对地理信息的尺度特性的深入分析

对地理信息的尺度特性的深入分析

摘要：地理信息属于三维空间信息范畴，也是是地理信息科学研究的最为重要的范畴，其中尺度又是地理信息的固有本质特性。因此对地理信息的尺度特性的研究将有助于帮助研究地理信息科学。本文首先着重分析了地理信息尺度特性的显现基本规律，进而概况探索了地理信息尺度特性的特征，并深入分析了其内涵，这些探索对于提升地理信息的研究和服务于社会需求具有极强的参考价值。

关键词：地理信息 尺度特性 基本规律 探究

地理信息属于空间三维信息，是指与空间地理分布密切相关的信息，不仅包括地表物体与环境固有的数量、质量、分布特征和联系等基本信息，同时涵盖具有规律性的数字、图形、图像和文字等基本信息。客观世界是由庞大而复杂的信息源组成，现代地理信息科学借助近代数学、空间科学以及计算机科学等学科理论对地理信息的获得、处理、传输、表达和分析加以研究，以服务于人类社会。其研究的重点是地理信息基本特点，概况的讲这些地理信息具有可存储和传输性、可转换和扩张性、客观性、时间性和空间性等基本属性，对于普通人们而言其抽象性不言而喻，但现代地理信息已广泛应用于电子地图、卫星导航、遥感造影等现代科技，充分体现了其商品性和共享性的特征。尺度理论是研究地理信息基本特点的重要理论学科，也是地理信息科学的基础理论之一。尺度理论贯穿于地图学到地理信息科学发展的全过程，因此制图尺度、地理尺度、分辨率和操作尺度等也就

成为尺度理论的主要内容。尺度问题一直影响着地理信息的获取、分析、处理等环节。

为此，本文探索分析了地理信息的尺度特性，将其概况为尺度依赖性、尺度不变性、尺度一致性等特征，通过对尺度问题的深入探索，为人们实际生活中选择尺度、应用尺度等提供一些参考意见。

1 地理信息的尺度特性

在人们的日常生活中，尺度问题无处不在，而尺度效应也被广泛的应用与诸多现代科学，人们通过对尺度的观测和分析其变化，物质状态的呈现形式等进行分析汇总以帮助地理信息的收集，如被测物体的数量、质量、空间特性和时间属性等。所谓的地理信息尺度效应是指尺度问题所引起的地理信息的抽象表述、地理现象的清晰度以及被测物体的空间特性和时间属性等的一种响应。地理信息的尺度效应以比例尺变化为基础，通过对其比例变化的研究，如采样粒度的改变等进而得出地理信息的清晰表述，从而为地理信息的空间分析与研究提供帮助，提升人类对遥感造影、卫星导航等现代科技的应用能力和发展水平。

本文着眼于地理信息的尺度特性的基本属性出发，从分析地理信息尺度的内在属性，即尺度依赖性，到以多尺度表现地理信息，再到其尺度变换时的空间特性入手，分析探索地理信息的相对稳定性、空间和时间结构性，从而揭开地理信息的神秘面纱，为人类更好的利用

和开拓地理信息知识提供一些参考意见。

2 尺度的特征属性分析

2.1 尺度的依赖性

所谓的尺度依赖性是指尺度的变化会导致地理信息特征的改变，从而导致被观测目标的结构和物与物之间组合关系的变化，在这一变化过程中尺度和地理信息之间存在高度的依赖性。这种依赖性主要变现在空间、时间和语义的尺度依赖性。其中语义尺度依赖性主要是指研究变量的方法选取不同而导致的尺度规律与知识的偏差或错误认知。

空间和时间尺度依赖性是从不同的空间尺度上观察和特定尺度上选取观察而存在尺度依赖性。其中空间尺度依赖性地理实体的空间形态以及实体间的相对空间关系会随着空间尺度的不同而有所不同。实体之间的拓扑空间关系和空间形态随着比例尺和地图图幅的缩小而发生变化。而在特定时期的尺度测量则会受到空间等地理现象的影响。对实体的观察周期和时间间隔则是时间尺度依赖性的重要影响方面。间隔越大则地理现象和过程的时间规律以及发展趋势的反映过程就越简便，从而造成信息的不准确，甚至错误。

语义尺度依赖性则是从研究地理信息变量之间的因果关系入手，因其采用的方法不同，受到观测尺度的影响程度不同而造成的规律或认知出现偏差的现象。语义尺度依赖性受到空间和时间尺度依赖性的

影响。空间尺度和语义尺度在对同一地理现象表述中存在差异性。此外，在尺度变换过程中，新的空间目标和知识会因语义聚合和分割而产生，地理目标的等级也随着语义的层次关系发生变化。因此保持语义尺度依赖性的关键是确保语义关系的一致性。

2.2 尺度的不变性

地理信息属于空间三维信息范畴，因此空间属性、时间属性以及语义属性构成了地理信息尺度的三个维度。地理信息尺度的不变性一方面表现在三个维度的相对稳定性，这种稳定性是在一定限度范围内的属性表现；另一方面则是尺度的变化不会影响到空间、时间和语义之间的相对固定性。此外，尺度的比例变换不会影响到地理目标的粒度大小和广度范围之间的相对特性。但粒度的大小会影响到人类的识别能力，从而可能带来认知的偏差。总而言之，尺度的不变性是在一定限度范围内的地理信息维数和尺度相一致的特性。

2.3 尺度的一致性

对尺度一致性的研究应从两个方面入手，一方面尺度的一致性要求从地理信息的三个维度，即空间、时间和语义，与地理现象特征项一致，及选择合适的粒度分辨率、采样间隔和适度的比例尺，使得尺度观测和其本质向符合。另一方面尺度一致性要求空间尺度、时间尺度和语义尺度相一致，确保在对地理现象的分析与表述中能够提高地理数据信息的准确性，以此提高人类利用地理信息的效率。

3 结语

地理信息作为一门应用科学已经被广泛应用人类日常生活之中。如人们可以通过电子地图、遥感影像以及卫星导航等现代地理信息科学的应用，在交通运输、环境保护、气象预测等诸多方面加以利用。在生态环境监测，如水土流失、荒漠化等方面具有重要的可操作性。为此，本文基于地理信息科学的基本理论，及尺度理论的基础上，在对地理信息的基本规律研究为背景下，分析了地理信息尺度特性之间的联系。进而从尺度的依赖性、尺度的一致性以及尺度的不变性分析了地理信息的三维空间信息，即时间、空间和语义三个维度，这些探究将有助于地理信息尺度特性在现代科技技术中的应用。

参考文献

[1] 刘凯，毋河海，胡沽等．地理信息尺度的三重概念及其变换

[J]．武汉大学学报(信息科学版)，2008．33(11)：1178—1181．

[2] 傅伯杰．景观生态学原理及应用[M]．北京：科学出版社，2001．

[3] 孙庆先，李茂堂，路京选，郭达志，方涛.地理空间数据的尺度问题及其研究进展.地理与地理信息科学.2007年7月，第23卷 第4期.

[4] 张明锋，廖克，郑达贤.基于小波变换的生态综合信息图谱的

多尺度结构分析.亚热带资源与环境.2007年3月，第2卷 第1期.

[5] 史文中等.地理信息系统数据的不确定性问题.测绘科学.2006年9月，第31卷 第5期.

[6] 薛存金，苏奋振，杜云艳.海洋地理信息系统集成技术分析.2008年7月，第30卷 第4期.