时空拓扑关系定义及时态拓扑关系描述

目的，国际上对于作为时空数据模型概念和形式化基础的时空拓扑关系定义和描述还没有一个明确的阐述。本文在分析ＧＩＳ的时空特性后，给出了一个语义层时空拓扑关系定义。同时，提出并证明了完备、唯一的描述时态拓扑关系的４Ｉ框架，列出了时态拓扑关系描述的谓词集，区别了时态拓扑关系和时间方向关系的内涵和谓词描述形式。     

基于历史拓扑和描述子的时空数据模型

针对已有时空数据模型在表达时空信息上存在的问题,提出基于一个新的历史拓扑和描述子的时空数据模型STORM.STORM采用结合显式表达和隐式表达的混合型方法来表示时空信息,其中历史拓扑显式表达时空对象间的历史关联,而描述子隐式表达单个时空对象的内部属性变化以及时空对象间的空间拓扑关系.该模型可以同时表达时空信息的静态语义和动态语义,并可通过扩展的关系结构和关系代数操作进行表示和查询.     

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。     

简单面目标与带孔洞面目标间拓扑关系的层次表达方法

带孔洞的面目标是现实中较为常见的一类复杂目标,它们之间的拓扑关系要比简单面目标复杂得多.本文基于空间划分和目标分解的思想,利用点集(拓扑学)理论中的邻域概念详细分析和描述带孔洞面目标的点集拓扑分量,这种描述方法实质上是简单面目标点集拓扑分量描述的一种自然延展.进而,对简单面目标间拓扑关系的描述和区分方法进行了扩展,层次地分析和区分简单面目标与带孔洞面目标间的拓扑关系.相比于Egenhofer等人提出的代数描述和间接表达方法,本文提出的方法是一种直接描述和层次表达的方法,并且与简单面目标间拓扑关系的表达方法是相统一的.     

基于元拓扑关系的线面空间关系集成表达模型

空间关系的研究在空间冲突检测、制图综合、空间查询和分析等方面都有着重要的应用。对空间关系进行细化、集成描述,以解决生产与工程实践中的问题,已经成为空间关系的一个重要研究方向。本文分析了目前线面空间关系集成表达方法的不足,通过对线面简单拓扑关系的分析和类型划分,提出了元拓扑关系的概念;研究了元拓扑关系的方位、方向和元拓扑关系之间的连接方式,并提出了线面复合关系的集成表达模型;提出了空间关系集成表达模型的评价指标,并利用该指标对本文提出的模型特点进行了分析。     

基于粗集的多尺度空间拓扑关系不确定性定量评价模型

空间拓扑关系不确定性的定量评价可为多尺度拓扑关系一致性的自动评价、空间推理与空间查询等应用的可靠性提供依据。定义了基于几何度量的拓扑距离,构建了拓扑关系不确定性的粗集表达模型;提出了不确定性粗集表达中拓扑距离的量化方法;进而提出了基于粗集的多尺度空间拓扑关系不确定性度量指标。实例研究证明了本文提出模型的科学性与合理性,该方法可用于多尺度表达过程中引起的拓扑关系不确定性的定量评价。     

基于点集拓扑学的三维拓扑空间关系形式化描述

本文阐明了研究空间关系理论的必要性，分析了拓扑空间关系描述方法的研究进展及存在问题，以点集拓扑理论为基础，运用维数扩展的方法，提出三维拓扑空间关系完善和形式化的描述框架，在此基础上，对三维空间目标中存在着的拓扑空间关系进行了分类，定义了五种基本的拓扑空间关系，并且给出了三维拓扑空间关系最小集的互斥性与完备性证明。     

一种集成的时空数据模型

时态GIS作为GIS理论和技术研究前沿领域的一个难点问题,越来越被重视,其时空数据模型的设计和实现一直是研究重点.针对现有时空数据模型研究存在的不足,提出了一种集成的时空数据模型.该模型的集成性主要表现在5个方面:静态和时态的集成;矢量和栅格的集成;拓扑和非拓扑的集成;几何和属性的集成;离散和连续的集成.最后,设计和开发了相应的原型系统,并以图斑数据、车辆轨迹数据以及气象卫星云图为例验证了模型的合理性和可行性.     

离散空间的拓扑关系模型

在分析现有拓扑关系表达模型对离散空间目标间拓扑关系表达不足的基础上,从两个方面对现有RCC5模型进行了改进研究:基于模糊集合的分解定理,通过利用空间实体的k阶邻域构造了空间实体的模糊区域,实现了离散空间的连续化;以部分关系作为基本操作算子构建了基于三元组(P(X,Y),P(X,┐Y),P(Y,X))的拓扑关系表达模型,实现了离散空间实体间拓扑关系的表达,集成了空间拓扑和距离关系的定性表达和推理.     

移动区域时空关系变化建模研究

针对二维欧氏空间内的移动区域对象在时空关系变化建模中存在的问题,该文提出了一种时空关系变化序列模型,并建立了时空关系变化概念邻域图。采取基于时间片的时空数据模型,通过分析移动区域间随时间变化的拓扑、距离和方位关系,解决时空关系变化的集成建模问题。该方法能有效刻画移动区域的动态时空特征。     

地籍空间对象拓扑关系一致性研究

空间数据库是通过建立并执行空间完整性约束来维护目标及其间关系的精确性、正确性、有效性。空间完整性约束包括对几何结构冲突、属性冲突及空间关系冲突约束,其中,空间关系冲突是指目标间的拓扑、方向及度量关系应符合空间完整性约束。在地籍数据库中,空间对象拓扑关系约束是为防止任意对象及其目标间的拓扑关系冲突,避免造成数据库对实体及其之间关系的表达错误,导致自身几何结构和对象间拓扑关系错误等,从而破坏了空间数据库的完整性。     

体/体拓扑关系计算研究

GIS不仅关心空间目标自身的时间、空间和属性特征,还必须能够处理其与所处环境间的关系。体/体拓扑关系计算是三维空间目标之间拓扑关系计算的难点,为此,本文提出一种体/体拓扑关系计算方法:基于点集拓扑理论,利用维度扩展的9交模型(DE-9IM)对体/体之间存在着的8种有意义的拓扑关系进行描述;通过比较空间目标各部分(内部、边界和外部)的交集,从而判断空间目标之间的拓扑关系;设计了一个体/体拓扑关系计算算例,对算法进行详细阐述;最后,设计了体/体拓扑关系计算实验,验证了方法的有效。     

空间信息服务时态数据的管理与应用

本文面向当前空间信息应用的实际需求,以传统GIS为基础,研究建立实用的、易于实现的集矢量与栅格数据为一体的时空数据模型,增加GIS对时态属性的管理和操作。本文研究解决了时态拓扑构建的关键技术,采用面向对象方法开发了一套时态空间数据库管理系统,实现了时空数据的采集、存储、查询和显示,并以中国多个历史时期的行政界线为基础数据,进行了时空数据模型的应用研究,为TGIS发展探索了一条实用的技术路线。     

一种基于特征-语义的时空数据组织方法

在全面研究时空数据模型理论及构建方法的基础上,本文采用面向特征的数据模型构建方法结合时空语义思想,并引入无缝时空理念,探讨了一种基于特征的无缝时空数据模型构建方法。该模型将地理时空过程特征抽象为特征对象、特征事件、特征过程,不仅能够实现地理实体的空间数据组织及复杂拓扑分析,而且,通过描述特征事件、特征过程及其相互关系实现时空语义表达,进而实现海量信息存储以及高层次时空分析,也为通用性时空数据模型的构建提供了一种新思路。     

拓扑和方向空间关系组合描述及其相互约束

提出了一种拓扑关系和方向关系组合描述框架,在统一的框架下研究拓扑和方向关系。采用9交模型描述拓扑关系,方向关系矩阵模型表达方向关系,并给出了有意义的方向片组合,将两者统一到一个框架下进行描述。在统一描述框架下,拓扑关系与方向关系相互约束。阐述了7个定理及其证明,描述了拓扑关系与方向关系之间的相互约束,实现拓扑关系和方向关系有效性的相互检测。拓扑关系和方向关系组合描述能够提高空间关系描述的准确性和有效性。     

Modeling Dynamic Polygon Objects in Space and Time: A New Graph-based Technique

The analysis of dynamic spatial systems requires an explicit spatio-temporal data model and spatio-temporal analysis tools. Event-based models have been developed to analyze discrete change in continuous and feature-based spatial data. In this paper, a spatio-temporal graph model is described that supports the analysis of continuous change in feature-based polygon spatial data. The spatio-temporal graph edges, called temporal links, track changes in polygon topology through space and time. The model also introduces the concept of a spatial-interaction region that extends a model's focus beyond short-term local events to encompass long-term regional events. The structure of the spatio-temporal graph is used to classify these events into five types of local polygon events and two types of spatial-interaction region events. To illustrate its utility, the model is applied to the ecological question of how patch size influences longevity in underwater plant communities in Chesapeake Bay, USA. Both a short-term local analysis and a longer-term regional analysis showed that patches of plants, or groups of patches, larger than one to two hectares in size were more likely to persist than smaller patches or groups of patches. Overall, the spatio-temporal graph model approach appears applicable to a variety of spatio-temporal questions.     

多级格网时空索引

在时空数据库中,地理实体模型包括地理对象空间信息和时态信息。为了快速查询实体的空间和时间信息,这就需要一个高效的时空索引机制。本文在分析和参考目前几种时空索引方法的基础上提出了一种新的时空索引方法———多级格网时空索引,并介绍了多级格网时空索引的算法。     

An integrated representation of spatial and temporal relationships between evolving regions

 The study of relationships between evolving regions within GIS still needs the development of operators that integrate the spatial and temporal dimensions. This paper introduces a new approach that combines topological relationships between regions in 2-dimensional space with temporal relationships between convex intervals in time. Resulting relationships are defined and visually presented within a 3-dimensional space that integrates the geographical space as a 2-dimensional space and the time line as the third dimension. Conceptual neighbourhoods are identified and extended by the concept of semi-transitions and transitions. Such a flexible framework presents the advantage of being derived from accepted relationships in both space and time. Its computational implementation is therefore compatible with current spatial and temporal GIS models. Received: May 2000 / Accepted: June 2001     

基于直线段相交特征识别的线线空间关系计算方法

空间关系是GIS的重要信息和理论研究基础。空间关系描述的准确性、完备性、直观性直接影响到地理学分析和地图制图的效果。当前,国际国内在地理要素空间拓扑关系模型表达和拓扑关系挖掘与描述方面做了大量研究,解决了很多关键问题也发现了许多新问题。本文在前人研究的基础上,提出基于直线段相交特征的局部直线段拓扑关系识别方法,并结合拓扑链模型对线线空间关系进行细化描述。该方法不仅具有线要素集合划分的优点还有线线间空间关系细化描述的直观性,同时简化了线线空间关系的细化计算。