EN中文

Journal of Geo-information Science >

2017 , Vol. 19 >Issue 9: 1201 - 1207

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.01201

CONTENTS

An Exploratory Study on Ubiquitous Representation of Spatial-temporal Reference Framework

  • CHEN Xiangcong , 1, 2 ,
  • ZHANG Shuqing , 1, * ,
  • DING Xiaohui 1, 2 ,
  • WEI Yansheng 1, 2 ,
  • LI Huapeng 1
Expand
  • 1. Northeast Institute of Geography and Agro-ecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
*Corresponding author: ZHANG Shuqing, E-mail:

Received date: 2017-04-30

  Request revised date: 2017-08-25

  Online published: 2017-10-09

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

Abstract

Along with the increasing expansion of GIS in diverse application fields, spatial information systems face a variety of challenges, such as full-scale, full-category and full dynamics. Pan-spatial information system is an effective way to deal with the challenges mentioned above, in which spatial-temporal reference framework (STRF) is the core for the quantitative representation for human’s view of time and space. When handling objects of study with different scales and in different domains, the STRF in pan-spatial information system has various difficulties including descriptive scale, datum transformation, as well as integration of space and time. Thus, there is a huge demand for the development of a generic and unitary approach for the description and transformation of STRF. Through comparison and analysis on current STRFs in 1-, 2-, 3- or even higher dimensions, a new ubiq-uitous STRF is put forward in this study. In fact, the proposed ubiquitous representation of STRS in pan-space is applicable to the corresponding mathematical quantitative description and the related representa-tion of semantic vagueness. Thus, it provides reference for spatial-temporal representation in a broad sense. Meanwhile, based on fractal dimension characteristics extensively available in the real world and the proposed ubiquitous representation method, a unitary representation of STRF is investigated by making use of recursive computation. A full-scale and full-dimensional transformation of STRF is then realized in the pan-space.

Key words： spatial-temporal reference framework; ubiquitous representation; framework transformation

Cite this article

CHEN Xiangcong , ZHANG Shuqing , DING Xiaohui , WEI Yansheng , LI Huapeng . An Exploratory Study on Ubiquitous Representation of Spatial-temporal Reference Framework[J]. Journal of Geo-information Science, 2017 , 19(9) : 1201 -1207 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.01201

1 引言

自20世纪60年代起,始于机助制图思想的二维GIS,以高度抽象的方法在地图空间内进行时空的表达,并广泛应用于土地管理、市政、水利、消防、交通以及城市规划等领域[1-3]。随着计算机技术、地理信息理论以及应用领域的拓展,以地图为模板的传统GIS面临着诸多难题,如难以有效地描述微观和宏观世界、难以描述动态的现实世界、缺乏描述时空实体复杂关系的基础和机制、无法描述具有认知和行为能力“活”的地理实体等问题[4]。为解决上述问题,“全空间信息系统”概念被提出[5],该系统将表达范畴从传统测绘空间拓展到了宇宙空间、室内空间、微观空间等量测空间,并具有全尺度、全类型、全动态及全属性等新的特征[4]。现实世界由纷繁复杂的各类空间构成,而各类空间定量表达前提是建立时空参考框架,但由于不同空间的时空参考框架在定位、定向以及表达尺度上会存在诸多差异,且各类空间存在嵌套,具有分形特征。因此,如何归纳各类时空参考框架普适化特征,建立普适化表达模型,寻求时空参考框架一体化表达与转换方法,是全空间信息系统建设的必然要求。

2 时空参考框架

2.1 GIS时空观

时空参考框架是人类时空观的量化表达,而时空观在数学、物理、哲学与地理学等学科中进行了系统而长久的争论,并分别发展了自己的时空观,如数学包括几何、拓扑学、三角法,哲学包括认识论和科学哲学,理论物理包括经典机械论、相对机械论与经典量子论、相对量子论,地理学则分为人文地理学与自然地理学。在近现代科学史上,牛顿、莱布尼茨、爱因斯坦分别提出了各具代表性的时 空观：
（1）绝对时空观
牛顿在《自然哲学的数学原理》中,将时间论述为：“绝对的、真正的、数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在均匀的、与任何其他外界事物无关的流逝着”;空间论述为：“绝对的空间就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的、不动的”[6]。牛顿的绝对时空观认为时间与空间是相互独立的,时间是与空间具有相似性的独立一维,为GIS表达中将时间认为是空间的维度拓展奠定了理论基础;同时,绝对时空观认为时间是持续流逝的,且其本性是均匀的,表明了时间的单向性、持续性与度量的均匀性。绝对时空观适用于宏观低速物体,与GIS研究表达的对象相一致,牛顿的绝对时空观在GIS中有着诸多体现。
（2）事件序列时空观
莱布尼茨认为：“时间是事件发生的顺序”。时间的方向由事件的顺序来确定,事件的不可逆性决定了时间的单向性。事件序列时空观是以一种离散的视角去解读时间的特性,通过事件顺序来标示时间的方向,并强调时间流逝中具有重要影响力的时间点。人类对时间的认识总是通过具有明确意义的事件或时间点进行标识的,因此,事件序列时间观符合人类对时间的认知与感受;同时,事件将时间进行离散化表达,使其更加符合计算的离散表达特征。目前,时空GIS中的基于事件时空模型[7]、序列快照模型、基态修正模型等均体现了事件序列时空观。
（3）相对时空观
爱因斯坦提出的相对论促进时空观发生了一次巨大变革,狭义相对论认为：时间与空间融为一体,称作“四维时空（三维空间和一维时间）”;四维时空与运动物质同在,四维即是运动物质的延续性与广延性的统一,是物质存在的根本特性和基本形式,谈论空间和时间时要结合而不能割裂具体的物体,时间与空间各自具有相对性。广义相对论认为：“一切参考系在表达物理规律时是完全平等的,惯性力场和引力场是等价的,或者说,惯性力和引力对物体的一切物理影响是无法区分的”,揭示了空间和时间对物质运动的依赖性本质[8]。
上述3种经典的时空观对GIS时空的表达与建模有着较大影响,都在一定程度上体现或受上述时空观影响。由于GIS源于地图学,地图的时空表达方式深刻而持久的影响着GIS时空表达,即以可量测、符号化方式抽象表达现实世界,可量测的前提在于基准与尺度,进而引入大地测量学中的坐标系统与时间系统。

2.2 时间系统与坐标系统

人类通过运动认知时间,通过实体的相对关系认知空间。通过对地球及其他星体运动、形状的测量和描绘建立了时空基准,进而建立了时间系统和坐标系统。
（1）时间系统
人类最早的历法《太阴历》是苏美尔人以月亮的阴晴圆缺作为计时标准,把一年分为12个月,共354天。在大地测量学中,任何一个连续的、具有足够稳定性的、可观测的周期性运动即可以作为计量时间的方法,基于该原则定义了诸如恒星时（ST）、世界时（UT）、历书时（ET）、原子时（AT）、协调世界时（UTC）等多种时间系统[9]。每个时间系统均设定了时间起点和计量依据,通过时间起点和计量依据可以实现不同时间系统转换。
（2）坐标系统
在传统GIS中,通常采用全局的坐标系统进行地理描述。根据研究对象的不同,坐标系统分为天球坐标系和地球坐标系,前者用于研究天体、人造卫星的定位和运动,而后者用于研究地球上的物体的定位与运动。根据空间定位方法不同,坐标系统分为大地坐标系和空间直角坐标系,这两类坐标系均由地心、旋转轴以及地球椭球法线确定,并根据地心定义方法不同可继续细分为参心坐标系、地心坐标系等。
由于地球是一个形状不规则的球体,全局坐标系在某些区域会存在较大误差,于是各地建立适用于局部区域的独立坐标系（如城市坐标系）。这些独立坐标系通过控制网联测,实现与全局坐标系的联系与转换。与时间系统相比,坐标系统除定义原点、计量尺度外,还存在定向的问题。
目前来看,广泛使用的时间系统和坐标系统均是基于人类生存所依赖的,且可被直接认知的低速宏观世界,特别是时空坐标系的定义上,多采用了牛顿的绝对时空观。值得注意的是,无论是天球坐标系还是地球坐标系,其坐标系基准的建立,都是基于一定时间段的观测或某一时间点的观测结果计算获得,现有的坐标系统虽然用于描述空间,但其建立却具备时间特性,也说明时间与空间本为一体,但因为人类认知局限性而将其抽象分离。

2.3 全空间时空参考框架困境

全空间信息系统将研究领域由测绘空间拓展至全空间,并要在不同尺度、不同维度实现全尺度、全动态定量表达,现有的时空参考框架将面临如下问题：
（1）尺度问题
如前所述,无论时间系统还是坐标系统,都需要定义计量尺度,只有定义了计量尺度才能实现量化表达。全空间信息系统的研究对象涵盖了从微观到宏观、从地球到宇宙等不同尺度的空间,用统一的时间尺度和空间尺度去度量或描述所有的时空对象是不合理的,也难以实现的。面对如此纷繁复杂的研究对象,在尺度上必然面临两方面的问题：① 尺度适用性,即不同的研究对象如何选择、定义合理的尺度;② 尺度变换问题,时空是唯一的,如何在唯一的时空里实现不同尺度计量结果的一体化表达。
（2）基准变换问题
基准即时间系统中时间起点,坐标系统中的原点和坐标轴定向。每个坐标系统基准均有一套严谨的定义方法,时间系统为一维单向的,其基准变换相对简单。但不同的坐标系统因椭球参数、坐标原点定义不一致,坐标系统基准变换有着一套复杂的理论体系,且对微观空间、宇宙空间缺乏统一的空间基准定义,现阶段存在理论瓶颈。
（3）时空一体化问题
在相对时空观中,时间与空间融为一体,四维时空与运动物质同在,时空一体也被大家所认可。但由于时空认知与信息表达的局限性,时空坐标系的定义使用的是绝对时空观,但在表达上却遵循事件序列时空观,即在空间建模和表达中,时间更多是以属性或标签的方式出现,通过标签与事件的关联实现时间与空间的快照式表达。认知能力和数据采集手段难以在一致的时空位置下获取所有信息,在数据库或信息系统中表达的是时空对象的零碎片段组合[10],难以体现时间的连续性与唯一性。
时空参考框架面临的上述问题对时空对象建模、时空对象表达均会产生影响,特别是忽视了对时间、空间的认知过程,更多的强调在已有的时空框架下进行定量表达。此外,从信息系统实现层面,通过枚举的方式,建立统一的时空基准库,实现各类时间、坐标系统间的基准、尺度变换（如EPSG）等,以“曲线救国”的方式逐一解决上述问题。

3 时空参考框架普适化表达

如上所述,通过运动感知时间,基于连续、稳定、可观测的周期运动度量时间;同时,通过空间实体的相对关系认知空间,通过空间实体的位置、距离、方位、拓扑等空间关系逐步延伸、逐步抽象形成空间认知。在全空间信息系统中,表达建模对象是全尺度的,既包括时空维度的升降,也包括表达尺度的变化,且表达内容已突破传统GIS范畴,在这种情况下,探索普适化的、适应全尺度变化时空基准表达模式对时空建模有着积极意义。通过选取典型的一维、二维、三维及高维基准,探索时空时空参考框架的普适化表达方法。

3.1 一维

典型的一维基准如时间轴、坐标轴、公路里程碑等。其中,时间是单向、持续并均匀流逝的[11],以国际原子时为例,起点定在1958年1月1日0时0分0秒,是通过原子钟来进行守时和授时的,时间系统可形式化表达如下：
T = ( T 0 , l t ) （1）
式中：T0为时间起点;lt为时间计量尺度。
坐标轴由原点、刻度组成（图1）,原点即为分界点,若向正向移动,则坐标值增大;若向负向移动,则坐标值减小,最小刻度即为坐标值的度量尺度,坐标轴可形式化表达如下：
X = ( X 0 , e , l x ) （2）
式中： X 0 为原点坐标,一般为0,但也可不为0; e 为坐标轴正方向; l x 为最小刻度,即度量尺度。
Fig. 1 Coordinate axis

图1 坐标轴

公路里程碑的表示与坐标轴类似,其原点即为起点,度量尺度为公里,方向以道路延伸方向为正方向。虽然在二维空间或者三维空间中,道路延伸方向存在多种可能,但在公路里程碑这个一维系统中,方向是确定唯一的。

3.2 二维

平面直角坐标系（图2）、极坐标系均为二维基准,由原点、坐标轴构成。以平面直角坐标系为例,平面上的每个点坐标均可表示如下：
X = X 0 + a i → Y = Y 0 + b j → （3）
式中： X 0 、 Y 0 分别为坐标原点坐标,一般均为0; i → 、 j → 分别为坐标轴方向向量; a 、 b 为任意值。为便于表达, X 、 Y 多采用同一度量尺度,但也存在采用不同度量尺度的情况,如道路纵断面图采用的平面直角坐标系中,沿道路轴线方向一般以千米作为计量尺度,而断面方向一般以m为度量单位。故平面直角坐标系可形式化表达如下：
( X , Y ) = ( [ X 0 , Y 0 ] , [ e x , e y ] , [ l x , l y ] ) （4）
式中： [ X 0 , Y 0 ] 为原点坐标; [ e x , e y ] 为坐标轴方向矢量; [ l x , l y ] 为各坐标方向度量尺度。
极坐标系也可表示如下：
( L , α ) = ( [ L 0 , α 0 ] , [ e L , e α ] , [ l L , l α ] ) （5）
此外,二维基准中还广泛存在时间与一维空间的组合表达,如在定位高速上某辆车位置时,一般描述为“某时车辆位于某某高速xx公里处”,其实质是定义了一个二维时空基准,其表达与上述类似,不在赘述。
Fig. 2 Plane rectangular coordinate system

图2 平面直角坐标系

3.3 三维

前文所述的大地测量学中的坐标系统即为典型三维空间参考框架,均为笛卡尔直角坐标系,为右手正交坐标系（图3）,表示如式（6）所示。
( X , Y , Z ) = （ O ; e x , e y , e z ） = ( [ X 0 , Y 0 , Z 0 ] , [ e x , e y , e z ] ) （6）
式中：由于各坐标轴度量尺度一致,故省略,可以将其改写为式（7）：
( X , Y , Z ) = ( [ X 0 , Y 0 , Z 0 ] , [ e x , e y , e z ] , [ l x , l y , l z ] ) （7）
Fig. 3 Right-handed Descartes coordinate system

图3 右手正交坐标系

3.4 时空参考框架

时空参考框架是将时间看做独立一维,与三维坐标系形成时空参考框架（即四维）,表达如下：
( X , Y , Z , T ) = ( [ X 0 , Y 0 , Z 0 , T 0 ] , [ e x , e y , e z ] , [ l x , l y , l z , l t ] ) （8）
式（8）是从概念上对时空参考框架的定义,实际应用中很少对每个坐标点赋予时间,即时间维是与空间维并列。此外,由于时间是单向流逝的,无方向矢量。
通过对不同维度时空参考框架的形式化描述,总结出时空参考框架的普适化表达：
C = ( [ X d ] , [ e d ] , [ l d ] ) （9）
式中： [ X d ] 为坐标系统原点;d表示坐标系维度; [ e d ] 为坐标系各坐标轴定向; [ l d ] 为坐标系在不同方向的计量尺度,由于坐标系统的各坐标轴均为正交,在不同方向上可采用不同的计量尺度。式（8）建立了不同维度、不同尺度时空基准的普适化表达方式,能够满足全尺度、全维度时空表达能力。
上述表达,不仅适用于时空参考框架的数学定量表达,也适用于语义模糊表达。例如“下班后半小时到达位于世贸大厦北面100米的餐厅”,该表述中存在着原点、定向、尺度等时空参考元素,区别在于这些元素以对象的形式,通过语义进行表达。因此,时空参考框架的普适化表达不仅适用于数学定量表达,也具备语义模糊表达的潜力,为探索更广泛意义上的时空表达提供了借鉴。

4 时空参考框架转换

所要表达的现实世界,不仅是可分维的,也存在分形特征[12-13]。每一个空间实体既可以组成更复杂、更宏观的对象,也可细分为更简单、更微观的子对象,实体范围的界定由人类认知能力决定。一旦表达的对象扩展至微观世界或者宏观世界,原有基于统一基准框架的描述方法将不再适用（即传统GIS中采用的大地坐标系）,必将引入类似于移动标架的局部时空坐标系统[14]。即使在低速宏观世界,局部时空基准也是普遍存在的,如在BIM建模标准IFC(Industry Foundation Classes)中,每个建筑构件采用工程坐标系与构件坐标系组合定位的方式,前者沿用局部坐标系定义方法,后者则用相对位置来描述构件空间位置,如梁距中轴线的距离、墙与承重柱距离等,形成坐标系的多层引用与嵌套[15]。
时空参考框架转换的目标是将不同原点、不同尺度、不同定向的多个参考框架归一至统一的时空参考框架,即原点一致、尺度一致、定向一致。时空参考框架转换包括原点、定向、尺度及维度等参变换,前三者的变换在欧氏几何中已有成熟理论,维度变换则是参考框架转换中的难点。维度变换存在升维和降维2种运算,严格意义上,在式（8）所表述的时空框架由时间维和空间维构成, ( X , Y , Z ) 是空间维的3个分量。因此,维度变换可细分为时间维度变换和空间维度变换：
（1）时间维度变换
时间是单向、持续流逝的,形式化表达如式（1）所示,其变换包括时间起点、度量尺度的变换。
（2）空间维度变换
空间维度包括3个分量,其维度变换涉及到降维（如体投影为平面、面综合为线）、升维（二维平面变为空间平面、直线变为空间直线等）,以及同一维度时空参考框架间的变换（如局部坐标系与全局坐标系间的转换）等。
可以预见,全空间必将面临着多个维度、多个尺度时空参考框架的层层嵌套,为解决嵌套参考框架间的全尺度变换,利用现实世界分形特征,基于时空参考框架的普适化表达,探索以递归计算的方式实现时空参考框架的归一化变换[16]。
对每个时空参考框架自身而言,原点坐标（各坐标分量均为0）、定向（各坐标轴均为正向）及尺度（均为单位度量）都是一致的,式（9）中的各参数均为相对于另一个参考框架的量化值,则式（9）可改写为：
C = ( [ X d ] , [ e d ] , [ l d ] , C 0 ) （10）
式中： C 0 为 C 进行参考框架定义的参考框架。依此层层推导,将找到一个原点坐标分量均为0,各坐标轴均为正向,尺度均为单位度量的参考框架,这个参考框架即为转换的目标框架。至此,找到了参考框架递归转换的出口条件,可通过递归的方法实现参考框架转换。为便于表达,作如下定义：
① 时空参考框架任一点坐标为 X d ：
X d = [ X 1 , X 2 , X 3 , ⋯ , X d ] T （11）
② 变换矩阵 R d ,若在转换坐标与目标框架均为二维平面直角坐标,且旋转角为 θ ,则可表示 如下：
R 2 = cosθ - sinθ sinθ c osθ （12）
若在二维空间中加入时间维,则旋转矩阵变 形为：
R 3 = cosθ - sinθ 0 sinθ cosθ 0 0 0 1 （13）
通过对参考系的定义方法可知, R d 确定了不同参考框架间坐标分量的转换关系,可由参考框架定向参数 [ l d ] 推导出。参考框架的降维与升维,即为坐标分量依据坐标轴定向实现坐标分量在不同维度上的变换与投影,如将三维参考框架降维为二维参考框架,可表述如下：
R 32 = α 11 α 12 α 13 α 21 α 22 α 23 （14）
需要说明的是关于时间维,对于低速宏观世界,可认为时间是恒定、持续且度量均匀的,对应的变换参数为单位向量;但对高速微观世界,时间的特性有待进一步研究。
③ 尺度变换矩阵Ld。为便于表达,时空参考框架各维度坐标轴一般定义为正交的,即不同维度的尺度变换是独立的,则尺度变换矩阵如式（15）所示;但如果各维度存在相关性,则Ld为一协因数 矩阵。
L d = l 1 0 ... 0 0 l 2 ... 0 ... ... ... 0 0 0 ... l d （15）
基于上述定义,则时空参考框架变换通用的递归方法如下：
FrameTransform( X d , C )
{IF C 坐标原点均为0、各维定向均为单位向量、各维尺度均为1 THEN
RETURN X d
ELSE
X d 1 = X d 0 + L d 0 R d 0 X d
return FrameTransform( X d 1 , C 1 )
}
在上述递归方法中,需要特别说明的是变换矩阵Rd0,该参数是实现时空一体、维度变换的关键;若参考框架均为笛卡尔坐标系,Rd0为固定值,但若定义方法不同,Rd0则可能为一函数甚至为一系列随机值。如前文所述的公路里程碑,若将该一维基准换算至二维或者三维,Rd0在不同的位置具有不同的 参数。

5 思考与讨论

王家耀院士曾指出“时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的3个基本特征,是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。严格地说,空间和属性数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的”[17]。通过对时空参考框架的讨论可以发现,人类是通过运动去认知、度量时间,时空对象的位置、几何形体等空间特征也是某一时刻的快照,即无论是否能够表达或认知,时空一体是固有存在的。因此,探索时空参考框架一体化、多尺度、多维度的普适化表达与转换方法是全空间信息系统的必然要求。本文首先回顾了人类认知时间与空间所形成的时空观,对各类参考框架的定义方法、表达形式进行了分维、分类讨论,归纳出原点、定向、尺度等共有元素,据此构建时空参考框架普适化表达方法。在此基础上,利用现实世界各类空间的分形、分维特征,依托变换矩阵实现参考框架在时间维、空间维上一体化递归变换方法。通过本文研究,以简洁、清晰的方式实现了多维度、多尺度时空参考框架的归一化表达与递归转换,为全空间信息系统中全尺度、全维度变换提供理论基础。虽然本文归纳出了时空参考框架普适化表达与递归转换方法,但在实践应用中,变换矩阵求解将是时空参考框架变换中的难点。下一步研究中,将重点研究不同尺度、不同定义方法的时空参考框架变换,特别是在升维、降维过程中变换矩阵参数求解理论与方法。

The authors have declared that no competing interests exist.

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
张树清,周成虎,张俊岩,等.泛知识化三维GIS表达模型(UKRM)[J].中国科学:地球科学,2016,59(4):214-228.

[Zhang S Q, Zhou C H, Zhang J Y, et al.A ubiquitous knowledgeable data representation model (UKRM) of three-dimensional geographic information systems (3D GIS)[J]. Science China Earth Sciences, 2016,59(4):780-794. ]

[2]
肖乐斌,钟耳顺,刘纪远,等.三维GIS的基本问题探讨[J].中国图象图形学报,2001,6(9):30-36.回顾与评述了三维 GIS的相关发展情况 ,探讨了三维 GIS的有关基本问题 ,如数据获取、大数据量存贮与处理、三维空间分析 ,同时指出科学计算可视化、数据库系统管理、数字影象处理等技术的成熟和二维 GIS长期发展提供的理论实践经验等为三维 GIS的发展提供了良好的基础 .最后为三维 GIS实际系统的开发提出了几个值得注意的要点 .

DOI

[Xiao L B, Zhong E S, Liu J Y, et al.A discussion on basic problems of 3D GIS[J]. Journal of Image and Graphics,2001,6(9):30-36. ]

[3]
陈述彭,鲁学军,周成虎.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社,2000.

[Chen S P, Lu X J, Zhou C H.Introduction to geographic information systems[M]. Beijing: Science Press, 2000. ]

[4]
华一新. 全空间信息系统的核心问题与关键技术[J].测绘科学技术学报,2016,33(4):331-335.分析了空间信息系统的研究现状和存在问题,阐明了全空间信息系统的基本概念和基本特征;提出了基于多粒度时空对象构建全空间信息系统的技术路线,明确了需要研究解决的科学问题和关键技术;提出了全空间信息系统与智能设施管理的主要研究内容,指出预期的研究效益。

DOI

[Hua Y X.The core problems and key technologies of pan-spatial information system[J]. Journal of Geomatics Science and Technology,2016,33(4):331-335. ]

[5]
周成虎. 全空间信息系统展望[J].地理科学进展,2015,34(2):129-131.地理信息系统作为一门空间科学,以其独特的空间观点和空间思维,从空间相互联系和相互作用出发,揭示各种事物与现象的空间分布特征和动态变化规律。本文从地理信息系统所研究的空间对象出发,对地理信息系统发展新方向提出思考：①从地球空间拓展到宇宙空间,需要构建宇心坐标系和宇宙GIS、月球GIS等;②从室外空间延伸到室内空间,需要发展室内GIS,并拓展到水下空间和地下空间;③从宏观到微观空间,可以发展面向游戏的体育GIS、面向生命健康管理的人体GIS等;④面向大数据时代,发展大数据空间解析的理论和方法,贡献于大数据科学的发展。

DOI

[Zhou C H.Prospects on pan-spatial information system[J]. Progress in Geography,2015,34(2):129-131. ]

[6]
牛顿著.王克迪译. 自然哲学之数学原理[M].北京:北京大学出版,2006.

[Isaac Newton. translated by Wang Kedi. Mathematical principles, of natural philosophy[M]. Beijing: Peking University Press, 2006. ]

[7]
徐志红,边馥苓,陈江平.基于事件语义的时态GIS模型[J].武汉大学学报 信息科学版, 2002,27(3):311-315.

[Xu Z H,Bian F L,Chen J P.Spatiotemporal GIS model based on event semantic[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2002,27(3):311-315. ]

[8]
殷业. 牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观的统一[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2011(1):56-61.

[Yin Y.Unification of Newton’s absolute space-time viewpoint and Einstein’s Relative Space-time Viewpoint[J]. Jilin Normal University Journal (Natural Science Edition),2011,1:56-61. ]

[9]
孔祥元,郭际明,刘宗泉,等.大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社,2010.

[Kong X Y, Guo J M, Liu Z Q, et al.Foundation of Geodesy[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2010. ]

[10]
Goodchild M F.Geographic Information Systems and Science: Today and Tomorrow[J]. Annals of GIS, 2009,15(1):3-9.Geographic information is defined as information linking locations on or near the Earth鈥檚 surface to properties of those locations. The technologies for handling such information include GPS, remote sensing, and geographic information systems. Behind the technologies are a set of fundamental, researchable issues whose study has been termed geographic information science. I review these technologies under four headings: positioning, data acquisition, data dissemination, and analysis. Recent research has led to substantial advances in specific areas of GIScience. I outline five future scenarios that are all technically feasible given current technology, and discuss the research advances that will be needed to make them a reality. In the conclusion I comment on the changing needs of education in geographic information systems and science.

DOI

[11]
郑祖芳. 分布式并行时空索引技术研究[D].武汉:中国地质大学,2014.

[Zheng Z F.Research on distributed parallel time and space index technology[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2014. ]

[12]
陈彦光,陈文惠. GIS与地理现象的分形研究[J].东北师大学报(自然科学版),1998(2):96-101.论述了分形理论在地理研究中的应用．指出地理现象中存在着大量分形，需要运用分形几何进行研究，而研究地理分形又依赖于ＧＩＳ技术的支持，因此对ＧＩＳ提出新的技术开发要求．另外，借助分形几何重新建立纯数学与地理学的联系，最终可能实现地理语言与计算机语言的接口．

[Chen Y G, Chen W H.Fractal study of GIS and geographical phenomena[J]. Journal of Northeast Normal University(Natural Sceience),1998,2:96-101. ]

[13]
肯尼思.法尔科内. 分形几何—数学基础及其应用[M].沈阳:东北大学出版社,2013.

[Kenneth Falco.Fractal geometry-mathematical foundations and applications[M]. Shenyang: Northeastern University Press, 2013. ]

[14]
陈维恒. 微分几何初步[M].北京:北京大学出版社,1990.

[Chen W H.Preliminary differential geometry[M]. Beijing: Peking University Press,1990. ]

[15]
张汉义,邱奎宁.IFC技术标准系列文章之二:IFC标准形状表达及空间结构实例介绍[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(2):83-86.本文将通过实例解释的方式,介绍IFC标准中建筑构件的形成表达方法,以及空间结构数据的组织方法.

DOI

[Zhang H Y, Qiu K N.An introduction to shape representation and spatial structure of IFC by Instances[J]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture, 2010,2(2):83-86. ]

[16]
Thomas H.Cormen等著,潘金贵等译.算法导论[M]. 北京:机械工业出版社,2006.

[Thomas H, Cormen, et al, translated by Pan J G. Introduction to algorithms[M]. Beijing: China Machine Press, 2006. ]

[17]
王家耀,魏海平,成毅,等.时空GIS的研究与进展.海洋测绘,2004,24(5):1-4.时空GIS是建立在时态数据库、GIS、人工智能等基础上的一种综合型应用性技术，其研究对象是时空世界中遵循着诞生、成长、生存，直至死亡等自然规律的事物和现象的时空信息。虽然时空GIS在理论和实践等环节的研究还不十分成熟，但它是未来GIS发展的一个必然趋势。本文主要在介绍时空GIS的研究意义的基础上，总结概括了时空GIS的概念、发展历史和现状，并对时空GIS研究的难点和方向进行了剖析。

[Wang J Y, Wei H P, Cheng Y, et. al. The research and progress of spatio-temporal GIS[J]. Hydrographic Surveying and Charting, 2004,24(5):1-4. ]

Options
Outlines

/

〈 〉