语义关联的轨迹-有向线移动过程模型及查询分析

轨迹在地理空间中相对一条有向线移动时,可能发生多次进入、离开、穿过、相遇、折返、停留等拓扑关系。针对轨迹-有向线的时空关联特征,提出语义关联的轨迹-有向线移动过程模型:基本思路是将轨迹-有向线的复杂拓扑细节描述为若干局部拓扑关系的组合,从拓扑和语义的角度描述轨迹相对于有向线的移动过程。最后设计并实现了面向该模型的关系模式,并以两类典型请求为例,分析了轨迹-有向线移动过程的纯SQL查询分析技术。     

有向线与有向带洞面目标之间的拓扑关系研究

针对二维空间有向线、有向带洞面目标的特点，考虑有向线的起终点与有向带洞面目标的正反面，建立了有向线与有向带洞面目标之间拓扑关系与方向关系集成表达的DL-DRH模型(有向线-有向带洞面目标拓扑关系模型)。首先基于点集拓扑理论，构建了DL-RH模型(有向线-带洞面目标拓扑关系模型),得到143种DL-RH拓扑关系。进而根据交集位置特点，对DR-RH拓扑关系进行分类，给出了3类空间语义更丰富的DL-DRH拓扑关系。接着分析了DL-H模型(有向线-简单面目标拓扑关系模型)、DL-RH模型和DL-DRH模型之间的转换规则。然后利用7种拓扑关系规则证明DL-DRH拓扑关系的完备性。最后通过案例分析表明DL-DRH模型能准确、直观地表达有向线与有向带洞面目标之间的拓扑关系。     

一种有向线间拓扑关系与方向关系的集成表达模型

针对二维欧氏空间内有向线的特点,将有向线对象区分为起点、内部和边界,建立了有向线对象之间拓扑关系与方向关系集成表达的DLR模型,并给出了一个具体应用实例。与现有模型进行对比分析发现,DLR模型不仅能描述二维空间中有向线对象之间的方向关系,还能够有效地区分相离、内部相交、相切、部分覆盖等拓扑关系,从而提高了有向线对象之间空间关系的区分能力。     

一种基于关键点的轨迹-区域拓扑过程模型

定位技术的广泛应用带来了铺天盖地的移动数据,为诸如时空查询和数据挖掘等各种时空的研究及应用提供了重要素材,使得对于轨迹数据的研究成为当前的一个热点。当前,无论是对于原始轨迹数据的研究,还是对语义化轨迹数据的研究,都较少考虑轨迹移动过程中所潜藏的拓扑不变量。本文提出二维空间上基于关键点的轨迹-区域拓扑过程模型,以矩阵描述轨迹与区域的14种基本点集拓扑交叠类型,既而组织交叠序列描述轨迹和区域对象间的拓扑关联关系。模型不仅描述了轨迹与区域之间的拓扑不变量,而且结合轨迹特有行为的语义关联模型,描述轨迹相对区域的复杂拓扑过程。同时,本文还以模型中相邻两次交叠的相接交叠模式,探讨了区域间拓扑关系对于轨迹移动描述的约束。     

轨迹分割与图层融合的车辆轨迹线构建道路地图方法

传统道路地图构建方法将轨迹点（线）同等对待提取道路数据,忽略车辆轨迹的空间差异性,制约其结果精度与应用范围。为此,本文根据轨迹速度将轨迹线集分割滤选为3个轨迹线子集,将轨迹方向与Delaunay三角网模型集成探测路网拓扑结构;顾及轨迹线子集的特征差异选取不同参数值和约束条件并分层提取道路几何、交通语义数据,分别构建3个道路图层;运用缓冲区方法并根据道路几何、语义特征将多个道路图层融合为单个完整道路地图。运用出租车轨迹数据进行试验分析,结果表明：该方法顾及轨迹分布差异性,能将道路几何、交通语义信息融合提取,更适于处理复杂道路结构下的轨迹线。     

GIS中拓扑和方向关系推理模型

当今GIS在空间分析、建模和推理方面的能力极其有限,究其原因,现有GIS空间数据表达不直接支持推理运算,空间关系推理模型相互独立且运算复杂,准确性不高。本文在深入研究现有空间拓扑关系和方向关系推理模型的基础上,基于Cobb的空间拓扑关系模型的基本思想,建立了拓扑关系矩阵TopX2×2、TopY2×2和方向关系矩阵Dir3×3并将拓扑和方向关系推理计算统一到空间目标的MBRs(MinimumBoundingRectangles)的比较运算上来,达到了简化推理运算和统一建模实现拓扑和方向关系的联合推理,丰富了空间关系推理的语义,提高了推理的准确性。     

一种面向Stop/Move抽象的轨迹时空关系

从轨迹Stop/Move模型出发,基于Stop/Move对象来分析轨迹之间复杂的时空关系。首先扩展Stop/Move模型,提出关联于地理空间要素的时空关联Stop/Move模型,在此基础上,以Stop/Move对象为分析粒度,分析Stop/Move对象在地理空间中的拓扑关系,提出轨迹主体相对于地理空间要素的时空模式,接着从Stop-Stop、Stop-Move和Move-Move三方面重点研究轨迹时空模式之间的关联关系,最后以两个典型检索请求为例讨论该模式在轨迹时空关系分析方面的应用。     

移动轨迹的尺度特征

移动轨迹是移动对象在地理空间环境中移动而留下的痕迹。移动轨迹数据是一类特殊的地理时空数据,它具有时间尺度、空间尺度和语义尺度特征。本文首先分析了轨迹数据的空间尺度特征与时间尺度特征,建立了轨迹空间尺度与时间尺度转换关系式;然后论述了轨迹的语义内涵和语义尺度特征,将轨迹语义分为移动对象语义、地理空间环境语义、采集设备语义、移动方式语义,并从地理空间环境语义的角度分析了轨迹的语义多尺度;最后探讨了轨迹语义尺度与时空尺度之间的一致性关系。     

二维空间关系定性表达模型的研究

通过对几种典型的定性表达模型的分析及比较,论述了单一模型实现空间查询所存在的局限,提出利用组合模型来表达空间关系的方法。最后结合空间查询中的实例,通过介绍如何同时运用二值拓扑关系模型和符号空间索引模型来实现同时包含拓扑关系和方向关系的复杂空间查询来说明这种方法。     

载体轨迹停留信息提取的核密度法及其可视化

轨迹停留蕴含重要语义信息,其有效提取是开展轨迹Stop/Move模型分析的前提。本文首先依据核密度思想,通过累计邻域点时空贡献来定义轨迹点的停留指数,在此基础上设计了停留指数图,以图形方式直观表达轨迹点的时空聚集程度变化。进一步针对源于停留指数的潜在停留段,提出了一种基于潜在停留段时空临近关系的逐级合并算法,以自动发现和提取停留。试验表明,该算法兼顾停留识别的完整性和准确性,可以有效识别复杂多样的轨迹停留,即使面对噪声严重的轨迹,停留提取的正确率依然较高。     

方向与拓扑关系相结合的3维推理模型研究

定性推理中的推理模型涉及到的空间关系主要有拓扑、方向和距离等,仅用单一的空间关系往往不能精确地描述空间场景.利用内部矩形体对参照物体进行方向片划分,提出3维空间双投影内分矩阵模型,通过内部、边界、外部3种方向关系组合表达空间方向关系;利用方向关系与拓扑关系间的依赖约束,提出方向关系与拓扑关系间的11条转化规则;最后,根...     

面向地理空间信息的轨迹模型及时空模式查询

轨迹数据处理与分析是目前空间信息和数据库等相关领域的研究热点之一。本文从Stop-Move轨迹模型出发,通过集成地理空间上下文信息来建模轨迹数据,并研究轨迹时空模式的查询处理技术。首先分析Stop/Move对象与点/线/面地理空间要素之间的时空关联关系,据此提出显式表达该关联语义的地理关联轨迹模型,在此基础上利用关系-对象数据库技术,为地理关联轨迹模型设计独立于应用的关系模式,接着定义轨迹时空模式查询,并提出基于地理关联轨迹关系模式的SQL处理框架,最后以典型性检索请求为例,讨论分析位置-时间、位置-顺序和位置-关系等三类轨迹时空模式查询的纯SQL处理技术,并以样例轨迹数据验证了本文方法的可行性。     

拓扑关系和方向关系的统一表达模型

统一表达空间关系中的拓扑关系和方向关系是非常有必要的。本文首先对已有的方向模型进行分析和比较,提出了一种方向模型,即采用锥形的方法将空间参照对象的内部、边界和外部分别划分出9个方向区域,描述空间目标对象与这些方向区域的交集的情况,然后结合这种方向模型和九交模型,进而提出了一种能统一表达拓扑关系和方向关系的形式化模型。     

基于拓扑参考的定性方向关系矩阵描述模型

定性方向关系描述是空间关系推理、空间关系语义匹配、模糊空间关系查询、面向对象遥感影像处理等的基础。针对现有定性方向关系模型存在的MBR区域描述缺陷,本文提出一种基于拓扑参考的定性方向关系描述模型,基于拓扑划分进行方向区域划分,定义拓扑参考反映不同拓扑划分中方向参考的变化,并以此为基础建立分层定性方向关系矩阵。新模型能够反映不同拓扑划分区域方向关系参考的变化,实现MBR区域定性方向关系的精确描述,能有效提高定性方向关系描述的精确性及准确性。     

空间信息的自然语言表达模型

空间信息的自然语言表达是一个横跨空间信息科学和语言学的交叉研究。以空间信息作为研究对象,立足语言学提供方法论,从语用、语义和句法三个独特视角剖析其结构特征,提出完整的自然语言表达模型。从语用视角,分析可视化地图表达和自然语言表达的不同语境特征及其互补性;从语义视角,分别分析并建立空间信息的空间、属性和空间关系等三大特征到自然语言中的方位词、词汇(名词或形容词)和短语的映射关系,之后归纳形成空间场景到句群的映射思路;从语法视角,分析并构建空间方位(位置、距离和方向)和拓扑关系的计算规则。     

移动目标空间拓扑关系的度量描述

针对传统9交模型对移动目标空间拓扑关系表达及量化描述的不足,基于格网化思想,提出了度量参数量化描述的方法。首先对移动目标和参考目标进行格网化,划分为固定大小的格网阵列;然后利用9交模型确定空间目标间拓扑关系的形式化描述;最后引入内部分量、边界分量、外部分量3种度量参数对移动目标空间拓扑关系进行度量化描述。试验证明,该方法计算简单、直观,能更加有效地度量移动目标间的拓扑关系。     

GIS线目标间空间关系的集成表达方法

GIS中的线目标可以表达现实中一类广泛存在的空间实体,如地铁线、管线、道路以及河流等。以线目标为研究对象,基于分解与组合的思想,提出一种线／线目标空间关系的集成表达方法。在整体上,将空间关系分解为拓扑、方向和距离关系3种,并以拓扑关系描述作为方向和距离信息的载体,通过纳入局部的方向关系和距离关系,来集成表达两个线目标间的各种类型空间关系信息。其中在线目标间拓扑关系、方向关系和距离关系描述时,分别将它们分解为一组局部关系（或基本关系）,并通过对拓扑关系建立一定的排列顺序来进行描述。最后,通过一个简单例子说明本文提出的方法与Clementini和Di Felice（1998）的不同。以及本文方法对表达各种空间关系信息的可行性。     

复杂面实体拓扑关系的精细化模型

简单空间对象经过特定组合可形成复杂空间实体。现有的拓扑关系模型对复杂边界间的复杂交互的表达能力不足,很难精确地对复杂空间面实体间拓扑关系的不同形式进行区分。顾及复杂空间面实体间的交互细节,本文对其拓扑关系进行精细化建模。首先引入线面实体间拓扑关系的元拓扑关系,进而利用元拓扑关系与重叠面积对简单面实体间的边界交集进行精细化描述,对洞边界遍历定义和洞中面与洞关系的定义,实现对复杂空间面实体的拓扑关系进行精确地区分与表达,最后对复杂面实体边界交集的5种基础拓扑关系描述模型进行归纳总结。通过5种基础拓扑关系描述模型的叠加,实现对复杂面实体各子部分之间关系细节的精细化表达。     

基于改进DBSCAN方法的移动对象轨迹停留分析

停留是指对象静止或长时间在较小范围内徘徊的状态。从移动对象轨迹中识别出主要的停留时段及停留区域,可以进一步分析对象的行为及区域的特征。DBSCAN是一种基于密度的空间聚类方法,当二维空间中点密度超过一定阈值时,就认为这些点是一个集聚。本文对DBSCAN方法进行改进,不仅考虑轨迹点之间的空间关系,而且考虑轨迹点之间的时间关系,因此,能有效识别移动对象的停留。最后,利用Starkey项目提供的动物移动轨迹数据进行了停留分析。     

线目标间拓扑关系的细化计算方法

拓扑关系的细化计算是生产实践中提出的新的需求,代表了当今空间关系理论研究的趋势。本文从1∶5万数据更新质量检查的实际应用需求出发,研究提出线目标间复杂拓扑关系的分解-组合计算思路;讨论直线段拓扑关系计算的改进平面扫描计算方法;建立根据直线段拓扑关系推断局部拓扑关系的基本规则;给出由局部拓扑关系组合描述线目标间全局拓扑关系的拓扑链模型;将该方法应用于国家1∶5万地图数据库更新中,取得良好的效果。