空间数据尺度转换问题研究

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1、第卷第期测绘与空间地理信息。年月。空间数据尺度转换问题研究程结海薛华柱胡圣武河南理工人学测绘与国土信息工程学院河南焦作00摘要空间尺度是领域研究的一个热点问题它几乎影响应用的每个方面。本文首先提出了空间数据尺度转换的重要性和基本概念总结归纳了常用的尺度转换方法最后以河南理工大学为例给出了不同尺度下的空间数据精度损失。关键词尺度尺度转换精度中图分类号文献标识码文章编号一一引言空间尺度是地理数据处理分析的前提是空间分析与决策的基础它不仅是地理空间分析的一个基本工具还是空间数据的一个主要属性是空间分析和管理的主要因索

2、之一。空间尺度几乎影响着应用的每个方面尺度认知问题、空间数据的优化表达、综合和信息交流…它是地理信息科学中最重要的问题之一。目前随着口然和人文综合研究的趋势日渐加强和地理信息技术的广泛应用解决“尺度鸿沟'，的地理数据空间尺度融合的要求越來越紧迫在年和年两度提出的优先研究领域屮都包括“尺度“问题的研究欧共体统计署资助了“基于的地理信息的空间转换”的专项研究中国空间数据基础设施建设中也强调要加强多尺度数字地理空间数据框架建设角尺度转换问题的提出在地理科学及许多相关研究领域屮数据來源的一个重要特点是其來自于观测数据而

3、不是实验数据。这些观测数据一般由计数单元采样而得而计数单元的大小又是尺度的指标。因此从数据来源的角度讲其尺度特征往往是被预先决定的。可是在实际研究中观测问题、研究问题以及最终的应用层次之间往往存在尺度的不一致性从而导致了尺度转换在地学和相关学科领域屮的不可避免。另一方面由于空间数据库对尺度的依赖性也决定了尺度转换的必要性。空间数据庫的尺度依赖性表现在在不同尺度上观察空间形态的表示可能不同在特定的尺度上某些空间形态和过程可能会观察不到研究变量之间因果关系的方法会受观察尺度的影响从而使获取的规律或知识岀现偏差甚至错

4、误。由于空间尺度的依赖性某一空间口标随数据模型的尺度不同其目标的特征空间形态、空间关系、属性'也会发生改变从而引起目标结构发生变化。对于几何形状甚至目标维数都会发生改变。在我们所熟悉的尺度范围内要素间的拓扑关系随尺度变化很人如在比例尺的城市地图上儿乎所有的建筑物和街道都被表示因此在这个尺度上建筑物与街道间的拓扑关系是很重要的在比例尺的对应地图上建筑物需要合并到街区单条的街道可能消失这时候街道和建筑物原来的要素类别也消失了取而代Z的是像街区这样的新的类别因而在这个尺度上街区间的拓扑关系收稿口期—一作者简介程结海一

5、男安徽太湖人讲师硕士主要从事地理信息系统应用研究工作。万方数据第期程结海等空间数据尺度转换问题研究是重点而要忽略建筑物与街道间的拓扑关系若地图比例尺变得更小城镇可能变为一点从而空间维数也发生了变化维面变为维点这就需要尺度维上的变形來处理'如图所示。口。图空间维数的尺度依赖性基本概念尺度尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位。乂可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。尺度包括空间尺度和时间尺度两个方面同时尺度往往以粒度和幅度来表达。空间粒度指最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或

6、体积如像元时间粒度指某一现彖或事件发生的或取样的频率和时间间隔。幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范I韦I或长度。具体地说所研究对象的范用决定该研究的空间幅度而研究项冃持续多久则确定其时间幅度。尺度是一个使用非常广泛的术语不同的学科领域中对尺度有不同的表述或含义在测绘学、地图制图学和地理学中通常把尺度表述为比例尺大比例尺提供的信息更详细在遥感科学技术屮尺度一般相应于分辨率分辨率的高低代表对同一研究对象可能获取信息量的多与少在地理学、生态学、水文水利学、区域环境分析等学科屮大尺度或粗尺是指大空间范I韦I或长时间

7、幅度它往往对应于小比例尺、低分辨率而小尺度或细尺度一般指小空间范围或短时间幅度往往对应于大比例尺、高分辨率"O尺度转换尺度转换是利用某一尺度上所获得的信息和知识來推测其他尺度上的现象既可以是向上尺度转换也可以是向下尺度转换。根据王劲峰等对尺度转换的定义在对单词直译的基础上统一将较小尺度观测结果获得较大尺度信息的向上尺度转换过程称为尺度扩展而把大尺度上的信息分解到更小的尺度向下尺度转换的过程称为尺度收缩”如表所示。表常用关于空间尺度转换的表述尺度转换的方法向上尺度转换和向下尺度转换方法在基本原理上不一样现分别加以

8、阐述。向上尺度转换方法向上尺度转换是将较小尺度的信息转换到较人的尺度范围这一过程与科学研究中常用的采样非常相似即通过对样本比较精确信息的分析获取更人范围整体的一般信息如均值、方差等。因此向上尺度转换总体来说是一个“集聚"的过程在地理信息分析中地统计分析是常常釆用的方法冲。地统计方法是一种优化估计的技术其基木假设是建立在空间和关的先验模型之上的。假定空间随机变量具有二阶平稳性或者是服从地