地理学视角下测绘地理信息再透视

系统回顾了地理信息系统产生以来地理信息内涵发展与拓展的主要历程,指出地理信息的定义一直是在"空间+属性"的地图信息基本框架下逐步扩展,其发展历程经历了地图GIS、语义GIS、时空GIS和大数据GIS 4个不同的阶段,但仍无法满足时空大数据的分析和应用需求。从地理学研究的对象和内容出发,对地理学所需要的"地理信息"的内涵和外延进行了系统的梳理总结,提出了涵盖"空间定位""语义描述""属性特征""几何形态""演化过程""要素相互关系"的地理信息六要素表达模型。在地理定律和地理规律的指导下,面向地理现象空间分布、时空格局、演化过程、相互作用机理的集成表达、系统分析和高效管理,设计了六要素集成表达的几何代数统一GIS数据模型、地理规律与相互作用驱动的新型GIS数据结构、非结构化时空数据组织与存储等关键技术,为测绘地理信息走向地理科学信息提供了另一个理论基础与技术方法支撑,有助于提升GIS对地理格局、演化过程和要素相互作用等地理规律的组织、管理、表达和分析能力。     

室内位置地图数据模型构建与应用

室内位置地图是实现位置服务的基础,不仅包含室内空间对象的几何信息,而且还包含对象之间的位置关联关系和语义特征。现有的地图数据模型缺少从位置服务的角度对室内空间的全面分析和描述,难以满足多样化的应用需求。采用面向对象方法构建了室内位置地图概念模型和逻辑模型,实现室内空间几何形态、位置关系和语义特征的统一描述,并通过位置和语义关联提供精准化、适人化的信息服务。结合商场室内个性化推荐与路径导航等位置服务实验,初步验证数据模型的有效性。     

几何代数在地理信息高维空间表达中的应用

以欧氏几何为基础的信息框架对地理信息科学的发展起着重要作用。然而,由于欧氏空间对地理信息系统(geographic information system,GIS)中地理对象和现象的表达依赖于坐标系统以及对象具体坐标,使得基于欧氏空间的地理对象表达、计算和分析难以形成多维统一的运算规则和运算框架,增加了GIS算法的复杂度,降低了GIS分析效率。几何代数是一种以维度运算为基础的结合代数,在几何代数中,空间被定义为向量集合间的运算,空间维数直接由运算法则确定,可实现高维几何计算和分析的统一。基于几何代数统一的计算与分析框架对现有GIS进行构造,能够更好地对高维对象进行表达与分析,提升对复杂地理对象与动态地理现象的表达、时空多尺度分析以及不同尺度地理模型耦合集成的能力,有助于奠定GIS向实时动态、虚实融合、全视角、全要素、全内容表达的全息地图方向发展的理论基础。     

基于描述逻辑本体的GIS多重表达

多重表达是地理信息弹性表达和弹性存取的一个内在要求,它实质上提供了一个多尺度、多应用主题的数据集成机制。多重表达的建模不能仅限于数据库中多重几何特征的一致性表达,还必须支持不同语义粒度、不同应用主题下语义特征的弹性描述。基于形式化本体的地理信息建模更贴近于认知模型,还有助于语义表达以及基于语义的信息集成和共享。通过经典描述逻辑中具体域以及context的扩展,满足区域拓扑和上下文语义形式化描述的需要;给出一个基于描述逻辑的多表达地理本体方案,该方案能够为数据库中几何信息和语义信息的弹性表达提供一个统一的基于逻辑的模型理论基础。     

顾及物理空间的三维不动产数据模型研究

针对现有三维数据模型难以有效支撑三维不动产物理空间和产权空间一体化管理的问题，该文提出了顾及物理空间的三维不动产数据模型。基于土地管理领域模型(LADM)分析设计了产权语义类，并利用城市地理标记语言(CityGML)发展了多层级物理空间的构建方法，通过CityGML的扩展机制实现了产权空间要素类和物理空间要素类的语义关联以及一体化存储。实验表明，该模型能够有效表达“地—楼—层—户—间”多层次的几何语义信息，解决了三维不动产数据模型内容单一、缺乏建筑语义等难点，为不动产立体化产权管理和三维确权登记等工作提供了方法支撑。     

探讨基于几何代数的统一时空GIS

地理数据获取、建模手段的进步使得地理现象、地理过程的表达、建模方法得到了快速发展。随着GIS的发展,其研究对象已从早期的地表简单几何对象发展为如今的复杂三维地理空间对象,并从静态对象研究发展为时空动态对象的研究。本文从几何代数的理论入手,分析了当前时空数据模型中存在的主要问题,针对这些问题,探讨了基于几何代数的时空统一表达,并结合全省车辆通行数据进行分析。     

面向仿真事件的战场地理环境时空过程建模

已有的战场环境仿真模型缺乏作战实体与地理实体和地理现象之间相互影响及交互作用的语义表达,难以反映时空条件下地理环境实体的动态变化规律。提出了一种面向仿真事件的战场地理环境时空过程模型,实现时空过程语义的一体化描述以及结构化存储,从语义角度表达时空对象之间的相互作用和影响关系。该模型采用本体的方法集成描述仿真事件、环境实体及其行为过程的时空语义和属性语义,基于面向对象的方法构建具有层次结构的时空过程语义逻辑关系,按照数据模型的语义特征建立时空过程数据的组织与存储结构。基于该模型设计战场环境仿真平台组件并在仿真系统中应用,实验表明,与传统仿真模型相比,该模型能更好地记录和表达时空过程语义变化信息。     

GIS语义共享的实质及其实现途径

GIS技术下的地理信息共享表现为 GIS数据共享 ,在研究 GIS数据共享时 ,是以最终实现地理信息共享为目的的。为达到这一目的 ,首先必须解决数据本身的共享问题 ,再次要解决数据所表达的语义的共享问题 ,其中包括从数据中读取语义的过程 ,即语义翻译 ,以及所读取的语义与应用目的之间的融合过程 (主要是要解决语义冲突问题 ) ,即语义融合。为了实现 GIS语义共享 ,除要采用一定的技术实现数据本身的共享外 ,还必须选择合适的空间概念及其逻辑表达方法实现语义的共享 ,本文提出采用基于地理要素的空间概念并采用 GIS语义数据模型加以描述可以实现 GIS的语义共享。     

基于MapGIS7.0的空间拓扑规则管理机制研究

空间拓扑规则是GIS软件维护空间拓扑关系的一致性和正确性的主要方法,该方法的具体实现则取决于GIS软件所采用的数据模型。本文针对MapGIS7.0面向实体的空间数据模型"要素-几何-空间"三级数据管理模式提出了一套相应的空间拓扑规则管理机制,设计了详细的针对点线区要素类的一元和二元拓扑规则,并通过实例介绍了应用拓扑规则检查空间关系的过程和算法。该机制被应用于GIS平台软件MapGIS7.0中,很好地实现了对拓扑规则的统一和高效管理。     

特征数据模型在《南极赛博地图集》数据描述中的应用

地理特征是地球空间上客观存在、具有描述信息的地理实体。特征数据模型倾向于对地理实体的概念描述,它从几何分布、专题要素与时态变化三个方面来描述地理特征,能够实现语义层次上的数据共享。这对于以数据共享和地图制图为主要目的的《南极赛博地图集》来说,能够很好地对南极数据进行抽象和概括。因此,本文就如何利用特征数据模型对地图集中的南极数据进行描述作了阐述。     

GIS网络的TDN结构表示

分析了GIS网络的基本要素和网络关系，提出了完备表达网络的TDN数据结构，从时间和空间效率上进行了推演，并以试验验证了该结构的实用性。     

面向地质建模的三维体元拓扑数据模型研究

在对地质对象的基本特征和计算机三维地质建模的基本要求进行讨论的基础上，提出了面向对象的三维体元拓扑数据模型。在该数据模型中，用面向对象的方法将地质对象抽象为点、线、面、体，体类又进一步划分为复合体、复杂体、简单体和体元四类。对所有对象类设计了12种拓扑关系和相应的数据结构。     

高光谱图像混合像元多维卷积网络协同分解法

受成像光谱仪性能与复杂地物分布的影响,高光谱图像存在大量的混合像元。传统的基于学习的混合像元分解方法通常都是浅层模型,或缺少对空间、光谱信息的综合应用。本文提出一种多维卷积网络协同的混合像元分解深层模型,采用多种维度卷积网络能更充分利用多种维度语义信息,有利于估计小样本和高维的高光谱图像混合像元丰度。对训练数据进行增广处理,构建光谱维、空间维和立方体3种卷积神经网络;设计了融合层,协同3种卷积神经网络提取特征,“端到端”的估计混合像元丰度值;模型使用了批量归一化、池化和Dropout方法避免过拟合现象。试验结果表明,多维卷积网络协同方法的引入能更有效地提取空-谱特征信息,与其他的卷积网络解混模型相比,估计的混合像元丰度精度有显著提高。     

GTP-based integral real-3D spatial model for engineering excavation GIS

Engineering excavation GIS (E^2GIS) is a real-3D GIS serving for geosciences related to geo-engineering, civil engineering and mining engineering based on generalized tri-prism (GTP) model.As two instances of GTP model, G-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface geological bodies, and E-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface engineering excavations. In the light of the discussions on the features and functions of E2 GIS, the modeling principles of G-GTP and E-GTP are introduced. The two models couple together seamlessly to form an integral model for subsurface spatial objects including both geological bodies and excavations. An object-oriented integral real-3D data model and integral spatial topological relations are discussed.     

面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示模型

针对飞行器可视导航中复杂空地环境时空要素统一精准表示的难题,本文提出了面向飞行器可视导航的复杂空地环境动态3维表示的GIS数据模型和相应的时刻数据存储结构,并用UML图进行了描述。该模型综合考虑了复杂空地环境要素多维、动态、边界模糊等特点,刻画了多维动态时空数据在空间、时间、尺度、语义四个方面的特征及其相互关系。最后,以某机场的空地环境数据的组织、分析和可视化为例,验证了该模型的实用性。     

GTP-based integral real-3D spatial model for engineering excavation GIS

Engineering excavation GIS (E2 GIS) is a real-3D GIS serving for geosciences related to geo-engineering, civil engineering and mining engineering based on generalized tri-prism (GTP) model. As two instances of GTP model, G-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface geological bodies, and E-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface engineering excavations. In the light of the discussions on the features and functions of E2GIS, the modeling principles of G-GTP and E-GTP are introduced. The two models couple together seamlessly to form an integral model for subsurface spatial objects including both geological bodies and excavations. An object-oriented integral real-3D data model and integral spatial topological relations are discussed.     

RS与GIS一体化数据结构的研究

详细阐述了RS与GIS一体化的概念 ,通过对RS与GIS一体化方面的研究与分析 ,进一步明确RS与GIS一体化对空间数据存储结构的要求 ,着重探讨了几种典型的用于RS与GIS一体化的数据结构 ,针对现有数据结构存在的问题与不足 ,提出了一种具有普遍适用价值的基于语义网络的空间数据存储结构 ,并给出一个应用实例     

Database structure for the integration of RS with GIS based on semantic network

The integration of remote sensing (RS) with geographical information system (GIS) is a hotspot in geographical information science. A good database structure is important to the integration of RS with GIS, which should be beneficial to the complete integration of RS with GIS, able to deal with the disagreement between the resolution of remote sensing images and the precision of GIS data, and also helpful to the knowledge discovery and exploitation. In this paper, the database structure storing the spatial data based on semantic network is presented. This database structure has several advantages. Firstly, the spatial data is stored as raster data with space index, so the image processing can be done directly on the GIS data that is stored hierarchically according to the distinguishing precision. Secondly, the simple objects are aggregated into complex ones. Thirdly, because we use the indexing tree to depict the relationship of aggregation and the indexing pictures expressed by 2-D strings to describe the topology structure of the objects, the concepts of surrounding and region are expressed clearly and the semantic content of the landscape can be illustrated well. All the factors that affect the recognition of the objects are depicted in the factor space, which provides a uniform mathematical frame for the fusion of the semantic and non-semantic information. Lastly, the object node, knowledge node and the indexing node are integrated into one node. This feature enhances the ability of system in knowledge expressing, intelligent inference and association. The application shows that this database structure can benefit the interpretation of remote sensing image with the information of GIS.     

DATABASE STRUCTURE FOR THE INTEGRATION OF RS WITH GIS BASED ON SEMANTIC NETWORK

1　ＴｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＲＳｗｉｔｈＧＩＳＴｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ (ＲＳ)ｗｉｔｈｇｅｏ ｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ (ＧＩＳ)ｉｓａｈｏｔｓｐｏｔｉｎｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅ .ＴｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆＲＳｗｉｔｈＧＩＳ ,ｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆＰｒｏｆ.ＬｉＤｅｒｅｎ ,ｉｓｔｈａｔＲＳｉｓｔｈｅｗａｙｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａ ｔｉ…