基于空间认知的面目标间空间关系表达方法及查询实现研究

摘要

空间关系理论一直是国内外GIS界研究的一个基础课题，并已广泛应用于空间数据挖掘、多源/多类型/多尺度空间数据集成与更新、空间查询等诸多研究领域。本文首先回顾和总结了近年来国内外空间关系的研究进展，指出现有空间关系研究中所存在的问题。其中，一个主要问题是现有的空间关系描述模型不符合人的空间认知。因此，本文从空间认知的角度出发，以面目标间的空间关系为研究对象，对空间关系的集成表达方法进行了深入研究，并应用于空间查询中。主要研究工作包括： （1）由于现实世界地理实体的空间关系有两种方式：一种是以空间数据为基础，进行推理和演算得到的；另一种是以人的空间认知为基础，根据人的经验进行判断得到的，带有一定的模糊性。这种差异往往导致通过空间查询的结果并不一定与用户要求的结果完全一致。因此，本文将空间关系分为度量空间关系和自然语言空间关系。 （2）提出了面目标间度量空间关系的集成表达方法。采取分解与组合的策略，将空间关系分为拓扑、方向和距离关系，在此基础上进一步分解为局部拓扑、局部方向和局部距离关系。然后，按照一定顺序对这些局部关系进行组合表达。查询实例证明了此方法的有效性且符合人的认知。 （3）研究了度量空间关系与自然语言空间关系之间的转换方法。首先，建立了度量空间关系中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，区分了模糊量词和临界量词。最后，通过问卷调查建立了度量参数与量词之间的关联，并在查询实验中验证了此方法的可行性。 （4）研究了描述三个面目标间空间关系的形式化表达模型。首先，分析了现有的描述模型--三重投影模型的不足（主要为不符合人类认知）。然后，提出了改进的方法，并通过查询实例证明了改进后的方法更加符合人的认知。 最后，总结了本文的研究成果，并展望了该方向进一步研究的若干问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3研究意义

1.4论文主要研究内容

1.5论文的组织

第二章面目标间空间关系集成表达方法

2.1引言

2.2研究策略

2.3面目标间拓扑关系描述方法

2.4面目标间空间关系的集成表达

2.4.1拓扑关系与方向关系的集成

2.4.2拓扑关系与距离关系的集成

2.4.3拓扑关系、方向关系与距离关系的集成

2.4.4空间关系与其它度量信息的集成

2.5本章小结

第三章自然语言空间关系与度量空间关系的转换方法

3.1引言

2.2研究策略

3.2面目标间基本拓扑关系的度量参数

3.2.1分割度量参数

3.2.2接近性量参数

3.3度量参数与量词的关联分析

3.3.1描述谓词的量词

3.3.2模糊量词

3.3.3临界量词

2.5本章小结

第四章三个面目标间空间关系的描述方法

4.1引言

4.2基于三重投影关系的形式化描述模型

4.2.1点目标之间投影关系的形式化模型

4.2.2面目标之间投影关系的形式化模型

4.2基于三重投影关系的形式化模型的缺陷

4.2.1区域划分的边界问题

4.2.2参考目标形状不规则影响

4.2.3参考目标间距离对区域划分的影响

4.2.4求交集确定源目标所处区域的不准确性

4.3改进方法

4.3.1对于划分区域的重新定义

4.3.2利用数学形态学对参考目标进行规则化处理

4.3.3消除距离的影响

4.3.4利用面积比例代替交集

4.4本章小结

第五章实验研究

5.1空间关系集成表达方法实现

5.1.1局部拓扑关系的计算

5.1.2局部方向关系的计算

5.1.3局部距离关系的计算

5.1.4实验结果

5.2自然语言查询实现

5.2.1自然语言查询方式

5.2.2自然语言查询算法

5.2.3自然语言查询实例

5.3三个目标间空间关系描述模型的实现

5.3.1试验的功能与目标

5.3.2试验结果与分析

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2论文展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研情况