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空间相似性理论与计算模型的研究

作　者: 丁虹
导　师: 郭庆胜
学　校: 武汉大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 空间关系 空间方向相似性 空间拓扑相似性 语义相似性 空间场景相似性
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


空间相似性是GIS的重要理论问题,目前国内外对空间相似性研究得较少,造成这种结果的一个原因主要是相似性的可计算性差,另一个原因是研究相似关系目的是揭示较深层次上的信息,需要复杂分析,而有些分析是较难计算的。但是,进行空间相似性分析,能更好地对空间目标进行抽象、合并和检索,所以有必要进行深入研究。本文就空间相似性理论与计算模型进行研究,引入本体论和空间认知的思想,深入分析了与空间方向相似性、空间拓扑相似性、空间语义相似性和空间场景相似性有关的理论基础,并建立计算模型,力争得到一个较为完整的空间相似性计算模型,为空间相似性在实际问题中得以应用提供理论依据和计算模型。 空间关系通过一定的数据模型来描述,能表达具有一定位置、属性和形态的空间目标之间的相互关系,它是指空间目标之间在一定区域上构成的与空间特性有关的联系。本文讨论的空间关系包括空间方向关系、空间距离关系和空间拓扑关系。空间方向关系是空间关系中的一个考虑因素,对空间方向的描述分为定量描述和定性描述,定量描述就是用方位角或象限角等比率量标(Ratio)数据精确地给出目标间的空间方向关系值,定性描述是用有序尺度数据(Ordinal)概略描述方向关系。空间方向是指两个空间目标之间的相对方向,当一个目标相对于参考目标向不同方向移动后,这两个目标之间的空间方向关系同移动前相比就发生了变化,前后两个空间方向关系就有差别,反之,它们之间空间方向关系也就有相似性,这一点在地图综合的空间关系维护中有充分体现。 空间数据模型研究的核心是如何在描述空间物体形态时,尽可能地保留空间物体间的拓扑关系信息。空间度量变化和尺寸减少都与形状的简化有关,而空间拓扑关系变化与部分目标或目标中一部分的删除、合并以及维数的变化有关。很多地图综合算法主要关心几何简化而忽视了这些空间目标的拓扑特性和拓扑关系,但是,在简化过程中这些拓扑特性和拓扑关系应该尽可能地被保持。这就涉及到空间拓扑关系相似性问题,也是本文所研究的。 在GIS中,语义相似性评价相当重要,大量的数据使信息检索和综合成为目前地理信息系统的基本成分。我们要用更好的信息检索和综合机制来提高地理信息系统的可用性,从而获取用户期望的系统检索信息。语义相似性主要应用于空间抽象和空间目标合并,其研究对于地理现象分类很有帮助,可以通过语义形式化提高地理信息的可用性,人们通过语义相似性量算可用熟悉的地理空间描述不熟悉的地理空间,所以我们有必要对语义相似性进行深入地研究。 空间区域内会存在多个空间目标,多种空间关系会同时影响人们对空间的认识。在地图综合中,不同综合方法产生的图形有时会不相同,那么哪些取舍是合理的?一个重要的指标是综合后的图形要与原图相似,如何判断两个相比较的图形之间的这种相似程度,这就要对空间场景相似性进行研究分析。 本文在分析了与论文相关领域研究现状后,详细地阐述了空间相似性理论基础,并对相应计算

全文目录


摘要  4-7
Abstract  7-13
第一章 绪论  13-23
  1.1 空间分析  13-14
  1.2 空间关系的定义与分类  14-15
  1.3 相似关系与自相关、聚类、等价性、一致性、相关关系之间的区别  15-17
  1.4 空间相似性的主要研究内容  17-20
    1.4.1 空间相似性在GIS中应用的国内外研究动态  17-18
    1.4.2 研究目的、意义和方法  18-19
    1.4.3 空间相似性在GIS研究中面临的挑战  19-20
  1.5 本文研究内容及论文组织  20-23
    1.5.1 研究目标  20
    1.5.2 研究动机  20
    1.5.3 研究成果  20-21
    1.5.4 论文组织  21-23
第二章 空间相似性的理论基础及其特性  23-36
  2.1 本体  23-26
    2.1.1 本体论的哲学基础  23
    2.1.2 本体的概念及应用  23-25
    2.1.3 GIS中的本体论  25-26
  2.2 空间认知的方法和应用  26-30
    2.2.1 认知和认知科学  26-27
    2.2.2 空间认知  27-28
    2.2.3 认知地图  28-30
  2.3 空间相似性  30-35
    2.3.1 相似性的特性  30-31
    2.3.2 相似性在多学科中的应用  31-33
    2.3.3 空间相似性  33-34
      2.3.3.1 空间关系中对象的定义  33-34
      2.3.3.2 空间相似性的定义  34
    2.3.4 主要评价方法与应用领域  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 空间方向相似性研究  36-61
  3.1 空间方向关系描述  36-39
    3.1.1 空间方向定义  36
    3.1.2 几种空间方向关系描述方法  36-39
  3.2 基于栅格数据特征的空间目标之间的方向关系  39-51
    3.2.1 面状和面状目标之间的空间方向  40-43
    3.2.2 线状和面状目标之间的空间方向  43-45
    3.2.3 点状和面状目标之间之间的空间方向  45-48
    3.2.4 线状和线状目标之间的空间方向  48-49
    3.2.5 点状和线状目标之间的空间方向  49-51
    3.2.6 点状和点状目标之间的空间方向  51
  3.3 面状目标空间方向相似性的定义与计算  51-56
    3.3.1 Goyal提出的面状目标空间方向相似性计算方法介绍  51-53
    3.3.2 基于栅格数据特征的面状目标空间方向相似性计算  53-55
    3.3.3 基于面状目标质心角度变化的空间方向相似性计算  55-56
  3.4 面状目标和线状目标间的空间方向相似性计算  56-58
  3.5 多尺度下的空间方向相似性研究  58-60
  3.6 本章小结  60-61
第四章 空间拓扑关系相似性研究  61-81
  4.1 两种不同类型的拓扑关系之间的相似性  62-68
  4.2 基于元空间关系的面状目标拓扑关系相似性  68-77
    4.2.1 元空间拓扑关系的建立  68-69
    4.2.2 两种不同的组合推理方法  69-75
    4.2.3 基于元空间关系的面状目标拓扑相似性研究  75-77
  4.3 相同拓扑关系类型的两个拓扑关系图之间的相似性分析  77-80
  4.4 本章小结  80-81
第五章 语义相似性研究  81-96
  5.1 本体之间的语义关系  81-82
    5.1.1 本体描述空间信息语义  81-82
    5.1.2 两个本体之间的语义关系  82
  5.2 语义相似性特点的分析  82-83
  5.3 语义相似性评价模型和相关概念  83-86
    5.3.1 语义相似性评价模型  83-84
    5.3.2 WordNet中的语义关系  84
    5.3.3 GIS中语义关系  84-85
    5.3.4 语义相似性的含义  85-86
  5.4 语义相似性量算方法  86-92
    5.4.1 以Tversky集合论为基础的特征语义相似性量算  86-88
    5.4.2 空间尺度问题  88-89
    5.4.3 名义量度的语义相似性量算  89-90
    5.4.4 非名义量度的语义相似性量算  90-91
    5.4.5 综合考虑几种量度的语义相似性量算  91-92
  5.5 语义相似性的应用  92-95
    5.1.1 信息检索  92
    5.5.2 信息综合  92-93
    5.5.3 在地图比较中的应用  93
    5.5.4 在GIS数据库中的应用  93
    5.5.5 在相似性推理中的应用  93
    5.5.6 在地理空间目标分类中的应用  93-94
    5.5.7 在空间抽象和综合中的应用  94-95
  5.6 本章小结  95-96
第六章 空间场景相似性研究  96-124
  6.1 空间距离相似性的计算  96-98
  6.2 空间场景的相似性研究  98-112
    6.2.1 空间场景的相似性  98-100
    6.2.2 空间场景相似程度计算方法  100-102
    6.2.3 改进的空间场景相似程度计算方法  102-112
  6.3 空间相似性在地图比较中的应用  112-121
    6.3.1 地图比较的含义  112-113
    6.3.2 地图比较的统计方法  113-115
    6.3.3 地图比较的模糊集方法  115-116
    6.3.4 空间相似性在地图比较中的应用  116-121
  6.4 地图合并和综合中的空间相似性  121-123
    6.4.1 地图合并中的空间相似性  121-122
    6.4.2 地图综合中的空间相似性  122-123
  6.5 本章小结  123-124
第七章 结论与展望  124-127
  7.1 全文总结  124-125
  7.2 研究展望  125-127
参考文献  127-137
附录：攻读博士学位期间的主要科研工作  137-138
后记  138

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 一般性问题 > 测绘数据库与信息系统
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