全息地理重構(gòu)理論、方法及應(yīng)用探討

劉朋飛，崔鐵軍

（1.天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津300387；2.天津師范大學(xué)天津市地理空間信息技術(shù)工程中心，天津300387）

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用信息技術(shù)模擬人的某些思維過程和智能行為，逐漸發(fā)展成為人工智能科學(xué)，其目的是模擬、擴(kuò)展和延伸人類的智能.地理信息科學(xué)的研究目的是利用信息技術(shù)提升解決地理問題的能力[1].隨著遙感技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，人們感知地球表面物體和現(xiàn)象的手段逐漸多樣化和智能化，地理信息感知能力大大增強(qiáng)，因此，在地理信息感知和地理信息應(yīng)用領(lǐng)域，地理空間數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長.GIS 發(fā)展的終極目標(biāo)，是在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能的基礎(chǔ)上構(gòu)建智能GIS.智能GIS 可以模擬人的地理思維方式，利用所構(gòu)建的地理數(shù)學(xué)模型，從多源地理數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其中隱含的地理知識(shí)和空間聯(lián)系，從而模擬、推演和預(yù)測地理發(fā)展規(guī)律，為人類決策提供科學(xué)依據(jù).這里需要解決2 個(gè)問題：①探究事物的本原、本質(zhì)或存在與事物的表征信息以及表達(dá)信息的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；②如何從事物的信息表征（數(shù)據(jù)）中認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)（規(guī)律）.本文以本體論為基礎(chǔ)，探討地理本體和地理信息本體的內(nèi)涵，以及產(chǎn)生多源地理數(shù)據(jù)的根源，基于全息論建立地理過程重構(gòu)的理論體系[2-3]，探討多源地理數(shù)據(jù)的集成、融合、關(guān)聯(lián)、推理、模型構(gòu)建和同化等方法，以為構(gòu)建智能GIS 提供理論方法，推動(dòng)GIS 實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用.

1 全息地理重構(gòu)理論

人類從感知得到的信息中通過大腦思考提煉出所需要信息的過程稱為信息重構(gòu).它是人類在信息感知的基礎(chǔ)上，對(duì)感知材料進(jìn)行分析和綜合，通過概念、判斷、推理的形式，認(rèn)知客觀事物的本質(zhì)屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

1.1 地理本體的多重?cái)?shù)據(jù)表達(dá)

本體論（Ontology）是探究世界的本原或基質(zhì)的哲學(xué)理論[4]，它是研究存在的本質(zhì)的哲學(xué)問題.通過直觀認(rèn)識(shí)到的事物，是實(shí)體物及實(shí)體物的活動(dòng)，而通過視覺信息手段認(rèn)識(shí)的事物，是圖像化的世界.相對(duì)于整體世界，人類可見的事物是少量的，大量的事物是不可見的.利用可見事物的關(guān)聯(lián)，探究不可見事物存在的機(jī)理，就構(gòu)成了信息學(xué)本體論研究的內(nèi)容，進(jìn)而出現(xiàn)了信息本體這個(gè)概念[5].關(guān)于信息本體的定義，學(xué)術(shù)界一直沒有統(tǒng)一的定論，但存在基本的共識(shí)，即信息本體包括概念化、形式化、可共享、明確、描述領(lǐng)域知識(shí)這5 大特征.這5 大特征基本涵蓋了信息本體的實(shí)質(zhì)內(nèi)容.

哲學(xué)本體指一切實(shí)在的最終本性，是對(duì)客觀世界的實(shí)實(shí)在在存在所做的客觀描述，最終本性是唯一的，哲學(xué)本體不存二義性.這種哲學(xué)本性需要通過認(rèn)識(shí)而得到，而對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的結(jié)果是信息本體.信息本體的描述受客觀和主觀2 個(gè)方面的因素影響.客觀因素是客觀世界自身的復(fù)雜性和模糊性，主觀因素是人類對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)和表達(dá)能力的局限性.人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)存在重大差異，不同的科學(xué)領(lǐng)域?qū)τ谙嗤目陀^世界關(guān)注的重點(diǎn)往往是不一樣的，因此基于不同學(xué)科背景所構(gòu)建的信息本體必然會(huì)有差異，對(duì)信息本體的描述存在多樣性.

地理數(shù)據(jù)是地理信息本體最主要的表達(dá)形式和載體.人們運(yùn)用各種信息手段獲取客觀世界的地理數(shù)據(jù)，構(gòu)建了現(xiàn)實(shí)世界的抽象化的各種數(shù)字模型.這種數(shù)字模型近似地記錄了某個(gè)瞬間的地理現(xiàn)象.根據(jù)本體論思想，地理本體表達(dá)為多種多樣的地理信息本體[5].同一地理客體因?yàn)榈乩硇畔⒈倔w的抽象程度和應(yīng)用目的的不同，在地理空間數(shù)據(jù)中存在著不同的幾何、拓?fù)浔磉_(dá)及屬性描述的多重表達(dá)（Multiple Representations）現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象在地理數(shù)據(jù)表達(dá)中的幾何多樣性、語義多樣性以及相關(guān)對(duì)象或?qū)傩灾g的各種層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系.不同種類的多源地理數(shù)據(jù)可能具有不同的特征，而這些特征也是多樣化的，可能是相互支持或互補(bǔ)的，確定的或模糊的，還有可能是沖突矛盾的.

如何有效地整合多源異構(gòu)地理數(shù)據(jù)，將它在時(shí)空上的互補(bǔ)和冗余按照某種組合規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化處理，在進(jìn)行多方位、多層次的數(shù)據(jù)處理后獲得對(duì)地理目標(biāo)的理解、認(rèn)知以及更多有價(jià)值的信息，并且獲得比它的各個(gè)部分所構(gòu)成的系統(tǒng)質(zhì)量更高的性能，達(dá)到提高信息綜合利用率和系統(tǒng)有效性的目的，成為GIS 智能化的關(guān)鍵問題之一.

1.2 多源地理數(shù)據(jù)的全息地理重構(gòu)

根據(jù)全息地理理論，宇宙中的任何事物或組成部分都是按全息構(gòu)成的，部分是整體的縮影，全息重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)是從全息地理元認(rèn)識(shí)整體地理本體的思維過程[3].全息地理元的載體是多源地理空間數(shù)據(jù)，但是地理空間數(shù)據(jù)只能記錄地理物體的瞬間現(xiàn)象，不能完整地記錄地理過程的全部信息，而且，由于外因干擾，有些地理全息特征可能發(fā)生形變.為了克服全息不全的實(shí)際情況，在地理大數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用過程中，人們不再探求數(shù)據(jù)的因果關(guān)系，轉(zhuǎn)而關(guān)注數(shù)據(jù)的相關(guān)性，采用多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和融合分析方法，從多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)中發(fā)現(xiàn)和理解地理內(nèi)容及地理實(shí)體之間的關(guān)系，這即是全息地理重構(gòu).全息地理重構(gòu)的過程實(shí)際上是一個(gè)基于多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的求解地理問題的過程： 從空間角度，通過地理全息元的幾何位置、形態(tài)、大小、方位、維度和相互關(guān)系的空間結(jié)構(gòu)揭示地理要素的空間布局；從時(shí)間序列角度，針對(duì)空間分布環(huán)境中的不同地理事件間的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行演化推理；為了發(fā)現(xiàn)地理時(shí)空演變規(guī)律，將時(shí)間和空間納入統(tǒng)一基準(zhǔn)之中，建立各種全息地理元的相關(guān)性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上推演地理時(shí)序發(fā)展過程.

由此可見，地理本體是客觀存在，而地理信息本體是人們對(duì)地理本體的認(rèn)知，地理數(shù)據(jù)是地理信息本體的全息地理元表達(dá)，是地理信息本體的逼近表現(xiàn)形式[5].全息地理重構(gòu)是利用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)對(duì)人腦綜合處理復(fù)雜地理問題過程的一種功能模擬，它依據(jù)多源地理感知數(shù)據(jù)，通過對(duì)多源地理數(shù)據(jù)的整合分析、關(guān)聯(lián)和融合處理認(rèn)知地理本體，輔助人們認(rèn)知地理發(fā)展規(guī)律.

2 全息地理重構(gòu)方法

利用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行全息地理重構(gòu)由3 部分組成： ①利用信息技術(shù)探測到的地理數(shù)據(jù)表示地理現(xiàn)象，形成全方位、多層次和時(shí)序連續(xù)的感知多源地理信息（全息地理元）；②模擬人類的地理思維過程，構(gòu)建地理模型，用計(jì)算機(jī)代替人的大腦處理信息必須將自然規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型或算法，并力求通過計(jì)算機(jī)模擬等方式發(fā)現(xiàn)人類獲取和利用知識(shí)的規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)人工智能；③應(yīng)用計(jì)算機(jī)的數(shù)字計(jì)算方法，基于地理模型，將感知的多源海量地理數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、聚合、融合、關(guān)聯(lián)、推理和同化，形成一個(gè)有機(jī)的整體信息（知識(shí)）.

2.1 數(shù)據(jù)集成與融合

數(shù)據(jù)集成（Data Integration）是使多源異構(gòu)的地理數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體的過程[6].由于不同的地理數(shù)據(jù)可能來自不同的途徑，其內(nèi)容、格式和質(zhì)量千差萬別，有時(shí)甚至?xí)龅綌?shù)據(jù)格式不能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換格式后信息丟失等棘手問題，因此，數(shù)據(jù)集成應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)的屬性、時(shí)間和空間特征、數(shù)據(jù)自身及其表達(dá)的地理特征和時(shí)序過程的準(zhǔn)確性，通過某種方式改變?cè)械臄?shù)據(jù)格式或表達(dá)方式，以實(shí)現(xiàn)地物實(shí)體的空間基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型、語義編碼、屬性分類分級(jí)和數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一[7-8].

數(shù)據(jù)融合（Data Fusion）是將多源數(shù)據(jù)有效地結(jié)合起來，根據(jù)某種特定的應(yīng)用目的，將同一地區(qū)不同來源、不同時(shí)間、空間上不完整的觀測信息整合到一個(gè)地球表面系統(tǒng)的一致性表達(dá)中，重新組合語義數(shù)據(jù)，最終使新的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地表達(dá)客觀實(shí)體，以改善地理空間實(shí)體的幾何精度，獲取高質(zhì)量地理信息[9].

多源地理數(shù)據(jù)的集成和融合是數(shù)據(jù)整合的2 個(gè)階段.數(shù)據(jù)集成是初級(jí)階段，是數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)融合是高級(jí)階段，是在數(shù)據(jù)集成基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展[3].二者的差異在于：數(shù)據(jù)集成后，數(shù)據(jù)并沒有發(fā)生質(zhì)的變化，仍保留著原有的基本特征；而數(shù)據(jù)融合后產(chǎn)生了新的數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量[10].

2.2 空間關(guān)聯(lián)與推理

空間關(guān)聯(lián)（Spatial Association）是指基于2 種或2種以上的，分布在統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)上相應(yīng)尺度的地理數(shù)據(jù)，探索和挖掘這些數(shù)據(jù)間的相關(guān)性和依賴度，將相互影響、相互制約、相互依存的地理要素構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體.當(dāng)代地球科學(xué)的宏觀發(fā)展趨勢(shì)更強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)論”思維，也就是強(qiáng)調(diào)地球表面各組成要素和各組成部分之間的內(nèi)在聯(lián)系，認(rèn)為它們是相互聯(lián)系相互制約的，并能結(jié)合成為一個(gè)整體[11].地理系統(tǒng)各要素之間以及系統(tǒng)與環(huán)境之間發(fā)生著廣泛的物質(zhì)、能量和信息交換，這是地理空間現(xiàn)象和空間過程的本質(zhì)特征，也是現(xiàn)實(shí)世界存在秩序和格局的根本原因之一.

多源地理數(shù)據(jù)中必然隱含著地理現(xiàn)象關(guān)聯(lián)的知識(shí)，但目前的地理空間數(shù)據(jù)模型只能表達(dá)簡單的、顯式的地理現(xiàn)象之間的聯(lián)系，對(duì)于地理空間位置及動(dòng)態(tài)時(shí)空過程中隱含的關(guān)聯(lián)性關(guān)系的表達(dá)具有局限性，這成為地理數(shù)據(jù)挖掘和地理信息服務(wù)的主要瓶頸.多源地理數(shù)據(jù)空間關(guān)聯(lián)，旨在克服人類在地理信息感知、認(rèn)知和表達(dá)等方面的局限性，利用計(jì)算機(jī)算法挖掘地理要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，從凌亂的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)建機(jī)構(gòu)化的信息（地理知識(shí)），從而發(fā)揮多源地理數(shù)據(jù)的綜合優(yōu)勢(shì)[12].

空間推理（Spatial Reasoning）是指利用地理數(shù)據(jù)中的顯式或隱式的屬性、拓?fù)湫再|(zhì)和幾何信息，并結(jié)合相關(guān)的空間約束來獲取所需的未知地理信息[13-14].空間推理涉及空間目標(biāo)的特性以及推理所采用的算法或演繹方法，其中空間目標(biāo)的特性包括拓?fù)湫再|(zhì)、形狀、大小、方向、距離等.空間推理是利用空間目標(biāo)的位置、形狀和方位等信息以及目標(biāo)之間的空間關(guān)系解決空間問題的有效方法，每種空間推理方法必須給定其特定的空間概念集及相應(yīng)的推理規(guī)則.空間事實(shí)是有關(guān)諸如存在物、描述特征和位置地點(diǎn)的事實(shí)，空間關(guān)系式是指空間中地點(diǎn)之間的關(guān)系，如相交、連通等[14].

地理空間推理是人類認(rèn)知世界的一項(xiàng)基本活動(dòng).在地理世界中我們用視覺來感知圖像，基于地理空間認(rèn)知原則，識(shí)別各種要素及相互關(guān)系，并根據(jù)這些事實(shí)和知識(shí)進(jìn)行空間分析與規(guī)劃[13].在計(jì)算機(jī)世界中，計(jì)算機(jī)依據(jù)地理空間目標(biāo)的位置、形狀和方位距離等信息以及目標(biāo)之間的空間關(guān)系，利用精確的規(guī)則制定操作的指令和精確的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行邏輯判斷.

地理數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是地理空間推理的基礎(chǔ)，地理空間推理是地理信息重構(gòu)的核心，它貫穿于地理信息數(shù)據(jù)表達(dá)、地理數(shù)據(jù)組織、地理空間分析與決策等全過程.

2.3 地理建模與同化

地理建模（Geographic Modeling）是指人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)地理問題所做的一種簡化模型[15].地理系統(tǒng)中豐富的內(nèi)容、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，給人們分析、研究地理系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn).地理事物或現(xiàn)象是一個(gè)多因素綜合體，地理因素之間存在著相互依賴又相互制約的關(guān)系，這種關(guān)系通常是復(fù)雜的非線性關(guān)系.為了分析地理要素之間的相互作用機(jī)制，揭示其內(nèi)部規(guī)律，可以根據(jù)地理理論的推導(dǎo)，建立反映實(shí)際問題的數(shù)量關(guān)系，然后利用數(shù)學(xué)理論和方法去分析和解決問題[16].最常用的地理建模方法，是在地理觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，從復(fù)雜的要素中選取影響因子，對(duì)影響因子進(jìn)行量化，建立指標(biāo)體系和數(shù)據(jù)模型，依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用定量與定性相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)一種地理模型來代表所研究的地理對(duì)象[17].

構(gòu)建地理模型必然涉及空間和時(shí)間2 個(gè)變量，每一個(gè)地理對(duì)象的時(shí)間和空間變量都是連續(xù)的，而且是復(fù)雜的，因此，對(duì)一個(gè)地理現(xiàn)象采用一個(gè)函數(shù)f（x，y，z，t）（x、y、z 表示空間坐標(biāo)，t 表示時(shí)間）進(jìn)行描述和數(shù)學(xué)建模在大多數(shù)情況下是無法實(shí)現(xiàn)的.對(duì)地理系統(tǒng)模型進(jìn)行簡化的一個(gè)方法就是空間離散化（格網(wǎng)化），其核心是按照一定的規(guī)則將有機(jī)整合在一起的現(xiàn)象劃分為若干個(gè)單元，每一個(gè)單元的屬性相對(duì)一致，區(qū)域間的聯(lián)系表現(xiàn)為單元間的相互作用，每個(gè)單元都有一定的屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同屬性的單元之間有一定的作用規(guī)則，這樣地理現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制就可以某種模型表達(dá)出來，這使得地理系統(tǒng)易于利用計(jì)算機(jī)來構(gòu)建模型進(jìn)行模擬.

全息地理重構(gòu)就是利用數(shù)理模型、計(jì)算機(jī)技術(shù)等手段對(duì)復(fù)雜的地理過程進(jìn)行定量化研究，在可感知的和可測量的基礎(chǔ)上，按照不同的時(shí)間尺度，即時(shí)段的長短，依照時(shí)序感知各類地理性質(zhì)的表現(xiàn)（地理數(shù)據(jù)），而后將這些數(shù)據(jù)放在某個(gè)規(guī)定的模型中進(jìn)行分析，從而得到地理現(xiàn)象在縱向上的變化規(guī)律.

數(shù)據(jù)同化（Data Assimilation）的核心思想是在地理過程的模擬和預(yù)測過程中，融合不同來源、不同精度、不同時(shí)空分辨率的直接或間接的觀測數(shù)據(jù)，利用這些觀測數(shù)據(jù)不斷調(diào)整地理過程的模型參數(shù)，依據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論，在模型數(shù)值與實(shí)際觀測值之間找到一個(gè)最優(yōu)解[18]，這個(gè)最優(yōu)解可以繼續(xù)為地理系統(tǒng)模型提供初始值，依此不斷循環(huán)下去，使得模型的結(jié)果不斷地靠近觀測值.但是，隨著時(shí)間推移，地理系統(tǒng)模型的預(yù)測值與真實(shí)值的誤差會(huì)越來越大，這是由模型的不確定性較大造成的，模型的物理結(jié)構(gòu)、參數(shù)、驅(qū)動(dòng)機(jī)制和初始條件的不確定性都可能通過復(fù)雜的誤差傳遞反映到模擬結(jié)構(gòu)中.這種不確定性往往是由地理過程發(fā)展的未知性和時(shí)空異質(zhì)性所帶來的不確定性所造成的.異質(zhì)性和不確定性是地理系統(tǒng)的固有特征，它們能夠被估計(jì)和控制，但卻不可能完全消除.為提高模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，通常情況下可以通過數(shù)據(jù)同化算法，不斷融合時(shí)空上離散分布的不同來源和不同分辨率的直接或間接的觀測信息來自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)，以改善其預(yù)測精度，提高預(yù)測能力.遙感的觀測手段具有宏觀、定量和連續(xù)性的特點(diǎn)，無論是反演（如土壤水分），還是依靠模型間接估計(jì)（如蒸散發(fā)），都能得到地球表面觀測時(shí)刻的“真值”.在研究區(qū)域尺度上地理時(shí)空變化特征的主要變量時(shí)，如果能夠?qū)?duì)地觀測得到的數(shù)據(jù)同化到地理模型中，就有可能顯著地提高地理模型的模擬和預(yù)測（特別是短期預(yù)測）的精度，并同時(shí)度量模型的誤差[19].

3 全息地理重構(gòu)應(yīng)用案例

自然災(zāi)害是指給人類生存帶來危害或損害人類生活環(huán)境的自然現(xiàn)象.研究自然災(zāi)害發(fā)生及其影響的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化和空間分布是地理信息科學(xué)最重要的任務(wù)之一，包括潛在災(zāi)害的預(yù)測定位、災(zāi)害發(fā)生時(shí)影響范圍的界定、災(zāi)后的災(zāi)難性損失的計(jì)算、應(yīng)對(duì)措施的制定等.下面以潛在的洪水、滑坡和森林火災(zāi)等自然災(zāi)害預(yù)測為例，給出全息地理重構(gòu)在科學(xué)決策中的應(yīng)用.

3.1 洪水災(zāi)害預(yù)測

洪水災(zāi)害是降雨量超過江河、湖泊、水庫等容水場所的承納能力，造成水量劇增或水位急漲的水文現(xiàn)象[20].洪水災(zāi)害與降雨量、植被覆蓋、土壤類型、地形地勢(shì)、大小河流水位、水庫水位、大型湖泊水位等因素有關(guān).相關(guān)流域的自然地理信息包括面積、坡度、土壤植被、地形地貌、數(shù)字高程（DEM）等.洪水災(zāi)害同氣候變化一樣，有其自身的變化規(guī)律，這種變化具有或長或短的周期性，因此洪水災(zāi)害通常循環(huán)往復(fù)發(fā)生.利用遠(yuǎn)程水位監(jiān)測數(shù)據(jù)、地面氣象數(shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、GIS 植被覆蓋數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建洪水災(zāi)情模型，預(yù)測洪水災(zāi)害等級(jí)（潰決型、漫溢型、內(nèi)澇型），從而提早防范、及早發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，以有效減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[21].

3.2 森林火災(zāi)預(yù)測

森林火災(zāi)預(yù)警需要綜合考慮天氣條件的變化，可燃物干濕程度變化和森林可燃物類型等因素，從而采用數(shù)理模型預(yù)測火災(zāi)發(fā)生的可能性[22].森林火災(zāi)的發(fā)生絕不是偶然的.從氣候角度考察，森林火災(zāi)的相關(guān)因素都有一個(gè)孕育的過程，即只有當(dāng)環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、降水量達(dá)到一定閾值時(shí)，才可能引發(fā)林火.氣象條件是決定森林火災(zāi)是否發(fā)生的重要因素，其中氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水因子最為關(guān)鍵.降水量與森林火災(zāi)呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)月降水日數(shù)較多時(shí)，對(duì)應(yīng)該月的森林火災(zāi)次數(shù)就會(huì)下降，最長連續(xù)無降水日數(shù)與森林火災(zāi)次數(shù)呈正相關(guān)，連續(xù)無降水日數(shù)越長，相對(duì)濕度越小，蒸發(fā)量越大，林內(nèi)地被植物就越干燥，發(fā)生森林火災(zāi)的概率也就越大.風(fēng)速可作為間接因子來考慮對(duì)可燃物含水率的影響，在林火行為預(yù)報(bào)中通常將風(fēng)速作為決定林火強(qiáng)度、林火蔓延速度、火場面積的直接因子.這些影響因子結(jié)合在一起，可以有效預(yù)測火險(xiǎn)等級(jí)[23].

3.3 地質(zhì)滑坡預(yù)測

地質(zhì)滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，模擬和推演滑坡體的演變過程，及時(shí)預(yù)測滑坡災(zāi)害的特征信息，可為地質(zhì)滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)及治理提供科學(xué)依據(jù)[24].影響地質(zhì)滑坡的因素包括內(nèi)在因素和外在因素2 個(gè)方面[25].內(nèi)因主要包括區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、組成邊坡巖土體的性質(zhì)、地應(yīng)力、地形地貌以及水文地質(zhì)條件等.外因主要包括地表水和地下水的作用、地震、風(fēng)化作用、人工開挖、爆破以及工程荷載等.地質(zhì)滑坡過程存在多種不確定性的災(zāi)變因素，是一個(gè)典型的“黑箱”問題，利用已有的地質(zhì)理論來解決這一“黑箱”問題，幾乎是不可能的.構(gòu)建地質(zhì)滑坡預(yù)測模型，可以根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將多元空間信息統(tǒng)計(jì)分析與非線性統(tǒng)計(jì)預(yù)測相結(jié)合，統(tǒng)計(jì)各個(gè)滑坡影響因子之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性和位置相關(guān)性，研究地質(zhì)滑坡與影響因子之間的定量關(guān)系，逐步篩選綜合系數(shù)求得最佳預(yù)測因子集，并通過已知滑坡樣本集與預(yù)測樣本集，構(gòu)建地質(zhì)滑坡多因子定量預(yù)測模型，對(duì)滑坡的危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測.

4 結(jié)論

全息地理重構(gòu)是構(gòu)建未來智能GIS 的基礎(chǔ)理論，它以地理信息本體和全息地理理論為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代地理感知技術(shù)所采集的多源地理空間數(shù)據(jù)為依托，通過多源多時(shí)空地理數(shù)據(jù)的集成和融合，利用地理空間數(shù)據(jù)分析、關(guān)聯(lián)和推理以及時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘等方法，以地理過程建模為核心，重構(gòu)地理對(duì)象時(shí)空變化過程，通過數(shù)據(jù)同化算法不斷融合時(shí)空離散分布的不同來源和不同分辨率的直接或間接的觀測數(shù)據(jù)來自動(dòng)調(diào)整模型軌跡，以改善動(dòng)態(tài)過程模型狀態(tài)的估計(jì)精度，提高模型預(yù)測能力.本文以本體論為基礎(chǔ)，基于全息論建立地理過程重構(gòu)的理論體系，探討多源地理數(shù)據(jù)的集成、融合、關(guān)聯(lián)、推理、模型構(gòu)建和同化等方法，為智能GIS 的構(gòu)建及推動(dòng)GIS 更高層次的應(yīng)用提供理論方法.