数据的获取如息将每个区域赋以不同的值。很多数据的获取如卫星影像就是用场模型获取地面信息的例子。这卫星影像就是用场模型获取地面信息的例子。这一过程实际上就是将一定范围内连续的信息进行一过程实际上就是将一定范围内连续的信息进行离散化表达的过程。离散化表达的过程。 n 通常将空间划分的过程称为采样，采样的一个重通常将空间划分的过程称为采样，

25、采样的一个重要参数就是采样间隔，它是对空间现象表达精度要参数就是采样间隔，它是对空间现象表达精度的重要参数指标。采样间隔大，对空间现象表达的重要参数指标。采样间隔大，对空间现象表达的离散程度就大，表达的精度就低；采样间隔小，的离散程度就大，表达的精度就低；采样间隔小，离散程度就小，表达精度也就高。离散程度就小，表达精度也就高。n 对划分出来的每个小单元空间赋值的过程也称为对划分出来的每个小单元空间赋值的过程也称为量化，量化精度代表了对单元属性表达的精细程量化，量化精度代表了对单元属性表达的精细程度。度。 2022年1月28日星期五n基于要素的空间模型主要针对个体空间对象基于要素的空间模型主要针

26、对个体空间对象的信息获取，该对象必须以独立的方式或者的信息获取，该对象必须以独立的方式或者以与其他现象之间的关联的方式存在。在这以与其他现象之间的关联的方式存在。在这一模型中，任何现象，无论大小，都可以被一模型中，任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象，并假设它可以从概念上与确定为一个对象，并假设它可以从概念上与其邻域现象相分离。要素可以由不同的对象其邻域现象相分离。要素可以由不同的对象所组成，而且它们可以与其他的相分离的对所组成，而且它们可以与其他的相分离的对象有特殊的关系。基于要素的转换模型适合象有特殊的关系。基于要素的转换模型适合于空间中存在实际或逻辑上的边界的事物，于空间中存在实际

27、或逻辑上的边界的事物， 2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五n 概念模型概念模型是现实世界到数字世界的第一是现实世界到数字世界的第一层抽象，是一个面向用户的模型。作为层抽象，是一个面向用户的模型。作为从现实世界到其数据世界转换的中间模从现实世界到其数据世界转换的中间模型，它不考虑数据的操作，而只是用比型，它不考虑数据的操作，而只是用比较有效的、自然的方式来描述现实世界较有效的、自然的方式来描述现实世界的数据及其联系。的数据及其联系。n 逻辑模型逻辑模型的作用就是把概念世界中的数的作用就是把概念世界中的数据转换成信息世界支持的数据类型，还据转换成信息世界支持的数据类型，还要设计子

28、模式并对模式进行评价优化，要设计子模式并对模式进行评价优化，同时还要考虑数据转换过程中的一致性、同时还要考虑数据转换过程中的一致性、完整性问题。逻辑模型在整个转换过程完整性问题。逻辑模型在整个转换过程中起到了承上启下的作用。中起到了承上启下的作用。 n 数字世界中的数据既能代表和体现信息数字世界中的数据既能代表和体现信息模型，同时又向机器世界前进了一步，模型，同时又向机器世界前进了一步，便于用机器来进行处理。为了达到这一便于用机器来进行处理。为了达到这一目的，目的，需要对信息世界中的有关信息经需要对信息世界中的有关信息经过加工、编码、格式化等具体处理，转过加工、编码、格式化等具体处理，转换为计算机能够接受的数据格式。物理换为计算机能够接受的数据格式。物理模型解决了实体数据的存储问题，包括模型解决了实体数据的存储问题，包括数据类型，索引，约束等方面的定义数据类型，索引，约束等方面的定义 2022年1月28日星期五2022年1月28日星期五