基于LADM的三维地籍管理模型构建及应用

随着我国土地利用呈现立体化趋势,二维地籍管理模式已经难以反映垂直空间上土地的利用及权属状况,需要引入三维地籍管理模式。目前,我国学者提出的三维地籍模型没有考虑到权利人、权利和土地管理单元之间的联系。ISO/TC211提出的LADM从人地关系的基本点出发,由地籍主体、客体、土地权利构成核心的登记框架,该框架引入了LA_SpatialUnit这一核心类,该核心类覆盖了建筑物单元,网状设施等三维地籍形态,并分别建立了行政管理单元与空间单元。本文通过借鉴LADM的核心框架,提出了适合我国国情的三维地籍概念模型,并选取面元模型的构模方式,结合面向对象的思想构建空间单元的数据模型。在此基础上,设计了LADM的三维地籍管理模型,并开发原型系统验证其可行性,通过对房屋产权单元和地下宗地的管理实例,验证了该模型在我国三维地籍管理中是可行的。     

基于知识对象的土地管理空间数据库模型设计与实现

空间数据模型建立的目的是反映现实世界。当今的GIS系统的空间数据模型,主要反映地图制图领域的点、线、面对象管理与操作的几何知识。本文通过对比研究,发现土地管理空间概念的领域知识,包含几何知识。几何知识是依据几何特征属性识别的土地管理领域知识之一。将土地管理领域空间概念的领域知识对象化,建立与几何知识对象等价的对象组件,扩展对象关系型的空间数据模型,建立了"[领域空间知识对象]+[GIS的点、线、面的几何对象]+[扩展属性]"的空间数据模型。这种模型简化了空间数据库的管理操作,降低了对工作人员制图专业知识的要求,降低了空间对象实例与其属性的耦合度,减少了政策变化对数据的影响程度,提高了数据的稳定性和共享度。鉴于这种空间数据库模型,本文开发了空间知识对象的江苏省"515"城乡一体化地籍系统的数据检查子系统,在镇江市、江都市等多个市县的"515"城乡一体化地籍调查的数据检查入库工作中得以应用,证明了模型设计的可行性,收到了良好的效果,为专题GIS空间数据管理,提供了一种的新的空间数据模型。     

LibPQ的PostgreSQL空间几何对象的实现方法

利用PostgreSQL数据库管理系统所提供的访问接口LibPQ,实现了一种访问及操作空间几何对象的方法。该方法通过在客户端继承空间几何对象,并在自定义空间几何对象基础模型之上扩展的自定义空间数据模型。同时,充分利用自定义的扩展空间数据模型实现空间操作,进行GIS软件平台的研发。     

空间认知模式研究

从对不同空间模型的对比与分析入手,结合空间认知行为、神经系统科学和认知心理学的有关研究成果,对空间认知模式进行了研究。研究表明,“空间”的一般表现形式分为感知空间、认知空间和符号空间3种,不同的空间表现形式具有不同的空间认知方式;根据空间认知方式的差异,空间认知模式包括空间特征感知、空间对象认知、空间格局认知3个层次,而空间特征、空间对象则是空间认知模式构成的2个基本单位。     

房地一体化不动产三维数据模型研究

房地不动产具备天然的立体特性,在三维空间中对其进行准确刻画是当前城市地上地下综合开发的关键问题,国内外学者已经提出了各类房地不动产数据模型,旨在解决房地不动产的管理与权利空间的三维表达问题。分析国内外学者的研究成果发现,国外学者提出的房地不动产数据模型多以地籍为核心展开,不能完全适用于我国的房地不动产管理;而国内学者虽兼顾了地籍和房产,但忽略了建筑实体、建筑空间与产权空间的关系,无法将房地不动产信息与建筑物信息模型（Building Information Modeling,BIM）整合,不利于房地不动产的精细化管理。针对以上问题,本文提出了基于IFC（Industry Foundation Classes）标准扩展的房地一体化三维不动产数据模型,并通过实例验证了该模型在我国房地不动产管理上是可行的。研究结果表明,本文提出的模型正确表达了各类建筑对象和产权对象,既可以支持业务相关的关联关系的查询,也支持GIS常见拓扑关系的查询和表达,该模型除了能表达符合我国体制的房地不动产对象外,还关联了BIM模型中的建筑构件、建筑空间, 为城市建设与运维管理提供技术模型支持。     

顾及时空对象空间相互作用的疫情风险评估建模与应用

新型冠状病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019,COVID-19）在全球的传播仍在持续,根据COVID-19在国内早期的扩散特征,从地理学角度出发,构建了一种顾及时空对象空间相互作用机制的疫情风险评估模型,模型在参照时空对象空间相互作用迁移型传导模式的基础上,重点考虑了疫情传播的时空过程、并兼顾空间依赖及空间异质性因素,实现了疫情风险城际传播的关联性、动态性分析。在实证研究阶段,基于该模型对武汉及其主要影响城市在2020年1月上旬到4月上旬的疫情风险及动态演变进行了评估,通过与基于城市对象自身属性计算得到的实时疫情风险指数及其空间分布进行比较,验证了基于时空对象的空间相互作用模型在疫情风险评估方面的有效性。结果表明：① 模型能兼顾疫情传播的空间依赖及空间异质性特征,体现疫情风险的城际传播过程,为疫情传染风险评估及相关空间问题的研究提供了一种新的视角和方法;② 来自源对象的输入性疫情风险与对象间的空间相互作用强度存在显著正相关性,因此在疫情防控中要结合空间相互作用的主要影响因素进行综合决策。     

基于空间陈述的定位及不确定性研究

在地理空间知识的表达中,通常以文本方式描述位置。除了常见的地名以及地址外,许多陈述根据与参照地物的空间关系来表达一个目标地物的位置。由于一个空间陈述只是粗略描述了目标对象的位置,因此具有不确定性。在基于空间陈述的定位问题中,不确定性包括4个层次,分别对应于陈述、参照对象、空间关系和目标对象。这4个层次的不确定性适合于不同的建模方式,如概率方法、模糊集方法,以及证据理论方法等。本文采用不确定性场的概念,对点状目标地物的分布进行了探讨,并利用贝叶斯定理证明了对于给定的空间陈述,其不确定性场分布与做出该陈述概率,以及相应空间关系的模糊性之间的联系,该结论可用于指导不确定性场的建立。     

3维地籍实体数据模型设计的新方法

3维地籍管理模式是现代地籍管理的必然趋势,能够适应新形势下城市空间立体开发的需要.本文回顾了地籍管理发展的历程,探讨了3维地籍管理的必要性,总结了3维空间数据模型的研究成果,对OO3D模型进行扩展,提出了一种面向地籍对象的3维数据模型CO3D,最后给出了CO3D模型结构与数据组织方式.     

基于OGC简单要素规范的面向对象时空数据模型

针对时空数据模型与时态地理信息系统研究中存在的几类问题,本文提出了一种通用的面向对象的时空数据模型,即GOO-STDM。该模型从时空对象的基本属性和行为出发,运用面向对象方法,将地学对象封装为空间、专题、时间的整体,满足地学对象的what/where/when语义。在此基础上,利用开放地理空间联盟(OGC)的简单要素规范(SFS)以及对象-关系型数据库设计了模型的时空类结构、时空拓扑关系函数、存储方案和时空中间件实现方法。GOO-STDM模型具有较好的扩展性、实用性和通用性,为时空数据模型的研究提供了新的思路。     

基于OCCI的空间数据库几何对象实现方法

海量空间数据的高效访问和操作是 GIS平台和应用系统开发的核心技术。本文分析了 Oracle数据库管理系统所提供的访问接口 OCI、OCCI及对象类型转换工具 OTT的特性 ,基于 OCCI和 OTT技术提出了一种面向对象的访问及操作 SDO几何对象的方法 ,并通过实例讨论了实现过程。该方法利用 SDO几何模型作为 Oracle服务端的几何对象载体 ,在客户端通过继承 SDO几何对象实现自定义几何对象模型 ,避免了 SDO几何对象与用户定义几何对象之间的空间数据转换过程 ,有利于扩展自定义空间数据模型。同时 ,自定义几何对象可以充分利用Oracle Spatial提供的空间操作与整合功能 ,加速 GIS软件平台研发过程。     

网络空间移动对象模型的应用与发展

海量移动对象轨迹数据的涌现促使移动对象数据库成为一个新兴的研究领域。网络空间是人与交通工具移动的主要空间范围,也是移动对象数据库领域最重要的研究空间。网络空间下的移动对象建模是交通科学、社会与城市计算的基础性关键技术。由于受到所依附的地理空间的限制,网络环境下的移动对象数据表达与自由空间相比具有很大的特殊性,面临新的挑战。本文分析了网络空间移动对象建模的基本需求,对20年来,业界提出的各种网络空间移动对象数据模型进行了系统回顾和分类,深入分析了各种网络空间移动对象数据模型的特征、优点与局限性,提出了现阶段网络空间移动对象数据建模需要关注的关键问题,并对未来研究方向进行了展望。     

基于Bayes网络的多粒度时空对象地理过程演化建模——以新安江模型为例

多粒度时空对象具有多粒度、多类型、多形态、多参照系、多元关联、多维动态、多能自主特点,可用于直接描述从微观到宏观的现实世界。基于时空对象建模理论构建多尺度地理对象耦合演化的集成表达是多粒度时空对象模型支撑地理分析与建模的关键。本文基于多粒度时空对象建模理论,在概率图和条件概率表的基础上发展了一种基于Bayes网络的地理过程演化表达和建模方法。该方法将多粒度时空对象作为Bayes网络节点,根据多粒度时空对象间的关联关系构建Bayes网络,利用Bayes概率表达多粒度时空对象间关联关系的作用强度,并通过更新算子和概率图模型描述要素特征状态的动态变化。基于此方法,选取新安江模型,进行多粒度时空对象地理过程建模和模拟实验。采用呈村1989—1995年水文数据为训练数据,1996年水文数据为模拟数据,通过降水面、蒸发面、产流面和汇流面构造Bayes网络并模拟产流量和汇流量状态;实验结果表明本文方法不仅可以对水文过程进行演化建模,并且可以较好地模拟水文过程中的产流量和汇流量变化,正确率达97.5%和95.9%。     

多粒度时空对象关联关系的分类体系与表达模型

地理对象之间的关联关系是地理对象之间的相互作用形式。任何地理对象都不是独立存在的,与其他的地理对象有一定的关联关系,并且这些关联关系是复杂多样的。地理场景就是在地理对象之间普遍存在的、复杂多样的关联作用下形成的一个统一的整体。传统GIS数据模型对地理对象之间关联关系的描述多侧重于空间关系,其他的关联关系往往需要经过比较复杂的计算和推理后求得,难以完整地表达地理对象之间复杂的相互作用关系,不完全符合人类对地理现象的认知情况。然而,在全空间系统中,可以根据常见的地理分析需求对多粒度时空对象间关联、作用关系进行分类表达,便于客观实体全方位的抽象与表达。对象间的关联关系可主要分为空间关系、时间关系、属性关系、因果关系、认知关系5大类。本文用地理实体作为案例,分析了关联关系的表达模型。     

多粒度时空对象动态行为表达模型与方法研究

对具有动态变化特征的空间实体的描述,除了表达其内在属性外,还应包括动态行为。传统GIS把空间对象内在属性和动态行为分开建模本质上是一种基于地图的静态建模思想,而多粒度时空对象把行为能力作为对象的固有属性,是区别于其它对象的一个重要特征,使得全空间信息系统能够描述具有认知和行为能力的“活”的地理实体。本文针对具有规则化动态变化特征的时空实体的描述与表达,从多粒度时空对象的角度,阐述了多粒度时空对象动态行为的表达思路,提出了多粒度时空对象个体和对象世界的动态行为表达模型,为全面认识和表达空间对象动态变化提供了新的视角。针对动态行为多属性交错改变、多对象复杂联动、多过程动态自主的特点,为开展多粒度时空对象动态行为实际建模,本文归纳了动态行为改变内在属性的4种不同方式,并分别基于动力学、规则、数据挖掘和智能体4个方面对动态行为的表达方法进行了探讨。最后,结合实际应用进行了实证分析,结果表明对空间实体内在属性和动态行为一体建模,不再需要设计额外的数据模型,行为与对象不再分离;采用统一的动态行为表达模型,行为不仅与对象是解耦的,而且是通用的、可继承和复用的;对象不同行为的组合,可以描述空间实体复杂的动态变化的过程,为全空间信息系统中对象行为建模提供了有益经验和借鉴。     

基于 HBase 的面向语义单元的室内移动对象索引

随着室内定位技术的广泛应用,传感器记录了大量室内移动对象的位置数据,而索引技术作为移动对象数据分析的基础工作也得到越来越多的研究。已有索引技术多是针对室外空间的移动对象,不能支持室内移动对象数据的三维立体性、轨迹的复杂性、随机性等特点,这些索引技术也仅仅关注了移动对象的位置信息,忽略了语义信息,不能有效地支持室内移动对象的管理和分析,并且当面对海量的移动对象数据时,这些架构在传统关系型数据库上的索引都存在性能瓶颈问题。因此,本文提出了面向语义单元的移动对象表达模型,利用语义单元将室内移动对象的位置语义化,设计了SCoII （Semantic Cell Oriented Indoor moving objects Index）索引结构对室内移动对象的历史数据进行索引,能够有效支持语义粒度上的时空范围查询、移动对象语义轨迹查询。索引基于HBase实现,能够适应大规模的并发更新与查询,具有良好的规模扩展性,规避了大数据给传统数据库带来的性能瓶颈问题,实验证明其具有良好的更新和查询性能。该索引的实现方便了基于语义的室内移动对象分析和数据挖掘工作,为今后的分析工作奠定了基础。     

多粒度时空对象组成结构表达研究

全空间信息系统、智慧城市的构建,需要将地理实体抽象成时空对象,而时空对象的多粒度性,体现在时空对象具有多尺度、多维度、多层次的特点。如何在当今海量数据中,对多粒度时空对象的信息进行有序组织成为时空对象研究中的难点。本文基于面向对象的思想,提出了一套时空对象组成的表达与操作方法,为时空对象信息的有序组织提供了新思路。该方法基于概念分类理论,将时空对象的组成分为实体对象组成与关系组成,在此基础上,通过构建时空对象信息集族、对象组成集族、关系组成集族,对时空对象组成结构的形式化描述,并基于时空对象的生命周期,给出构建、更新、析构、组合、分解等时空对象组成表达的相关操作,进一步完善多粒度时空对象组成结构的表达。最后,以城市道路的组成信息管理为例,将武昌区珞喻路作为研究的时空对象,对城市道路时空对象组成结构的表达及操作进行举例说明。该方法的提出,实现了多粒度时空对象组成结构的表达,减少时空对象组成的冗余。     

对于线状地理特征空间关系的自然语言理解

人们通常用定性的词汇描述空间关系,而地理信息系统都采用定量的方法,这就限制了地理信息系统表达地理空间信息的能力。为了建立自然语言表达的空间关系和空间关系计算模型之间的桥梁,开发能更容易被广大的非专业人士使用掌握的自然语言的地理信息系统界面,充分理解自然语言所表达的空间关系和物体是十分必要的。本文通过认知实验的方法研究了英语自然语言对两个线状地物的空间关系的理解,发现地理特征之间的几何关系和拓扑关系是影响人们对空间关系的描述的主要影响因子,并且在不同的情况下,它们的影响程度不同。研究还发现,在有些情况下上下文的语境也对空间关系的描述有一定的影响。     

全空间下并行矢量空间分析研究综述与展望

新一代并行空间分析将面临空间大数据分析和实时空间分析服务的挑战。矢量空间计算作为GIS系统中的重要组成部分,在并行化算法设计中存在负载不均,并行扩展性差,IO性能低等技术瓶颈。本文首先从应用需求和技术发展的演变历史回顾了矢量空间分析算法发展过程;然后,从研究现状的角度详细阐述了并行矢量空间分析计算的研究成果,总结了并行空间分析算法的算法特征和技术瓶颈,对不同并行编程模型进行了对比,并提出了并行空间分析算法的研发流程;最后,从发展前景的角度预测了全空间信息系统中基于多粒度时空对象的空间数据模型和计算方法的发展趋势,提出了以内存计算等技术实现存算一体化的新型空间数据模型和分析方法的技术趋势。