地理信息科學的哲學時空觀思考

1、地理信息科學的時空哲學思考侯景偉1,孔云峰2(1.寧夏大學資源環(huán)境學院,寧夏銀川750021;2. 河南大學環(huán)境與規(guī)劃學院,河南開封475004摘要:哲學對具體科學有指導作用。從哲學角度,分析了哲學中的時空觀,包括:哲學理論體系的時空界限、時空普遍聯(lián)系、時空范疇、社會時空、社會形態(tài)時空和時空本體,在地理信息科學產(chǎn)生與發(fā)展中的作用,揭示了地理信息科學發(fā)展中層次性與尺度性、復雜性與開放性、連續(xù)性與階段性、時間與空間相統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)律,以及地理信息科學社會實踐性與時空本體性的特點,旨在對當前的科學研究有所啟迪和幫助,進一步推動地理信息科學的發(fā)展。關(guān)鍵字:哲學;時空觀;地理信息科學;地理信息系統(tǒng);思考中

2、圖分類號:文獻標識碼:A 文章編號:哲學是自然知識、社會知識和思維知識的方法論。愛因斯坦說:“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求,那么,顯然,哲學就可以被認為是全部科學研究之母?！庇脺\顯的哲學理論和基本的哲學觀點解決實際問題,是一門學科走向成熟,得到發(fā)展的根本途徑之一。地理信息科學的發(fā)展也需要哲學指導。雖然哲學不會直接告訴我們具體的系統(tǒng)設(shè)計、集成、管理、應(yīng)用的理論和方法,但它的許多基本觀點,將給予研究與實踐工作以巨大的啟示,如理論與實踐的問題、關(guān)于確定性和隨機性的問題、線性與非線性的問題,這些都需要運用哲學思想和觀點去研究解決1。地理信息科學的研究對象主要是地理信息。而地理信

3、息具有二元性,它包括時間與空間二元、瞬時與歷時二元、空間幾何與空間屬性二元、定性與定量二元2。在馬克思的哲學理論體系中,關(guān)于時空的觀點對與時空作為主要研究對象的地理信息科學有著更加重要的指導作用。哲學的時空觀點包括:哲學理論體系的時空界限、時空普遍聯(lián)系、時空范疇、社會時空、社會形態(tài)時空、時空本體等。在地理信息科學發(fā)展的實踐過程中,哲學的時空觀點能起到提示、指導、促進乃至推動作用。1 從哲學時空界限思考地理信息科學的層次性和尺度性“一切存在的基本形式是空間和時間”(恩格斯語。時間和空間是運動著的物質(zhì)存在的基本形式。哲學的理論體系可將其分為四個層次:最普遍原理、普遍原理、局部原理、個別原理3。最普

4、遍原理是指放之四海而皆準的,反映自然社會和思維世界本質(zhì)和發(fā)展過程的規(guī)律。這類原理沒有時空界限的限制。普遍原理反映自然社會內(nèi)部和思維世界內(nèi)部每個子系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律,如思維是存在能動的反映、實踐是認識的基礎(chǔ)和檢驗認識正確與否的標準等都是普遍原理。局部原理只概括局部范圍的事物運動發(fā)展規(guī)律,只適用于局部范圍,不可隨意擴大。個別原理是揭示個別事物的發(fā)展規(guī)律,它的適用范圍就更小一些。準確把握哲學理論體系的適用范圍,不能隨意擴大或縮小其使用范圍,對理解地理信息科學的概念層次劃分和層次理論具有一定的指導意義。在確定概念層次的時候,父概念的所有子概念之間不允許有重疊,每一個概念層次確定一個分類標準,同一概念派生出

5、的各子概念應(yīng)具有相同的泛化程度。地理信息科學的層次理論包括空間位置的層次表達、空間關(guān)系的層次表達、語義的層次表達等理論?？臻g位置的層次表達可分為基于格網(wǎng)的層次表達和基于空間實體的層次表達。如何進行基于格網(wǎng)的和基于空間實體的層次劃分?怎樣進行層次空間收稿日期:基金項目:國家自然科學基金項目(40771146; 高等學校博士學科點專項科研基金資助項目(20070475001; 省部共建河南大學科研項目(SBGJ090605; 廣西空間信息與測繪重點實驗室(桂林理工大學研究基金.責任作者:侯景偉,男,河南省鎮(zhèn)平縣人,寧夏大學資源環(huán)境學院博士. E-mail:houjingwei2005推理和層次空間

6、查詢(位置查詢、屬性查詢和空間關(guān)系查詢?如何實現(xiàn)不同地理特征之間、不同地理實體之間語義的層次劃分?這些問題是地理信息科學正在研究的主要問題。弄清不同層次和不同尺度之間的時空界限,是理解和運用地理信息科學理論體系的首要前提。解決地理信息科學層次性和尺度性的關(guān)鍵問題是如何有效解決層次模型下層間切換時的位置信息轉(zhuǎn)換問題以及怎樣尋找合理的入口(從低層進入高層的過渡節(jié)點問題。我們要用哲學理論體系的時空界限觀來準確把握、科學構(gòu)建和正確運用地理信息科學的原理,揭示和表達復雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成元素之間復雜的關(guān)系,從而又快又好地促進地理信息科學的發(fā)展。2從哲學時空普遍聯(lián)系思考地理信息科學發(fā)展的復雜性和開放性辯證

7、唯物主義哲學觀認為:世界是一個由許多系統(tǒng)在時空域上交叉連接形成的復雜大系統(tǒng),事物之間有許多直接或者間接的信息聯(lián)系。時空也是物質(zhì)存在的形式,因此事物的普遍聯(lián)系也應(yīng)該包括空間與時間的普遍聯(lián)系?？臻g域普遍聯(lián)系包括橫向無限交疊擴張的聯(lián)系和縱向無限層次可分的聯(lián)系;時間域普遍聯(lián)系包括后向無限歷史過程的聯(lián)系和前向無限發(fā)展趨向的聯(lián)系4。地理信息系統(tǒng)發(fā)展的復雜性表現(xiàn)在:自然和社會系統(tǒng)的復雜性、數(shù)據(jù)和主觀旨意的不確定性、社會結(jié)構(gòu)層面和社會功能分化的復雜性、系統(tǒng)目標和結(jié)構(gòu)確定性的限制、實體單元自主性和協(xié)同方式的欠缺、技術(shù)標準的不統(tǒng)一。因此,地理信息技術(shù)的發(fā)展和變化,降低了系統(tǒng)構(gòu)造的復雜性,同時又增加了系統(tǒng)集成的復雜

8、性,使得地理信息系統(tǒng)很難適應(yīng)具有開放、動態(tài)和多變特性的環(huán)境5。從哲學的時空普遍聯(lián)系觀點研究地理信息科學發(fā)展的復雜性,就是要從復雜地理信息系統(tǒng)開發(fā)的困難來認識“復雜性”存在論問題;從地理信息技術(shù)發(fā)展過程中由簡單性演化為復雜性來認識“復雜性”演化論問題;從探索地理信息科學的還原論與整體論相結(jié)合的方法復雜性來認識“復雜性”方法論問題。哲學的普遍聯(lián)系觀點決定了地理信息科學發(fā)展必須實現(xiàn)真正的開放性。只有開放學科體系結(jié)構(gòu)、開放時空數(shù)據(jù)模型、開放互操作標準、開放源代碼和規(guī)范說明以及開放開發(fā)者思想觀念,才能促進地理信息科學的發(fā)展?；贠pen GIS規(guī)范的GIS軟件具有更好的可擴展性、可移植性、開放性、互操作

9、性、協(xié)同性和易用性,不僅使數(shù)據(jù)能在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流動,還能在系統(tǒng)間流動,實現(xiàn)在異構(gòu)分布數(shù)據(jù)庫中的信息共享6。系統(tǒng)從數(shù)據(jù)源到客戶端顯示都基于開放式標準進行,以此實現(xiàn)真正意義上的系統(tǒng)的完全開放。地理信息科學要想實現(xiàn)真正的開放性,未來研究的重點應(yīng)包括:異構(gòu)數(shù)據(jù)源和地理信息軟件之間的兼容性和互操作性研究;移動設(shè)備和地理網(wǎng)絡(luò)搜索設(shè)備的用戶界面質(zhì)量改進;網(wǎng)絡(luò)文本地理相關(guān)的自動精確分類等7。3從哲學時空范疇思考地理信息科學的時空統(tǒng)一性馬克思的時空范疇觀認為:時空是人的感性活動的社會歷史展開,是人的價值的歷史實現(xiàn)空間。時空是統(tǒng)一的、相互轉(zhuǎn)化的。馬克思將時空建立在人類實踐活動基礎(chǔ)之上,徹底驅(qū)逐了自然時空(物質(zhì)時空,

10、確立了社會時空、生存時空、價值時空和審美時空的時空觀。它從根本上超越了傳統(tǒng)哲學從抽象物質(zhì)運動或從主觀意識出發(fā)的極端,實現(xiàn)了時空概念發(fā)展史上的一次劃時代革命8。傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的時態(tài)和空間往往是分離的,不能反映時空統(tǒng)一的地理現(xiàn)象,也不能有效地進行時空分析、動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)仿真與模擬。目前,在實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)統(tǒng)一方面已有較大發(fā)展。序列快照模型、基態(tài)修正模型、時空立方體模型、時空復合模型等,能較好地描述時空目標狀態(tài)本身;基于事件的時空數(shù)據(jù)模型 9、地形空間模型10、三域模型(語義域、時間域和空間域11等,能較好地表達時空目標動力過程;地球剖分理論改變了傳統(tǒng)以2維圖層為基礎(chǔ)的模式,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的多尺度化和連續(xù)

11、化。時態(tài)數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫及其時空數(shù)據(jù)模型由長期分離到逐步集成再到智能化的研究動態(tài),體現(xiàn)了地理信息科學發(fā)展的時空統(tǒng)一性。雖然時態(tài)數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的發(fā)展很快,但是“時態(tài)”+“空間”“時空”,再加上空間數(shù)據(jù)層次性、有序性、不定長性、復雜性以及時態(tài)數(shù)據(jù)時間序列性等特點,要真正實現(xiàn)地理信息科學的時空統(tǒng)一性,仍有許多重大問題有待解決,如:數(shù)據(jù)庫專家的時態(tài)關(guān)系數(shù)據(jù)庫研究、人工智能專家的時態(tài)關(guān)系研究、面向?qū)ο蟮臅r空數(shù)據(jù)模型研究、地理信息系統(tǒng)專家的時空數(shù)據(jù)模型研究等。進入21世紀,時空數(shù)據(jù)庫逐步向智能化集成化方向擴展,支持信息系統(tǒng)間“互聯(lián)互訪”,協(xié)同發(fā)展數(shù)據(jù)庫套件與應(yīng)用構(gòu)件,在向高可靠性、高性能、高可伸縮性

12、和高安全性方向發(fā)展。4 從哲學的社會時空思考地理信息科學的社會實踐性社會時空是人的活動的存在形式,是在人的活動中形成和發(fā)展的。它包括社會時間和社會空間:社會時間是指社會運動過程的順序性、持續(xù)性;社會空間則指社會運動的伸張性、廣延性。社會時空的本質(zhì)和源泉是人的實踐活動,社會時空的主體性、社會現(xiàn)實性、社會歷史性等是由人的實踐活動賦予的12。由于“人的感性活動”所特有的實踐性,人能夠認識和利用自然時空,并在自然時空的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出社會時空。在人的實踐活動基礎(chǔ)上形成的社會時空狀態(tài),直接影響著主體認識、改造、利用客體的速度、規(guī)模、范圍、層次和水平。恩格斯說:“科學的產(chǎn)生和發(fā)展一開始就是由生產(chǎn)決定的?！钡乩?/p>

13、信息科學是人類在生產(chǎn)實踐中,為解決具有時空信息的資源管理、科學規(guī)劃、輔助決策等問題的需求下產(chǎn)生的。地理信息科學的實踐性包括技術(shù)實踐性、經(jīng)濟實踐性和社會實踐性。地理信息科學的技術(shù)實踐性是指從地理信息的物質(zhì)形態(tài)和能量形式來研究地理信息的藕合和增效。地理信息有效及時的獲取、處理、存儲、分發(fā)和分享能力是地理信息技術(shù)發(fā)展水平和實踐能力的重要標志。只有從技術(shù)層面上進行實踐,才能滿足信息時代和數(shù)字時代的要求,才能把握地理信息科學的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、虛擬現(xiàn)實、開放性、多維性等的發(fā)展趨勢。地理信息科學的經(jīng)濟實踐性是指以物化勞動和各類資源投入為起點,以GIS在實踐中的作用為中介,分析地理信息產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效用。地理信息

14、產(chǎn)業(yè)僅在美國,其包括軟件、數(shù)據(jù)和服務(wù)的直接年產(chǎn)值為40多億美元左右,并以20%的年增長率增長13,其中遙感產(chǎn)業(yè)2001年在美國創(chuàng)產(chǎn)值24億美元14。更為重要的是,在社會、經(jīng)濟、環(huán)境、資源等眾多領(lǐng)域中,廣泛使用數(shù)字化地理信息能進行科學化、合理化和有效化的決策管理,將產(chǎn)生巨大的間接的社會經(jīng)濟效益。地理信息科學的社會實踐性是指以社會環(huán)境和自然環(huán)境為起點,以GIS的經(jīng)濟效用為中介,分析它的文化效用和環(huán)境效用。地理信息科學是在后工業(yè)社會和信息時代生態(tài)環(huán)境嚴重惡化的背景下產(chǎn)生、存在和發(fā)展的,是為了協(xié)調(diào)人與自然、人與社會的關(guān)系,改善人類的文化生態(tài)的和環(huán)境生態(tài)為終極目標的。隨著地理信息科學的日趨成熟,地理數(shù)據(jù)

15、和信息的社會價值已經(jīng)從環(huán)境、資源等相關(guān)行業(yè)迅速擴展到政府、規(guī)劃、工程、交通等領(lǐng)域。電子地圖、在線地址查詢和民用實時定位和尋路系統(tǒng)等,則標志著地理信息的社會價值在向普通消費者市場擴展。5從哲學的社會形態(tài)時空思考地理信息科學連續(xù)性與階段性的統(tǒng)一馬克思把社會歷史的發(fā)展分為三大形態(tài):第一形態(tài)即前商品經(jīng)濟社會,以人的自然的依賴關(guān)系為特征,空間(交換的范圍非常狹小,時間的節(jié)奏十分緩慢,但“最原始的物物交換形式是以勞動作為商品實體和勞動時間作為商品尺度為前提的”;第二形態(tài)即商品經(jīng)濟社會,以物的依賴性為基礎(chǔ),空間被大大地拓展,世界變得越來越小,時間的節(jié)奏也變得越來越快,社會必要勞動時間成了衡量一切社會的物的價

16、值的標準;第三形態(tài)即后商品經(jīng)濟社會,以個人的全面發(fā)展為前提,空間將通過時間的媒介而進一步被拓寬,時間的重要性也將進一步顯現(xiàn)出來。在這三大社會形態(tài)中,時間和空間都是在相應(yīng)的勞動方式中展現(xiàn)出來的,并且時空概念有著質(zhì)的差異15。哲學的社會時空演化說明了:事物的發(fā)展是不斷由量變到質(zhì)變,又由質(zhì)變到量變,循環(huán)往復,無限運動,推動著事物不斷向前發(fā)展,這就是質(zhì)量互變規(guī)律。質(zhì)量互變規(guī)律反映了事物發(fā)展的連續(xù)性與階段性的統(tǒng)一,量變體現(xiàn)事物發(fā)展的連續(xù)性,質(zhì)變體現(xiàn)事物發(fā)展的階段性16。地理信息科學的發(fā)展是人類長期生產(chǎn)實踐積累和科學研究的結(jié)果。地理信息系統(tǒng),作為地理信息科學的核心,由極其簡單、功能極為有限的技術(shù)發(fā)展為現(xiàn)代

17、功能強大的新技術(shù),其發(fā)展體現(xiàn)了連續(xù)性與階段性的統(tǒng)一。從GIS技術(shù)體系形成過程來看,其發(fā)展經(jīng)歷了6個階段:早期的GIS模塊集成式GIS模塊化GIS核心式GIS組件式GIS萬維網(wǎng)GIS。正是GIS連續(xù)性與階段性相統(tǒng)一的發(fā)展過程,推動GIS由低級向高級發(fā)展,使GIS功能越來越強大,成為現(xiàn)代化科學管理及快速決策的強有力的工具。6 從哲學的時空本體思考地理信息科學的時空本體性本體是一種對現(xiàn)實世界的概念結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)化描述的方法論。本體方法的實質(zhì)是從理論的高度,系統(tǒng)地研究思維的規(guī)律和人類認識客觀世界的過程 17。時空本體是描述時空對象概念及其概念之間關(guān)系的規(guī)范體系,是對時空對象進行特征分類的方法,是標準時空

18、知識共享和重用的工具。索亞認為,馬克思的哲學本體論是自然社會空間本體論三位一體;這種先驗的空間性、時間性與社會性的三位一體是馬克思的社會再生產(chǎn)理論最終極的本體論框架 18。時空地理本體的研究是建立在前人對時間本體和空間本體的大量研究成果之上的。傳統(tǒng)的時空本體研究方法是依靠邏輯的方法,如一階時空邏輯和一階時空邏輯模型19,20、“二維”時空邏輯21、統(tǒng)一的時空本體框架22。這些方法對表達時空約束滿足問題、時空知識庫以及移動對象數(shù)據(jù)庫(MOD等具有重要作用。目前的地理時空本體主要用于時空推理方面,如用本體的時間序列模型進行推理,模擬歷史地理區(qū)域隨時間演變的過程23。構(gòu)造時空本體,就必須通過概化、特

19、化和角色提取確定合適的語義粒度級。粒度級越細,地理信息的表達與處理越豐富,知識的繼承和重用越完善24。地理信息科學中時空本體論的研究和應(yīng)用是順應(yīng)地理信息系統(tǒng)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化、大眾化、社會化和智能化要求的必然產(chǎn)物。通過時空本體研究,可以正確表達和理解時空對象及關(guān)系,構(gòu)造時空一體化模型,進行異源異構(gòu)的地理信息系統(tǒng)綜合,實現(xiàn)海量空間信息及知識的共享。因此,時空本體論在地理信息科學發(fā)展中具有廣闊應(yīng)用前景。8 結(jié)論哲學時空觀包容的范圍很廣,它包括:哲學理論體系的時空界限、時空普遍聯(lián)系、時空范疇、社會時空、社會形態(tài)時空、時空本體等。地理信息科學的發(fā)展,沖破了限制人們認識事物的空間障礙、時間障礙和人本身的功能障

20、礙;加強了人的認識能力,使人認識世界的敏銳度、深度、精度和完備程度都提到新的高度。但是,目前,地理信息科學的發(fā)展也面臨著許多根本性的問題。地理過程模擬和時空推理的研究尚不成熟;空間分析技術(shù)只提供一些簡單的空間操作功能,沒有真正具有決策支持能力;空間分析模型的復雜化和專業(yè)化程度以及空間和時間關(guān)系統(tǒng)一建模的研究和開發(fā)不夠深入;分布式地理信息系統(tǒng)提供地理信息服務(wù)的能力尚未成熟;地理數(shù)據(jù)挖掘和時空知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)亟待解決25等等。要全面深刻地認識地理信息科學,必須從哲學的高度分析地理信息科學產(chǎn)生、存在和發(fā)展的根源。通過哲學的時空觀點思考地理信息科學的發(fā)展,必須堅持實踐的觀點,在實踐中加強調(diào)查研究、不斷深化

21、對地理信息科學的認識;必須堅持聯(lián)系的觀點,用系統(tǒng)論的眼光來認識地理信息科學;必須堅持發(fā)展的觀點,與時俱進地去把握地理信息科學的方向。參考文獻:1 龔強,胡運權(quán).哲學基本思想對城市GIS研究的啟示J.學術(shù)交流,2001,99(6:113-116.2 韓雪培,李滿春,徐建剛.地理信息可視化中的二元方法論J. 地理研究,2008,27(5:1087-1096.3 段若非.論馬克思主義理論體系中不同層次原理的時空界限J.前線,1987,1:25-27.4 倪鵬云.系統(tǒng)科學與信息科學相結(jié)合的哲學思考J.系統(tǒng)辯證學學報,2003,11(1:61-66.5 林正奎,楊德禮.信息系統(tǒng)復雜性的哲學思考J.系統(tǒng)辯

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