基于点集拓扑学的三维拓扑空间关系形式化描述

本文阐明了研究空间关系理论的必要性，分析了拓扑空间关系描述方法的研究进展及存在问题，以点集拓扑理论为基础，运用维数扩展的方法，提出三维拓扑空间关系完善和形式化的描述框架，在此基础上，对三维空间目标中存在着的拓扑空间关系进行了分类，定义了五种基本的拓扑空间关系，并且给出了三维拓扑空间关系最小集的互斥性与完备性证明。     

线与面的空间拓扑关系组合推理

在原先所提出的空间拓扑关系组合描述的基础上，进一步完善了利用基本空间拓扑关系进行组合推理的方法，并建立了推理表，详细绘制了线与面的所有空间拓扑关系图。     

线与线之间的空间拓扑关系组合推理

在空间拓扑关系组合描述的基础上，进一步完善了利用基本空间拓扑关系进行组合推理的方法。并建立了组合表。详细绘制了两条线之间的空间拓扑关系图。     

利用拓扑和度量相结合的方法描述面目标间的空间关系

首先分析了9元组模型描述目标间空间关系的不足，提出了基于点集拓扑和度量特性相结合的方法来分析和描述GIS中面目标间的拓扑空间关系，并给出了合理的几何度量参数及计算方法，增强了空间关系的可区分性，进而提高了空间分析的准确性。该方法将空间关系描述过程概括为3步：①目标发现与定位；②空间拓扑关系的分类（粗略分类）；③在空间拓扑关系粗略分类的基础上，引进几何度量参数，实现空间关系的精化。     

面状目标之间空间拓扑关系的组合式分类

在空间目标拓扑关系组合式描述的基础上,分析了基本空间拓扑关系的组合方法,并根据基本空间拓扑关系,提出了面状目标之间空间拓扑关系的两种分类体系,详细绘制了相应的空间拓扑关系图。     

空间对象拓扑关系研究综述

在分析已有空间对象拓扑关系研究的基础上,本文总结了确定性空间对象间拓扑关系和不确定性空间对象间拓扑关系的研究内容和研究方法,并探讨了目前空间对象拓扑关系的研究还存在的问题。     

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。     

带孔洞面域间的拓扑关系的组合推理

空间对象间拓扑关系是GIS中空间要素间最基本也是最重要的关系之一,是进行空间查询和分析的基础,因而空间对象间拓扑关系一直是研究的热点之一。目前,对拓扑关系模型的研究主要集中在简单对象间拓扑关系方面,而对于带空洞的复杂面域间的空间拓扑关系的研究则相对较少,因而对它的进一步研究具有较重要的理论意义。本文在文献[11]的基础上,根据点集拓扑学理论,对带孔面域进行了定义。通过分析简单对象间拓扑关系的演变过程,提出一种能描述带一个孔的面域间的空间拓扑关系的方法,并用该方法详细推导了带一个孔的面域间有意义的拓扑关系。通过实验验证,证明该方法在理论上是可行的,对提高GIS对现实世界的建模和分析能力可提供一定的理论依据。     

面状实体增量融合过程中拓扑冲突检测及一致性维护方法研究

针对目前面状实体增量融合过程中存在的拓扑冲突检测及一致性维护方法局限性强、通用性及效率较低、拓扑差异识别不准确等问题，提出了一种新的基于空间关系模型的拓扑一致性检测及维护方法。该方法在面状增量实体的基础上，设计了包括定性的面状实体拓扑关系类型、定量的位置特征及部分拓扑关系的集成空间关系表达模型，以最新版本数据库中面状增量实体的拓扑关系为冲突检测标准，设计并实现了顾及几何一致性的面状实体拓扑冲突自动检测和一致性维护算法。实验结果表明，该算法精度可达到90%左右，可很好地完成增量融合过程中的冲突检测及拓扑一致性维护工作，针对性强，适用性高。     

DLG数据更新中的拓扑关系自适应研究

针对异构矢量数据相互转换时地理要素间拓扑关系一致性维护的问题，本文提出了一种拓扑关系自适应更新的方法。在分析地理要素间拓扑关系的基础上，研究其空间变化引起的拓扑关系变化，并以变化后的拓扑关系合理性为判断依据，提出地理要素相应的拓扑关系自适应策略。将理论研究进行工程化应用，先将地理要素的拓扑关系自适应策略转化为可编辑的XML文档，然后采用ArcGIS Add-in方式开发插件工具，实现了更新DLG数据时地理要素间拓扑关系的自适应更新，可以减少人工操作，提高更新效率。     

基于SRC-Ontology的空间拓扑关系拓展表示方法及实现

建立了空间关系的本体结构,在SRC-Ontology基于点集集合的8种拓扑关系表示的基础上,引入数学形态学算子,用基本的空间拓扑关系进行组合推理拓展,得到了点、直线、面三种空间目标间的6大类共43种拓扑关系表示,并程序实现了所提出的拓扑关系的判定.该表示方法比SRC-Ontology 8种拓扑关系表示更适合点、直线、面三类空间目标表示的需要,为空间拓扑关系建立本体模型提供了更加清晰明确的形式化表示基础.同时使得实际应用成为可能.     

基于直线段相交特征识别的线线空间关系计算方法

空间关系是GIS的重要信息和理论研究基础。空间关系描述的准确性、完备性、直观性直接影响到地理学分析和地图制图的效果。当前,国际国内在地理要素空间拓扑关系模型表达和拓扑关系挖掘与描述方面做了大量研究,解决了很多关键问题也发现了许多新问题。本文在前人研究的基础上,提出基于直线段相交特征的局部直线段拓扑关系识别方法,并结合拓扑链模型对线线空间关系进行细化描述。该方法不仅具有线要素集合划分的优点还有线线间空间关系细化描述的直观性,同时简化了线线空间关系的细化计算。     

模糊面元素空间拓扑关系抽象化方法研究

空间拓扑关系的判定是地理信息系统中进行空间查询、空间分析、空间推理等操作的基础.在分析模糊区域空间拓扑关系的基础上,用空间关系向量定量描述这些拓扑关系.依据空间抽象的要求,通过计算向量之间的相关程度,对模糊区域的空间拓扑关系进行抽象,并根据空间拓扑关系的区域分布特征对抽象后的结果进行调整.     

栅格索引的结点匹配算法

拓扑空间关系是地理信息系统(GIS)进行空间分析的基础,也是GIS区别于传统制图系统的主要因素.对于拓扑空间关系自动构建技术的研究由来已久,但其速度及效率一直是瓶颈.在分析拓扑空间关系自动构建算法的基础上,指出结点匹配算法是拓扑空闻关系构建的瓶颈问题,并提出了一种基于栅格索引的结点匹配算法.实践表明:新算法对于拓扑空间关系自动构建的效率有大幅度的提高.     

空间拓扑关系定量描述与抽象方法研究

具有复杂形状的空间区域之间拓扑关系的表示与抽象是空间信息多尺度表达和可视化中必须解决的问题.本文讨论区域之间拓扑关系边界交集成分的定性描述方法,并在此基础上提出度量化边界交集成分描述方法,运用这种详细的描述方法,探讨空间区域之间拓扑关系抽象的规律,可为地图自动综合中空间关系的维护提供有关的理论基础.     

一种新的地理本体构建方法研究

地理本体区别于其他领域本体的显著特征是具有空间拓扑特征。目前,还没有比较完善的地理本体实例描述方法及地理本体构建方法,本文在本体实例构建方法的基础上研究地理本体实例描述方法,通过物质成分、物理形态、空间分布、功能、等级等5方面属性信息及拓扑关系、方向关系、位置关系等3方面空间拓扑特征描述地理本体实例,并以黄河为例,利用OWL语言对其进行形式化描述;研究了基于实例描述方法的地理本体构建方法。     

基于规则的地籍数据拓扑关系高效检测

为了提高地籍空间数据检查效率,在分析地籍空间数据库技术规范的基础上,对地籍要素拓扑关系进行了具体描述,提出了基于拓扑规则的拓扑关系验证方法(TRVR)。采用ArcEngine组件库,研制了地籍数据检测软件LR_Checker。经大量地籍数据的测试表明,基于拓扑规则的拓扑关系验证方法可明显提高数据检查效率,证明了该方法的正确性和合理性。     

GIS面目标间拓扑关系的形式化模型

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及其分量集合拓扑特性变化基础之上的.建立了GIS中拓扑关系形式化描述和区分的一种广义模型,并与已有的形式化模型进行了比较分析,结果发现现有的形式化方法和模型是广义模型的一些特例.在此基础上,进一步提出了面目标间拓扑关系形式化描述的基本模型,并根据定义的拓扑距离和拓扑复杂性概念,建立了一个新的拓扑关系概念邻域图.     

多尺度表达中空间拓扑关系等价性评价模型

本文主要讨论不同尺度下地理目标之间拓扑关系的等价性问题。根据人类认知习惯,得出从大比例尺地理空间中拓扑关系抽象为小比例尺空间中拓扑关系应当遵循的基本规则,并利用模糊函数将这些规则定量化;在此基础上,得到评价地理空间场景中多个空间目标之间拓扑关系在不同尺度下是否等价的综合评价模型。该模型可以用于检验和维护空间数据质量、为地图自动综合提供空间关系处理和评价方法的参考。     

基于网络模型的等高线群拓扑关系表示

等高线群拓扑关系的提取和表示是基于等高线的空间推理和地形特征挖掘的关键。在顾及地形特征的基础上,本文提出了一种拓扑关系网络来组织地理目标之间的拓扑关系,并进而提出分区二叉树、增量等高线树、等高线拓扑关系网三种拓扑关系网络来组织含未封闭等高线的复杂等高线群的拓扑关系,从而从根本上解决了等高线群的侧向不连续性,使基于等高线的空间推理更加简便和准确。