现代地学图解图谱

1．现代地学图解/图谱的概念

在地学领域，空间分布的图形／地图既可以作为存储媒介表达事物、现象或规律，用于交流，又可以作为思维工具，思考和解决地学问题。这样，“图解”或“图谱”既可以理解为用静态方式的存储交流图解“图”来解释地学事物形态与机理，又可以理解为用动态不定方式的思维工具“图”（即人脑的图形意象）来解答地学问题并发现地学事物的特殊形态和发展运行机制（龚建华等，2000）。

传统地学研究文献（图集）中的关于某地学现象规律的图解／图谱，都是代表了某一层次的空间抽象，属于地学专家经过“个人”的研究与分析后形成的某种认识。

但是，地学专家是如何获取这种认知，如何绘出图解图或图谱的呢？这个地学专家认知和新知识建立的过程，传统的图解／图谱并不研究，即并不涉及人的认知活动，仅强调图的交流和解释特征。实际上，在长期的地学研究和实践中，应用思维工具“图”解答地学问题的“图解”或“图谱”方法，经常被使用（陈述彭，1998、2001；周成虎等，1998；鲁学军等，1999）。所以，我们认为基于传统地学图解／图谱概念发展起来的现代地学图解／地学信息图谱应包含新的内涵，它应把图既作为思维工具，又作为交流工具；既要研究图解图的认知获取过程，又要把图解／图谱的不同阶段与不同层次的空间抽象结果连接起来，作为一个过程，从而研究从无到有的不同层次的空间抽象图解／图谱的生成演进规律。

现代地学图解／图谱中不同阶段（或层次）的空间抽象图解图／图谱，都是对地学问题的一种认知，一种知识，我们把它命名为知识图或信息图谱。这样，现代地学图解／图谱就可理解为研究知识图／信息图谱从无到有，从原始、粗糙、片断、矛盾、模糊到系统、完整、清晰、完备的知识发现完善过程。这个过程同时也体现了人的视觉认知和认知活动过程。而传统图解／图谱可理解为仅是一种静态的知识图／图谱，而不涉及知识图／图谱的动态生成演进过程（龚建华等，2000）。

2．地学知识图解图/图谱的类型

表达地学知识的图解图即知识图／图谱，常见的有三种类型：逻辑概念命题图／图谱，模拟／数字“图形图像”图／图谱和发展变化过程图／信息图谱（龚建华等，2000）。

（1）逻辑概念命题图／图谱：也可称为语义网络图／图谱，是表示关于某一地学现象、过程中的地学对象（概念、类别、属性、行为等）及其相互关系的知识，它由一组相互关联的节点（Node）及链接（Link）组成。节点表示涉及某一地学现象、过程中的地学因素；链接用于连接表达相互关联的节点（地学因素）。比如图2-17是用于野火模拟构模的概念命题图。该图描述了与火灾发生和扩散有关的主要因素：火、燃料、地形、天气和降雨，以及它们之间的相互关系。降雨是与天气有关的对火行为有很大影响的因素，所以需要重点考虑。每个主要因素又由许多因子组成，如地形包括坡向、坡度和高程因子；天气包括风、雨量、湿度、温度和阳光等。因素和因子可以拥有属性说明，如坡度是以百分比表示，风有速度和方向等。图2-17的网络图同时也表达了火灾发生和扩散中的动力机制和因果关系。如降雨、天气和坡向影响燃料因素，天气、坡度和燃料影响火的行为等。

图2-17 用于火灾模拟的概念命题知识图

（2）模拟／数字“图形图像”图／图谱：是用图形图像表达关于某一地学现象的空间关系知识图解／图谱。比如图2-18表示武汉市喻家山地区地质构造和沿AB线段数字地质图切剖面图。该知识图是基于遥感雷达图像的分析，结合其他相关的地质构造岩性图，通过图解后获取的。该知识图可作为进一步研究该地区地质构造和滑坡稳定性分析的基础。

图2-18 武汉市喻家山地区地质构造和图切地质剖面图

（3）发展变化过程图／信息图谱：是用一系列图表达关于某一地学现象随时间动态演化的知识图／信息图谱。“图解”或“图谱”中的“图”，是一种特殊的知识图，与一般所说的图形、图像或地图，如航空相片、卫星图像、地形图、地貌图、原始地学数据的复制性空间图形图像（即只是数据表达方式发生变化，不具有任何的空间抽象机理）等并不相同。前者是表示地学专家经实践与思考后获取的地学知识，后者仅是地理环境系统的一个模拟、近似信息表达模型，或者是未经概念抽象、逻辑推理、构模分析的原始信息表达模型。为了方便，我们把后一种图形、图像或地图称为信息图而把前一种图称为知识图或者图谱（一系列知识图就构成信息图谱）。随着遥感、遥测、地理信息系统的发展，知识图、图谱或信息图谱将成为地学研究中越来越重要的研究热点，于是，如何从信息图获取知识图／信息图谱，就成为现代地学图解／地学信息图谱研究所面临的重要课题。

传统地学图解或地学图谱研究过程中，由于信息高技术的缺乏，信息图的作用地位很低。大量的地学专家都是通过长期的野外调查，数据测量与采集，室内和野外试验，再经个人大脑的分析与整理（即图解）获取知识图／图谱。所以，传统地学图解要有“解读”实地地理环境（大自然）的经验和能力，而现代地学图解要具有“解读”信息图或信息图谱的经验和方法。

概括地说，现代地学图解／地学信息图谱是表示以信息图或信息图谱为基础，以“图”为思维工具，求解新知识图或新信息图谱的过程。表2-2从目标、表现形式、知识图获取基础与手段、知识获取的认知思维模式，以及人与信息图、知识图的相互作用程度五方面概括了传统地学图解／图谱与现代地学图解／信息图谱的相互关系特征。

表2-2 传统地学图解/图谱与现代地学图解/信息图谱相互关系比较