面向更新的网络化空间标报模型研究

变化发现是地理信息更新的重要环节之一,以纸质地图、汇总表为依托的地理空间信息标报是目前空间变化发现的一种重要手段,但其采用手工标绘,存在效率低、上报汇总周期长、互动性差、无法调度各级专业人员以及广大公众参与等问题,难以满足信息化条件下地理信息动态更新对变化发现的高时效性要求。将网络化手段用于变化标报能有效克服传统标报方式的缺点,是信息化条件下地理信息变化快速发现的一条可行途径。为此本文研究了面向标报的变化轮廓线分类与重构方法、顾及标报信息有序传递的发布订/阅模型、用户参与的多级互动标报技术等。论文的主要研究内容和创新性成果如下： (1)提出了一种变化轮廓线分类与目标重构方法。首先在目标快照差分类的基础上,将面目标差降维与线目标快照差一同进行细化,分析归纳出地形要素变化轮廓线类型;继而以目标标识动态性、拓扑关系、维数、形状、位置、方位等参数为基础,建立了六元组空间变化描述模型;最后,发展了基于变化轮廓线的目标重构算法,包括目标正负差计算、更新操作算子设计和更新融合规则归纳等。 (2)提出了一种顾及标报信息有序传递的时空发布/订阅模型。将空间变化和标报层级纳入发布内容中,提出了基于变化轮廓线及参数、标报层级的标报事件形式化描述及其构建方法;通过对订阅表达式中的属性变量、取值、操作符进行时空扩展,表达了空间变化的订阅条件;构建了顾及层级的事件代理网络,基于多维索引计数思想完成了发布信息与订阅条件的匹配,从而提出了一种顾及层级和时空特征的发布订阅模型。 (3)提出了一种基于空间型博客的多级互动标报模型。空间型博客模型的基本实体包括对象、用户、角色、用户组、空间型博客、检测器等,实体间的关系包括概括关系、组成关系、协作关系和拥有关系等;针对传统RBAC模型不能满足博客用户互动标报中多级访问控制需求问题,提出一种基于用户组和角色的混合多级访问控制方法。 (4)开发了原型系统,对论文所提出的方法进行实验验证。以Visual Studio 2008为开发工具,集成Google Maps API开发,采用Mashup技术实现了博客与地图服务的交互与聚合;并用实际与模拟数据验证文中提出的关键技术方法,包括：更新标报中的变化轮廓线分类与目标重构,发布/订阅模式下的标报信息有序传递,以及基于空间型博客的互动标报。验证了本文所提出的模型与方法的可行性。理论分析与实验结果表明,本文提出的变化轮廓线分类和目标重构方法,顾及标报信息有序传递的发布/订阅模型,用户参与的多级互动标报技术等有效地解决了网络化空间标报面临的“标什么”、“怎么标”和“怎么传” 等难题,为网络化空间标报系统的设计与开发提供了一条新的思路。     

空间目标增量时空变化分类模型

增量发布模式的实现首先需要确定空间目标产生的增量时空变化,提出了一种层次化的增量时空变化分类计算模型,分别计算空间目标现实世界的整体状态差、空间目标数据库中的整体状态差、空间目标空间状态差,其中空间状态差的计算选择空间目标维数、尺寸、形状和位置4个测度.根据4算子取值集合确定单空间目标的基本增量时空变化,并通过组合基本增量时空变化构造单空间目标和多空间目标的复杂增量时空变化.     

一种基于对象和快照的混合地表覆盖时空数据存储模型

时空数据模型是数据库和时空数据分析研究热点之一。由于时空数据变化类型多、分析计算复杂及应用范围广,一种观点认为建立通用的时空数据模型具有高度复杂性。本文针对地表覆盖变化时空数据建库和时空分析应用需求,提出了基于对象和快照的混合时空数据模型。该模型用面向对象描述地表覆盖的斑块对象时空过程,组织管理斑块对象时空事件和空间、属性信息,同时用快照描述地表覆盖整体时空分布,组织管理栅格快照,两者通过基于时间和空间位置的逻辑关联关系形成混合模型。模型在表达对象自身变化的时空事件类型基础上,增加了不同分类对象之间互相转变的时空事件表达。该模型既可以用于对地表覆盖历史观测数据组织存储建库,又可以用于支持时空统计分析、时空演变模拟和时空数据挖掘。通过对黑龙江地区地表覆盖时空数据建库、查询检索、整体格局演变分析和斑块变化时空过程检索与表达的试验,验证了模型的有效性。     

一种目标快照差结合缓冲区分析的地形图面状要素变化检测方法

地形图变化检测一直是地理信息更新保持地形图现势性的难点之一。针对地形图面状要素的变化检测问题,在分析了目前常用的面状要素变化检测方法优缺点的基础上,提出一种基于目标快照差和缓冲区分析的地形图面状要素变化检测方法。该方法首先对配准后的地形图面状要素建立缓冲区;然后对于部分落在缓冲区、完全不在缓冲区的影像面状要素,计算其目标快照差;最后依据目标快照差的三元组值判定地物变化类型。实验结果表明,该方法不但能够有效地检测变化地物,而且能够明确给出地物的变化类型,降低了虚检率,检测精度较高。     

顾及时空边界不一致性的增量识别计算

在快照式空间数据的增量识别中,时空目标的边界不一致性造成识别结果中存在伪增量,严重影响了增量信息的准确识别。针对现有方法不能区分哪些狭长多边形是边界不一致性造成的伪增量、哪些是地物本身呈狭长形态的真增量这一问题,本文研究提出了一种新的增量识别计算方法,该方法通过对时空目标边界的不一致性进行量化,并对量化结果进行判断,从而区分出真伪增量,并结合1:5万基础地理数据的增量识别进行了实验验证。研究与实验表明,该方法能够更加准确地识别增量,提高了变化分析的精度。     

引入二维交细分类型的地表覆盖矢量数据增量更新

通过遥感影像与基准年数据对比获得变化信息是目前地表覆盖数据增量更新的主要变化数据来源,但现有方法不能直接更新地表覆盖矢量数据。本文设计了一种包含变化对象的空间位置和类型信息的地表覆盖增量数据模型,发展了一种引入面/面二维交细分类型的地表覆盖矢量数据增量更新方法。该方法首先采用基于目标整体交、差结果的欧拉数的E-WID层次拓扑关系模型区,分析了地表覆盖矢量数据更新中的14种二维交细分拓扑关系类型;然后根据这些二维交细分类型,设计了9条自动更新处理规则。最后开发了一套基于根据二维交细分类型处理规则的地表覆盖数据增量更新原型系统,并用实际数据验证了其正确性。     

多尺度地图面目标变化分类、描述及判别

基础地理空间数据的持续更新是制约地理信息服务的重要因素,而变化信息的获取是空间数据持续更新的基础。将不同时相多尺度地图面目标基本变化类型归纳为出现、消失、扩张、收缩、移动、旋转、分裂、合并和先分裂后合并等9种,并分别进行了形式化定义和描述。进而顾及制图综合操作产生的不同尺度地图中同名面目标表现的"伪变化",利用4交差拓扑关系模型区分真实变化和制图综合引起的几何差异。最后,采用1∶2 000和1∶10 000比例尺居民地地图数据进行实验验证,结果表明,所提的变化分类、描述及判别方法具有有效性和适用性。     

基于HR-树扩展的时空索引机制研究

在HR-树基础上分别融入了HR^＋ -树、SEST时空索引与快照-增量索引结构思想，对共享指针与非共享指针进行了区分，增加了增量与事件的索引数据结构。提出了基于HR-树扩展的时空索引模型，为实现高效、统一的时空查询提供了理论依据。     

面目标间拓扑关系形式化描述的层次模型

拓扑关系形式化描述和区分的标准是拓扑不变量.在4交差模型的基础上,通过对两面目标边界交集的信息深入分析,提出具有不同分类能力的拓扑不变量,分别是维数、分离数、分量类型和分量排列顺序,并依次建立相应的形式化描述模型.这些模型都是在其分类层次上对面目标间拓扑关系的完备描述,并且它们的区分能力是层次递进的.     

道路网增量更新中拓扑冲突的检测方法

为提高空间数据增量更新中拓扑冲突的检测效率,针对道路网数据,首先分析了增量要素进行更新时可能产生的拓扑冲突的类型和特点,运用规则格网进行邻近区域的表达;然后使用5元组模型描述增量要素与邻近区域要素间的拓扑关系,与设定的拓扑冲突表达进行比较,判断是否存在拓扑冲突。实验结果表明,本方法对于道路网数据增量更新中的拓扑冲突的类型区分准确全面,检测效率较高,具有很好的实用性和可靠性。     

一种自适应的矢量数据增量更新方法研究

针对GIS增量更新中存在的一致性维护与空间冲突问题,提出一种自适应的矢量数据增量更新方法。以同名对象匹配为切入点,探讨变化对象的检测与增量更新的方式。在综合考虑空间距离,语义相似度及拓扑一致性约束的基础上,提出接边匹配度的计算方法并设计自适应的对象接边算法。同时,介绍矢量数据增量更新中基于约束规则的空间冲突检测与处理方法。并以矢量地形图试验数据验证文中所提出的模型与算法。     

基于ArcSDE和ArcEngine的管道燃气数据增量更新

采用增量信息文件记录燃气管道的变化信息,将燃气管道及其附属设施数据分为当前数据和历史数据,存储于Oracle数据库中。采用ArcSDE空间数据库引擎和ArcEngine二次开发工具,设计了基于事务机制的更新处理策略,有效地保证了更新过程中数据的完整性和一致性。用C#程序设计语言开发了包括增量信息文件读取,燃气管网数据增量更新、历史数据归档、日志记录等功能的管道燃气数据增量更新自动化处理系统。该系统在海南民生管道燃气有限公司正式应用。本文为管道燃气数据增量更新与历史数据查询提供了一套及时、高效的应用模式。     

基于拓扑联动的增量更新方法研究——以地籍数据库为例

针对GIS数据库的联动更新及其拓扑一致性维护困难的问题,提出一种基于拓扑联动的增量更新方法,其是针对不同目标类型,分析归纳出相应的拓扑联动类型及其细分类型;对不同目标发展根据其语义特点、拓扑一致性约束条件及变化前后目标间的拓扑关系来推断实体变化类型的规则,并以此为基础分析或推断出每种拓扑联动类型中原关联目标和新生目标的变化情况,进而设计和执行相应的更新操作实现数据库的局部联动更新及其拓扑一致性维护.全文以地籍数据库更新为例,将地籍变更分为地块合并、分割、公共边界调整、结点移动、复合分并5种基本联动类型,并对地块合并、分割、公共边界调整进行了细分,共分为17种细分类型;归纳出地块目标的变化类型推断规则,用实际与模拟数据对本文所提出的方法进行实验验证.本文所提出的方法为此类系统的设计与开发提供了一条新的思路.     

时空变化分类与表达研究

为了解决空间数据库更新过程中地理对象时空变化类型不明晰的问题,利用语义、空间、时态和属性4个组件描述地理对象,并以地理对象集合、地理对象、对象组件以及对象组件属性4个具有层次关系的因子实现地理对象时空变化的分类与表达,通过分析确定了单一对象的17种变化类型、多个对象的4种变化类型,以及每种变化对应的数据库操作。最后,以一个实例说明空间数据变化类型的判定过程。     

地理信息图库一体更新方法

地图与DLG数据的更新方式之间既有区别又有联系，在研究DLG数据增量更新及地图与DLG数据一体化管理的基础上，提出一种地理信息图库一体更新方法，以地理实体为单位进行几何、属性和地图表达信息组织管理，获取DLG数据的增量信息并对增量信息进行地图表达得到符号图形增量信息。最后通过试验数据验证了该方法的有效性，且其具有易于计算机实现、效率高、可扩展性强、适于地图与DLG数据一体化更新等优点。     

时空数据模型及其在空间运动对象管理中的应用

当前时空数据模型多以描述空间实体的离散变化为主,在对空间运动对象分析的基础上,提出了支持空间对象连续运动的表示方法,该方法同时也能表示空间实体的离散变化,为建立连续运动空间对象的时空数据模型打下了基础。     

基于灰集的不确定性时空数据模型

不确定性处理是时空数据库面临的新问题。其研究的首要任务是对不确定时空对象进行建模,研究时空不确定性的表示和存储,进而设计离散模型实现数据库系统。提出了建立在灰集理论上的时空数据抽象模型,适合处理部分已知部分未知的不确定对象。首先给出了抽象数据类型的定义,包括建立在灰集理论上的基本数据类型,空间数据类型和时空数据类型;随后对不确定时空分析操作进行了简单的定性分析;最后给出不确定性时空查询的表达方式。     

时空数据质量与模型

时空数据不确定性与数据质量是地理信息科学的基础理论之一，也是GIS应用发展的重要问题。本文作为ISPRS2008大会专题“时空数据质量与模型”导读，从空间实体的位置不确定性、数字高程模型的位置不确定性、遥感数据的不确定性、属性数据的不确定性与质量控制、空间分析与操作的不确定性传播和空间数据采集的不确定性与处理等方面，分析了时空数据不确定性与数据质量的最近发展。