空间数据挖掘及其可视化系统若干关键技术研究

摘要

数据挖掘技术已经成为解决“数据爆炸、知识贫乏”问题的有效手段，在地学数据分析领域引入数据挖掘与知识发现的概念、模式和方法，探讨适合地学应用的数据挖掘新方法，对于有效处理海量地学数据、提高地学分析的自动化和智能化水平具有重要意义。 可视化技术能为数据挖掘提供直观的数据输入、结果输出和挖掘过程的交互探索分析手段，提供在人的感知力、洞察力、判断力参与下的数据挖掘手段，从而大大地弥补了GIS重“显示数据对象”轻“刻画信息结构”的弱点，有力地提高空间数据挖掘进程的效率和结果的可信度，在地学领域，可视化与空间数据挖掘的结合已成为必然。 本文系统地讨论了基于数据仓库的空间数据集成技术，改进了空间关联规则、粗糙集和空间聚类算法，研究了契合上述挖掘算法的若干可视化技术，在此基础上，实现了一种开放式的“即插即用型”数据挖掘系统，并集成上述数据挖掘技术、可视化技术，形成一套可视化空间数据挖掘的理论框架、技术方法和原型系统。研究内容和结果可归纳为： (1)阐述了空间数据集成和空间数据集成模型的相关理论和概念，对多源空间数据的集成模式进行了探讨。讨论了多源空间数据的一体化处理技术和多尺度空间数据的一体化处理技术，提出了基于数据仓库的数据集成总体框架，设计了一个基于Web的空间OLAP工具，并给出了具体的实现流程。 (2)改进了Apriori算法，提出了一种基于映射的高效大项集关联规则发现算法MBAR。探讨了空间概念树和层次关联规则结合的途径，提出了基于概念树的多层次空间规则算法，给出了算法处理流程和应用实例。 (3)探讨了应用于多准则决策分析的基于优势关系的粗糙集扩展模型，对该模型中已有的求核和知识约简算法进行了研究，提出了一个新的优势区分矩阵的定义，在该定义的基础上给出了相应的求核和求约简算法，给出了在属性约简之后提取优势规则的方法。 (4)研究了基于空间邻接关系的空间聚类挖掘算法VSG-CLUST。该算法是一种基于图分割的可视化空间聚类算法，利用Delaunay三角网工具和MST(最小生成树)将地理实体的邻接信息(空间相邻关系)加入并参与到空间聚类中。研究了利用多尺度的空间概念层次关系进行空间聚类挖掘的算法，将尺度因素作为一种约束条件施加于VSG-CLUST算法中MST的分割和修剪策略，即一种基于尺度约束的空间层次聚类挖掘算法。 (5)讨论了基于OLAP的空间多维可视化方法，并给出OLAP多维可视化应用实例。讨论了基于3D的空间关联规则可视化技术，以易于理解、易于识别的三维图形和符号化方式表达关联规则。 (6)提出了“即插即用”的开放式数据挖掘技术的概念，提出了面向SOA的数据挖掘系统框架，详细设计了系统功能模块(数据连接模块、数据分析模块、数据预处理模块、算法管理模块、数据挖掘引擎模块)，并给出了系统运行实例。

目录

文摘

英文文摘

中国科学院遥感应用研究所学位论文原创性声明

第一章绪论

第二章基于数据仓库的空间数据集成技术研究

第三章空间关联规则及其改进算法研究

第四章基于优势关系的粗糙集算法研究

第五章基于图分割的空间层次聚类算法研究

第六章高维空间数据挖掘的交互式可视化技术研究

第七章开放式空间数据挖掘集成系统的设计与实现

第八章结语与展望

参考文献

攻博期间发表论文和科研情况

致谢