空间区域拓扑关系分析方法综述

空间关系形式化模型的发展是空间推理、地理信息系统(geographic information systems,简称GIS)、计算机视觉等领域中的一个非常重要的主题,近年来受到相关领域研究者的极大关注,特别是在空间区域间拓扑关系模型的研究方面取得了很大进展.介绍了区域间拓扑关系形式化分析的主要研究内容、研究方法和研究进展,并探讨了目前存在的问题和今后的发展方向.     

空间方向关系形式化描述研究进展

空间方向关系的表示与建模作为空间方向关系领域的一个基础性问题,近年来逐渐成为地理信息系统、空间数据库和人工智能等领域研究的热点和难点并取得了一系列研究成果。从二维空间精确对象方向关系模型、三维空间对象方向关系模型、模糊空间方向关系模型等几个方面全面地综述了空间方向关系形式化描述的研究进展, 并对各种模型进行了对比与分析,指出了它们的优势与不足。最后明确指出三维空间方向关系和模糊空间方向关系建模是未来工作的重点,特别是三维模糊对象方向关系的研究是未来空间方向关系研究的重中之重,并指出进一步研究中几个迫切需要解决的关键问题。     

四叉树直方图空间方向关系形式化模型

空间方向关系形式化模型是空间关系研究的重要内容,为了建立通用性和实用性强的空间方向关系形式化模型,提出一种四叉树直方图模型.首先分析了目前存在的空间方向关系形式化模型的特点和缺陷,然后详细介绍了四叉树直方图的基本思想和构造方法,并阐述了基于四叉树直方图的空间方向关系判定方法.采用人工图片作为算例对文中模型进行验证的实验结果表明,该模型是可行的.     

空间方向关系描述模型及其GIS应用分析

空间方向关系建模是一个属于空间认知范畴的研究问题。近20年来,该研究问题受到来自计算机、人工智能、机器人以及地理信息科学等领域的众多学者们关注,提出了许多形式化描述模型。首先阐述了方向关系描述框架、表达形式、基本性质以及影响方向关系描述的主要因素。然后,重点回顾及评价了一些较有代表性的方向关系建模方法及其在GIS空间查询、分析、推理中的应用,指出了其中存在的一些主要问题。最后,展望了方向关系模型及其应用中有待进一步研究的若干相关工作。     

一种定性细节方向关系的表达模型

空间关系在空间数据库查询语言、基于内容的图像检索及空间场景的相似性等领域有着广泛的应用。然而，当目标对象与参照对象的外接矩形相交或位于其内时，现有方向关系表达方法不能有效地描述有关方向的信息，从而限制了与空间关系有关概念的表达。为此提出了一种能够表达与参照对象外接矩形内部有关信息的细节方向关系表达模型，研究了线／面、面／面和点／面间拓扑关系和方向关系的组合表达问题，最后给出了细节方向关系的计算模型。与现有的方向关系描述方法相比，细节方向关系能够描述参照对象的形状、岛屿，并且能够提高空间关系的分辨率。     

四叉树直方图的特殊方向关系表达

空间方向关系形式化模型是空间关系研究的重要内容,然而对特殊方向关系(“包围”,“在…和…之间”等)表达方法的研究尚不成熟.首先分析了目前存在的特殊方向关系形式化模型的特点和缺陷,然后介绍了四叉树直方图的基本思想和构造方法,接着详细阐述了基于四叉树直方图的特殊空间方向关系的判定方法,最后采用人工图片和真实图片作为算例与现有模型进行了对比实验,实验结果表明该模型能够针对“包围”和“在…和…之间”等特殊方向关系获得接近人类认知的判定结果,并且克服了现有模型存在的问题.     

空间对象及其拓扑关系

论文首先讨论了传统的地理信息系统中空间对象的空间数据模型,提出了面向对象的层次矢量数据模型。然后定性地分析了空间对象点与点、点与线和点与区域之间的拓扑关系,并给出了一种形式化表达空间对象成分拓扑关系的模型。最后,将这种模型与空间对象之间的拓扑关系结合起来,使其可以方便地处理地理信息系统中的对象间的拓扑关系。     

结合拓扑和方位的定性空间推理方法*

空间区域的拓扑关系和方位关系是空间推理的重要研究内容,以往的工作集中在单一的空间方面, 这不能满足实际应用领域的需要.基于主方位模型给出了主方位关系的形式化定义,考虑到拓扑与方位间的相互依赖关系,提出了结合拓扑和方位的定性表示与推理算法,能够处理多方面空间信息,在空间数据库和机器人导航等领域具有实际应用价值.     

空间方向关系定性推理技术研究进展

空间方向关系是空间认知中的一个基本概念，在空间数据库、人工智能、机器人等领域发挥着极其重要的作用。随着对空间方向关系研究的不断深入，空间方向关系定性推理受到了广泛关注，逐渐成为研究的热点。为了更进一步地介绍和挖掘空间方向关系推理技术的研究现状，首先，针对现有的推理模型进行详细梳理和总结，对各类模型进行比较和分析，指出了各种模型的特性及适用范围；其次，从二维、三维及不确定性空间对象方向关系的复合、反关系推理、一致性检验以及结合多种空间信息的组合推理等几个方面，对空间方向关系推理相关工作进行了系统性的阐述和分析；最后，分析了目前所面临的挑战，并对其未来发展趋势进行了展望。     

3D对象动态方位邻接关系及双向关联表示

3D空间对象方位关系的表示和分析在空间数据库、地理信息系统、人工智能和机器人学等领域具有重要的意义。为了分析和处理复杂的3D空间对象的方位关系,讨论了3种3D空间对象方位关系的立体表示模型：3DR7模型、3DR27模型和3DR39模型,给出了方位关系的交集序列;研究了3D空间对象方位关系的动态邻接关系和处理方法;进一步给出了3D空间对象方位关系的双向映射模型。研究成果为3D空间对象方位关系在空间数据库和地理信息系统等领域的应用奠定了基础。     

Approximate analysis of binary topological relations between geographic regions with indeterminate boundaries

 The development of formal models of spatial relations is a topic of great importance in spatial reasoning, geographic information systems (GIS) and computer vision, and has gained much attention from researchers across these research areas during the past two decades. In recent years significant achievements have been made on the development of models of spatial relations between spatial objects with precisely defined boundaries. However, these models cannot be directly applied to spatial objects with indeterminate boundaries which are found in many applications in geographic analysis and image understanding. This article develops a method for approximately analyzing binary topological relations between geographic regions with indeterminate boundaries based upon previous work on topological spatial relations and fuzzy sets. In addition, examples are given to demonstrate the method and related concepts. It is shown that the eight binary topological relations between regions in a two-dimensional space can be easily determined by the method.     

Directional relative position between objects in image processing: a comparison between fuzzy approaches

The importance of describing relationships between objects has been highlighted in works in very different areas, including image understanding. Among these relationships, directional relative position relations are important since they provide an important information about the spatial arrangement of objects in the scene. Such concepts are rather ambiguous, they defy precise definitions, but human beings have a rather intuitive and common way of understanding and interpreting them. Therefore in this context, fuzzy methods are appropriate to provide consistent definitions that integrate both quantitative and qualitative knowledge, thus providing a computational representation and interpretation of imprecise spatial relations, expressed in a linguistic way, and including quantitative knowledge. Several fuzzy approaches have been developed in the literature, and the aim of this paper is to review and compare them according to their properties and according to the types of questions they seek to answer.     

A formal theory for reasoning about parthood, connection, and location

In fields such as medicine, geography, and mechanics, spatial reasoning involves reasoning about entities that may coincide without overlapping. Some examples are: cavities and invading particles, passageways and valves, geographic regions and tropical storms. The purpose of this paper is to develop a formal theory of spatial relations for domains that include coincident entities. The core of the theory is a clear distinction between mereotopological relations, such as parthood and connection, and relative location relations, such as coincidence. To guide the development of the formal theory, I construct mathematical models in which nontrivial relative location relations are defined.     

A Family of Directional Relation Models for Extended Objects

In this paper, we introduce a family of expressive models for qualitative spatial reasoning with directions. The proposed family is based on the cognitive plausible cone-based model. We formally define the directional relations that can be expressed in each model of the family. Then, we use our formal framework to study two interesting problems: computing the inverse of a directional relation and composing two directional relations. For the composition operator, in particular, we concentrate on two commonly used definitions, namely, consistency-based and existential composition. Our formal framework allows us to prove that our solutions are correct. The presented solutions are handled in a uniform manner and apply to all of the models of the family.     

基于粒度层次的方位关系推理

方位关系推理是空间推理的一个重要方面。本文主要研究的是方位关系推理的问题之一——基于层次的方位关系表示与推理。文中首先从区域间的覆盖关系出发，提出了基于空间粒度的层次划分方法；然后，从“点对象”和“矩形对象”两个方面研究了基于粒度层次的方位关系表示与推理方法，并给出了相应的推理算法。文中的推理实例验证了粒度划分与推理方法的可行性。     

基于力直方图的遥感图像中目标群间方位关系的建立

针对目标群间方位关系的建立,采用力直方图法,对所要处理的图像中目标群做一次全方位扫描,建立数据结构,可将各目标用于力直方图求解的有用信息一次取出,并建立目标群中各目标之间方位关系分布结构表示。最后,用多幅遥感图像验证了方法的可行性,证明了力的直方图法是一种用于表示目标间方位关系的有效方法。该方法一次可对多个目标进行处理,不必重复扫描,减少了计算量,便于对多个目标的把握,有效的掌握了目标群的整体分布特性,满足了同时对多目标图像处理的需求。     

装配空间关系形式表达

装配空间关系形式表达是实现产品装配空间语义查询、分析和装配序列规划的基础.结合机械产品装配的特点,对装配空间的拓扑关系和方向关系进行分析,提出空间拓扑的邻接关系、插入关系和分离关系;基于形态分类学和拓扑集描述逻辑理论,给出装配空间拓扑关系和方向关系相结合的装配空间关系的形式表达;通过三维实体边界几何处理,实现形式表达中原子关系的定义;基于形式表达语义的推理方法,自动建立复杂装配体之间空间关系,并且可以将自动标注的空间关系基于本体的RDF/XML文档输出.最后给出一个注射模装配空间关系自动标注及形式表达的实例,结果表明,文中提出的语义推理方法能较好地实现装配关系的形式表达.