多粒度时空事件建模与可视化方法初探

基于全空间信息系统的应用背景和多粒度时空对象的思想,探讨了时空事件的内涵和基本特征,并提出了多粒度时空事件的概念;分析了现有时空数据模型特点,基于多粒度时空对象数据模型,提出了多粒度时空事件建模的基本理念;以此为依据,针对现有可视化技术的不足,对全空间信息系统对多粒度时空事件的表达特点进行了初步阐述。     

面向全空间信息系统的多粒度时空对象数据模型描述框架

全空间信息系统是一种面向从微观到宏观的动态复杂世界的空间信息系统,其理论基础是多粒度时空对象数据模型。为了确定多粒度时空对象数据模型的具体内容,需要确定描述多粒度时空对象特征的基本框架;为了开展多粒度时空对象的实际建模,需要明确多粒度时空对象数据模型的建模过程。为此,本文首先从数据模型、数据管理、可视化、空间分析和实际应用5个方面,分析了全空间信息系统与传统GIS的联系与区别,从空间范畴、动态变化、复杂关系、认知与行为、可视化技术、时空大数据分析6个方面,分析了传统GIS空间数据模型存在的不足;在此基础上,提出了多粒度时空对象的多粒度、多类型、多形态、多参照系、多元关联、多维动态、多能自主7个特点,确定了由时空参照、空间位置、空间形态、组成结构、关联关系、认知能力、行为能力和属性特征8项内容构成的多粒度时空对象数据模型描述框架;最后在分析了传统GIS空间数据模型建模过程的基础上,提出了多粒度时空对象数据模型的建模过程和思路。     

基于多粒度时空对象的作战实体对象化建模研究

现代战争的军事作战数据来源广泛多样,目前对于军事作战的数据模型研究主要针对其时空属性进行描述,对于作战实体的多样化特征缺乏完整的表达,难以挖掘多维度的作战信息。多粒度时空对象建模是依照多粒度时空对象数据模型框架,将时空实体简化和抽象为数据模型,对复杂的现实世界进行概括与表达。本文在分析作战实体信息和特点的基础上,依托多粒度时空对象建模的思路,建立作战实体对象类并构建作战对象模型,对战争中时空实体的关联关系、组成结构和行为能力等特征的抽象与表达进行了探索,全面多维地描述作战实体及其特征变化,并以阿富汗战争中的美军凯克提特遣队为例进行对象化建模与可视化实现。实验结果表明,多粒度时空对象建模方法能有效表达作战实体的多维特征,在战场信息挖掘上具有精确立体、全面多维的优势,为面向对象的精细化作战研究提供了理论基础。     

多粒度时空对象建模的基本内容与方法

多粒度时空对象数据模型是全空间信息系统的基础,构建多粒度时空对象数据模型是全空间信息系统的核心任务。分析了多粒度时空对象建模的基本内容,包括基本概念、基本流程、关键问题等。在此基础上提出了多粒度时空对象建模的5种基本方法,并分析了每种建模方法的主要特点和适用范围。     

多粒度时空对象属性关联关系的组成与交互式构建方法

在全空间信息系统中,多粒度时空对象的属性关联关系可以描述由对象的属性特征产生,以保证在信息空间中构建与现实世界对应及关联的数据世界。本文阐述了多粒度时空对象属性关联关系的基本概念与组成,分析了属性关联关系的构建要求,针对构建要求提出了多粒度时空对象的交互式构建方法,为研究属性关联关系查询、可视化表达及分析推理等问题打下了基础。     

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。     

面向多粒度时空对象数据模型的网络电子地图生成方法

传统网络电子地图生成是以要素进行组织的,在表达地理实体动态变化、关联关系以及多粒度特征时存在一定的局限性。而多粒度时空对象数据模型旨在解决现实世界到对象所组成的事物空间之间的映射这一科学问题,为时空实体的可视化提供了新的思路,为展示地图要素间复杂关联、多维动态等特征提供了模型基础和数据保证。本文将多粒度时空对象数据模型引入网络电子地图生成当中,渐进得改变了以往网络电子地图依靠图层数据生成的模式,基于多粒度时空对象的概念、模型框架以及数据存储与管理方式,提出了2种网络电子地图生成方法。一种是利用多粒度时空对象数据重建图层,为现有网络制图工具提供“中间件”,使其能够调度和使用多粒度时空对象数据;另一种是将多粒度时空对象数据和地图符号进行绑定,使网络电子地图不再依赖于图层而能根据多粒度时空对象动态更新,同时便于将对象之间的关系、组成结构等非结构化属性特征进行可视化。同时,本文通过实验验证了2种方法的可行性,为多粒度时空对象在网络电子制图领域的应用进行了有效实践。     

多粒度时空对象可视分析体系初探

可视分析是用户进行数据认知、知识探索的重要工具和方法。全空间信息系统中以多粒度时空对象来进行现实世界实体的抽象和建模,并将其作为特征分析与计算的核心。本文从全空间信息系统的背景出发,对多粒度时空对象可视分析的概念进行阐述,并分析其流程与特点,在充分考虑全空间信息系统应用场景的基础上,提出了"场景—任务—实施方法"的方法体系,并对各实施方法的技术进行了讨论。最后以大数据交通为例,对多粒度时空对象可视分析在交通领域中的应用作了展望。     

“全空间信息建模分析方法与应用研究”专栏导言

全空间信息系统(PIS)概念的提出是为了适应在多领域观测和计算技术快速发展的背景下,地理信息科学在基础建模和计算分析研究方面的挑战和未来发展方向。全空间信息建模分析方法涵盖了多源地理大数据支持下的多粒度时空对象建模和多维度时空耦合分析方法的拓展。多粒度时空对象建模的提出是为了适应观测和研究范畴、数据的时空维度、计算分析方式与方法以及应用问题的研究视角等方面不断发展,以实现客观世界到计算机世界直接映射的建模目标。     

多粒度时空对象的行为控制与动态显示

行为特征是多粒度时空对象的重要特征,是对象之间控制与响应的重要方面,是体现时空对象相互作用、动态变化的核心。传统GIS往往采用系统外挂的方式解决对象的响应与控制问题,无法提供底层模型支持。针对这一问题,采用多粒度时空对象数据模型为对象行为建模,描述对象行为特征的框架,设计其逻辑数据结构和存储格式,在此基础上,研究行为的触发和调用机制,设计其在全空间信息系统中的运行流程,最后搭建原型系统进行实验。结果表明,设计的模型框架、触发和调用机制可以从模型底层有效解决对象的控制与响应问题,具有一定的实用性和可靠性,能够为多粒度时空对象的行为表达提供科学依据。     

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%。     

基于时变网络的多粒度时空对象关系演化过程表达与建模

对空间事物的表达与研究模型主要针对多粒度时空数据本身的描述,而不是描述多粒度时空对象的相关性。多粒度时空对象是一种新的时空对象表达方法,其中时空对象关系的演化过程是一种抽象的复杂的网络的过程。本文在多粒度时空对象表达的基础上,对其演化过程进行形式化定义,提出以时变网络的方法构建初步的关系演化过程模型。通过对基于时间切片的退耕还林演化过程关系的描述与表达,形成动态实时变化的网络模型,从而抽象表达退耕还林过程中的对象关系的演化过程。应用时变网络明确多粒度时空对象关系的演化过程,并对演化过程进行初步的表达和建模,可以使对象关系变化更加清晰化,提高其层次性和效率性,为今后研究多粒度时空对象关系变化规律奠定基础。     

多粒度时空对象关联关系基本问题初探

多粒度时空对象关联关系描述现实世界客观实体之间存在的各种关系及其相互影响,是对实体间关联、作用关系的表达,按照其描述主体的不同主要分为时间关联关系、空间关联关系、属性关联关系和综合关联关系。本文从全空间信息系统的背景出发,对多粒度时空对象关联关系的基本概念进行了阐述,明确了其形式化表达方式和分类。在此基础上,对关联关系的构建和管理进行阐述和分析,说明了静态构建方式和动态构建方式的适用场景。关联关系通过约束作用和行为传导机制来维持数据世界的一致性和联动,本文最后对关联关系的约束类型及其定义和关系-行为传导机制进行了简要说明。