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空间相似性理论与计算模型的研究

丁虹  
【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


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