空間可視分析方法和應(yīng)用

前言

地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS）的重要應(yīng)用之一在于其空間分析能力，這種空間分析能力在國(guó)內(nèi)外一直都備受關(guān)注，但卻始終處于薄弱環(huán)節(jié)。GIS研究的是地理對(duì)象，它依賴于地理空間的地域性。而這種地域性受人類的感覺(jué)或視覺(jué)范圍所限制，盡管現(xiàn)代技術(shù)一定程度上能幫助我們。人們通過(guò)視覺(jué)可視來(lái)對(duì)地理環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)、認(rèn)識(shí)和建模。觀察和認(rèn)識(shí)地理環(huán)境是空間可視分析的最本質(zhì)的內(nèi)容，在手段上其強(qiáng)調(diào)人們對(duì)地理空間可視的廣度和粒度，這是認(rèn)識(shí)和分析地理空間的基礎(chǔ)。人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)主要依靠視覺(jué)，因此地理認(rèn)知和分析主要處于這種可視空間下?；诘乩砜臻g的思考，本書(shū)探討了視覺(jué)和心理空間，分析了可視問(wèn)題的概念和分類，該概念致力于解釋可視問(wèn)題的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系?？臻g可視分析和認(rèn)知是分不開(kāi)的，作為自然界主體的人是空間可視分析的基礎(chǔ)。本書(shū)首先探討人的視覺(jué)生理機(jī)能，進(jìn)而分析視覺(jué)可視分析中的感知和認(rèn)知，這是我們認(rèn)識(shí)地理空間的根源。特別是空間視感中的視域和分辨率，盡管在計(jì)算時(shí)處理的方法不同，但它們是研究空間可視分析計(jì)算的基礎(chǔ)。視覺(jué)可視分析和空間感知與認(rèn)知是密不可分的，一定外延上空間可視分析涵蓋了視覺(jué)地理空間分析的全部?jī)?nèi)容，或者說(shuō)兩者是等價(jià)的。這是本書(shū)第二章研究的重要內(nèi)容。空間可視分析在可定量分析上表現(xiàn)為空間廣度和空間粒度，而這是屬于空間尺度的范疇。本書(shū)以空間尺度作為可視分析的理論基礎(chǔ)，詳細(xì)探討了地理信息科學(xué)領(lǐng)域中的空間尺度問(wèn)題?？臻g尺度問(wèn)題出現(xiàn)在各種空間分析中，被認(rèn)為是空間信息學(xué)科中一個(gè)最模糊的和最基本的問(wèn)題。尺度是我們觀察世界和研究世界的紐帶，其核心問(wèn)題是尺度依賴和尺度相關(guān)的自然性問(wèn)題。任何依賴尺度的分析和推理都受被研究對(duì)象的廣度和粒度約束。在可視分析中，尺度有兩個(gè)類似意義。本書(shū)將尺度集成到空間可視分析中（其中涉及空間視覺(jué)認(rèn)知、方法論、過(guò)程或現(xiàn)象的概念框架等），對(duì)空間尺度進(jìn)行特征化、概念化，闡述空間尺度在空間可視分析和制圖表達(dá)中的效用，試圖揭示空間尺度和制圖綜合的本質(zhì)聯(lián)系。本書(shū)探討了空間尺度內(nèi)在蘊(yùn)涵的定義，包括認(rèn)知尺度、空間廣度、空間粒度、比例尺等，它們之間是互為影響和約束的，同時(shí)本書(shū)也探討了對(duì)空間尺度在不同的分析層次上所研究的內(nèi)容和關(guān)系?？臻g可視分析的技術(shù)主要體現(xiàn)在可視性和視域的計(jì)算上。平面上表現(xiàn)為多邊形環(huán)境中的視域計(jì)算，因其在應(yīng)用中多描述為監(jiān)視問(wèn)題，因此也稱之為平面監(jiān)視問(wèn)題。根據(jù)視點(diǎn)的位置、路徑、運(yùn)動(dòng)和多邊形環(huán)境的不同，平面監(jiān)視問(wèn)題表現(xiàn)為多種形式，如多邊形頂點(diǎn)監(jiān)視、內(nèi)部點(diǎn)監(jiān)視、動(dòng)態(tài)和路徑監(jiān)視、多點(diǎn)優(yōu)化監(jiān)視等。本書(shū)以典型的藝術(shù)館問(wèn)題為例論述了頂點(diǎn)監(jiān)視的描述、求解方法。

內(nèi)容概要

　　人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)主要依靠視覺(jué)，則地理認(rèn)知和分析主要處于這種可視空間下。本書(shū)以空間尺度作為可視分析的理論基礎(chǔ)，詳細(xì)探討了地理信息科學(xué)領(lǐng)域中的空間尺度問(wèn)題；針對(duì)平面多邊形監(jiān)視問(wèn)題，重點(diǎn)探討了內(nèi)部監(jiān)視問(wèn)題，并論述了動(dòng)態(tài)和路徑監(jiān)視；探討了地形可視性和視域計(jì)算的方法，分析了地形可視分析的種種形式，并輔以其在軍事中的應(yīng)用；探討可視分析在景觀分析中的應(yīng)用；分析了城市空間可視分析的各種參數(shù)，依據(jù)可視行為理論，論述空間可視分析在空間形態(tài)中對(duì)人流的影響，及在城市規(guī)劃和相關(guān)設(shè)施布局中的意義?！　”緯?shū)可作為GIS相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的教材，也可作為GIS領(lǐng)域科研、教學(xué)、研發(fā)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論　1.1 概述　1.2 空間的概念　1.3 空間可視分析及相關(guān)內(nèi)容發(fā)展　1.4 相關(guān)學(xué)科發(fā)展　1.5 空間可視分析研究的意義　1.6 本書(shū)的主要研究?jī)?nèi)容第2章 空間可視分析的理論依據(jù)　2.1 人眼視覺(jué)的生理和認(rèn)知基礎(chǔ)　2.2 空間尺度　2.3 本章小結(jié)第3章 平面可視分析　3.1 基本概念　3.2 藝術(shù)館問(wèn)題　3.3 基于視線(LOS)的內(nèi)部監(jiān)視　3.4 內(nèi)部動(dòng)態(tài)監(jiān)視　3.5 本章小結(jié)第4章 3維空間可視分析　4.1 圖形圖像領(lǐng)域判斷可視的方法　4.2 3維可視分析　4.3 3維地形可視分析的影響因素　4.4 3維可視計(jì)算　4.5 雙增量法可視計(jì)算　4.6 可視域的精度、不確定性和不變性　4.7 地形可視計(jì)算的有關(guān)問(wèn)題　　4.8 地形可視的變形及其應(yīng)用　　4.9 地形的可視覆蓋　4.10 可視的認(rèn)知分析　4.11 可視與地形特征要素　4.12 可視分析與3維虛擬場(chǎng)景　4.13 本章小結(jié)第5章 可視分析在景觀分析中的應(yīng)用　5.1 可視分析的應(yīng)用　5.2 景觀可視分析　5.3 景觀可視分析的類型　5.4 東湖磨山景觀可視評(píng)估　5.5 城市景觀可視評(píng)估　5.6 本章小結(jié)第6章 空間可視分析與城市空間布局　6.1 可視分析的定性和定量之說(shuō)　6.2 可視分析的參數(shù)探討　6.3 城市空間可視分析　6.4 本章小結(jié)第7章 可視分析與多尺度　7.1 可視與制圖綜合　7.2 可視約束的廣度和分辨率之比　7.3 多尺度與空間模式　7.4 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章緒論1.1概述世界是無(wú)限復(fù)雜的，簡(jiǎn)單描述起來(lái)是比較難的。事實(shí)上，這也是現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)（GIS）基礎(chǔ)理論的難點(diǎn)，需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行研究，從這種意義上來(lái)說(shuō)，沒(méi)有一個(gè)非計(jì)算性的數(shù)據(jù)庫(kù)能提供對(duì)現(xiàn)實(shí)地理世界的詳細(xì)的、抽象的模擬，不管它有多詳細(xì)和具體。因此也有人認(rèn)為GIS只不過(guò)是對(duì)現(xiàn)實(shí)的某些方面的粗糙的描述和有限的應(yīng)用。我們不但被所采集和存儲(chǔ)的空間信息限制，而且其中很多信息是可變的，包含著人的主觀評(píng)估與理解。人們對(duì)周圍世界的認(rèn)識(shí)和了解是通過(guò)感覺(jué)器官來(lái)覺(jué)察世界和認(rèn)知心理來(lái)認(rèn)識(shí)世界的。人類通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)感知我們的世界，其中人類通過(guò)視覺(jué)獲得的信息占總信息獲取量的80％以上。那么“眼睛看見(jiàn)”指什么？對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答是：通過(guò)觀看，認(rèn)知有什么東西，這些東西在什么地方。換言之，視覺(jué)是個(gè)處理過(guò)程，是從圖形中發(fā)現(xiàn)外部世界中有什么東西，這些東西在什么地方（Marlr，1977）。因此視覺(jué)首先是個(gè)信息處理過(guò)程，但是信息處理過(guò)程又不完全相同。因?yàn)槲覀兡苷J(rèn)知外部世界中有什么東西在什么地方，那么我們的頭腦中就必須以某種方式表達(dá)（心像）該信息——色彩、圖形、細(xì)節(jié)等，并且這些信息對(duì)觀測(cè)者有用又不受無(wú)關(guān)信息干擾（Marr，1977）。這是地理認(rèn)知和空間認(rèn)知中的研究?jī)?nèi)容。認(rèn)知后的表達(dá)決定著什么地理信息被明確表達(dá)，什么信息被隱藏起來(lái)。人的視覺(jué)認(rèn)知隨空間尺度的不同而不同，人的認(rèn)知表達(dá)也不同，從而引起地理信息的不同表達(dá)結(jié)構(gòu)（即空間結(jié)構(gòu)）。GIS研究的是地理對(duì)象，它依賴于地理空間的地域性，而這種地域性受人類的感覺(jué)或視覺(jué)范圍所限制，盡管現(xiàn)代技術(shù)在一定程度上能幫助我們。僅有空間事物的地域性是不足以形成地理目標(biāo)的?？臻g事物在被地域化后，如果它不和其他地域化的事物發(fā)生聯(lián)系，是不會(huì)引起地學(xué)工作者的注意的。如果注意到地域化的事物之間的聯(lián)系，那就是它們顯示的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有時(shí)復(fù)雜得讓我們難以在機(jī)理上解析它，但我們可以觀察它的狀態(tài)，表達(dá)它，這種狀態(tài)的綜合表現(xiàn)就是景觀。景觀本身不是地理事物的本質(zhì)特征，但它確是本質(zhì)標(biāo)志，因此稱地域化事物轉(zhuǎn)化為地理目標(biāo)的過(guò)程為景觀過(guò)程（王錚，1994）。地理目標(biāo)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)也就是空間結(jié)構(gòu)或空間模式。

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