空间拓扑关系若干问题研究现状的评析

空间拓扑关系是G IS研究中的基础性问题。其对空间数据的存储与表达、空间查询分析与实际应用等都具有重要的意义。从空间拓扑关系认知与语义、空间拓扑关系形式化表达、空间拓扑关系推理、时空拓扑关系表达几个方面介绍拓扑关系的研究现状,特别对空间拓扑关系形式化表达,一直是国内外G IS研究的一个热点,存在交叉、区域连接演算、二维字符串等模型;讨论了拓扑关系最新的研究方向,针对当前模型无法表达复杂的点、线、面间拓扑关系的突出问题;探讨了复杂空间拓扑关系描述研究的思路,根据实际中地理目标的不确定性和模糊性特点,介绍了不确定对象的拓扑关系表达的一些研究动向。     

不确定性对象表达及其时空拓扑研究

不确定性对象时空拓扑关系研究的滞后,严重制约了时空推理与分析的进展。文中分析了时空对象空间信息与时间信息不确定性,并引入Rough集理论的上、下近似集概念对不确定性对象进行表达。另外,根据时空对象空间与时间信息的确定性与否,把时空对象归纳为4种类型,时空对象间的时空拓扑描述框架归纳为10种。再是,基于点集理论、Egenhofer的空间拓扑与舒红的时态拓扑关系研究成果,给出4-交扩展模型的时空拓扑描述框架,并得出类型I对象间的时空拓扑是最基本的拓扑关系,类型IV对象间的拓扑关系是最复杂的拓扑关系,其他类型对象间的时空拓扑都可通过类型对象I间的和类型对象IV间的时空拓扑演绎而得。最后,鉴于不确定性对象时空拓扑的复杂性,给出不确定性拓扑描述表达的流程体系。     

地层的四面体剖分及其数据对象的组织

为了对非连续地层内部进行有效地表达、分析,本文基于三棱柱模型对其进行四面体剖分。在对三维对象拓扑关系进行精心设计的基础上,利用面向对象的思想,对点、线、面、体在不同层次上进行逻辑分离,并提出对象管理器的概念进行针对性地组织、管理。采用适当的数据结构描述不同的空间对象及其拓扑关系,结合有效的索引方式加快拓扑对象唯一性匹配的过程,很大程度上提高了拓扑对象的生成速度及空间查询效率。最后,在对地层进行四面体剖分的实例中得到了正确的验证。     

基于拓扑关系的BIM室内封闭空间边界建筑要素搜索方法研究

BIM作为工程建设领域的热门新兴技术,包含建筑物全生命周期内的各种数字化信息,但其对要素间空间关系的描述限于建筑领域的专业性表达,以及建模过程中的预定义。基于BIM数据的几何-语义特点,提出一种自动化构建BIM建筑要素拓扑关系的方法,并以此为基础搜索室内封闭空间的边界建筑要素,得到以建筑要素为单元的室内空间划分;以整层建筑物空间作为实验数据,通过实验结果验证了算法的准确性,实现BIM室内三维空间分割,为基于BIM的空间分析提供数据支撑。     

基于线段的基本线/线拓扑关系计算

空间拓扑关系是空间数据建模、空间查询、分析、推理、制图综合、数据质量控制、数据更新等的基础。目前空间拓扑关系研究的主要成果仍然集中在拓扑关系的描述方面,在计算方面的阐述都非常薄弱,不足以指导系统开发人员编程实现。本文研究了IR2中两个简单线目标间拓扑关系的计算方法,重点分析了线/线拓扑关系计算的特点,提出了一种基于线段的线/线拓扑关系计算方法,并用VC＋＋采用底层开发模式实现了基本线/线拓扑关系的计算。     

基于拓扑原子事件的拓扑关系局部更新技术

以拓扑原子事件作为出发点,在拓扑局部更新过程中分析多种要素发生变化后对拓扑关系的影响.根据结点能够终止网络拓扑关系变化延伸的特点,将需要更新拓扑关系要素的范围尽量缩小,最终确定需要进行拓扑更新的要素范围.对需要更新区域内要素进行拓扑重构,修改边界要素拓扑关系,保证更新要素的拓扑关系与原拓扑关系一致.运用地理网络模拟数据...     

复杂线-线对象的拓扑关系描述与计算方法

空间拓扑关系是GIS中空间查询和分析的基础。针对当前空间拓扑关系模型在表达较复杂对象间拓扑关系存在局限性的突出问题,以线对象为实例,根据点集拓扑理论,重新定义和区分线对象的复杂性;以9I模型为基础,提出一种适合二维复杂线对象的拓扑关系的线性序列描述模型,将复杂线-线的拓扑关系表示成基本拓扑关系的组合。分析不同情形下线之间拓扑关系不同的计算方法。为实现复杂线-线拓扑关系的计算,提高扫描线算法的效率,探讨包络矩形粗滤、线节点重合或共线的斜率坐标判断法等改进方法,提出判断线-线是否相交的矢量叉乘法,具有快速高效的特点。最后,通过实验系统导入线坐标串,进行图形绘制、拓扑关系计算并输出结果,从而验证该模型和算法的可行性。     

基于拓扑谓词的空间拓扑关系相似性度量模型与应用

空间拓扑关系相似性度量是空间数据相似性度量的重要组成部分,它是空间数据检索和空间场景相似查询的基础和关键。本文旨在建立一种能够同时度量简单和复杂拓扑关系间的相似性度量模型。首先,以9个拓扑谓词提出一种简单拓扑关系间相似性度量方法,即定义简单拓扑关系之间距离为两个9交集矩阵之间的距离,从而得到简单拓扑关系之间的相似度。然后,综合考虑实体集合间的数量相似度和维数相似度,建立实体集合间的简单拓扑关系相似性度量模型,并在上述实体集合间简单拓扑关系相似性度量的基础上,采用分解-组合的策略先将复杂拓扑关系分解为若干个局部拓扑关系,通过组合局部拓扑关系之间的相似度,直至建立复杂拓扑关系间的相似性度量模型。实验表明,制图综合中的选取对空间实体集合之间拓扑关系相似度的影响最大,其他因素影响较小,因此,其能以拓扑关系相似度来度量制图综合对拓扑关系的改变程度。     

室内实景三维重建技术综述

构建语义丰富、几何精确且拓扑完备的室内三维模型是实景三维中国建设中一项富有挑战性的任务,在室内导航与位置服务、虚拟现实、智能家居等领域都有重要的应用价值。室内空间结构布局复杂、实体要素类型多样及杂乱遮挡等因素给室内实景三维重建带来诸多挑战。近些年,室内实景三维重建受到广泛关注,然而关于现有方法的系统性总结仍较为欠缺。本文对室内实景三维重建最新技术的研究进展进行整理和归纳。首先,简要总结当前主流的室内空间三维数据采集手段;其次,从室内实景三维模型构建过程中涉及的关键环节出发,从实体要素语义识别和分类、实体要素几何模型生成、空间拓扑特征组织与表达方面对现有方法及其优缺点进行综述;最后,对室内实景三维重建相关研究现存的技术挑战进行分析总结,并对未来研究趋势进行展望。     

导航地理框架数据建模与实现技术初探——基于基础地理数据的道路网络构建

导航地理框架数据是导航地理数据的基础,是集成导航应用的交通信息与服务信息的空间定位框架。导航地理框架数据的特点在于描述与表达道路网络的连通关系。它在表达和组织方式方面与传统的基础地理数据有较大区别。本文通过分析现有基础地理数据中道路信息表达的特点,研究了导航地理框架数据的内容与拓扑表达,提出了基于基础地理数据的导航地理框架数据道路网络构建方法。     

矢量瓦片地图线化简算法研究

线状要素化简对提高矢量瓦片地图服务过程中数据传输效率和可视化表达效果至关重要。常见经典化简算法大多不考虑化简前后曲线空间关系的一致性保持,导致易发生化简结果尖锐化、局部极值点缺失和产生相交等异常问题,如果考虑化简前后空间关系的一致性,则影响化简效率。鉴于此,结合矢量瓦片地图服务应用需求,本文提出一种改进的Visvalingam算法,采用最小堆技术解决了最小权重值查找效率低下问题,利用线自相交拓扑关系判断策略,从全局考虑线上其它点对当前点的影响,解决了线化简前后拓扑关系的一致性保持问题。将改进的算法与原始算法在拓扑关系、几何特征、位置精度和化简效率等方面进行实验对比分析,结果表明改进算法可顾及线状要素的拓扑关系,保证化简前后线状要素的整体形态及其拓扑关系不变,能够更高效地应用于矢量瓦片地图在线服务中。     

土地利用制图综合中的拓扑关系约束性规则

当前地图自动综合的理论与算法研究已经取得一定的进展,空间拓扑关系对制图综合起到重要的制约作用。土地利用图主要包含图斑、线状地物、零星地类3类图形要素,数据综合的工作量较大。本文结合土地利用现状图综合过程实践,基于点集拓扑交模型的理论与方法,讨论并分析如何根据图斑之间可能的拓扑关系(相离、点相接、外相邻、内相邻),结合语义等约束条件,选择合适的操作算子(如聚合、融合、退化等),抽象出土地利用图中图斑、线状地物综合前后存在的一些拓扑关系约束性规则。研究成果可作为土地利用制图综合前后的拓扑关系检查的一项依据,为综合算法的设计与实现提供一定的参考价值。后续的工作是:进一步完善该规则与算法,进行实验与应用。建议规则库与算法相分离,以保持各自的灵活性和独立性。     

多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法

不一致性探测对提高多尺度点–线目标拓扑关系一致性处理的科学性和效率具有十分重要的意义。道路和居民地作为基础地理空间数据中两类最重要的地图要素,两类要素之间拓扑关系在不同尺度地理空间数据中的不一致性问题十分突出。本文以同名点状居民地与线状道路为例,研究了多尺度地理空间数据的拓扑关系不一致性问题,提出了基于拓扑距离的多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法,并进行了实验验证。研究表明,本文方法识别出的拓扑关系不一致性结果,可以作为不同尺度数据中点–线目标拓扑关系一致性处理的依据。     

房地一体化不动产三维数据模型研究

房地不动产具备天然的立体特性,在三维空间中对其进行准确刻画是当前城市地上地下综合开发的关键问题,国内外学者已经提出了各类房地不动产数据模型,旨在解决房地不动产的管理与权利空间的三维表达问题。分析国内外学者的研究成果发现,国外学者提出的房地不动产数据模型多以地籍为核心展开,不能完全适用于我国的房地不动产管理;而国内学者虽兼顾了地籍和房产,但忽略了建筑实体、建筑空间与产权空间的关系,无法将房地不动产信息与建筑物信息模型（Building Information Modeling,BIM）整合,不利于房地不动产的精细化管理。针对以上问题,本文提出了基于IFC（Industry Foundation Classes）标准扩展的房地一体化三维不动产数据模型,并通过实例验证了该模型在我国房地不动产管理上是可行的。研究结果表明,本文提出的模型正确表达了各类建筑对象和产权对象,既可以支持业务相关的关联关系的查询,也支持GIS常见拓扑关系的查询和表达,该模型除了能表达符合我国体制的房地不动产对象外,还关联了BIM模型中的建筑构件、建筑空间, 为城市建设与运维管理提供技术模型支持。     

基于Petri网的时空拓扑关系研究

地理信息系统所产生的问题,很大程度上受数据类型设计与数据表现方法的影响,由3类数据：状态、事件与证据组成的时态地理信息系统,对这种影响更为明显。已有的时空数据模型只描述状态（如快照序列模型）或只描述事件（如基于事件的时空数据模型）,难以表达状态与事件间的因果关系。本文提出的基于Petri网的时空数据模型。能显式存储状态、事件以及状态与事件间的因果关系,其中Petri网的库所表达状态、变迁表达事件及有向弧表达状态与事件间的关系。最后用该模型对土地划拨中的变化进行了描述,表明能便于对事件和状态的查询,及对事件之间、状态之间以及事件与状态之间的时态关系的查询。     

多维动态GIS系统与应用评述

多维动态GIS一直是国际GIS学术界研究的热点问题之一.在总结ISPRS2008(北京)国际会议上与此相关的研究论文基础上,重点就GIS多维动态空间建模方法、球面可视化表达与拓扑描述、技术分析与应用等方向的研究成果及存在问题进行了评述与分析.     

地理信息科学专业学生三维GIS实践能力培养

新型智慧城市建设进程导致三维GIS实践能力成为地理信息科学专业学生核心竞争力,这给地理信息科学专业实践教学带来新挑战.本文针对地理信息科学专业学生三维GIS实践能力培养新要求,探讨相应教学内容和实践途径:从三维数据表达视角看,包括三维场景认知和三维模型构建;从三维空间分析视角看,包括空间坐标系、三维空间算法和空间分析应...     

多尺度空间关系研究进展

空间关系及其尺度变化建模,一直是地理信息科学基础理论的重要前沿领域之一。本文全面总结了该领域在理论、方法和应用方面的最新进展。首先,详细阐述了关系表现与几何表现的特点和差异,提出了关系表现的尺度问题,尤其是与制图综合的关系。然后,分别结合形状化简、面对象合并、属性归纳、空间维数退化等制图综合算子,论述了拓扑和方向关系尺度变化规律的推导和建模方法。最后,结合多尺度空间关系变化模型,提出了基于关系的多尺度数据分析技术框架,并重点阐述了基于关系的多尺度数据一致性检测和多尺度数据查询的概念及解决方法,且用实例分析证明了它们的有用性。详细而具体地研究不同综合算子对拓扑和方向关系尺度变化的影响及建模方法,对于分析和理解多尺度空间数据,具有重要意义。     

一种基于地理格网的三维模型数据统一表达方法

针对三维地理场景中异构三维模型数据统一表达问题,提出了一种基于地理格网的三维模型数据统一表达方法。该方法首先构建覆盖测区的地理格网模型,以此作为异构三维模型数据统一组织的空间基准。其次,建立三维模型数据与地理格网单元的映射关系。在此基础上,设计了一种基于XML的三维模型数据统一描述规则,从数据属性、空间范围、空间关系等方面对异构三维模型数据进行统一描述,将异构三维模型数据规划在地理格网的统一管理中。最后,采用山西省某体育馆数据进行试验分析,验证了本文方法的有效性。     

拓扑在检查土地利用现状数据质量中的应用探讨

本文描述了利用ArcGIS的拓扑建立和拓扑验证两方面的内容对土地利用现状数据进行检查的过程.在对土地调查数据特点进行分析的基础上,依据《县(市)级土地调查数据库建设标准》,重点对悬挂线的错误检查方法进行了讨论.