复杂体目标之间三维拓扑关系描述模型

三维空间拓扑关系是空间关系研究领域的重要问题。该文分析了三维空间拓扑关系的研究进展和存在的问题,以点集拓扑理论为基础,提出用于描述复杂体目标之间三维拓扑关系的点邻域模型,以15种点邻域结构涵盖三维空间中两个体目标之间任意一点的归属关系,基于点邻域结构设计了描述体目标之间三维拓扑关系的编码。典型三维拓扑关系实例的比较分析表明,对于9IM模型所能区分的三维拓扑关系,点邻域模型均可区分;对于一些复杂的9IM模型无法区分的三维拓扑关系,点邻域模型仍然给出了唯一的描述结果。因此,点邻域模型区分出的复杂体目标之间拓扑关系的种类更多,对三维拓扑关系的描述更加精确。     

论三维地学空间构模

基于广义地理系统(地学系统)观点,结合3D GIS与3D GMS的应用需求,该文提出三维地学空间构模的4个目标层次,并对相应层次的系统功能要求进行比较分析。围绕三维地学空间构模领域中的地学空间目标认知、空间模型维数、空间模型适应性、二维屏幕上三维操纵、三维空间拓扑关系描述和三维空间模型更新6方面进行讨论,提出11个亟需回答的前沿问题。此外,还指出了8项亟需协作攻关的关键理论与技术问题。     

基于空间推理的巷道三维拓扑建立

基于空间关系和空间推理理论,结合MGIS领域的需求建立巷道三维拓扑网络模型,研究巷道三维空间关系推理的算法及业务逻辑实现;开发巷道三维拓扑自动生成系统,实现了巷道空间与属性数据管理、三维拓扑自动处理、多尺度成果输出及基于三维拓扑的路径查询,为基于巷道的通风、运输、避灾、多尺度变换等应用奠定了基础。     

基于邻域扩展量化法的城市边界识别

城市空间分析的基本条件是可靠的测度,而城市的基本测度是规模。客观定义城市边界是有效确定城市规模的技术前提。近年来国内外学者提出几种城市边界识别的方法,其中能够定量反映城市内部实体空间组织关系的多采用矢量图像。但这些矢量数据的获取十分困难,且实时性差。因此,本文借鉴前人的研究成果,基于邻域扩展量化和标度思想,提出一种应用于遥感栅格图像上的城市边界识别方法。该方法的本质是一种空间邻域融合法,通过改变像元邻域的作用范围,可以得到不同的空间集群数目;借助搜索范围与集群数目的标度关系确定一个客观的半径,据此可以利用GIS技术确定城市边界。将该方法应用于北京地区多个年份的遥感图像,发现了像元的有效邻域作用范围。此方法以栅格图像为基础,数据实时性好并且获取容易,计算过程简便,在未来的城市边界研究过程中,可望与现有的方法相互补充。     

时空拓扑关系描述及其推理研究

空间目标处于一定的时间与空间中,时态拓扑关系和空间拓扑关系经常交织在一起,形成时空拓扑关系,因此有必要在统一框架下研究时空拓扑关系.基于Allen对时态拓扑关系和Egenhofer对空间拓扑关系的研究,对时态拓扑关系和空间拓扑关系分别采用3×3的矩阵进行描述,将时空拓扑关系表示为3×6的矩阵,并描述了简单面/面之间的104种时空拓扑关系.在研究时态拓扑关系推理和空间拓扑关系推理的基础上,提出了一种时空拓扑关系推理方法.该文提出的时空拓扑关系描述和推理方法对于拓展时空拓扑关系的研究具有重要意义.     

基于等宽ε-带的三维线-线对象不确定性拓扑关系描述与判别方法

三维空间下不确定性对象拓扑关系是研究三维GIS中不确定性问题的基础。该文将二维平面直线不确定性的思想引入到三维空间,基于二维平面ε-带自旋转构建三维拓展包络体,表达不确定性三维线对象的置信区域。在对不确定性三维线对象进行描述的基础上,对不确定性线-线对象各部分之间的交集程度提出了一种定量化分析方法;通过对交集程度的度量,将三维空间下不确定性线-线拓扑关系用这些度量组成的空间向量表达;结合9I模型确定的参考空间关系向量理论,逐一考察度量化空间关系向量与参考空间关系向量之间的相关度,提出三维空间下不确定性线-线对象之间拓扑关系的描述模型,通过定量化分析方法对其空间拓扑关系进行判别。实验结果表明,该方法具备一定的可行性,可为不确定性问题的探讨提供科学依据。     

数字拓扑研究现状及其在GIS中的应用

数字拓扑主要研究栅格空间中离散几何对象的拓扑性质,这些性质在GIS空间分析和栅格数据处理中非常重要。该文从图论、混合拓扑和公理型3方面对数字拓扑的研究现状进行了分类和综述,并讨论数字拓扑在GIS领域的应用,指出三维数字拓扑和球面数字拓扑是数字拓扑在GIS中的两个发展趋势和研究热点。     

基于凸凹理论的三维地质体空间关系模型研究

目前的三维地质体空间关系模型表达能力较弱,限制了其在空间分析、查询等方面的应用。三维模型的应用与发展迫切需要一种新的底层分解与理论建模解决此类问题。该文基于凸凹理论重新对地质体进行结构定义与空间关系建模,提出了内凸体、外凸体、内缘体、外缘体等构造,并在此基础上建立了三维地质体R7×7空间关系模型,将地质体间空间关系表达能力理论上扩充至249种,实际能够表达40余种空间关系;给出了包容、镶嵌、部分镶嵌等关系的定义并对其进行了模型表达;针对不同应用,给出了R7×7模型的变换模型R(5×5 3×3)等。为能够表达地质体交集的边界长度、交面面积、地质体体积、外缘体体积、镶嵌体积等地质空间重要关系,基于凸凹理论建立了地质体度量关系模型,是矿区地质体拓扑关系查询、空间分析推理等应用的基础模型。给出了模型与地质体模糊理论的相契性分析,二者模型能够相辅相成,相互借鉴使用。     

GTP模型中四面体的引入及其空间模型扩展

该文从空间拓扑概念出发,分析了基于广义三棱柱(GTP)模型建立空间实体间拓扑关系时的不足。针对GTP进行平面剖切时存在的缺陷,讨论了在GTP模型中加入新的几何元素——四面体作为辅助元素的必要性,并将空间实体的描述分为几何元素和实体元素两类。在此基础上,对原有GTP模型进行了改进,建立了几何元素和实体元素之间的拓扑关系。并有效地解决了空间实体的3D平面剖切问题。     

一种基于对象的CSG-BR三维数据模型构建方法

在CSG-BR三维模型的基础上提出一种基于对象的CSG-BR三维数据模型构建方法.将地理实体按照CSG-BR三维模型的要求进行抽象、分解和组织,并把最小地理实体的几何特征、属性信息等相关信息进行对象封装,用边界表示法和结构实体几何表示法组织地理空间对象信息,建立各对象之间的语义关系.利用VRML对OCSG-BR数据进行三维可视化,实现了复杂三维空间数据及其相互间复杂关系的集成组织和管理,为对象化三维模型构建提供一种新方法.     

基于对象关系数据库的时空数据模型研究

一体化时空数据建模是新一代GIS理论与技术研究的重要基础。基于对象关系数据库探讨时空数据库的数据建模方法,提出综合考虑矢量和栅格数据一体化的时空数据模型。首先基于基本类型派生定义矢量和栅格抽象数据类型,在此基础上定义时空数据类型为一系列空间类型的时间片序列。该抽象数据类型的定义包括其数据对象和相关操作,将其嵌入对象关系数据库中,扩展其时空数据的存储和查询能力。利用该数据模型,可以统一考虑矢量和栅格数据,建立基于对象关系的时空数据库,并支持矢量—栅格一体化时空数据访问和操作,进而对新一代GIS技术的研究与实现起到重要支撑作用。     

利用场模型拓扑表达GIS中的地理目标

该文阐述为了实现在GIS中描述自然界里带有模糊不确定性的地理目标 ,扩充GIS的模糊查询功能 ,首先基于集合论思想探讨了确定性地理目标的代数解析表达与其拓扑表达 ,指出了确定性点、线、面之间拓扑表达的构成机理 ;然后 ,基于场模型建立了模糊地理目标的空间表达 ,分析了模糊地理目标的位置不确定性 ,进而建立了模糊地理目标的拓扑表达模型 ,即点集拓扑内部、边界和外部。分析表明 ,公认的Egenhofer模型是该文模型在地理目标不带有误差或不确定性情况下的特例。最后 ,与Clementini(1996 )提出的模型做了比较分析 ,表明了该文模型的合理性。     

A complete classification of spatial relations using the Voronoi-based nine-intersection model

In this article we show that the Voronoi-based nine-intersection (V9I) model proposed by Chen et al. (2001, A Voronoi-based 9-intersection model for spatial relations. International Journal of Geographical Information Science, 15 (3), 201–220) is more expressive than what has been believed before. Given any two spatial entities A and B, the V9I relation between A and B is represented as a 3 × 3 Boolean matrix. For each pair of types of spatial entities that is, points, lines, and regions, we first show that most Boolean matrices do not represent a V9I relation by using topological constraints and the definition of Voronoi regions. Then, we provide illustrations for all the remaining matrices. This guarantees that our method is sound and complete. In particular, we show that there are 18 V9I relations between two areas with connected interior, while there are only nine four-intersection relations. Our investigations also show that, unlike many other spatial relation models, V9I relations are context or shape sensitive. That is, the existence of other entities or the shape of the entities may affect the validity of certain relations.     

Computing the fuzzy topological relations of spatial objects based on induced fuzzy topology

For modeling the topological relations between spatial objects, the concepts of a bound on the intersection of the boundary and interior, and the boundary and exterior are defined in this paper based on the newly developed computational fuzzy topology. Furthermore, the qualitative measures for the intersections are specified based on the α‐cut induced fuzzy topology, which are (A_α∧?A)(x)<1?α and ((A^c)_α∧?A)(x)<1?α. In other words, the intersection of the interior and boundary or boundary and exterior are always bounded by 1?α, where α is a value of a level cutting. Specifically, the following areas are covered: (a) the homeomorphic invariants of the fuzzy topology; (b) a definition of the connectivity of the newly developed fuzzy topology; (c) a model of the fuzzy topological relations between simple fuzzy regions in GIS; and (d) the quantitative values of topological relations can be calculated.     

地理空间意像模式的Voronoi模型

提出用Voronoi空间模型来表达意像模式，Voronoi模型无岐义空间邻近关系，构建能封装对象间空间关系的拓扑网络，使用该模型将各种空间介词映射为不同的拓扑结构，GIS采用该模型，可按自然语言中空间介词描述的定性空间关系查询检索模糊地理信息。     

A combinatorial data model for representing topological relations among 3D geographical features in micro‐spatial environments

This research is motivated by the need for 3D GIS data models that allow for 3D spatial query, analysis and visualization of the subunits and internal network structure of ‘micro‐spatial environments’ (the 3D spatial structure within buildings). It explores a new way of representing the topological relationships among 3D geographical features such as buildings and their internal partitions or subunits. The 3D topological data model is called the combinatorial data model (CDM). It is a logical data model that simplifies and abstracts the complex topological relationships among 3D features through a hierarchical network structure called the node‐relation structure (NRS). This logical network structure is abstracted by using the property of Poincaré duality. It is modelled and presented in the paper using graph‐theoretic formalisms. The model was implemented with real data for evaluating its effectiveness for performing 3D spatial queries and visualization.     

城市绿地对居民地方依恋的影响研究——以广州市为例

随着城市居民对居住环境质量追求的不断提升,绿地作为一种稀缺资源,对居民地方依恋具有重要影响。论文使用“快鸟”高分辨率遥感影像以及广州市1232份居民问卷数据,采用多层级中介效应模型,探索城市绿地对居民地方依恋的影响机制,尤其关注居住环境满意度的中介效应,并对比封闭社区与非封闭社区的差异。研究发现：① 绿地能够直接提升居民的地方依恋;② 居住环境满意度作为中介变量,是绿地影响居民地方依恋的传导因素;③ 对于封闭社区,居住环境满意度起部分中介效应,即绿地通过居住环境满意度间接提升了居民的地方依恋;④ 对于非封闭社区,居住环境满意度起完全中介效应,即居住环境满意度完全解释了绿地对地方依恋的影响。基于实证结果,论文认为在注重绿地的空间均等化并向弱势群体倾斜的同时,更需要考虑居民进入与使用绿地的权利以及其主观满意度,并在此基础上为优化地方政府的社区治理和规划政策提供支撑与建议。     

Accuracy of quantized Voronoi diagrams

Quantization of spatial objects, which usually means vector‐to‐raster conversion in GIS and remote sensing, is a basic operation used for handling spatial data from data creation to visualization. Since quantization is an approximation of spatial objects, it inevitably yields errors in measuring their properties such as area, perimeter, diameter, and so forth. This paper discusses the accuracy of a quantized Voronoi diagram, a spatial tessellation generated from a set of points. A measure is proposed to evaluate the accuracy of the area of Voronoi regions calculated after quantization. In one‐dimensional space the measure is expressed as an explicit function of the expected number of generators in a cell. In two‐dimensional space, on the other hand, the measure is defined by an implicit function, whose approximation is derived in an explicit form. These functions permit us to evaluate the accuracy of quantization in relation to the size of lattice cells and the density of Voronoi generators. This leads to an appropriate choice of a lattice to keep the quality of a quantized Voronoi diagram at a desirable level.