基于空间信息语言学特征的概念模型构建

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1、基于空间信息语言学特征的概念模型构建杜清运（武汉大学资源与环境科学学院，430070，武汉）E-mail:qydu@telecarto.com【摘要】本文以空间信息与语言同为人类进行空间相关交流手段这一功能隐喻为基础，总结地图学、地理信息科学、知识工程等学科与语言学模型相关的理论研究成果，探讨空间信息语言学模型对地理信息科学发展的理论意义，包括学科范式观点、本体论观点、方法论观点和定性观点等方面的意义。引言空间信息是人类对于现实世界认识的重要组成部分。对于地球表面具有空间分布位置差异的空间实体所

2、产生的空间信息，历来就和人类对客观世界的认识和改造息息相关。除了人类所共有的文字语言和音乐外，地图被称为人类信息交流的第三语言。在以地图为中心的空间信息世界中，由于人的参与，人的知识在地图制图和地图使用各环节中保证了空间信息的正确传输，而这些知识除了关于地理学、社会学、数学、美学等之外，还有关于空间信息本身的知识。地理信息系统和地图学不同，它在本质上是排斥人作为主体的作用的，计算机取代人作为理想中的主体。我们希望计算机具备强大的管理、处理与分析空间信息的能力，人则可以转而从事更高级的智力劳动。这

3、种主体的转移意味着计算机必须具备承担传统上由人来完成的智力劳动的能力。在地理信息系统中，由于使用计算系统来取代人的智力活动，知识成为核心问题，迫切需要对过去凭经验和直觉行事的知识基础进行总结和重构，使其成为计算机可以接受和实现的形式。到目前为止，我们对空间信息本身的认识还是分散的、经验性的和非形式化的，特别是针对地理信息系统的计算模型需求，于是造成在空间数据模型上的混乱和不完备性，以及空间数据处理特别是基于知识的数据处理得不到进一步发展。在现阶段，认识到空间信息本身结构研究的重要性之后，就迫切需

4、要找到一个合适的理论框架来包容和指导空间信息结构的研究。1空间信息的概念模型地理信息系统是涉及空间信息的概念系统。由于地球表面的无限复杂性，要在计算机这样一个有限容量和处理能力的系统中表达，无可避免地要涉及抽象与综合。真实世界的信息须通过选择、表达、量化等过程才能最终成为计算系统所能管理和处理的内容。所有这些都与模型的概念相关。模型具有层次之分。在地理信息系统中，我们通常提到的三个层次是概念模型、逻辑模型和物理模型，该划分方法源自于数据库设计理论。在计算系统中，这三类模型的内容是完全不同的：概念

5、模型涉及人对表达对象的认知和反映，是客观对象在人脑中的表达；逻辑模型是与计算系统相关的对概念模型的进一步抽象与表达；物理模型则是上述两个模型在特定的计算系统中的实现。随着知识工程的研究进展，在对知识表达模型的研究中，Brachmann(1979)提出了更为详尽的层次观。他认为，在知识中存在五个层次的基本元素。该分类的主要特点是在逻辑层次与概念层次之间增加了认识层次，弥补了“逻辑层次上的基本元素的极端概括和内容无关”与“在概念层次上它们又获得了不考虑任何内部结构的、整体性的意图意义”之间的巨大鸿沟

6、。Guarino(1994)7在分析上述分类以后，进一步指出在认识层次和概念层次之间依然缺少一个层次，即本体层次，本体层次的引入可以加强对知识本身的（形式化）表达的关注，而不是单单注重形式推理的研究（如表1）。空间信息概念模型的问题应该得到足够的重视。知识工程的模型层次观一定程度上代表了所有计算系统的问题。从后面的讨论我们将看到，语言学模型的引入意味着从本体论、认识论和语言三个不同方面对空间信息结构的关注，具有哲学、语言学、认知科学等强烈的理论背景，以及人工智能与知识工程的技术方法背景。表1本体

7、层次的主要特征层次基本概念主要特征解译逻辑层次谓词形式化任意的认识层次结构元素结构任意的本体层次满足意义公设意义约束的概念层次认知元素概念化主观的语言层次语言元素语言主观的2传统的地图语言学模型地图语言学模型存在着多种角度和层次，但一个主要关注点是对地图及其数字形式的概念模型，整体上属于宏观语言学的范畴。对一门学科而言，概念模型与学科范式密切相关，对学科的定位与方向有极大的影响。在这方面，以Lyutyy(1998)的观点最具代表性。他认为地图学目前正处在从运行-技术范式和方法论范式向现象学范式的

8、转变过程中，而现象学范式即地图语言学范式。除此之外，有众多的学者从不同侧面提出了地图的语言学模型，但研究重点和目标各有不同。首先是对地图本身结构的关心。方法大多是采用符号学和语言学理论对地图作为语言或符号系统的语言单位、语法和语义的研究（Schlichtmann,1979-1999;Pravda,1993）。试图利用不同符号学派的理论解释地图及其组成部分，形成地图的符号化观点体系。其次，从传输论的角度出发研究过程和结构中的地图符号学问题,如结合符号学理论的地图传输模型、地理信息的心理结构研究等（