基于地理语义的空间关系查询和推理

地理空间中的地物,根据其本体类型具有不同的地理语义特征。受到地理语义的影响,人们在描述几何特征和关系相似的物体之间的空间关系时,所用的词汇是不同的。目前,人们在空间关系的自然语言查询方面的研究主要集中在空间关系描述、空间关系自然语言形式化表达、空间关系自然语言查询语句的转换,以及空间关系自然语言查询的查询接口等方面,没有考虑到地理本体的语义差异,这会使得空间关系的自然语言查询不能符合人类语言和认知的习惯。本文依据一些学者在空间关系的自然语言描述的形式化(主要是线和线、线和面等形状的空间地物之间的关系)研究的基础上,针对不同地理本体类型的空间地物和空间关系自然语言描述词汇之间对应的语义关系有所不同的特点,总结了自然语言词汇在描述空间关系时的对应规则,提出不同特征类型地物和描述词汇之间的规则库设计方法,并设计部分空间地物的规则实例。最后,结合空间关系判断函数,设计具体查询系统实践举例证明。     

点线目标自然语言空间关系描述模拟表达方法研究

自然语言描述中蕴含丰富的地理空间信息,空间关系是自然语言描述中最重要的一部分,对理解整个描述语句起到决定性作用。但自然语言描述的不确定性、模糊性、灵活性等特征给计算机理解和处理自然语言增添了困难,因此建立定性的自然语言空间关系描述与定量的图形空间关系之间的映射关系是本文研究的重点。根据空间粒度的不同将自然语言空间关系描述分为完全模糊描述、区间模糊描述和定量模糊描述3类,提出缓冲区法和随机参数法2种可视化表达方法,并搭建原型系统进行实验。实验表明,该方法有效可行,有利于深化模糊语义的自然语言描述图形化研究。     

空间面群目标几何相似度计算模型

本文针对空间面群目标提出了一种几何相似度计算模型。首先,利用拓扑关系概念领域图定义了面群之间的拓扑关系相似度;然后,对不同类型的面状目标选用合适的"降维"方法处理为"线群"目标,利用方向均值定义线群之间的方向关系即面群目标的方向相似度,以及利用"环形方差"定义线群目标之间的距离关系即面群目标的距离相似度。最后,结合面群的长度和平均长度、面积和平均面积,面密度及紧致度,建立了面群目标几何相似度计算模型,以对面群目标相似度进行整体度量。该模型综合考虑了空间面群目标的几何特征和空间关系特征,并对其作了适当的权重分配。从时间邻近度和尺度邻近度角度,本文设计了2个实验,结果表明,相似度计算结果与地物特征比较一致,符合人们的直观空间认知。     

自然语言空间关系及其在GIS中的应用研究

智能GIS的最终目标是实现用户与GIS的自然语言交互。如何从自然语言中自动抽取空间信息,消除GIS中结构化空间信息与自然语言中非结构化空间信息之间的语义障碍,已成为智能GIS面临的两大难题。目前的相关研究主要集中于自然语言空间关系。空间词汇及其句法模式是自然语言空间关系研究的核心问题。本文首先阐述了自然语言空间关系研究的几个基本问题,然后详细讨论了汉语中描述各种空间关系的空间词汇及其句法模式。最后,探讨了GIS中自然语言空间关系查询请求表达的句法模式及其解析方法。     

一种方向和度量关系组合描述模型

为在统一的框架下研究方向和度量关系,在改进的锥形模型表达方向关系、定性度量关系表示的基础上,本文提出一种新的方向和度量关系组合描述模型。在对方向关系和度量关系定性描述基础上,采用7×7的矩阵和简化后的3×3的矩阵,分别表达方向和度量关系组合模型,并对组合模型的取值范围和数量进行分析。在方向和度量关系组合模型基础上,定义了组合描述模型的5个有效性规则,用于排除不可能的组合关系;设计了方向和度量关系组合描述模型的实例,用于验证模型的有效性。方向和度量关系组合描述模型将方向关系和度量关系有机地结合在一起,提高了空间关系描述的准确性和有效性。     

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。     

基于层次分析法的多尺度点群目标相似度计算

计算不同尺度下空间目标的相似性是GIS研究的热点问题之一。点群是地理空间群组目标的一种,研究其相似性可对空间群组目标的计算机制图结果进行评价。以往的理论研究主要从影响点群目标的单一因子出发,对影响点群目标的简单因子进行分析,并以此提出相应计算模型。为了研究点群目标在不同尺度下的相似性问题,本文在前人研究的基础上,整合了影响点群目标相似性的主要因子（包括拓扑关系、方向关系、距离关系、分布范围和分布密度）,并分别提出拓扑相似度、方向相似度、分布范围相似度、距离相似度分布和密度相似度的计算模型,从整体上把握计算点群目标的相似性。通过层次分析法,赋予5种因子相应的权重,最后集成不同尺度下点群目标相似度的总体计算模型。经过计算验证,该方法能较准确地计算不同尺度下点群目标的相似程度,为制图综合质量做出评价。     

多种空间关系组合的地理位置自然语言描述方法

针对单一描述语句表达位置信息的不足,如依赖用户对单一参照物的熟悉程度、定位范围较大而不明确等,本文提出同时采用多种参照物并兼顾多种空间关系的组合描述机制,逐步逼近目标位置,同时弱化用户对参照物的认知依赖.探讨了具有结构特征及与目标物有空间关系约束等不同类型参照物的选取方法,研究了空间关系等相对位置信息的描述参数及其计算...     

基于超赋值理论的模糊位置描述形式化与推理机制

基于位置描述进行空间定位是大数据时代位置服务向智能化转型的关键。针对不同语境中位置描述模糊性差异显著而难以定位的问题，本文提出一种面向模糊位置描述的形式化方法与推理机制。首先，通过梳理人类空间认知规律，明确自然语言中位置描述时关注的要素类型，研究模糊位置描述的形式化表示。然后，基于超赋值理论，从空间对象、距离关系和方向关系3个方面构建模糊位置描述的推理机制。顾及位置描述的上下文语义，利用观察值阈值开展空间推理实现定位。最后，设计收集位置描述的问答系统对方法进行验证。结果表明，本文方法能够依据实际应用场景及时调整位置描述的形式化表示粒度，空间推理结果贴合直观认知。     

基于空间关系约束的虚拟高速铁路场景建模研究

在虚拟地理空间中开展复杂科学实验和管理分析,是目前及未来发展的一个重要趋势。本文对高速铁路场景中的线路、地物和地形对象的关系进行了详细分析,提出了基于空间关系描述的虚拟高速铁路场景建模方法。通过XML标记语言对线路、地物和地形的空间关系进行统一描述,引导和规范场景建模过程中的模型点位计算和地形处理过程。详细讨论了虚拟高速铁路的场景建模流程、场景对象空间关系定义、模型点位计算方法以及地形处理方法,并选择案例区域进行试验。试验结果表明该方法能够有效地理清虚拟场景中各种对象间的关系,从而可以快速建设符合现实标准的、具有高度仿真感觉的虚拟高速铁路场景。     

基于综合特征分析的多源空间数据相似检索

在遥感不同波段、不同分辨率、不同时相、不同尺度和不同平台等情况下,观测获得的多源空间数据集成的数据库中,提取感兴趣的局域目标图像是海量数据库管理的关键问题之一。本文提出一种统计法的纹理描述与频谱法的纹理描述相结合,纹理特征和空间关系相结合的方法进行多源空间数据相似检索。统计法纹理描述采用共生矩阵的描述符,而频谱法纹理描述采用树状小波分解(小波包)的纹理描述符。通过对多源遥感数据库的检索比较,表明此方法比单一纹理特征方法具有更高的应用价值。     

GIS空间目标间方向关系的统计表达模型

本文重点研究了空间目标间方向关系的统计建模方法。提出的统计模型可以描述为:(1)线、面目标通过内插处理被分解成相应的基本单元;(2)空间目标间的方向关系视作这些基本单元间方向的集合;(3)利用中值(median)和分布范围(range)两种度量来完整描述方向分布的统计特性。由于此模型是从空间目标本身出发的,避免了现有模型中对空间目标的近似处理过程,从而能更精确地描述方向关系。     

群组目标空间方向关系建模

已有的空间方向关系描述模型大都针对空间单个目标,对于群组目标空间方向关系计算模型却鲜有研究和论著。为此,提出适用于群组目标空间方向关系的定性描述与定量计算模型。首先,群组目标空间方向关系定性描述模型利用带约束的Delaunay三角剖分与动态阈值“剥皮”法求得了源目标群分布边界多边形;然后,以方向关系矩阵模型为依据对其方向关系进行了定性描述与建模;其次,运用数学形态变换理论对参考目标群进行“膨胀”,求解“膨胀”后的参考目标群与源目标群的交集;最后,在此基础上结合地学信息图谱相关理论实现了群组目标空间方向关系的定量计算与建模。实验表明,群组目标空间方向关系定性描述模型较好地顾及了群组目标的空间形态对空间方向关系的影响,能够对空间方向关系做出较为准确的定性判断;群组目标空间方向关系定量计算模型实现了群组目标空间方向关系的精确定量描述,且能够以形象直观的方式对群组目标空间方向关系进行可视化表达。2种模型较好地解决了群组目标空间方向关系的描述与计算问题。     

空间拓扑关系若干问题研究现状的评析

空间拓扑关系是G IS研究中的基础性问题。其对空间数据的存储与表达、空间查询分析与实际应用等都具有重要的意义。从空间拓扑关系认知与语义、空间拓扑关系形式化表达、空间拓扑关系推理、时空拓扑关系表达几个方面介绍拓扑关系的研究现状,特别对空间拓扑关系形式化表达,一直是国内外G IS研究的一个热点,存在交叉、区域连接演算、二维字符串等模型;讨论了拓扑关系最新的研究方向,针对当前模型无法表达复杂的点、线、面间拓扑关系的突出问题;探讨了复杂空间拓扑关系描述研究的思路,根据实际中地理目标的不确定性和模糊性特点,介绍了不确定对象的拓扑关系表达的一些研究动向。     

基于自然语言空间关系描述的地图近似表达方法

自然语言和地图都具备表达地理实体空间关系的能力,自然语言使用方便、抽象化程度高,而地图更为直观,从自然语言转换到地图,有助于人们更深入地了解自然语言描述的地理实体空间关系。然而,如何让计算机具有从自然语言构建图形信息的能力,使计算机具有智能化空间认知思维是当前研究的难点。本文总结了自然语言空间关系描述的类型及特点,提出了基于自然语言描述的地理实体抽象表达方法以及空间关系近似转换方法,建立了一种基于自然语言空间关系描述的地图近似表达策略。实验结果表明,本文方法有效可行,能够实现定性描述的自然语言空间关系向定量（或近似定量）的图形空间关系的转换,为自然语言到地图的转换研究奠定了基础。     

基于大数据的疫情地理传播与网络舆情时空关系研究

疫情地理传播与网络舆情之间的时空关系对于开展突发疫情应对具有重要意义,是国家新型城镇化与发展全球化的重要课题。利用H7N9突发疫情感染人数、网络舆情关注数、网民人数、地理行政区划等数据,应用大数据分析与地理可视化方法,对疫情地理传播与网络舆情时空关系进行了研究。结果表明,疫情地理空间传播与网络舆情传播之间存在潜在的时空关系,主要表现为突发疫情引起的网络舆情的空间分布与现实疫情事件的地理空间分布特性具有总体相似一致性和局部偏差性。疫情传播与其引起的网络舆情传播的数量特性、时间特性、地理区域特性具有整体一致性;网络舆情反映疫情地理分布具有局部偏差性。     

顾及地理实体的地名信息检索方法研究

随着在线电子地图应用的普及,地名信息检索已成为相关研究领域的热点,并取得了丰富的研究成果。然而,这些研究主要侧重于检索效率和文本关键词匹配质量的提高,并未顾及实际应用需求和地名信息检索方法的矛盾。本文通过分析地理实体和地名的特征及关系,提出将二者相融合来研究地名信息检索的形式和方法,从数据特征和应用场景的角度出发,提出顾及地理实体的地名信息检索模式,并实现对其的结构化表达,在该检索模式中将地理实体的属性特征和空间关系作为检索特征项;以检索模式为基础提出了基于地理实体相似度计算的地名信息检索模型,并深入研究了文本型属性与数值型属性综合的属性相似度计算方法,以及定性空间过滤与定量距离计算综合的空间关系相似度计算方法;最后,通过实验验证了顾及地理实体的地名信息检索方法的可行性和检索质量。实验结果表明,该检索方法既能实现精细化和空间化的检索需求,也能保证检索结果的准确度。     

建筑三维产权体空间关系剖析

城市土地的立体化开发利用促使土地管理模式由平面管理走向更精细的空间管理,当前的建造技术支持了各种形体的建筑建设,为三维产权空间管理提供了现实案例.三维地籍的核心是对产权体的描述与管理,本文从现实的多个三维建筑形体出发,从建筑物的三维产权体与地表形态的关系、与地表的方位关系以及与地表宗地的对应关系3个角度讨论建筑产权体的空间关系分类,围绕三维产权体可能的空间形态开展分析研究,以便快速了解各类复杂建筑和产权体的显著特征,有助于准确描述产权体的空间状况及权利划分状况.     

三维拓扑关系的基本问题和研究进展

三维拓扑关系是三维空间关系中最重要的空间关系,是三维空间数据表达、查询、分析与应用的理论基础,是目前拓扑关系研究的热点。本文从三维空间实体的定义和描述、三维拓扑关系描述、表达与应用等方面回顾了国内外学术界所取得的研究进展,同时分析了存在的一些基本问题。     

基于拓扑关系的BIM室内封闭空间边界建筑要素搜索方法研究

BIM作为工程建设领域的热门新兴技术,包含建筑物全生命周期内的各种数字化信息,但其对要素间空间关系的描述限于建筑领域的专业性表达,以及建模过程中的预定义。基于BIM数据的几何-语义特点,提出一种自动化构建BIM建筑要素拓扑关系的方法,并以此为基础搜索室内封闭空间的边界建筑要素,得到以建筑要素为单元的室内空间划分;以整层建筑物空间作为实验数据,通过实验结果验证了算法的准确性,实现BIM室内三维空间分割,为基于BIM的空间分析提供数据支撑。