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多源地理空间矢量数据融合理论与方法研究

作　者: 郭黎
导　师: 崔铁军
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 地理空间矢量数据融合多源空间数据多源空间数据集成几何匹配语义匹配匹配策略
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 650次
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内容摘要

随着GIS的应用日益广泛,各行业对空间数据的需求越来越大。由于不同的业务内容存在巨大差异,对地理空间数据的需求也不尽相同,各部门通常针对本行业的需要,对同一地区同一比例尺的空间数据采用不同的数据源、不同的空间数据标准、特定的数据模型和特定的空间物体分类分级体系进行重复采集。这不仅造成了人力、财力的巨大浪费,还引发了空间数据的多种差异。因此,地理空间数据共享成为目前地理信息科学研究热点之一。但是,地理空间数据的需求不断变化,生产新的地理空间数据是地理信息产业发展的主题。本文深入研究了从不同数据源,不同数据精度和不同数据模型的地理空间数据中抽取所需要的信息,按照用户新的应用需求构建新的空间数据的地理空间矢量数据融合理论和方法,这不仅能降低地理数据的生产成本,加快现有地理信息更新速度,对提高现有地理空间数据质量也具有重要的意义。论文主要内容如下:(1)论文给出了地理空间矢量数据融合的概念及研究范畴、分析了研究现状,指出了存在的主要问题,建立了地理空间矢量数据融合的数据集成、同名实体匹配与识别、几何数据与属性数据融合的框架和流程。(2)深入分析了多源地理空间数据产生的原因。从空间实体或现象本身不确定性、人类认知表达能力的局限性、空间实体或现象观测的误差、计算机表达地理对象的局限性和空间数据操作产生的误差等方面详细分析了多源地理空间数据产生的客观和主观原因,这对空间数据共享、集成和融合来说,具有重要理论价值。(3)从空间基准、数据模型和语义编码三个方面分析了多源地理空间数据集成的内容。研究了数据交换、直接数据访问、空间数据互操作、基于本体的地理空间数据集成四种模式的空间数据集成的方法。(4)从空间关系理论出发,提出了地理空间矢量数据的顺序、双向和并行的多种数据匹配策略,解决了一对一、一对多、多对一、特别是多对多空间实体匹配的难题;总结了拓扑空间关系数学模型和点、线、面实体匹配的几何度量指标;改进了点结构“蜘蛛编码”匹配的算法;提出了基于面积迭置率的数据匹配算法和匹配思路,解决了多对多的面实体匹配的问题;根据地理空间方向关系描述方法,提出了栅格环境下基于方向关系矩阵模型的空间目标方向相似性计算方法和尺寸与形状相似和不相似情况下的计算模型,给出面状实体匹配结果;根据本体匹配基本理论,提出了语义相似度计算方法。(5)以同一地区数字地形图和数字海图融合为例,验证了论文提出的空间矢量数据的融合模型和算法。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章概述  12-27
  1.1 问题提出与研究意义  12-13
  1.2 多源地理空间数据  13-17
    1.2.1 地理空间数据  13-16
    1.2.2 地理空间数据特点  16-17
    1.2.3 多源地理空间数据  17
  1.3 多源地理空间数据融合概念  17-21
    1.3.1 地图制图资料整合  17-18
    1.3.2 数据融合概念  18-19
    1.3.3 地理空间栅格数据融合  19-20
    1.3.4 地理空间矢量数据融合  20-21
  1.4 矢量数据融合的国内外研究现状及存在问题  21-25
    1.4.1 国外研究现状  21-23
    1.4.2 国内研究现状  23-24
    1.4.3 存在问题  24-25
  1.5 论文的主要内容和组织  25-27
第二章多源地理空间数据产生根源  27-37
  2.1 空间实体或现象本身不确定性  27-28
  2.2 人类认知表达能力的局限性  28-31
    2.2.1 人类对空间实体或现象认知能力局限性  28
    2.2.2 人类对地理对象表达能力的局限性  28-31
  2.3 空间实体或现象观测的误差  31-32
    2.3.1 仪器误差  31-32
    2.3.2 测量人员的误差  32
    2.3.3 外界条件  32
  2.4 计算机表达地理对象的局限性  32-34
    2.4.1 计算机对地理对象表达方法  32-33
    2.4.2 计算机对地理对象的抽样表达  33-34
    2.4.3 不同数据模型对地理对象近似表达  34
  2.5 空间数据处理与操作产生的误差  34-35
    2.5.1 计算机数据处理误差  34-35
    2.5.2 地图数字化误差  35
    2.5.3 空间分析的不确定性  35
  2.6 本章小结  35-37
第三章地理空间矢量数据融合的框架  37-44
  3.1 地理空间矢量数据融合的框架流程  37-38
  3.2 地理空间矢量数据集成  38-39
  3.3 地理空间矢量数据融合  39-42
    3.3.1 地理空间要素选取原则  39-40
    3.3.2 地理空间矢量数据融合  40-42
  3.4 本章小结  42-44
第四章多源地理空间数据集成内容与方法  44-62
  4.1 空间基准的统一  44-48
    4.1.1 坐标系统的统一  44-46
    4.1.2 投影变换  46-47
    4.1.3 高程基准的统一  47-48
  4.2 数据模型的统一  48-51
    4.2.1 制图数据模型  48-49
    4.2.2 拓扑关系数据模型  49
    4.2.3 面向实体数据模型  49-50
    4.2.4 面向对象数据模型  50
    4.2.5 统一数据模型设计  50-51
  4.3 地理空间数据语义编码的统一  51-52
  4.4 多源地理空间数据集成的传统方法  52-54
    4.4.1 外部数据交换模式  52-53
    4.4.2 直接数据访问模式  53
    4.4.3 空间数据互操作模式  53-54
  4.5 基于本体的地理空间数据集成方法  54-61
    4.5.1 地理本体及地理本体建模  54-55
    4.5.2 基于地理本体的空间数据集成方法研究  55-57
    4.5.3 水系本体的建立与集成示例  57-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章多源地理空间矢量数据中同名实体识别  62-105
  5.1 基于空间关系的同名实体识别  62-94
    5.1.1 基于拓扑关系同名实体识别  62-78
    5.1.2 基于度量关系同名实体识别  78-85
    5.1.3 基于方向关系同名实体识别  85-94
  5.2 基于本体的同名实体语义匹配  94-101
    5.2.1 本体异质  94-96
    5.2.2 本体匹配的概念  96-97
    5.2.3 本体匹配基本理论  97-98
    5.2.4 语义相似度计算  98-101
    5.2.5 实例分析  101
  5.3 同名实体匹配策略  101-104
    5.3.1 顺序匹配  102
    5.3.2 双向匹配  102-104
    5.3.3 并行匹配  104
  5.4 本章小结  104-105
第六章数字地形图和海图融合  105-118
  6.1 数字地形图和海图数学基础的统一  105-106
    6.1.1 空间基准的统一  105
    6.1.2 高程/探度基准的统一  105-106
    6.1.3 投影方式的统一  106
    6.1.4 数据分幅的统一  106
  6.2 数字地形图和海图数据模型的统一  106-109
    6.2.1 数字海图数据模型  107
    6.2.2 数字地形图数据模型  107
    6.2.3 数字地形图和海图数据模型的统一  107-109
  6.3 数字地形图和海图属性编码的统一  109-110
  6.4 数字地形图和海图数据融合策略  110-111
    6.4.1 非海岸线数据融合策略  110
    6.4.2 海岸线数据融合策略  110-111
  6.5 数字地形图和海图融合系统  111-117
    6.5.1 系统平台概述  111
    6.5.2 集成平台  111-112
    6.5.3 数据处理平台  112-113
    6.5.4 融合平台  113-115
    6.5.5 海陆图融合结果  115-117
  6.6 本章小结  117-118
第七章结论与展望  118-120
  7.1 论文总结  118-119
  7.2 展望  119-120
参考文献  120-125
作者简历攻读博士学位期间完成的主要工作  125-126
致谢  126

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