摘要： 建立资源与环境信息的分类体系及其在分类基础上的编码，是建立空间型资源与环境信息系统中用以标识资源与环境信息的主要方法，但是研究表明，建立在对资源与环境信息本身分类的基础上编码只适合于专题信息系统的建立。综合性资源与环境信息系统是一种综合性信息服务系统，其设计必须从数据的可共享性出发，采用基于地理要素的方法。本文在介绍了国外有关基于地理要素方法的基本概念后，结合资源与环境信息系统的设计，对地理要素概念进行了进一步的完善，并提出了地理要素相等的概念。在分析了资源与环境分类学方法的利弊之后，提出了利用基于地理要素方法描述资源与环境信息的描述框架。
关键词：分类学理论，地理要，GIS模型，资源与环境信息
分类学方法是传统上进行资源与环境信息系统设计及信息编码所依赖的主要方法，但是这种方法实际上只适合于专题资源与环境信息系统的设计。综合性资源与环境信息系统的设计必须采取一种新的方法，一方面，以分类体系作为基础进行设计不易获得一个性能稳定的系统；另一方面，综合性信息系统设计总是追求最大的数据可共享性。本文提出以基于地理要素的方法作为设计综合性资源与环境信息系统的主要方法，在介绍了基于地理要素的数据模型的概念后，提出利用基于地理要素思想解决资源与环境信息的数据组织方法，实践及理论研究说明这种方法是可行的。
1 基于地理要素的GIS模型
1.1 基于地理要素的GIS模型简介
Agatha Y.Tang等［1］和E.LynnUsery［2,3］ ，针对矢量、栅格数据模型在语义表达上的不足，研究了基于地理要素的GIS数据模型。按照GLG-E，地理要素是通过地理实体定义的，地理实体是真实世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象，地理要素的内涵是具有相似属性和行为的真实地理实体的公共属性集合，我们称这一集合为地理要素的模式，其外延则是所有相似地理实体的集合。
在基于地理要素的GIS系统中，地理要素是对空间位置的“地理”属性以及该“位置”的复杂的内部关系及自然和人文特征的描述［1］。区别于面向空间的矢量及栅格数据模型只关注空间特征的表达，基于地理要素的GIS数据模型是较高抽象层次上的模型，基于地理要素的数据组织方法与传统GIS数据管理方式［4，5］处于同一层次，由于它只对真实地理实体的属性(包括空间属性和地理属性)及关系感兴趣，因此，它更适于进行地理应用系统的开发。
1.2 从GIS语义数据模型设计角度看基于地理要素GIS模型及要素关系的表达
地理要素的概念必须是在计算机上可实现的，也就是必须能利用基本数据类型加以形式化的表达。在基于地理要素模型基础之上，建立GIS语义数据模型，通过聚合、概括等语义工具进一步扩充语义表达能力是建立地理要素和某种计算环境之间影射关系的关键一步。针对本文的具体目的，我们将对这个问题不进行全面讨论，只对如何规范化的描述地理要素概念和要素关系的表达两个有关的问题进行分析。
1.2.1 地理要素的规范化描述 从一定意义上讲，对地理要素进行规范化的描述，也就是要建立地理要素模式。陈常松［6］曾详细研究过地理要素的模式建立问题。由于地理要素本身仍然存在分类关系，因此，如何将地理要素本身的科学分类加入到模式之中就成为建立地理要素完整模式的重要内容。必须注意的是，与对资源与环境信息的综合分类不同，地理要素分类实质上是对地理要素本身的形成原因或某种属性的分类，是纯科学的分类，不受应用所限制，因而是稳定的。地理要素的分类必须坚持的原则是：
第一、划分出来的种的总和应当等于被分类的属概念的外延
从空间分布的角度讲，分类体系中各级分类的每一级中的各分类单位的空间覆盖范围的总和应当充满作为问题域的整个地理空间。即存在下式:
W=Pi1∪Pi2∪Pi3∪…∪Pin(1-1)
式中W为属的外延集，Pi1，Pi2，Pi3,…，Pin为属在第i级上的分类。
第二、分类体系中每一级分类的各分类单元应当互不相容，以使任何一个被分类对象不得同时被归于两个组，则必有:
Pi1∩Pi2=Φ(1-2)
式中Φ为空集，Pi1和Pi2含义同式(1-1)。
第三、一个地理要素可以拥有多于一种的分类体系，但是每种分类体系的建立应当仅仅坚持一个分类标志。
第四、每一分类体系中所划分出来的最低层次的分类单元必须是可识别的和可描述的。可识别的含义是指在现有的统计资料、地图出版物、及各种文件中能找到描述它的文字、数据及图形(例如最小的图斑)，可描述的含义是指利用它并通过一定的数据模型可描述整个资源与环境信息。
按照通常的处理方法，可以利用在每一分类体系基础之上所形成的代码来数字式地表达地理要素的每一种分类体系，在地理要素分类体系的代码化中，代码必须具有表达①每种分类体系本身结构，②分类方法的能力，有关编码的方法可参阅文献［7］。经过编码的地理要素分类体系成为一种描述性信息，可以加入某一地理要素模式并进入资源与环境信息模式之中。
1.2.2 要素关系的表达 文献［6］从语义描述的角度详细讨论了地理要素方法体系中的各种关系。本文将重点讨论一下地理要素之间的整体关系特征，因为这种整体关系在描述资源与环境信息时非常具有价值。
从概念之间的一般逻辑关系［8］可以导出地理要素之间相等(全同)关系、真包含关系、真包含于关系、交叉关系和全异关系，在资源与环境信息系统设计中，特征相等关系具有特殊的意义。
定义 两个地理要素相等，记为G＿F1 :=: G＿F2，当且仅当其属性域及每一属性域上的值域相等，也就是两地理要素具有相同的概念模式。
一般的，由于研究者的角度不同，同一地理要素有时具有不同的模式，根据关系数据库理论，我们可以定义其主键属性，这样，两个地理要素相等的条件可以进一步定义为其主键属性相等。
因此，我们推论：地理要素相等，意味着该地理要素的外延集相等。
2 基于地理要素的资源与环境信息的合理组织
2.1 资源与环境信息分类综述
地理概念的系统化［9］所采用的主要方法，在传统地理学研究中，是分类方法，其中的等级分类方法在资源与环境的研究中是主流的分类学方法。在GIS应用技术中，分类学方法主要用于对信息进行编码，例如我国在“七五”期间的GIS相关工作探讨了分类学方法在GIS数据组织中的应用问题［10～15］。随着应用需求的发展，需要建立综合性的资源、环境及经济信息系统，在这种状况下，尽管分类学方法仍然可以发挥其应有的作用，但是已不能满足需求的发展，主要问题包括以下几个方面：
(1) 地理系统中资源与环境信息的分类之间没有必然的联系，缺乏逻辑上的沟通。
不同应用观点下，同一种地理组成往往具有不同的分类体系。一般地讲，一个分类体系的诞生，除了其本身所蕴含的内在科学基础之外，总是具有极强的应用背景，例如根据“水文特性”和根据“航运能力”所进行的对“水体”这一实体的不同分类之间，由于应用目的的不同，会有质的区别。相似的现象还出现在对城市土地利用的分类上，如果仔细考察一下国土资源信息分类体系中对信息的分类［16］ ，我们就会发现，由于相互之间的相对独立性，在整个资源与环境信息分类体系中，同一种地理要素在不同的分类位置上所扮演的角色会有多么不同。
(2) 同一种地理实体在大的资源与环境信息分类体系中的不稳定性
尽管Д.Л.阿尔曼德认为“不应把干燥气候同山地地形相对比，因为它们没有任何一点共同的特性”［9］，但是在资源与环境信息系统设计中，我们必须将它们放在同一个分类体系中去统一考虑。到目前为止，面向GIS系统设计的系统化的资源与环境信息分类体系有三个，第一个是由中国科学院黄土高原综合科学考察队编制［16］，第二个是由资源与环境信息系统国家规范研究组1990年制定的《资源与环境信息分类编码表》，第三个是由国家计委组织制定的《国土资源信息分类指标体系》 。对这三个分类体系的研究表明，除了两个体系在类型划分上存在差异以外，突出的问题表现在：① 对于同一地理要素，用词不一；② 同一地理要素含义在不同的分类位置不同；③ 同一地理实体在不同分类中位于不同的位置。
2.2 基于地理要素的资源与环境信息的逻辑组织
资源与环境信息的分类学方法中存在的最大弊端是由其不稳定性引起的，因此，在设计资源与环境信息系统时，最大的挑战也是要解决这种不稳定性问题，其中主要包括概念含义的不稳定性、分类位置的不稳定性和名词术语的不稳定性。
2.2.1 利用地理要素模式表达资源与环境信息 “资源”与“环境”研究是两个从应用角度进行的“地理”研究。在建立资源与环境数据库及进行资源与环境信息管理中，这两个概念的实质是应用性的。同一地理要素，由于应用角度不同，表现出不同的环境特征或资源特征。由于“资源”和“环境”的应用属性，不同学者、不同的管理部门对它们的理解也是不同的，表1可以作为例子。尽管表1中对资源与环境的分类仍然停留在较宏观的层次上，但是不同研究者在概念上的区别还是十分明显的。这种概念上的区别也是导致资源与环境信息分类体系不稳定性的重要原因。
