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定性空间推理技术及应用研究

作　者: 郭平
导　师: 程代杰
学　校: 重庆大学
专　业: 计算机软件及理论
关键词: 定性空间关系表示定性空间推理空间知识库定性空间推理应用
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 502次
引　用: 24次
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内容摘要

RS 与 GPS 为空间信息的采集提供了技术支持, GIS 从定量的角度建立了空间信息处理与应用的理论和技术体系。但是, 空间信息是复杂的, 从量上来看是海量级的; 从种类上看不仅包含数值型、字符型, 还包括图形、图象等多种类型;并且空间信息间的相互联系是固有的。因此, 对空间信息仅进行定量的研究是不够的, 还必须从定性方面进行研究。结合定性推理、空间推理与人工智能产生的定性空间推理, 已成为人工智能的一个研究热点。不同于定性推理研究物理系统的结构、行为、功能及其相互联系,定性空间推理分析和处理的是人们对几何空间常识知识的认知; 不同于空间推理研究空间对象的建模、描述、表示及其关系的分析和处理, 定性空间推理面对的是空间对象的定性特征和定性关系。定性空间推理研究的是人类对几何空间中空间对象及其关系定性认知常识的表示与处理。本文研究的空间对象是二维空间的点、线、面, 研究内容是空间对象间的定性关系表示与推理。研究的定性关系是拓扑关系与方位关系, 推理研究包括组合表推理与层次结构推理。在对定性空间关系表示与推理进行深入分析的基础上, 本文进行了以下几方面的创新性研究。（1）空间拓扑关系表示以点集拓扑学和本体论为基础研究了空间拓扑关系表示方法。证明了 RCC、n-交集与分类不变量模型具有相同的 2 维空间区域拓扑关系分类能力; 证明了 4交集模型对于分类 2 维空间区域间拓扑关系的充分必要性, 从而将 3 种不同的研究方法统一起来。提出并证明了不同类型空间对象间的拓扑关系分类不变量, 完善了已有的研究成果。提出了对象交集模型的一般表示方法, 为获取更强的拓扑关系分类能力奠定了基础。从人类认知的角度提出了基于层次认知的拓扑关系分类方法 HBM。该方法它的分类能力不弱于 RCC 模型、 n-交集模型（4IM, 9IM, DE₄IM, DE₉IM）、分类不变量模型和 CBM 中的任意一种。（2）空间方位关系表示以空间投影模型为基础, 提出了符合人类认知的方位关系表示模型 D14。 D14比 D9 和 D13 模型具有更强的方位关系表示能力和认知合理性, 比 D169 更简单且使用更方便。以 2D 字符模型为基础, 提出了字符串模型, 获得了由一维字符投影序列判定空间方位关系的 14 条规则, 证明了字符串模型与 D14 有相同的空间方位关系分类 I<WP=6>重庆大学博士学位论文表示能力。（3）组合表及其推理技术给出了空间拓扑关系与方位关系组合表的融合方法、给出了相应的推理方法和推理算法使组合表推理的结果更准确。（4）层次表示及其推理技术给出了空间拓扑关系层次表示方法和推理方法, 给出了比路径约束满足算法更有效的空间约束满足问题推理求解算法。提出了空间覆盖层次结构, 给出了基于该结构的空间方位关系推理算法。（5）定性空间知识库及知识获取技术提出了一种定性空间知识库结构和从 GIS 空间数据库获取定性空间知识的方法和算法, 为定性空间推理应用奠定了基础。（6）定性空间推理应用对定性空间推理技术在 GIS 中应用的可行性进行了初步探索。本文的研究丰富和扩展了定性空间信息表示与处理理论, 拓展了定性空间推理的研究范围和定性知识工程的研究内容, 提供了一套建立定性空间推理系统的技术方法, 提供了一种定性与定量相结合的空间信息表示和处理方法, 为改进空间信息的分析处理能力提供了一条可行的途径。

全文目录

中文摘要  5-7
英文摘要  7-10
目录  10-13
缩略语  13-14
1 绪言  14-23
  1.1 定性空间推理的概念  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 空间关系定性表示  15-19
    1.2.2 定性空间推理  19-20
    1.2.3 定性空间推理系统  20
  1.3 应进一步的问题  20-21
  1.4 论文的主要内容  21-23
    1.4.1 论文的主要内容  21
    1.4.2 论文的结构  21-23
2 定性空间关系表示  23-69
  2.1 空间对象与空间关系  23-27
    2.1.1 几何学与变换  23-25
    2.1.2 空间对象  25-26
    2.1.3 空间关系  26-27
  2.2 空间对象拓扑关系表示  27-57
    2.2.1 RCC 模型  27-31
    2.2.2 n-交集模型  31-36
    2.2.3 分类不变量模型  36-48
    2.2.4 RCC n-交集与分类不变量关系研究  48-51
    2.2.5 CBM 表示方法  51-53
    2.2.6 层次认知模型研究  53-57
  2.3 空间方位关系表示  57-67
    2.3.1 方位及方位关系  57-60
    2.3.2 锥形模型  60
    2.3.3 投影模型  60-64
    2.3.4 字符串模型  64-67
  2.4 本章总结  67-69
3 组合表及其推理技术  69-81
  3.1 定性空间推理概述  69-70
  3.2 定性空间推理的模式与组合表  70-72
    3.2.1 定性空间推理的模式  70-72
    3.2.2 组合表  72
  3.3 拓扑关系组合表及推理  72-74
  3.4 方位关系组合表及推理  74-75
  3.5 融合组合表及融合推理研究  75-79
    3.5.1 融合组合表  76
    3.5.2 融合推理  76-79
  3.6 本章总结  79-81
4 定性层次推理技术  81-104
  4.1 基于层次的拓扑关系推理  81-84
  4.2 空间拓扑关系约束满足问题  84-92
  4.3 方位关系层次表示与推理  92-102
  4.4 本章总结  102-104
5 定性知识库及知识获取  104-120
  5.1 定性空间知识库系统结构  104-105
  5.2 定性空间知识库结构  105-107
    5.2.1 规则库结构  105-106
    5.2.2 环境知识库结构  106-107
  5.3 GIS 空间数据库的数据管理  107-110
    5.3.1 GIS 空间数据模型与空间数据结构  107-109
    5.3.2 GIS 中数据分层管理  109-110
  5.4 获取 GIS 空间数据库中的定性知识  110-115
    5.4.1 基本空间关系集  110-113
    5.4.2 获取环境中的拓扑关系  113-115
    5.4.3 获取环境中的方位关系  115
  5.5 空间定性知识获取示例  115-118
  5.6 本章总结  118-120
6 定性空间推理在 GIS 中的应用  120-131
  6.1 GIS 的空间查询任务和分类  120-121
  6.2 基于完全环境知识库的查询  121-124
  6.3 基于部分环境知识库的查询  124-127
  6.4 层次推理技术在空间查询中的应用  127-129
  6.5 本章总结  129-131
7 结束语  131-133
  7.1 本文的主要结论  131-132
  7.2 需要进一步研究的问题  132-133
致谢  133-134
参考文献  134-144
攻读博士学位期间发表的论文  144-146
攻读博士学位期间参与的科研项目  146-148
附录:组合表扩充组合表融合组合表  148-160

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