地理信息系统中时空拓扑关系计算表达

针对TGIS时空对象,建立了基于时段时空数据模型,根据9交模型以及基于时段的时间表示方法,定义了TGIS时空对象时空拓扑关系模型,利用代数方法给出了时空拓扑关系计算的规则.能有效地重建时空数据的历史状态,跟踪时空数据的变化,处理一切基于时间的查询,实现对TGIS时空对象时空拓扑关系的计算.     

宗地时空拓扑关系表达与判别

时空拓扑关系对时空变化语义分析和时空推理具有重要意义。根据地理信息特征,定义了三维欧氏空间里时空体和时空对象,阐述了时空拓扑关系的涵义,包含时间、位置、状态、事件等之间的拓扑关系。利用4I模型描述时空拓扑关系。以宗地缩小、扩充、分割、合并、部分占用、边界调整等几种不同变更类型为例,分析了宗地变更前后可能的时空拓扑关系,归纳出其必须满足的6个一般性推论,给出应用的具体实例。结果表明,基于时空拓扑关系可隐式地判别出2个宗地时空对象之间是否存在父子关系,及可能的变更操作语义类型。     

连续和离散统一的动态场模型扩展研究

为支持对空间现象的分布连续性和时间动态性的表达,实现在数据库中对场数据进行统一存储和时空查询分析,提出解析式结构表达连续场和矩阵结构表达离散场的统一动态场模型,并在空间数据库中实现其类型和操作扩展,支持连续和离散动态场的统一表达、管理、访问及时空查询分析,支持二者的相互转换,实现场模型数据和对象模型数据的一体化处理。实例研究表明该模型及其数据库扩展很好表达时空现象并支持场数据的空间数据库管理和时空查询。     

连续和离散统一的动态场模型扩展研究

为支持对空间现象的分布连续性和时间动态性的表达,实现在数据库中对场数据进行统一存储和时空查询分析,提出解析式结构表达连续场和矩阵结构表达离散场的统一动态场模型,并在空间数据库中实现其类型和操作扩展,支持连续和离散动态场的统一表达、管理、访问及时空查询分析,支持二者的相互转换,实现场模型数据和对象模型数据的一体化处理。实例研究表明该模型及其数据库扩展很好表达时空现象并支持场数据的空间数据库管理和时空查询。     

精细拓扑结构表示与深度特征融合在多目标图像检索中的应用

空间信息表示是增强图像特征表达性能的重要手段,通过空间关系建模与深度学习方法融合可有效提升深度特征的语义特性,从而提升图像检索性能.首先,针对复杂图像的空间关系表示提出了一种新的精细拓扑结构表示模型,该模型不仅具有完备的拓扑描述性能,还提供了两种拓扑不变量的推理算法,使得拓扑不变量可以由表示模型直接推导而不需要繁复的几何计算;其次,基于精细拓扑结构表示模型,提出了有效的拓扑结构相似性度量方法,为空间关系特征表达奠定了基础;最后,进一步结合卷积神经网络,提出融合复杂空间关系特征与深度特征的多目标图像检索方法.实验结果表明,所提出的拓扑结构表示模型在空间查询中具有良好的性能;所提出的图像检索框架取得优于现有方法的精度,并能够有效地结合手工特征与深度特征各自的优势,为提升深度学习方法的可解释性创造了有利条件.     

一种基于对象快照模型的时空查询原子模型

基于对象快照模型, 在分析时空对象最基本时空特征的基础上, 定义时间范围、空间范围、时空范围、时间关系、空间关系和属性状态6 个基本查询元素。在此基础上, 以时间为主轴, 定义原子查询类型, 并提出基于原子类型构造新类型的方法。对基本元素和原子查询的定义不涉及应用级语义, 使其具有良好的系统性和适应性; 同时具有明确的GIS 表达, 使其具备可实现性。研究成果可以作为时态GIS 中时空查询接口实现的基础和依据。     

基于移动点对象和事件的宗地时空变化表达

地籍管理中核心要素宗地的几何空间和属性信息具有典型的时空特性.以往宗地时空变化的研究主要集中在表达宗地的某一方面,对宗地所有属性和几何空间信息时空变化的表达需要加强.同时,移动对象理论在表达宗地时空变化的研究与应用还没有,且在表达多个对象间同步变化时仍需进一步研究.针对这2个问题,分析了宗地时空变化的类型,提出了基于移动点对象的单个宗地几何空间和属性(单一属性和权属)信息时空变化表达方法以及基于事件的多个宗地间时空变化表达方法,并研发了地籍宗地时空管理原型系统,验证了文中提出理论方法的可行性和有效性.     

空间动态模型建模方法

GIS支持空间动态模型的关键是空间动态过程的计算和表达。对空间动态模型进行了形式化分析,给出了空间 时间离散状态表达、空间交互过程和时间反馈控制方法的理论描述。基于空间动态模型理论方法,对GIS地图代数进行了扩展,增加了表达空间动态系统的过程和关系（流）的数据模型和操作元语,并使用软件组件技术实现了支持空间动态模型的GIS组件—DynamicGC。该组件基于微软组件对象模型（COM/DCOM）实现,可支持 VB、Dephi、Visual C++ 等通用开发环境,也支持 VBA、VBSCRIPT、JAVASCRIPT 等脚本语言环境,为空间动态模型的建模语言提供了丰富的选择余地。作为该组件创建动态过程模型的应用实例,使用VBA创建了经典的“生命游戏”的元胞自动机模型。     

基于4FS的状态——事件时空数据模型

由于时空数据呈指数产生,研究问题具有多样性和不确定性,在地学时空数据的存储、表达和分析研究基础上提出面向地学的4FS的状态——事件时空数据模型。模型采用面向对象与面向过程相结合的方式,以面向对象表达时空数据,以面向过程表达时空变化关系。空间数据由几何特征、空间关系、专题属性、驱动事件四特征(4F)表达。时空数据对象由四特征序列(4FS:几何特征序列、空间关系序列、专题属性序列、驱动事件序列)表达。时空变化关系则通过改进状态——事件模型,增强事件语义,以面向过程结构表达。通过对时空数据表达、时空变化表达、时空对象检索进行论述与实现,突出表达此时空数据模型在完整表达时空语义、因果关系和数据检索效率等方面的优点。     

制图综合中空间关系相似度的集成表达

基于空间关系的概念邻域,研究了空间实体多尺度表达中空间关系变化程度的比较和计算问题.首先从数字景观多尺度表达的角度对空间关系包含的拓扑关系、方位关系、距离关系分别建立了具有适当空间关系分辨率的概念邻域结构,其次,基于已建立的空间关系概念邻域给出了多尺度对象空间关系差异程度的集成表达和度量方法,从而得出了空间关系相似度的计算公式,最后结合实验数据的分析和计算,证明了该空间关系相似度集成表达模型和计算方法的合理性及适用性.     

现有时空数据模型的研究

阐述了时空数据建模的主要定义,分析了时空数据库领域的建模需求,包括时态语义、空间语义、时空语义和查询能力．通过对各模型在时空领域中实际应用的研究,重点比较了现有时空数据模型在这4个需求方面的能力表现,并对模型做出评价．结果表明,面向对象数据模型和移动对象数据模型在时空对象的表达上体现了较强的能力．     

地籍管理信息系统中宗地数据的时空组织与查询研究

时态信息是地理信息系统（GIS）中信息的重要一维，时态地理信息系统（TGIS）已成为当前国际GIS研究的热点。在地籍管理工作中，空间对象的历史状态和引起状态变化的相关事件等数据作为重要的存档资料都应当加以保存。在简要介绍了时态地理信息系统和时空数据模型之后，以地籍管理信息系统中的时态数据的管理来讨论适合实际地籍管理的宗地时空数据组织和查询。第一部分分析了宗地变更的基本类型，主要讨论了空间物体形态的变化，一般分为宗地合并、宗地分割和复杂变化。接着在第二部分则描述了宗地变化的时空拓扑关系－空间相关性（spatio-overlap）和时间相接性（time-meet）。第三部分在不改变原有的数据库的存储结构的条件下，运用基态修正法，通过定义时态对象来构造宗地数据时空模型，据此在宗地层区分现状层和历史层来对时态数据进行数据组织。在第四部分，根据宗地数据的时空变化类型和时空拓扑关系，设计了查询算法进行宗地空间数据的时态查询，并提供了查询算法的关键代码。最后，我们以某市旧城改造的实验数据进行了验证，实践表明运用该方法可以有效地对时态数据进行快照查询和任意宗地进行时态跟踪和搜索。     

Are topological relations dependent on the shape of spatial objects?

Topology is normally considered as independent of shape of spatial objects. This may not necessarily be true in describing relations between spatial objects in GIS. In this paper, we present proof that the topological relations between spatial objects are dependent on the shape of spatial objects. That is, that the topological relations of non-convex sets cannot be deformed to the topological relations of convex sets. The significant theoretical value of this paper is on its findings that topology of spatial objects is shape dependent. This indicates that when we want to describe topological relations between spatial objects in GIS, both topology and the shape of objects need to be considered. As a result, spatial data modeling, query and analysis based on the existing understanding of topology of spatial objects may need re-assessed.     

An efficient selectivity estimation method for spatial query optimization with topological relationships

Many commercial database systems maintain histograms to summarize the contents of relations and permit the efficient estimation of query result sizes and the access plan cost. In spatial database systems, most spatial query predicates are consisted of topological relationships between spatial objects, and it is very important to estimate the selectivity of those predicates for spatial query optimizer. In this paper, we propose a selectivity estimation scheme for spatial topological predicates based on the multidimensional histogram and the transformation scheme. Proposed scheme applies two-partition strategy on transformed object space to generate spatial histogram and estimates the selectivity of topological predicates based on the topological characteristics of the transformed space. Proposed scheme provides a way for estimating the selectivity without too much memory space usage and additional I/Os in most spatial query optimizers.     

An efficient selectivity estimation method for spatial query optimization with topological relationships

Many commercial database systems maintain histograms to summarize the contents of relations and permit the efficient estimation of query result sizes and the access plan cost. In spatial database systems, most spatial query predicates are consisted of topological relationships between spatial objects, and it is very important to estimate the selectivity of those predicates for spatial query optimizer. In this paper, we propose a selectivity estimation scheme for spatial topological predicates based on the multidimensional histogram and the transformation scheme. Proposed scheme applies twopartition strategy on transformed object space to generate spatial histogram and estimates the selectivity of topological predicates based on the topological characteristics of the transformed space. Proposed scheme provides a way for estimating the selectivity without too much memory space usage and additional I/Os in most spatial query optimizers.     

时空数据模型的初步设计

时空数据库用于模拟和查询位置或形状随时间改变的移动对象。提出了用于表示移动对象的时空数据类型和扩展数据类型。并在此基础上,对时空操作符也作了相应的概括。该数据模型便于实现,并能较好地支持时空查询。     

基于地理标识语言的空间数据查询模式与实现

提出了基于地理标识语言（GML）的地籍和房产空间对象模型,并以此探讨了基于可扩展标识语言（XML）的地籍空间对象及其关系的查询模式,给出了基于XQuery的查询实现方法．开发了一个采用JAVA、文档对象模型（DOM）、简单应用程序接口（SAX）和XQuery的空间数据管理应用平台,验证了本文提出的基于GML的空间对象模型和基于XQuery实现查询XML地籍空间数据与空间关系的可行性．     

海船监控调度系统中时态问题研究

时空数据库是时态GIS的组织核心，时空数据模型是时空数据库的理论基础．以海上船舶监控调度系统为例，分析了时空数据、时空数据模型的特点和时态关系，研究了时空数据建棋思路．进而设计了针对移动目标的时空数据库模型，并实现了海船监控调度系统中移动目标信息的表达和时空数据的查询和表现．