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。     

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。     

地理本体空间关系表达模型研究

地理本体是表达地理概念及其之间关系的有效手段,地理本体的空间关系也是其区别于一般本体最重要的特征。本文探析了地理本体的构建方法,将地理本体空间关系分为拓扑关系、方位关系、距离关系和相似关系,重点研究了地理本体的拓扑关系和方位关系的空间表达模型,对拓扑关系进行梳理归纳,总结出8种互斥并完备的空间关系;利用锥形模型对方位关系进行描述,最后利用OWL语言对两种关系进行了推理表达。     

空间索引与多尺度表达的一体化模型研究

在分析各种常用索引的基础上,依据各自的适用范围,提出了对点对象建立格网索引,对线、面对象建立改进四叉树索引的组合优化策略。设计的改进四叉树索引避免了传统四叉树的重复索引,提高了数据访问的效率。     

线状与面状对象的拓扑关系及其量度指标体系研究

以计算几何模型为基础,结合对人们在相互交流中所涉及的拓扑关系分析,本文将线状与面状要素的拓扑关系概括为19种形式,并建立了15种量化指标对其进行细化描述,给定了这19种拓扑关系与15种量化指标的依赖关系,规范了15种拓扑关系量化指标的应用条件,最后对所提出的拓扑关系及其量化指标模型实施的可行性进行了分析。文中所提的拓扑关系描述深化了GIS平台的信息查询,并对查询语言的改进具有借鉴价值。     

多尺度表达中空间拓扑关系等价性评价模型

本文主要讨论不同尺度下地理目标之间拓扑关系的等价性问题。根据人类认知习惯,得出从大比例尺地理空间中拓扑关系抽象为小比例尺空间中拓扑关系应当遵循的基本规则,并利用模糊函数将这些规则定量化;在此基础上,得到评价地理空间场景中多个空间目标之间拓扑关系在不同尺度下是否等价的综合评价模型。该模型可以用于检验和维护空间数据质量、为地图自动综合提供空间关系处理和评价方法的参考。     

空间数据多尺度表达中空间关系的统一表达模型

首先分析了建立空间数据多尺度表达中基本空间关系统一表达模型的必要性及建模的基本思想,并用有序6元组作为空间数据多尺度表达中基本空间关系统一表达模型;其次证明拓扑关系表达模型RCC5模型、基于方向Voronoi图(DVDs)的方向群模型和Hausdorff距离的多尺度包容性,并将它们进行形式化表达应用于有序6元组中;最后证明有序6元组的多尺度包容性,并结合具体的实例验证模型的合理性。     

不确定区域间拓扑关系定性推理

提出不确定区域间拓扑关系的组合描述法,它对拓扑关系的描述能力与扩展九交完全相同.但组合描述模型的优点在于用已有的5种面/面基本拓扑关系的组合来表示44种不确定区域间的复杂拓扑关系,可以把44种复杂拓扑关系的推理转化为5种基本拓扑关系推理的组合,从而实现不确定区域间拓扑关系的推理.     

一种定量化表达的空间关系模型

目前已有的空间关系模型(拓扑关系、方向关系以及度量关系)基本上是相对独立的,同时这些模型(度量关系除外)主要是定性的形式化描述,其表达精度还有待提高,因此有必要研究定量化的、组合表达的空间关系模型。提出了一种定量化表达的空间关系直方图模型,它能同时表征两个面目标之间的拓扑关系、方向关系以及度量关系,并可以定量化地分类(概率表征)空间关系类型。实验结果验证了该模型的有效性。     

2维矢量地图空间目标关系的组合式表达

矢量模式的地图平面空间目标是地图数据处理中常见的,其空间关系的描述与处理非常重要本文首先分析了平面地图上的尺度空间和拓扑空间的统一,以及点和直线段两两相互间的基本空间关系,并以这些基本窨绵组合为基础,试图利用组合式方法区分和描述地图空间点状、线状和面状空间目标两两相互间的空间关系,且得到各类空间关系的种数。     

3维GIS中位置关系的定性描述与推理

3维空间中位置关系的定性描述和推理是当前城市和矿山GIS界的重要理论课题之一,主要涉及如何用定性距离和方向关系来综合描述目标对象及相对于其参照物的空间位置关系的方法。本文基于投影系统划分空间方向区域,利用解析几何工具表达距离关系和方向关系,建立组合距离和方向关系来描述位置关系的概念框架,导出位置关系组合推理的一般表达式,并通过例子说明一些典型的位置关系定性推理过程和结果。     

空间信息的自然语言表达模型

目的 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。

     

线面目标自然语言空间关系集成表达与描述方法研究

提出了一种基于自然语言的线/面目标空间关系集成表达方法。首先,将线目标进行细化分解得到n个特征点和n-1条特征线,根据自然语言的描述习惯分别针对每个特征点和特征线建立线与面目标之间的空间关系,然后按照自然语言以线目标的走向为顺序对线面间空间关系进行描述的规则,对拓扑、方向、度量关系进行集成描述。实验验证了本文方法的可行性。     

空间查询中自然语言空间关系与度量空间关系的转换方法研究:以面目标为例

以面目标为例,首先探讨度量空间关系的描述方法,即拓扑谓词+度量参数,建立拓扑谓词与度量参数之间的对应关系;然后从人的认知角度,分析空间关系的自然语言描述,即拓扑谓词+量词,区分模糊量词和临界量词两类量词,并分别用来描述邻近拓扑谓词相互转化过程中的定量变化和定性变化;最后,分析度量参数与量词之间的关联关系,试图建立空间查询中度量空间关系与自然语言空间关系之间的联系,从而更好地应用于空间查询.

Abstract：

Spatial relations between spatial entities can be obtained by two means. One is computed and obtained by spatial data, and the other is obtained by human spatial cognition. So, they are named as metric spatial relations and natural-language spatial relations, respectively. This paper is focused on filling the gap between these two kinds of spatial relations. For this purpose, regions are taken as example, and three steps are included. Metric spatial relations ore first depicted by combining topological predicates with metric parameters, where a mapping is built between the topological predicates and the metric parameters. Second, natural-language spatial relations are represented by combining topological predicates with quantifiers, where quantifiers are differentiated into two types:vague quantifiers and critical quantifiers. They are respectively used to describe quantitative and qualitative change in the process of the transformation between neighboring topological predicates. Finally, the association between metric parameters and quantifiers is further illustrated and analyzed by a questionnaire. With these three steps, the linkage can be built between metric spatial relations and natural-language spatial relations. The proposed methods have been proven to be rational by the performances of spatial query.     

三维体目标间拓扑关系与方向关系的混合推理

重点研究了三维空间中拓扑关系和方向关系间的混合空间关系推理。用Allen区间关系对描述基于投影的空间划分方法得到的方向区域和用九交矩阵描述的拓扑关系,用定义法研究混合空间关系推理,推理结果用组合推理表表示。     

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。     

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.     

基于Oracle Spatial的空间线线拓扑关系判断的实现

在GIS中,空间物体间的拓扑关系是基本的空间关系之一,直接利用ORACLE SPATIAL提供的简单的空间关系查询操作算子,对九交模型所描述的任意两2维空间的不自相交的线目标间的拓扑关系的判断设计算法,并进行试验验证,实现两线目标间的33种空间拓扑关系的判断。基于ORACLE SPATIAL的线/线目标间空间拓扑关系判断的实现必将推动基于ORACLE SPATIAL的GIS系统的查询、分析和数据更新的研究进展。