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空间关系推理的知识表示与推理机制研究

曹菡  
【摘要】:人类赖以生存的地球表层是一个空间环境,空间推理是人类认知世界的一项基本活动。空间推理在地理信息系统(GIS)及其相关领域有着广阔的应用前景,成为GIS基础理论研究的一个重要方面。长期以来,人们一直在不断探索以计算机为主体的空间推理方法,这意味着计算机必须具有人类的空间感知、空间认知、空间表达、逻辑推理、在空间环境中学习和交流等能力,这也是空间推理难于一般常规推理的主要原因。在有关空间推理的研究中,空间关系推理是其中一个核心内容。 尽管空间关系推理的研究由来已久,国内外有关空间关系推理的研究也取得了一定的进展,然而从整体上看,空间关系推理的研究尚处于探索阶段,仍然存在许多未解决的问题。总的来说,空间关系推理的研究缺少方法论的指导和规范,对空间关系推理的一些基本问题,如空间关系推理有那些特点?空间关系推理研究的主要内容是什么?等问题的看法还远远没有达到共识。空间关系推理的知识表示和推理机制还缺乏深入系统的研究,空间关系推理的实现技术,空间关系推理的应用模型开发都有待进一步研究。 针对目前空间关系推理研究存在的问题,本文将着重以建立空间关系的自动推理模型为目标,综合运用点集拓扑、代数、集合等数学理论,结合本体论、知识工程、人工智能等领域的研究成果,从空间关系的形式化表示、空间关系的基本推理模型、空间关系的推理机制和路径查找空间关系推理的应用模型设计四个方面展开空间关系推理的研究,从工程的角度系统地探讨空间关系推理的基本理论和技术问题,建立以计算机为主体的空间关系推理模型,力争得到一个较为完整的空间关系推理框架,为空间关系推理在实际问题中得以应用提供有效的技术方法。 本文所作的工作如下: 引入本体论的思想体系,作为空间关系概念抽象和表示基元认知的分析工具。从空间关系推理的本体论问题出发,分析了空间关系推理首先必须澄清的几个基本概念和问题。从空间关系形式化表示本体基元的认知差异上,进行不同空间关系表示方法的分析,提出了基于本体基元的空间关系表示分类方法。根据空间关系形式化表示能力的衡量标准,全面分析和总结拓扑关系、方向关系、距离关系的


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