1.4 地理信息系统（GIS）的不确定性问题

地理信息系统(GIS)是由三大部分组成的,即数据、技术系统和应用模型,而这三者在不同程度上都与不确定性理论存在着直接和间接的关系。根据对立统一法则和不确定性理论,不论是地理数据、GIS技术系统,还是应用分析模型,都存在确定性与不确定性并存和不对称规律。确定性与不确定性并存是容易理解的,由于并存所以是对称的,但它们两者的数量和作用是有差别的,所以又是不对称的。这里重点讨论其中不确定性的一面,而不讨论确定性的一面,不等于确定性的一面不存在,相反,确定性可能还占主导方面,希望不要造成误解。

1. 地理数据的不确定性

地理系统是一个不稳定系统,具有不稳定性特征。地理数据,或称地理空间数据(Geo-Spatial Data),既具有确定性,又具有不确定性。这里只讨论与不确定性有关的方面。

一般地理数据的不确定性包括:

(1)凡是两种类型的地理对象之间是渐变的、逐步过渡的,如两种不同类型土壤、不同自然类型(自然地理区、植被区、动物区、生态区、气候区)和不同经济类型(功能区、经济区等)之间,其界线具有不确定性特征。

(2)凡是动态的、不断变化的,甚至瞬息万变的对象,如大气污染、水体污染、蝗虫的分布范围等,是不确定的。

(3)某些地理对象,如复杂的海岸线的长度、全国的人口数目、全国的耕地面积、全国农作物的产量,只能是近似值,只能是大致正确,所以也是不确定性的。尤其是没有真值的数据,是不确定的。

(4)凡是人工模拟产品,其数字模拟产品、公式、模型计算所给的数据与客观真实世界之间不可能完全一致,在没有充分验证之前它们都是不确定的。

(5)凡是根据少数离散监测站点数据,运用“插值法”求得的等值线图,除了监测站的数据是确定的外,其他数据都是不确定的,即可能是对的,也可能是错的。

(6)凡是定义、概念、语义,其本身就具有不确定性,由它产生的数据是不确定的。例如,城市、林地在不同的地区、不同的部门之间的理解是不同的,所以与它们有关的数据(如城市化率、土地利用图等)也是不确定的。

地图数据中的不确定性包括:在测图过程中的随机误差,制图过程中的制图综合,图面修饰过程中的误差,制图和材料质量造成的误差等;不同比例尺规定的、可容许的误差。

遥感、遥测数据中的不确定性有:遥感数据中的地物波谱的不确定性,遥感影像的不确定性(混合像元),分类中的不确定性,制图过程中的不确定性等。

2. GIS技术系统中的不确定性问题

GIS技术系统是由计算机、计算数学和地学-数学模型所构成的,应属于确定性系统。但是在确定性系统中,可以有不确定性或随机性的结果。

(1)数据输入、存储和管理过程中的不确定性:

●数据采集过程中的不确定性;

●数据编辑过程中的不确定性(含不同投影模式数据的编辑);

●数据存储管理过程中的不确定性;

●数据查询与空间分析过程中的不确定性;

●制图与表达过程中的不确定性。

(2)数据组织过程中的不确定性:

●栅格数据中的不确定性问题;

●矢量数据中的不确定性问题;

●栅格数据与矢量数据转换过程中的不确定性问题。

(3)数据分析过程中的不确定性及计算数据的不确定性:

●信息量的计算过程中的不确定性;

●信息分类过程中的不确定性;

●叠加分析过程中的不确定性;

●网络分析过程中的不确定性;

●缓冲区分析(领域分析)中的不确定性问题;

●空间统计分析中的不确定性问题。

GIS属性不确定性的来源及其对应用的影响见图1-1,GIS中不确定性流程见图1-2。

3. 分析与应用模型中的不确定性问题

分析与应用模型中的不确定性问题包括:

(1)分析模型与不确定性理论;

(2)不同对象的不确定性特征及其建模。

其概念模型见图1-3。