趙 帥

(西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，西藏 林芝 860000)

zs29055@163.com

1 引言(Introduction)

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)經(jīng)過多年的發(fā)展，建立了成熟的理論和標(biāo)準(zhǔn)，在空間信息相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大的成功。傳統(tǒng)GIS的應(yīng)用主要集中于大中尺度空間對象的抽象、表達(dá)和分析。隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸開始向小尺度擴(kuò)展，如文獻(xiàn)[3]提出了全空間信息系統(tǒng)的概念，將地理信息系統(tǒng)的空間尺度擴(kuò)展到了微觀空間和宏觀空間。文獻(xiàn)[4]對全空間信息系統(tǒng)的核心問題和關(guān)鍵技術(shù)做了分析，其中也有涉及微觀的描述。另外，還有地質(zhì)GIS、人體GIS、室內(nèi)GIS等小尺度的研究。然而，雖然開始涉及，但是相關(guān)的微觀理論研究仍然很少。

微觀空間與宏觀空間差別很大，研究微觀GIS需要從空間認(rèn)知到數(shù)據(jù)組織管理及顯示建立一整套的理論體系，當(dāng)下還沒有這方面的研究。本文以植物營養(yǎng)學(xué)思想為基礎(chǔ)，從微觀世界的空間認(rèn)知、數(shù)學(xué)分析、組織管理三個(gè)方面來構(gòu)建微觀GIS的框架內(nèi)容，為微觀地理信息系統(tǒng)的研究提供思路與方法。

2 微觀世界的空間認(rèn)知(Spatial cognition of the micro-world)

2.1 空間認(rèn)知

空間認(rèn)知作為人類智能的重要組成部分，是人類大腦的核心能力之一。在漫長的人類進(jìn)化過程中，人的空間認(rèn)知能力不斷得到提升和加強(qiáng)。地理空間認(rèn)知是人類獲得地理空間知識的方法和過程，是解決地理問題，進(jìn)行空間決策的基礎(chǔ)。

植物營養(yǎng)學(xué)主要研究植物對養(yǎng)分的吸收、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化及與外界環(huán)境的交換等內(nèi)容，以此來提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。植物營養(yǎng)學(xué)的研究對象為營養(yǎng)元素，環(huán)境中的這些元素作為養(yǎng)分被植物吸收，促進(jìn)植物生長。養(yǎng)分在植物體內(nèi)的過程非常復(fù)雜，為了研究方便，對其做一定抽象，將這一過程簡化為五個(gè)步驟：養(yǎng)分存在、養(yǎng)分吸收、養(yǎng)分運(yùn)輸、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分分離。

(1)養(yǎng)分存在。養(yǎng)分存在是第一步，只有養(yǎng)分先存在，才能有后面的過程。植物生長需要的養(yǎng)分主要來自大氣、水和土壤等環(huán)境中，我們通過測定環(huán)境中的養(yǎng)分狀況來間接判斷植物的生長狀況。最經(jīng)常做的工作就是測土配方，把植物當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)，測土就是測定點(diǎn)(植物)所在位置(采集土壤時(shí)通過GPS可以得到)是否存在養(yǎng)分(或者養(yǎng)分含量的高低)，以此來判斷植物的生長狀況，再給出應(yīng)該在哪里施肥的決策建議。然后根據(jù)配方對該位置進(jìn)行養(yǎng)分補(bǔ)充(施肥)，以此來滿足植物的“吃飯”問題，促使植物長得更好。

(2)養(yǎng)分吸收。養(yǎng)分吸收是第二步，主要研究養(yǎng)分由植物外部的環(huán)境空間進(jìn)入植物體內(nèi)部。其間養(yǎng)分的空間位置已然發(fā)生變化，因?yàn)槲帐莿?dòng)態(tài)性過程，自然時(shí)間也是變化的，植物體外的養(yǎng)分與體內(nèi)的養(yǎng)分成分有別，自然屬性形態(tài)等也是發(fā)生變化的。因此，這個(gè)過程本身符合地理信息系統(tǒng)時(shí)空數(shù)據(jù)模型的描述。

(3)養(yǎng)分運(yùn)輸。養(yǎng)分運(yùn)輸是第三步，進(jìn)入植物體內(nèi)的養(yǎng)分主要經(jīng)過兩個(gè)過程的運(yùn)輸，即短距離運(yùn)輸與長距離運(yùn)輸。這個(gè)步驟也體現(xiàn)了空間變化，因?yàn)檫\(yùn)輸過程本身是動(dòng)態(tài)性的，自然也體現(xiàn)了時(shí)間變化，而元素運(yùn)輸過程的量隨時(shí)在變，自然也體現(xiàn)了屬性變化。因此，這個(gè)過程本身符合地理信息系統(tǒng)時(shí)空數(shù)據(jù)模型的描述。

(4)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。養(yǎng)分轉(zhuǎn)化是第四步，在前面養(yǎng)分運(yùn)輸?shù)倪^程中時(shí)刻發(fā)生著生化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的位置在植物體內(nèi)各不相同，這本身就是空間位置變化；生化反應(yīng)本身體現(xiàn)了時(shí)間變化；發(fā)生反應(yīng)前后植物各部分的數(shù)量和形態(tài)時(shí)刻發(fā)生著變化，這也體現(xiàn)了屬性變化。因此，這個(gè)過程本身符合地理信息系統(tǒng)時(shí)空數(shù)據(jù)模型的描述。

(5)養(yǎng)分分離。養(yǎng)分分離是第五步，在前面養(yǎng)分運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化的過程中產(chǎn)生的各種廢物最終都排出植物體外。養(yǎng)分分離過程和養(yǎng)分吸收過程類似，由植物內(nèi)部到植物外部，同樣體現(xiàn)了空間變化、時(shí)間變化和屬性變化。因此，這個(gè)過程本身符合地理信息系統(tǒng)時(shí)空數(shù)據(jù)模型的描述。

綜上所述，植物營養(yǎng)學(xué)的過程都體現(xiàn)了空間位置、屬性信息和時(shí)間信息的變化，符合地理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。不過當(dāng)前的農(nóng)業(yè)GIS主要應(yīng)用在第一步，即把植物當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)來研究某個(gè)區(qū)域的養(yǎng)分資源狀況，也就是常說的養(yǎng)分資源宏觀管理，這個(gè)研究方向發(fā)展得也比較成熟。但是植物畢竟是“體”不是“點(diǎn)”，它有自己的內(nèi)部空間，因此要實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源的微觀管理就需要把植物當(dāng)成一個(gè)植物空間，研究養(yǎng)分在這個(gè)植物空間的流動(dòng)和轉(zhuǎn)化，也就是養(yǎng)分吸收、養(yǎng)分運(yùn)輸、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等步驟。

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)和植物營養(yǎng)學(xué)類似，只是動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)的養(yǎng)分分離過程明顯，也就是把養(yǎng)分和廢物分開。養(yǎng)分進(jìn)入體內(nèi)，最終轉(zhuǎn)化為動(dòng)物的一部分；廢物進(jìn)入體內(nèi)，最終排出體外。人類營養(yǎng)學(xué)和動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)是一樣的過程。植物的養(yǎng)分分離相比較來說可以忽略。另外，雖然動(dòng)物本身是運(yùn)動(dòng)的，但是在動(dòng)物體內(nèi)部，養(yǎng)分、細(xì)胞、器官等都是相對固定的。

2.2 空間分析

人類生活在地球表面，地理學(xué)主要研究這個(gè)地表的空間。GIS則是把這個(gè)空間做了一些抽象，讓其更方便用數(shù)學(xué)來表示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息管理。本文所說的宏觀和常規(guī)地理空間一樣，宏觀描述道路的分布、植物的分布、建筑的分布；而微觀主要是指物體內(nèi)部，微觀描述單個(gè)道路的內(nèi)部、單個(gè)植物的內(nèi)部和單個(gè)建筑的內(nèi)部。

將地物抽象為點(diǎn)線面，則所有點(diǎn)線面代表的物體的空間分布稱為宏觀，單個(gè)點(diǎn)、單個(gè)線和單個(gè)面代表的物體內(nèi)部稱為微觀。因此，以單個(gè)物體作為界限，在地球表面空間的個(gè)體與個(gè)體之間關(guān)系的研究屬于宏觀描述，單個(gè)個(gè)體內(nèi)部空間研究屬于微觀描述。當(dāng)下，GIS主要描述地理空間里面物體的宏觀描述，把植物、動(dòng)物、道路、建筑等抽象成點(diǎn)線面并做進(jìn)一步分析，但是物體內(nèi)部的微觀空間還鮮有描述。

空間是我們生活的這個(gè)現(xiàn)實(shí)空間，幾何空間是對周圍現(xiàn)實(shí)空間抽象后的某些近似描述，按研究空間的性質(zhì)劃分有歐氏幾何、羅氏幾何與黎曼幾何，對應(yīng)的空間是歐氏空間、羅氏空間和黎曼空間。

歐氏空間：由歐幾里得提出，他從少數(shù)幾條公理出發(fā)，利用邏輯推理的方法證明幾何學(xué)的全部命題，這一套理論體系簡稱為歐氏幾何，對應(yīng)的空間稱為歐氏空間。歐氏幾何三角形三個(gè)內(nèi)角之和等于180°，歐氏空間里的基矢量空間變化率是零。

羅氏空間：由羅巴切夫斯基提出，他假定過已知直線外一點(diǎn)至少能夠做兩條直線與已知直線共面而不相交，從而建立了他的一套公理化體系，后人稱之為羅氏幾何，對應(yīng)的空間稱為羅氏空間。羅氏幾何三角形三個(gè)內(nèi)角之和小于180°，羅氏空間的基矢量空間變化率小于零。

黎曼空間：由黎曼提出，他假定空間是彎曲的，且過已知直線外一點(diǎn)不能做出任何直線與已知直線共面而不相交。他又建立了一套公理化體系，后人稱為黎曼幾何，對應(yīng)的空間稱為黎曼空間。黎曼幾何三角形的三個(gè)內(nèi)角之和大于180°，黎曼空間的基矢量空間變化率大于零。

基于愛因斯坦對宇宙的假設(shè)，宇宙是從某個(gè)點(diǎn)發(fā)生大爆炸擴(kuò)張而來，如圖1(a)所示，類似于一個(gè)擴(kuò)張的圓柱，而圓柱的底部中心就是這個(gè)來源點(diǎn)。植物是從某個(gè)種子發(fā)展而來，構(gòu)成柱狀體，如圖1(b)所示。動(dòng)物和人是從受精卵而來，最后構(gòu)成柱狀體，如圖1(c)所示。

根據(jù)前面的分析，植物所處的空間是常規(guī)地理空間，而植物內(nèi)部空間和動(dòng)物內(nèi)部空間、莖稈內(nèi)部空間(如圖1(d)所示)和血管內(nèi)部空間(如圖1(e)所示)，這些都可以認(rèn)為是黎曼空間。養(yǎng)分就是在這個(gè)黎曼空間里流動(dòng)、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化的，并且隨著植物、動(dòng)物的生長，這個(gè)空間也在擴(kuò)張。因此用幾何空間中的黎曼空間來描述微觀，通過外部歐氏空間(簡稱外部)和內(nèi)部黎曼空間(簡稱內(nèi)部)互相轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀的管理。

圖1 不同的空間圖Fig.1 Pictures of different spaces

3 微觀空間的數(shù)學(xué)分析(Mathematical analysis of the micro-space)

3.1 微觀空間維度分析

歐氏空間用(，，)來表示，黎曼空間用(速度，方向，時(shí)間)來表示。歐氏空間零維是點(diǎn)，用坐標(biāo)(，)來記錄點(diǎn)實(shí)體的位置。黎曼空間零維是靜止，速度是0，曲率也是0。其中有一個(gè)與歐氏空間相重合的點(diǎn)是基準(zhǔn)點(diǎn)。黎曼空間的其他零維點(diǎn)是以這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化得來的。歐氏空間一維是線，由多個(gè)點(diǎn)連接構(gòu)成。黎曼空間一維是點(diǎn)在點(diǎn)空間擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)形成有方向的線空間，這個(gè)運(yùn)動(dòng)用轉(zhuǎn)化表示，即一個(gè)點(diǎn)向前后轉(zhuǎn)化成另一個(gè)點(diǎn)，如此循環(huán)，一直轉(zhuǎn)化到這個(gè)線空間的端點(diǎn)。

歐氏空間二維用面(一串首尾相連的坐標(biāo)對)表示，該面上的點(diǎn)的高程相同。黎曼空間二維是點(diǎn)空間擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)形成線空間，再擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)構(gòu)成面空間。點(diǎn)不僅向前后擴(kuò)張，也向左右擴(kuò)張。這個(gè)擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)用轉(zhuǎn)化表示。循環(huán)轉(zhuǎn)化到面空間邊界，該面空間里的點(diǎn)是引力相同的點(diǎn)。一維和二維最重要的是不克服重力，不突破引力面，類似于歐氏空間里面的高程相等的平面線或者平面面。

歐氏空間三維是三個(gè)坐標(biāo)軸、、無限延伸形成的立方體空間。體(三維)由多個(gè)面表示，傳統(tǒng)GIS考慮物體外部，并沒有很好地描述體，僅僅將作為屬性來表示高度，且還處于初步研究階段，換言之就是第三維并沒有很好的表示方法。因此從根本上說是一層，并不是真正存在上下多層的情況。黎曼空間三維是點(diǎn)前后左右上下擴(kuò)張。微觀領(lǐng)域的植物、動(dòng)物和多層建筑等，必須先到達(dá)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后一層一層運(yùn)動(dòng)到達(dá)上部，上層往下也是如此，不能穿越，必須一層一層往下。從內(nèi)部空間角度來看，上下每個(gè)點(diǎn)的重力不同，即點(diǎn)所處的引力面不同。其實(shí)是一個(gè)端點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)點(diǎn)，轉(zhuǎn)化的過程中克服重力，突破引力面，從第一個(gè)引力面向上到達(dá)第二個(gè)引力面，然后往復(fù)，最終形成我們常說的高程，而外部歐氏空間的是無法描述這種情況的。

歐氏空間四維是時(shí)間，用來描述三維空間物體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)下是基于事件和時(shí)刻來描述，每個(gè)時(shí)刻對應(yīng)該時(shí)刻發(fā)生的瞬時(shí)事件，自然時(shí)刻越精確，事件描述越清晰，數(shù)據(jù)量就越大，但是目前也沒有很成熟的方法。黎曼空間的基準(zhǔn)點(diǎn)用運(yùn)動(dòng)描述，本身附帶時(shí)間，自然時(shí)間描述就可以表示物體運(yùn)動(dòng)的屬性。由于在外部歐氏空間已經(jīng)知道起點(diǎn)和終點(diǎn)，內(nèi)部黎曼空間黎曼也有基準(zhǔn)點(diǎn)，自然可以描述時(shí)間，并以此來描述植物、動(dòng)物內(nèi)部的變化，反映到外部歐氏空間則是植物生長、動(dòng)物生長。

3.2 微觀空間拓?fù)浞治?/h3>

外部空間二維平面的拓?fù)潢P(guān)系是包含、關(guān)聯(lián)、鄰接等空間關(guān)系。內(nèi)部空間的點(diǎn)位于同一引力面時(shí)，拓?fù)潢P(guān)系類似外部二維。外部三維拓?fù)潢P(guān)系復(fù)雜，需要考慮立面({，}或{，})和立體。把內(nèi)部空間基準(zhǔn)點(diǎn)沿著生長點(diǎn)轉(zhuǎn)化形成的軸叫作中軸線，內(nèi)部三維需要分析中軸線和不同的引力面。

中軸線是點(diǎn)實(shí)體在垂直方向上做上下運(yùn)動(dòng)，靜態(tài)時(shí)其拓?fù)涫窍噜徍拖嚯x，相離的兩個(gè)點(diǎn)中間無空缺。在植物內(nèi)部，細(xì)胞克服重力一層一層向上向下分裂，下部細(xì)胞對上部細(xì)胞起到支撐作用。二維面是立面，植物內(nèi)部有橫切面和豎切面，橫切面類似年輪；豎切面是中軸線擴(kuò)展形成的面(立面)，這個(gè)面是曲面，面上細(xì)胞之間的拓?fù)潢P(guān)系由于相互之間支撐和聯(lián)系會(huì)變得極其復(fù)雜。

四維是研究時(shí)間上的關(guān)系，用時(shí)域、頻域來分析。濃度高運(yùn)算多頻率高，濃度低運(yùn)算少頻率低。植物變化是細(xì)胞變化的組合，細(xì)胞轉(zhuǎn)化運(yùn)算用頻域表示，加上時(shí)間后，頻域可以隨著時(shí)域發(fā)生變化，多個(gè)頻域的組合構(gòu)成植物瞬時(shí)狀態(tài)。在時(shí)域領(lǐng)域，無法截取部分時(shí)間內(nèi)容，但在頻域領(lǐng)域，可以較容易地截取部分細(xì)胞，或者重新組合成新的瞬時(shí)狀態(tài)。

4 微觀空間的數(shù)據(jù)管理(Data management of the micro-space)

4.1 數(shù)據(jù)組織管理的認(rèn)知

常用的數(shù)據(jù)庫是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫與圖數(shù)據(jù)庫類似，本質(zhì)是行數(shù)據(jù)庫，可以將這些當(dāng)作一維的線狀數(shù)據(jù)庫，用來組織管理零維點(diǎn)。實(shí)體與實(shí)體之間的組織管理是一行一行的組織管理。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是行數(shù)據(jù)庫的一種擴(kuò)展，把一維數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展成面，變成二維數(shù)據(jù)庫進(jìn)行組織管理。雖然對象與對象之間的關(guān)系不是二維表橫豎劃分，但這些仍然是平面數(shù)據(jù)組織管理，即二維的面數(shù)據(jù)庫，用來組織管理一維線。

在外部歐氏空間，物體與物體之間主要是物理作用。而在植物內(nèi)部空間，中間發(fā)生的都是化學(xué)反應(yīng)。從平面角度來說，二維主要是面，也可以把{}和{}都當(dāng)作二維，也就是研究垂直線與立面，研究點(diǎn)對象的上下運(yùn)動(dòng)。由于植物內(nèi)部空間分子很多，可以說是無限的，無法用宏觀記錄位置的方法來描述。對于植物營養(yǎng)來說，每種養(yǎng)分的吸收路徑、運(yùn)輸路徑、轉(zhuǎn)化過程和對象都是有差別的，這里通過測定濃度來表示并描述路徑，即描述上下過程中的轉(zhuǎn)化，因此需要建立三維數(shù)據(jù)庫來管理二維面。

轉(zhuǎn)化過程是一種運(yùn)算，包括物理運(yùn)算和化學(xué)運(yùn)算。同類實(shí)體有同樣的轉(zhuǎn)化，就有同樣的運(yùn)算，用群論來描述：群{實(shí)體，轉(zhuǎn)化}。在這個(gè)群中，雖然細(xì)胞的起始位置和終點(diǎn)位置不固定，但它們發(fā)生的轉(zhuǎn)化運(yùn)算過程是一樣的。植物有根、莖、葉、芽四個(gè)群，各群有各自的運(yùn)算，這些運(yùn)算是單向的，不能逆運(yùn)算，比如細(xì)胞轉(zhuǎn)化為葉片，但是葉片不能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞。當(dāng)然，同類型的轉(zhuǎn)化是一種群，比如水與冰的轉(zhuǎn)化；不同類型的轉(zhuǎn)化是其他群。從大類上說，植物群與動(dòng)物群是無法轉(zhuǎn)化的，無生命建筑群也無法轉(zhuǎn)化為植物群或者動(dòng)物群，但是群內(nèi)部是可以的，比如克隆、移植、嫁接等。

4.2 空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模型

綜上，本文提出空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模型(Spatial Data Transformation Model,SDTM)，建立轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫(層疊圖+層疊交叉環(huán))，以此來解決內(nèi)部空間的養(yǎng)分運(yùn)輸轉(zhuǎn)化問題。模型類似圓柱體，由一層一層的環(huán)構(gòu)成，每個(gè)環(huán)由多個(gè)圖構(gòu)成。層疊環(huán)之間由上下通路連接，整個(gè)立體環(huán)內(nèi)由回路連接，圓柱外可以再延伸圓柱，圓柱內(nèi)部是一樣的，類似于海陸水循環(huán)。

轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫本質(zhì)上是三維數(shù)據(jù)庫，通過把前面的二維數(shù)據(jù)庫向上下擴(kuò)展，變成了立體和多層。每一層有多個(gè)對象，各層與各層之間是轉(zhuǎn)化關(guān)系，轉(zhuǎn)化有方向性。植物內(nèi)部空間包括橫切面和上下垂直面。橫切面類似外部歐氏空間的平面；垂直面軸的方向主要取決于莖稈的方向。植物生長點(diǎn)的細(xì)胞向上分裂并長高，這個(gè)過程就是細(xì)胞克服重力轉(zhuǎn)化到頂部，逐漸形成宏觀歐氏空間的第三維——高程。該高程在外部歐氏空間通過測量而得到，由于基元是一個(gè)內(nèi)外連接的坐標(biāo)點(diǎn)，可以結(jié)合高度得到末尾端點(diǎn)。橫切面發(fā)生的轉(zhuǎn)化過程用層疊圖儲(chǔ)存，垂直面的轉(zhuǎn)化過程用交叉環(huán)儲(chǔ)存，最終構(gòu)成了空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模型。

4.3 多維空間數(shù)據(jù)模型展望

關(guān)系數(shù)據(jù)庫是行數(shù)據(jù)庫，每行代表一個(gè)實(shí)體。現(xiàn)實(shí)中實(shí)體暗含屬性，遷移到數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，擴(kuò)展成每個(gè)小格代表一個(gè)實(shí)體，構(gòu)成面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。平面表格加上層疊圖的交叉環(huán)，即向上擴(kuò)展到立體表格，構(gòu)成轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫。把轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫的基準(zhǔn)中心由最底層向上遷移到整個(gè)表格的中心，構(gòu)成中心環(huán)狀數(shù)據(jù)庫。當(dāng)表格之間的轉(zhuǎn)化連接部分變成軌跡圓狀，就構(gòu)成球狀數(shù)據(jù)庫。每個(gè)球狀數(shù)據(jù)庫代表一個(gè)球體，每個(gè)球體都有自己的引力軌跡，所有球體在一個(gè)空間引力面上，構(gòu)成空間引力數(shù)據(jù)庫。最后再擴(kuò)展到立體，立體上是不同的時(shí)間面，構(gòu)成時(shí)空引力數(shù)據(jù)庫。結(jié)合上面數(shù)據(jù)庫對應(yīng)實(shí)體之間的關(guān)系來說明拓?fù)潢P(guān)系變化。關(guān)系數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是平面拓?fù)潢P(guān)系；面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫對應(yīng)的是實(shí)體組合拓?fù)潢P(guān)系，包含平面拓?fù)潢P(guān)系；轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是立體重力拓?fù)潢P(guān)系，包含實(shí)體組合拓?fù)潢P(guān)系；中心環(huán)狀數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是中心重力拓?fù)潢P(guān)系，包含立體重力拓?fù)潢P(guān)系；球狀數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是球狀拓?fù)潢P(guān)系，包含中心重力拓?fù)潢P(guān)系；空間引力數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是引力拓?fù)潢P(guān)系，包含球狀拓?fù)潢P(guān)系；時(shí)空引力數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的是時(shí)空引力拓?fù)潢P(guān)系，包含引力拓?fù)潢P(guān)系。數(shù)據(jù)庫的拓?fù)潢P(guān)系和模型圖如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫的拓?fù)潢P(guān)系和模型圖Tab.1 Topology relationship and model diagram of database

5 結(jié)論(Conclusion)

地理信息系統(tǒng)與各行各業(yè)的交叉融合越來越多，相互促進(jìn)發(fā)展。本文以多學(xué)科交叉融合為思路，以植物營養(yǎng)學(xué)思想為基礎(chǔ)，以微觀空間的養(yǎng)分資源管理為目的，從空間認(rèn)知、數(shù)學(xué)分析和組織管理三方面構(gòu)建了微觀地理信息系統(tǒng)的框架，不僅拓展了GIS的空間應(yīng)用范圍，也為下一步的物理存儲(chǔ)和系統(tǒng)開發(fā)提供了基礎(chǔ)。

本文只是對微觀地理信息系統(tǒng)框架的初步探討，還需要實(shí)踐驗(yàn)證。相信隨著未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一方面微觀GIS結(jié)合人工智能技術(shù)和納米機(jī)器人技術(shù)，將會(huì)進(jìn)入生命內(nèi)部空間，廣泛應(yīng)用于人體、動(dòng)物、植物的疾病診斷治療等方面，為生命健康做出貢獻(xiàn)；另一方面，隨著GIS在各種空間的發(fā)展，對宇宙空間的探索也將具有重要的意義。