复杂区域对象拓扑关系分解与计算

本文提出了基于9交矩阵的拓扑关系计算方法,将复杂区域分解有限个简单区域,采用正则表达式描述其多部分和洞构成,通过定义两个9交关系矩阵操作算子,利用分解区域间的拓扑关系直接计算复杂区域间的9交关系矩阵。详细证明和分析了两个操作算子的不成立条件以及消除不成立条件的方法。结合关系矩阵表法拓扑关系的推导和推理过程,操作算子可用于推导已知结构复杂区域间的所有可能9交拓扑关系。同时,9交关系矩阵操作算子依赖复杂区域的定义,不适用于所有区域对象。     

面向带洞面状对象间的拓扑关系描述模型

为研究带洞面状对象间的拓扑关系,提出了一种25IM(25交集模型)。以点集拓扑理论为基础,对带洞面状区域的内部、边界和外部进行定义。分析了9IM(9交集模型)在表达带洞面状对象间拓扑关系方面存在的问题,将带洞面状对象分为内部、外边界、内边界、外边界外部、内边界外部共5部分,提出了一种5×5的矩阵模型,即25IM。基于点集拓扑理论,定义了8条规则来排除不符合逻辑的拓扑关系。基于25IM,对8种基本拓扑关系:相离、相接、重叠、覆盖、包含、相等、被覆盖和被包含,进行细分描述。结果表明,本文提出的25IM能够更为详细地表达带洞面状对象间的拓扑关系。     

带空洞的复杂面域间拓扑关系的形式化描述

拓扑关系的描述和区分是建立在空间目标相互作用过程中目标集合及其分量集合拓扑特性变化基础之上的。对于两个简单面域间的空间拓扑关系描述研究已经很多,而对于带空洞的复杂面域间的空间拓扑关系的描述却相对较少。本文利用Egenhofer等提出的描述带空洞的面域间空间拓扑关系描述框架,在四交差模型的基础上,提出一种能描述带空洞的复杂面域间拓扑关系的扩展模型———D-4 ID模型,并用该模型推导了一个简单面域和一个带空洞的复杂面域间有意义的23种拓扑关系。     

有向线与有向带洞面目标之间的拓扑关系研究

针对二维空间有向线、有向带洞面目标的特点，考虑有向线的起终点与有向带洞面目标的正反面，建立了有向线与有向带洞面目标之间拓扑关系与方向关系集成表达的DL-DRH模型(有向线-有向带洞面目标拓扑关系模型)。首先基于点集拓扑理论，构建了DL-RH模型(有向线-带洞面目标拓扑关系模型),得到143种DL-RH拓扑关系。进而根据交集位置特点，对DR-RH拓扑关系进行分类，给出了3类空间语义更丰富的DL-DRH拓扑关系。接着分析了DL-H模型(有向线-简单面目标拓扑关系模型)、DL-RH模型和DL-DRH模型之间的转换规则。然后利用7种拓扑关系规则证明DL-DRH拓扑关系的完备性。最后通过案例分析表明DL-DRH模型能准确、直观地表达有向线与有向带洞面目标之间的拓扑关系。     

复杂面实体拓扑关系的精细化模型

简单空间对象经过特定组合可形成复杂空间实体。现有的拓扑关系模型对复杂边界间的复杂交互的表达能力不足,很难精确地对复杂空间面实体间拓扑关系的不同形式进行区分。顾及复杂空间面实体间的交互细节,本文对其拓扑关系进行精细化建模。首先引入线面实体间拓扑关系的元拓扑关系,进而利用元拓扑关系与重叠面积对简单面实体间的边界交集进行精细化描述,对洞边界遍历定义和洞中面与洞关系的定义,实现对复杂空间面实体的拓扑关系进行精确地区分与表达,最后对复杂面实体边界交集的5种基础拓扑关系描述模型进行归纳总结。通过5种基础拓扑关系描述模型的叠加,实现对复杂面实体各子部分之间关系细节的精细化表达。     

地籍地块间的空间拓扑关系

地籍的核心是地块，地块间存在着多种空间关系和时间关系。这些关系是地籍数据更新、信息查询与分析的基础。一个地块可看做2维欧氏空间中的一个面域，但目前对于两个面域间空间拓扑关系的描述方法非常有限，不能区分一个简单地块和一个复合地块(一个大地块中包围一个小地块的地块)间的空间拓扑关系。在Egenhofer等提出的包含空洞的两个面域间空间拓扑关系描述框架的基础上提出了一种描述地块间空间拓扑关系的双四元交模型(Double 4I，简称为D-4I模型)，其特点是用两个四元组矩阵来描述最多包含一个复合地块的两地块间的空间拓扑关系，并用D-4I模型推导了一个简单地块和一个复合地块间的拓扑关系类型，共描述了31种地块间的空间拓扑关系，并总结了在地籍信息系统数据更新和数据质量控制中具有重要意义的7种常见的两个地块间空间拓扑关系。这些拓扑关系的描述与区分澄清了地籍地块间的空间拓扑关系类型，为地籍数据更新操作、地籍信息系统的数据质量控制、信息查询与分析推理等奠定了理论基础。     

一种基于改进TDD模型的空间场景相似性度量方法

针对计算空间场景相似性的TDD(Topology-Direction-Distance)模型的局限,提出一种基于改进的TDD模型来度量实体数目相同的场景相似度的算法.该算法以TDD模型的思想为核心,首先利用维度扩展的9交模型、详细方向关系矩阵模型和距离定量描述方法分别提取空间场景中的实体间拓扑、方向和距离特征,建立空间场景特征矩阵,实现对空间场景的表达;然后结合拓扑、方向关系的概念邻域方法和欧式距离,构建针对矢量面数据空间场景相似性度量模型;利用场景相似性度量模型进行空间场景相似性匹配;最后以深圳市福田区矢量面数据为例进行实验.实验结果表明该方法能有效度量空间场景的相似度.     

带多个空洞的面对象间拓扑关系的层次组合模型

空间拓扑关系描述是空间关系的主要内容,是与人类的认知概念一致的,在空间数据查询与挖掘等方面有重要应用。很多学者研究了不带空洞的面对象间的拓扑关系,但对于带空洞的面对象间的拓扑关系研究甚少。首先回顾了现有模型,并指出了各模型的优缺点,然后根据简单面对象的8种基本空间拓扑关系,对带多个空洞的面对象的拓扑关系进行了层次组合分析,提出了一种能描述带多个空洞的复杂面对象间的拓扑关系的层次组合模型。该模型能描述带多个空洞的复杂面对象间的所有拓扑关系,而且不因面对象中空洞的编号顺序不同导致模型所描述的结果不同,同时也弥补了4-4ID模型只能描述带一个空洞的面对象的不足。     

语义尺度影响的相离区域合并与拓扑关系计算

拓扑关系随着语义尺度的变化需要重新推理或者计算。当粗略语义尺度下的区域对象由详细尺度下的有限个区域合并而成时, 区域对象间的拓扑关系可采用已有的组合推理方法得到, 然而这些方法只适用于简单对象并存在多解性。针对此问题, 提出了基于9交模型的拓扑关系多尺度计算方法, 分别针对相离区域合并和相邻区域合并定义了9交矩阵操作算子, 可利用详细语义尺度的拓扑关系直接计算出合并区域间的9交矩阵。利用9交矩阵操作算子得到的计算结果值域为复杂区域对象间所有可能的拓扑关系, 且不存在多解性, 通过消除歧义性还可扩展9交矩阵操作算子, 适用于多个相离简单区域组合的复杂区域。     

四面体格网模型的三维拓扑关系计算

四面体格网(TEN)模型是一种重要的空间数据构模方法,侧重于三维空间对象内部的表达,但是存在着数据量大、计算速度慢的问题。三维拓扑关系是三维GIS的重要研究内容,为此,该文提出了面向TEN的三维拓扑关系计算方法。基于点集拓扑学理论,将TEN分解为内部、边界和外部3个集合,并使用9交模型描述了TEN/TEN的8种拓扑关系;设计了面向TEN的三维拓扑关系计算流程,详细阐述了面向TEN的三维拓扑关系计算的核心算法;基于提出的三维拓扑关系算法,设计了面向TEN的拓扑关系计算实验。实验结果表明:该文提出的面向TEN的三维拓扑关系计算方法,能够满足TEN之间拓扑关系计算的需求。     

不确定区域间拓扑关系定性推理

提出不确定区域间拓扑关系的组合描述法,它对拓扑关系的描述能力与扩展九交完全相同.但组合描述模型的优点在于用已有的5种面/面基本拓扑关系的组合来表示44种不确定区域间的复杂拓扑关系,可以把44种复杂拓扑关系的推理转化为5种基本拓扑关系推理的组合,从而实现不确定区域间拓扑关系的推理.     

Topological relations between spherical spatial regions with holes

ABSTRACT

There is growing interest in globally modelling the entire planet. Although topological relations between spherical simple regions and topological relations between regions with holes in the plane have been investigated, few studies have focused on the topological relations between spherical spatial regions with holes. The 16-intersection model (16IM) is proposed to describe the topological relations between spatial regions with holes. A total of 25 negative conditions are proposed to eliminate the impossible topological relations between spherical spatial regions with holes. The results show that (1) 3 disjoint relations, 3 meet relations, 66 overlap relations, 7 cover relations, 3 contain relations, 1 equal relation, 7 coveredBy relations, 3 inside relations, 1 attach relation, 52 entwined relations, and 28 embrace relations can be distinguished by the 16IM and that (2) the formalisms of attach, entwined, and embrace relations between the spherical spatial regions without holes based on the 9IM and that between the spherical spatial regions with holes based on the simplified 16IM are different, whereas the formalisms of other types of relations between spherical spatial regions without holes based on the 9IM and that between the spherical spatial regions with holes based on a simplified 16IM are the same.     

拓扑关系和方向关系的统一表达模型

统一表达空间关系中的拓扑关系和方向关系是非常有必要的。本文首先对已有的方向模型进行分析和比较,提出了一种方向模型,即采用锥形的方法将空间参照对象的内部、边界和外部分别划分出9个方向区域,描述空间目标对象与这些方向区域的交集的情况,然后结合这种方向模型和九交模型,进而提出了一种能统一表达拓扑关系和方向关系的形式化模型。     

基于拓扑约束的方向关系定性描述模型

针对原有方向关系矩阵模型对于参考目标MBR区域的方向描述缺陷问题,本文将拓扑约束引入方向关系定性描述,构建基于拓扑参考的方向关系定性描述模型,实现了MBR区域方向关系的有效表达。新模型首先将参考目标的MBR区域划分为不同的拓扑区域,提出方向关系拓扑参考定义;基于拓扑参考,分别对不同拓扑区域定义相应的方向关系矩阵;最后,根据参考目标与源目标间的不同拓扑关系,提出不同情况下方向关系分层定性描述策略。实验结果表明,新模型充分反映了拓扑关系对方向关系描述的约束关系,能有效提高方向关系表达的准确性和精确性。     

不确定线-面拓扑关系的描述与判别

不确定线状目标和面状目标之间拓扑关系的描述是空间信息处理过程中经常面对的问题。在对不确定线状目标和面状目标进行描述的基础上,对不确定线状目标与面状目标各组成部分之间的相交程度进行了定量表达,通过计算这些度量组成的空间向量与9-交集模型确定的空间关系向量之间的相关度,提出了一种不确定线状目标和面状目标之间拓扑关系的描述模型,通过定量的方法来对其空间拓扑关系进行判别。     

基于Oracle Spatial的空间线线拓扑关系判断的实现

在GIS中,空间物体间的拓扑关系是基本的空间关系之一,直接利用ORACLE SPATIAL提供的简单的空间关系查询操作算子,对九交模型所描述的任意两2维空间的不自相交的线目标间的拓扑关系的判断设计算法,并进行试验验证,实现两线目标间的33种空间拓扑关系的判断。基于ORACLE SPATIAL的线/线目标间空间拓扑关系判断的实现必将推动基于ORACLE SPATIAL的GIS系统的查询、分析和数据更新的研究进展。     

拓扑关系形式化描述的Euler示性数模型

给出了空间目标的一般表达式，并利用代数运算和集合运算相结合的方法计算出空间目标的拓扑边界和内部。针对空间目标点集拓扑运算所得集合的非闭性，提出了一种适合于Euler示性数计算的方法，建立了一种形式化描述拓扑关系的Euler示性数模型。实例证明了所提方法和形式化模型的正确性。