定性方向关系模型研究进展

空间关系形式化模型的发展是空间推理、地理信息系统(GIS)、机器人导航等领域的一个非常重要的研究内容,近年来受到相关领域研究者的极大重视。空间对象的方向关系模型的研究已经取得了一定的进展。本文介绍了近年来空间对象的方向关系形式化模型的主要研究内容、研究方法和研究进展,对已有的方向关系模型做了比较,并探讨了目前存在的问题和今后的发展方向。     

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.     

一种模糊区域的拓扑关系模型

空间区域拓扑关系建模是空间推理、地理信息系统(GIS)和计算机视觉等领域一个非常重要的主题，模糊区域的拓扑关系建模正日益受到相关领域研究者的重视，在分析现有模型的基础上，提出了一种模糊区域的拓扑关系模型，该模型利用模糊集来表示模糊区域，通过三个谓词的真值来判断区域间的拓扑关系，将分明区域作为特例统一处理，根据谓词的多种真值能够实现多层次上的拓扑关系分析．     

模糊栅格区域的层次拓扑关系模型

空间区域拓扑关系建模是空间推理和地理信息系统(GIS)等领域的一个主要研究内容，近年来模糊空间区域建模及其拓扑关系分析显现出越来越重要的作用．根据栅格数据模型下模糊区域的特征和实际应用领域中拓扑关系分析的特点，提出了一种模糊栅格区域的层次拓扑关系模型，该模型利用3个谓词的真值来分析栅格区域间的拓扑关系，将分明栅格区域作为特例统一处理，能够根据谓词的多种真值实现模糊栅格区域在多个层次上的拓扑关系分析．该模型表达能力强、易于实现，并且在实际应用中得到了令人满意的结果．     

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。     

基于区域伸缩的空间关系研究与实现

区域连接演算(RCC)是空间推理的重要基础理论之一,它只能粗略地描述空间拓扑关系,难以描述除拓扑关系之外的其他空间关系,如距离和方向。在RCC理论的基础上,引入2个对区域的演算函数,即区域延伸和区域收缩,给出一种以区域为单位的形式化的度量方法。在RESC理论的基础上,利用栅格区域法应用简单和易于实现的特性,准确地得出区域间的空间关系。     

基于区域伸缩的空间关系表示

区域连接演算(RCC)是定性空间推理的重要基础理论之一.但由于缺乏必要的度量,RCC只是粗略地描述空间拓扑关系而难以对其更准确地描述,也难以利用RCC描述除拓扑关系之外的其它空间关系,如距离、方向等.本文在RCC理论的基础上,提出了区域伸缩演算(RESC).RESC增加了一个全等CG的原始空间关系,引入了两个新颖的对区域的演算函数,即区域延伸和区域收缩,从而给出了一种以区域为单位的形式化的度量方法.利用RESC,不仅可以扩展RCC-8拓扑关系,而且能以灵活多样的粒度来描述区域间的距离关系、方向关系、位置关系以及运动关系.RESC增强了RCC的空间关系表示能力,拓展了RCC理论的适用范围.     

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.     

基于Flou集的模糊区域拓扑关系度量

针对模糊区域的表示和拓扑关系的度量问题,利用Flou集描述模糊区域,不仅符合人们用分明集合描述模糊区域范围的认知习惯,而且适用于对高阶模糊的情形进行描述.为此,在基于Flou集的模糊区域表示模型的基础上,给出2个模糊区域间拓扑关系的度量描述,刻画2个模糊区域属于5种基本拓扑关系的程度,该模糊区域可应用于空间信息查询和空间推理等领域.     

凹形区域和带单洞区域间拓扑关系的表示

现有空间拓扑关系模型多针对同种类的空间对象进行处理,在实际应用中具有一定的局限性.本文在4-交集模型的基础上,通过扩展4-交集矩阵,对凹形区域和带单洞区域间的拓扑关系进行了表示,得到凹形区域和带单洞区域间161种拓扑关系,并给出前10种拓扑关系的示意图.提出算法,并通过程序验证161种拓扑关系均可实现.证明所获得的161种基本关系的完备性和互斥性,通过与相关工作的比较可知该表示模型比其它相关模型表达力更强.     

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.     

Multi-level Topological Relations Between Spatial Regions Based Upon Topological Invariants

Topological relations have played important roles in spatial query, analysis and reasoning. In a two-dimensional space (IR²), most existing topological models can distinguish the eight basic topological relations between two spatial regions. Due to the arbitrariness and complexity of topological relations between spatial regions, it is difficult for these models to describe the order property of transformations among the topological relations, which is important for detailed analysis of spatial relations. In order to overcome the insufficiency in existing models, a multi-level modeling approach is employed to describe all the necessary details of region–region relations based upon topological invariants. In this approach, a set of hierarchically topological invariants is defined based upon the boundary–boundary intersection set (BBIS) of two involved regions. These topological invariants are classified into three levels based upon spatial set concept proposed, which include content, dimension and separation number at the set level, the element type at the element level, and the sequence at the integrated level. Corresponding to these hierarchical invariants, multi-level formal models of topological relations between spatial regions are built. A practical example is provided to illustrate the use of the approach presented in this paper.

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.     

利用简化9交模型进行三维拓扑分析

针对点、线、面和体等简单空间对象提出新的否定规则，对9交模型进行了简化．利用简化后的9交模型，仅需分析4组相交关系即可得出实际拓扑关系．在此基础上构建了拓扑关系推导表，可进一步分析复合空间对象之间的拓扑关系，并以线与体之间拓扑关系为例讨论了算法实现．与已有的算法相比，该算法能分析更为复杂的空间对象之间的拓扑关系．     

地理信息系统中空间对象间拓扑关系的推理

首先讨论了地理信息系统中空间对象的空间数据模型,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,并给出了空间对象拓扑关系的推理算法.最后,将模糊技术与空间对象之间的拓扑关系的推理算法结合起来,使其可以方便地处理地理信息系统中的模糊性和不确定性.     

拓扑关系形式化描述的基本问题与研究进展

拓扑关系是GIS中空间目标之间最基本也是最重要的关系之一,在GIS空间数据建模、空间查询、空间分析、空间推理、制图综合等过程中起着重要的作用。该文首先介绍了不同的空间数据模型中拓扑信息的表达模式,然后重点回顾和评述了拓扑关系的建模方法以及拓扑关系形式化模型,并探讨了目前研究中存在的问题和有待进一步研究的工作。     

GIS面目标间空间关系的集成表达方法

以面目标为研究对象,采用分解与组合的研究策略,提出了一种集成两个面目标间各种类型空间关系信息的表达方法。在该方法中,首先将空间关系分类为拓扑关系、方向关系和距离关系。针对每一类关系,分解为局部拓扑关系(即交分量类型)、局部方向关系和局部距离关系。其中局部方向关系和局部距离关系是根据相邻局部拓扑关系进行定义的。然后对这些局部关系进行区分,并按照一定顺序进行组合,从而建立一个集拓扑、方向和距离为一体的空间关系表达框架。最后,给出了各种类型空间关系信息集成表达的实现方法,通过实验例证了所提方法的可行性。     

一种基于Hadoop的高效空间拓扑关系判定方法

互联网数据规模增长迅速,作为判定位置相关性的空间分析方法在互联网数据分析中得到广泛应用,空间拓扑关系判定是空间分析算法的重要基础。考虑到互联网数据的海量规模,采用传统方法的空间拓扑关系判定已远超出当前系统的处理能力。文中以分层法和二分查找法为基础提出了一种判定海量地理坐标与给定区域空间拓扑关系的高效判定算法,并结合Hadoop/Hive平台对算法进行优化。实验结果表明该方法可高效实现对海量空间数据的拓扑关系判定,并在算法精度上具有与ESRI传统算法相媲美的结果。