空间关系描述与推理

报告提纲一、空间关系基本概念一、空间关系基本概念二、拓扑关系描述二、拓扑关系描述三、方向关系描述三、方向关系描述四、邻近关系描述四、邻近关系描述五、距离关系描述五、距离关系描述六、空间关系应用六、空间关系应用七、总结七、总结2空间关系及其描述 空间关系指空间对象在几何上存在的一种相互依赖的概念，主要包括：空间关系指空间对象在几何上存在的一种相互依赖的概念，主要包括：空空间间关关系系描描述述主主要要建建立立一一种种形形式式化化的的模模型型，通通过过该该形形式式化化的的模模型型，能能够够把把空空间间对对象象的的几几何何结结构构描描述述为为人人们们能能够够理理解解的的符符号号或或词词语语，这这些些符符号号或词语就是对空间关系的定性描述。或词语就是对空间关系的定性描述。拓扑关系拓扑关系 方向关系方向关系 邻近关系近关系 距离关系距离关系拓扑设X是一个非空集合。X的一个子集族称为X的一个拓扑，如果它满足：（1）X和空集都属于；（2）中任意多个成员的并集仍在中；（3）中有限多个成员的交集仍在中。定义中的三个条件称为拓扑公理。条件（3）可以等价的换为中两个成员的交集仍在中。称集合X连同它的拓扑为一个拓扑空间，记作（X,）。称中的成员为这个拓扑空间的开集。拓扑常用集合来代指一个拓扑空间，如拓扑空间X，拓扑空间Y等。给出某集合的一个拓扑就是规定它的哪些子集是开集。1.欧几里德空间在通常开集的意义下是拓扑空间，它的拓扑就是所有开集组成的集合。2.设X是一个非空集合。则集合t：X,是X的一个拓扑。称t为X的平凡拓扑。显然（X,t）只有两个开集，X和。拓扑3.设X是一个非空集合。则X的幂集T=2X也是X的一个拓扑。称T为X的离散拓扑。显然X的任意子集都是(X,T)的开集。4.一个具体的例子。设X=1,2。则X,1,2是X的一个拓扑，但X,1,2不是拓扑。（自己想想为什么）拓扑学拓扑学的英文名是Topology，直译是地志学，也就是和研究地形、地貌相类似的有关学科。我国早期曾经翻译成“形势几何学”、“连续几何学”、“一对一的连续变换群下的几何学”，但是，这几种译名都不大好理解，1956年统一的数学名词把它确定为拓扑学，这是按音译过来的。拓扑学拓扑学是几何学的一个分支，但是这种几何学又和通常的平面几何、立体几何不同。通常的平面几何或立体几何研究的对象是点、线、面之间的位置关系以及它们的度量性质。拓扑学对于研究对象的长短、大小、面积、体积等度量性质和数量关系都无关。拓扑学在通常的平面几何里，把平面上的一个图形搬到另一个图形上，如果完全重合，那么这两个图形叫做全等形。但是，在拓扑学里所研究的图形，在运动中无论它的大小或者形状都发生变化。在拓扑学里没有不能弯曲的元素，每一个图形的大小、形状都可以改变。例如，欧拉在解决哥尼斯堡七桥问题的时候，他画的图形就不考虑它的大小、形状，仅考虑点和线的个数。拓扑性质 之拓扑等价在拓扑学里不讨论两个图形全等的概念，但是讨论拓扑等价的概念。比如，尽管圆和方形、三角形的形状、大小不同，在拓扑变换下，它们都是等价图形。拓扑等价在一个球面上任选一些点用不相交的线把它们连接起来，这样球面就被这些线分成许多块。在拓扑变换下，点、线、块的数目仍和原来的数目一样，这就是拓扑等价。一般地说，对于任意形状的闭曲面，只要不把曲面撕裂或割破，他的变换就是拓扑变换，就存在拓扑等价。环面不具有这个性质。把环面切开，它不至于分成许多块，只是变成一个弯曲的圆桶形，对于这种情况，我们就说球面不能拓扑的变成环面。所以球面和环面在拓扑学中是不同的曲面。直线上的点和线的结合关系、顺序关系，在拓扑变换下不变，这是拓扑性质。在拓扑学中曲线和曲面的闭合性质也是拓扑性质。通常讲的平面、曲面通常有两个面，就像一张纸有两个面一样。德国数学家莫比乌斯在1858年发现了莫比乌斯曲面。这种曲面就不能用不同的颜色来涂满两个侧面。拓扑关系 topological relation指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。如：点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。拓扑关系是指图形元素之间相互空间上的连接、邻接关系并不考虑具体位置.这种拓扑关系是由数字化的点、线、面数据形成的以用户的查询或应用分析要求进行图形选取、叠合、合并等操作 14拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述基本概念基本概念基本概念基本概念 什么是拓扑关系？什么是拓扑关系？拓拓扑扑关关系系指指在在拓拓扑扑变变换换下下保保持持不不变变的的性性质质，如如旋旋转转、平平移移和和尺度变化尺度变化 拓扑关系是一种定性关系，而不是定量的拓扑关系是一种定性关系，而不是定量的 什么是拓扑关系描述模型？什么是拓扑关系描述模型？一一种种形形式式化化的的模模型型，它它能能够够用用数数学学的的手手段段区区别别不不同同的的拓拓扑扑关关系的，而不是仅仅从直观感觉上区分系的，而不是仅仅从直观感觉上区分 描描述述模模型型所所能能区区分分的的拓拓扑扑关关系系应应该该和和人人们们直直观观感感觉觉所所区区分分的的拓扑关系一致，这包括区分的关系种类数和含义的一致性拓扑关系一致，这包括区分的关系种类数和含义的一致性15拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述九交模型九交模型九交模型九交模型(EgenhoferEgenhofer,1991)16拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述拓扑关系描述九交模型九交模型九交模型九交模型(EgenhoferEgenhofer,1991)A的内部和的内部和B的内部的交，记作的内部的交，记作 A的内部和的内部和B的边界的交，记作的边界的交，记作 A的内部和的内部和B的的外部外部的交，记作的交，记作 A的边界和的边界和B的内部的交，记作的内部的交，记作 A的边界和的边界和B的边界的交，记作的边界的交，记作 A的边界和的边界和B的的外部外部的交，记作的交，记作 A的外部和的外部和B的内部的交，记作的内部的交，记作 A的外部和的外部和B的边界的交，记作的边界的交，记作 A的外部和的外部和B的外部的交，记作的外部的交，记作17拓扑关系描述面/面拓扑关系(EgenhoferEgenhofer,1991)DisjointMeetOverlapContainEqualCoveredByInsideCover面面与与面面间间有有效效的的拓拓扑扑关关系系共共有有8个个18拓扑关系描述线/面拓扑关系(EgenhoferEgenhofer,1991)LR11LR12LR13LR22LR31LR32LR33LR42LR44LR46LR62LR64LR66LR71LR72LR73LR74LR75LR76线线与与面面间间有有效效的的拓拓扑扑关关系系共共有有19个个19拓扑关系描述线/线拓扑关系(EgenhoferEgenhofer,1991)LL1LL2LL3LL4LL5LL6LL7LL8LL9LL10LL11LL12LL13LL14LL15LL16LL17LL18LL19LL20LL21线线与与线线间间有有效效的的拓拓扑扑关关系系共共有有 33个个，这这里里只只给给出出了了21个个20拓扑关系描述拓扑关系描述Voronoi图模型图模型(陈军等陈军等,2001)九交模型的缺点：九交模型的缺点：九九交交模模型型中中的的外外部部太太大大。对对于于一一个个面面积积有有限限的的空空间间目目标标而而言言，它它的的外外部是无限的。这导致任意两个目标的外部的交总是非空。部是无限的。这导致任意两个目标的外部的交总是非空。ABABBAC 外外部部的的无无限限性性，导导致致目目标标的的外外部部与与边边界界和和内内部部是是线线性性相相关关的的，使使得得外外部部在九交模型中的作用不是很明显。在九交模型中的作用不是很明显。只只能能描描述述简简单单目目标标（不不带带洞洞而而单单一一的的实实体体）间间的的拓拓扑扑关关系系，而而不不能能描描述述复杂目标（带洞或由几个分离目标组成的目标）间的拓扑关系。复杂目标（带洞或由几个分离目标组成的目标）间的拓扑关系。21拓扑关系描述拓扑关系描述Voronoi图模型图模型(陈军等陈军等,2001)Voronoi图的定义图的定义 设设有有空空间间目目标标簇簇P=P1,P2,P3,Pn,PiRN,V(Pi)=y|Dist(y,Pi)Dist(y,Pj)对对所所有有j，式式中中Dist(y,Pi)点点y到到Pi的的最最小小距距离离，V(Pi)被被称称为为空空间间目标的目标的Voronoi区域，区域，V(P)=V(P1),V(P2),V(Pn)则被称为则被称为Voronoi图图 Voronoi能能把把对对象象间间的的邻邻接接定定义义为为对对应应Voronoi区区域域的的邻邻接接，采采用用等等距距离离原原则则确确定定任任一一物物体体所所处处的的Voronoi区区域域的的边边界界线线，从从而而将将三三种种基基本本空空间间对对象点、线和面纳入某种邻接物的集合象点、线和面纳入某种邻接物的集合 构构成成V(Pi)的的点点到到Pi的的距距离离比比到到Pj(i,j=1,n,ji)的的距距离离要要近近，从从而而可可以以构构造造出出点点、线线、面面不不同同维维空空间间对对象象的的Voronoi区区域域。点点和和线线、面面，线线和和面面之之间间的的Voronoi区区域域边边界界线线是是曲曲线线，而而点点与与点点之之间间，线线和和线线之之间间的的Voronoi区域边界线是直线。区域边界线是直线。22拓扑关系描述拓扑关系描述Voronoi图模型图模型(陈军等陈军等,2001)Voronoi图的性质图的性质 势力范围特性。每个空间对象都有一个唯一的势力范围特性。每个空间对象都有一个唯一的Voronoi区域与之对应。区域与之对应。局局域域动态特特性性。分分析析表表明明，Voronoi的的平平均均边数数不不超超过6。删除除或或增增加加一一个个生生长目目标，一一般般只只影影响响周周围6个个左左右右的的相相邻空空间生生长目目标，即即只只会会影影响响局部范局部范围内的目内的目标。侧侧向向邻邻近近特特性性。若若两两个个空空间间对对象象之之间间没没有有其其它它对对象象，则则它它们们的的Voronoi区区域域必必然然有有一一个个公公共共边边。通通过过判判断断Voronoi区区域域是是否否有有公公共共边边，就就可可判判断断连个对象是否是侧向邻近。连个对象是否是侧向邻近。与与Delaunay三角形的三角形的对偶性。如果空偶性。如果空间生生长对象象满足非共足非共线特性，将其特性，将其中具有公共中具有公共Voronoi边的生的生长点点对相相连，就可得到，就可得到Delaunay三角形。三角形。23拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)空间对象的空间对象的Voronoi图图24拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)两个重叠面对象的两个重叠面对象的Voronoi图图25拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)两个相交线对象的两个相交线对象的Voronoi图图26拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)线和面相交的线和面相交的Voronoi图图27拓扑关系描述拓扑关系描述Voronoi图模型图模型(陈军等陈军等,2001)基于基于Voronoi图的九交模型图的九交模型 每一个空间对象的每一个空间对象的Voronoi图都可以被分成三部分，即图都可以被分成三部分，即Voronoi区域，空区域，空间对象的边界，空间对象的内部。间对象的边界，空间对象的内部。V9I模型用对象的模型用对象的Voronoi区域代替九区域代替九交模型中的外部，而对象的边界和内部与九交模型保持一致。交模型中的外部，而对象的边界和内部与九交模型保持一致。V9I定义：定义：若两个空间对象相邻时，若两个空间对象相邻时，非空；若被其它目标隔开，则非空；若被其它目标隔开，则 为为空，因而空空，因而空V9I模型用可以区分相邻和相离两种拓扑关系，而模型用可以区分相邻和相离两种拓扑关系，而9交模型把交模型把二者均描述为相离。二者均描述为相离。28拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)29拓扑关系描述Voronoi图模型(陈军等,1997)基于维数扩展的九交模型能够很好地将两个空间目标的交集是空、点、线或面4种情况区分开但同四元矩阵拓扑空间关系描述框架一样,不能描述邻接和相离等空间目标分离开的拓扑关系基于voroni图的九交模型在区分地理空间中邻近关系和相离关系时具有一定的优势目前,空间拓扑关系形式化描述方法存在的主要问题体现在基于点集拓扑的空间关系描述框架无法描述相离的和没有公共元素的空间目标间的拓扑空间关系,即存在所谓的模型描述错误或者无法描述的情形空间拓扑关系形式化描述模型的发展结合人们空间认知的理论模型研究,形式化描述模型对空间目标间距离较近等复杂情况下空间方向关系的描述常会出现与人们认知不一致的情况。融合不同的空间关系描述方法,进一步完善空间关系的理论模型,如方向关系的判定准则以及对度关系的形式化描述等,建立更符合人类认知模式的统一的空间关系描述体系,使得对地理空间目标间关系的刻画更准确、更全面空间拓扑关系的推理由空间对象已知的空间拓扑关系信息，推测和确定未知的其可能成立的空间拓扑关系。例如，若已知空间对象A 和B 的拓扑关系为R1（A，B），B 和C 的拓扑关系为R2（B，C），通过已有的空间知识进行空间分析，从而可推导出A 和C 之间可能存在的空间拓扑关系R3（A，C）。空间拓扑关系的推理分类一种是在对动态空间目标建模时，空间目一种是在对动态空间目标建模时，空间目标之间的拓扑关系随着时间的变化而变化，标之间的拓扑关系随着时间的变化而变化，在已知空间拓扑关系初始状态和空间目标在已知空间拓扑关系初始状态和空间目标的运动轨迹或其他相关度量指标时确定下的运动轨迹或其他相关度量指标时确定下一时刻未知的两空间目标之间的可能拓扑一时刻未知的两空间目标之间的可能拓扑关系。关系。另一种：要求两空间目标之间的空间拓扑另一种：要求两空间目标之间的空间拓扑关系，但直接获取它们之间相关空间关系关系，但直接获取它们之间相关空间关系信息困难，而仅能获得它们与其他另一空信息困难，而仅能获得它们与其他另一空间目标之间的关系，基于获得的空间拓扑间目标之间的关系，基于获得的空间拓扑信息，用空间推理的方法推出两空间对象信息，用空间推理的方法推出两空间对象间的空间拓扑关系。间的空间拓扑关系。第一种情形，可通过构建拓扑概念邻域图第一种情形，可通过构建拓扑概念邻域图的方法进行定性推理；的方法进行定性推理；第二种情形则可利用空间拓扑关系的组合第二种情形则可利用空间拓扑关系的组合运算的方法进行分析。运算的方法进行分析。Cui 和和Cohn 等人给出了一套空间逻辑用来等人给出了一套空间逻辑用来推理空间数据库中的空间对象间的拓扑关推理空间数据库中的空间对象间的拓扑关系。系。Abdelmoty 等基于广义的交模型定义等基于广义的交模型定义了线了线/面和面面和面/面多种空间对象类型拓扑关系面多种空间对象类型拓扑关系推理组合表。推理组合表。Renz J 等研究了基于区域连等研究了基于区域连接演算（接演算（RCC）进行空间拓扑关系推理的）进行空间拓扑关系推理的理论和方法。理论和方法。基于基于RCC-8 的空间区域关系的推理组合表的空间区域关系的推理组合表“*”表示全部关系。但表示全部关系。但Renz J 的工作没的工作没有涉及点、线等空间对象的空间关系的推有涉及点、线等空间对象的空间关系的推理，对空间区域的形状等具有很强的限制，理，对空间区域的形状等具有很强的限制，不利于扩展。不利于扩展。Li S J 等研究了基于一致性组合表等研究了基于一致性组合表（RCC8-CT），对），对RCC 模型进行了扩展分模型进行了扩展分析，给出了析，给出了RCC8 组合表的扩展形式。组合表的扩展形式。为了定性描述和推理形状、大小和位置等随为了定性描述和推理形状、大小和位置等随时间发生变化的空间对象间的空间拓扑关系，时间发生变化的空间对象间的空间拓扑关系，Egenhofer 等等9基于九交模型给出了拓扑基于九交模型给出了拓扑距离的定义，给出了相关的概念邻域图，基距离的定义，给出了相关的概念邻域图，基于概念领域图进一步分析了不同动态变化情于概念领域图进一步分析了不同动态变化情形下的空间拓扑关系转变路径。形下的空间拓扑关系转变路径。Egenhofer 的研究成果的研究成果针对空间面对针对空间面对象的空间关系推理，对点和线对象的空间象的空间关系推理，对点和线对象的空间关系推理无效。关系推理无效。郭庆胜等在线和面空间拓扑关系组合描述郭庆胜等在线和面空间拓扑关系组合描述的基础上，对线与面的组合推理方法进行的基础上，对线与面的组合推理方法进行了研究，给出了线与面的拓扑关系组合推了研究，给出了线与面的拓扑关系组合推理表。理表。包含点和线的多维空间对象的空间关系表包含点和线的多维空间对象的空间关系表示和推理示和推理王生生和刘大有将点和线对象视为特殊的王生生和刘大有将点和线对象视为特殊的区域，提出了能直接用区域，提出了能直接用RCC 理论描述空间理论描述空间多维对象拓扑关系的多维对象拓扑关系的MRCC 理论，推导出理论，推导出36 种基本种基本MRCC 关系，讨论了基于概念邻关系，讨论了基于概念邻域图和复合表的域图和复合表的MRCC 推理。推理。44拓扑关系描述拓扑关系相似性 概念邻居图概念邻居图45自然语言空间关系以线/面为例那那些些关关系系与与语语言言“道道路路进进入入公公园园”基基本本一一致致？那那些些关关系系与与语语言言“道道路路穿穿过过公公园园”基基本本一一致致？46自然语言空间关系自然语言空间关系道路进入公园道路进入公园(Mark,et al.,1994)19个个线线/面面拓拓 扑扑关关 系系与与 自自然然 语语句句“道道 路路进进 入入公公 园园”的的一一 致致性性 程程度度4719个个线线/面面拓拓 扑扑关关 系系与与 自自然然 语语句句“道道 路路穿穿 过过公公 园园”的的一一 致致性性 程程度度自然语言空间关系自然语言空间关系道路穿过公园道路穿过公园(Mark,et al.,1994)48自然语言空间关系自然语言空间关系道路穿过公园道路穿过公园(Mark,et al.,1994)穿穿过过公公园园的的道道路路必必须须属属于于这这5个个关系中的一个关系中的一个穿穿过过公公园园的的道道路路不不能能完完全全在在公公园园外外部部或或位位于于其其边边界上界上穿穿过过公公园园的的道道路路不不能能有有端端点点在在公公园内园内49方向关系描述方向关系描述基本概念基本概念 方向关系要素方向关系要素 一个参照对象、一个目标对象一个参照对象、一个目标对象 主主方方向向概概念念。人人们们认认知知的的方方向向概概念念是是离离散散的的，能能分分辨辨的的方方向向概念个数有限，并且以词语描述为主。如，东、南、西、北等概念个数有限，并且以词语描述为主。如，东、南、西、北等 主主方方向向个个数数，即即用用多多少少个个方方向向概概念念来来描描述述空空间间对对象象间间的的方方向向关系关系 方方向向区区域域。为为确确定定目目标标对对象象位位于于参参照照对对象象的的那那个个方方向向，必必须须根根据据参参照照对对象象的的空空间间形形状状和和范范围围，按按照照主主方方向向的的个个数数，把把参参照照对象所在空间划分成与主方向个数相等的空间区域对象所在空间划分成与主方向个数相等的空间区域 50方向关系描述方向关系描述评价描述方法的准则评价描述方法的准则 能够统一描述不同维对象之间的方向关系能够统一描述不同维对象之间的方向关系 对参照对象和目标对象的空间形状、大小和岛屿是敏感的对参照对象和目标对象的空间形状、大小和岛屿是敏感的 ABBABABA51方向关系描述方向关系描述基本概念基本概念 能够与人们的认知概念一致能够与人们的认知概念一致 北北 A A A北北北北 是可推理和比较的是可推理和比较的 52方向关系描述方向关系描述基本特征基本特征 方方向向关关系系描描述述的的实实质质就就是是确确定定一一个个方方向向关关系系模模型型，难难点点在在于于采采用用何何种种方方法法对对参参照照对对象象所所在在的的空空间间范范围围进进行行划划分分，使使得得基基于于这这种种划划分分所所得得到的方向概念与人们的认知概念较为一致到的方向概念与人们的认知概念较为一致 根据需求确定方向关系中原子方向的个数根据需求确定方向关系中原子方向的个数 选择方向区域划分方法，确定每个方向的空间区域选择方向区域划分方法，确定每个方向的空间区域 把把目目标标对对象象映映射射到到根根据据参参照照对对象象确确定定的的方方向向区区域域中中去去，计计算算目目标标对对象与参照对象之间的方向关系象与参照对象之间的方向关系53方向关系描述方向关系描述锥形方法锥形方法(Peuquet,1987)北西南东北西北东北西南东南西东南 4个主方向：东、南、西、北个主方向：东、南、西、北 8个主方向：东、南、西、北、东北、西北、东南、东北个主方向：东、南、西、北、东北、西北、东南、东北 锥形方向区域、等角度划分锥形方向区域、等角度划分 把参照对象和目标对象均当作点处理把参照对象和目标对象均当作点处理 锥形方法特点锥形方法特点54方向关系描述方向关系描述投影方法投影方法(Frank,1995)西东北南东北东南西南西北西东北南北西南东东北东南西北西南 方向区域为半平面或矩形区域方向区域为半平面或矩形区域 仍然把参照对象当作点处理仍然把参照对象当作点处理55方向关系描述方向关系描述方向关系描述方向关系描述MBRMBR模型模型模型模型(Papadias,1995)AB 利用参照对象和目标对象分别在利用参照对象和目标对象分别在x轴和轴和y轴上投影间的关系来区分和轴上投影间的关系来区分和描述方向关系描述方向关系 本质是对参照对象和目标对象均采用它们的外接矩形来近似本质是对参照对象和目标对象均采用它们的外接矩形来近似56方向关系描述方向关系描述方向关系描述方向关系描述MBRMBR模型模型模型模型(Papadias,1995)NorthwestRestricted_northNortheastRestricted_westSouthwestRestricted_south SoutheastRestricted_eastnorth_west(p,q)X(pc)Y(qc)restricted_north(p,q)X(pc)=X(qc)Y(pc)Y(qc)north_east(p,q)X(pc)X(qc)Y(pc)Y(qc)restricted_west(p,q)X(pc)X(qc)Y(pc)=Y(qc)south_west(p,q)X(pc)X(qc)Y(pc)Y(qc)restricted_south(p,q)X(pc)=X(qc)Y(pc)X(qc)Y(pc)700 and areaval5)or(Tw.tpopulation10000 and NORTH(Su.Location,Tw.Location)and DISJOINT(Su.Location,Tw.Location)找找出出所所有有与与高高速速公公路路距距离离不不超超过过5公公里里或或者者在在城城镇镇的的北北部部且且在在城城镇镇外外的的所所有有超超市市101空间关系应用空间关系应用基于图标的查询基于图标的查询(Morris,2004)SELECT*FROM road As Ru,country As CtWHERE(Rd.type=“Motorway”and Ct.tpopulation50000 and CROSS(Ru.Location,Ct.Location)找出所有高速公路和城镇，城镇人口找出所有高速公路和城镇，城镇人口50000，且高速公路穿越城镇，且高速公路穿越城镇102空间关系应用空间关系应用空间关系应用空间关系应用基于草图的空间查询基于草图的空间查询基于草图的空间查询基于草图的空间查询 扩扩展展SQL是是基基于于文文本本的的查查询询语语言言，空空间间关关系系的的文文本本描描述述是是模模棱棱两两可可的的，很很容容易易造造成成误误解解释释或或误误匹匹配配，尤尤其其是是在在多多语语言言环环境境中中，同同一一个个词词语语可可能能有有不不同同的的含含义义 基基于于图图标标的的查查询询语语言言使使用用了了可可视视化化的的图图标标和和界界面面来来描描述述和和组组织织查查询询语语句句，优优点点是是把把用用户户从从记记忆忆繁繁琐琐而而复复杂杂的的语语法法规规则则中中解解放放出出来来。但但图图标标查查询询的的语语法法和和句句法法与与结结构构化化SQL是是类类似似的的，仅仅仅仅使使用用一一些些由由系系统统预预定定义义的的标标准准图图标标很很难难真真实实而而准准确确地地描描述述对对象象间间的的空空间间关关系系，仍仍然然会会造造成成误误匹匹配配，并并且且由由于于不不能能从从细细节节和和数数量量上上描描述述空间关系，导致匹配的结果集太大，其中一些可能不是用户所期望的结果。空间关系，导致匹配的结果集太大，其中一些可能不是用户所期望的结果。在在基基于于草草图图的的空空间间中中，用用户户可可以以用用鼠鼠标标、笔笔或或手手在在触触摸摸屏屏上上画画他他要要查查询询的的空空间间对对象象结结构构，形形成成草草图图，包包括括对对象象间间相相对对大大小小比比例例、空空间间关关系系的的细细节节信信息息以以及及空空间间对对象象形形状状等等。相相对对图图标标而而言言，草草图图包包含含了了明明确确而而详详细细的的信信息息，可可以以做做为为查查询询条条件件提交给提交给GIS，通过空间关系相似性匹配就可检索到用户所需的数据。，通过空间关系相似性匹配就可检索到用户所需的数据。在在基于草图的空间中，草图的输入方式、管理、组织和描述非常重要。基于草图的空间中，草图的输入方式、管理、组织和描述非常重要。103空间关系应用空间关系应用空间关系应用空间关系应用基于草图的空间查询基于草图的空间查询基于草图的空间查询基于草图的空间查询 (Blaser,2000)(Blaser,2000)104空间关系应用空间关系应用空间查询语言空间查询语言v实例介绍实例介绍4 基于草图的查询基于草图的查询 105空间关系应用空间关系应用空间场景的相似性空间场景的相似性 106空间关系推理空间关系推理空间关系推理空间关系推理基本概念基本概念基本概念基本概念 GIS中中空空间间关关系系推推理理就就是是把把人人们们这这种种推推理理能能力力通通过过某某种种定定理理或或规规律律表表达达处处理理，以以方方便便计计算算机机实实现现。具具体体的的讲讲，空空间间关关系系推推理理就就是是根根据据两两个个已已知知的的空间关系，利用空间关系间蕴藏的规律和知识来推理未知的空间关系空间关系，利用空间关系间蕴藏的规律和知识来推理未知的空间关系 这这种种推推理理不不需需要要进进行行大大量量的的几几何何计计算算，就就可可得得到到未未知知空空间间关关系系的的可可能能形形式，因而可以降低计算量和空间消耗式，因而可以降低计算量和空间消耗 空空间间关关系系推推理理可可用用于于空空间间数数据据检检索索、匹匹配配等等需需要要大大量量几几何何计计算算的的过过程程，来降低时空需求来降低时空需求 人人们们具具有有空空间间关关系系的的某某种种推推理理能能力力。例例如如，如如果果我我们们知知道道点点对对象象B在在点点A的的北北方方，而而点点C在在点点B的的北北方方，则则不不需需计计算算，我我们们就就可可推推理理到到点点C也也在在点点A的北方。这说明人们具有某种推理能力。的北方。这说明人们具有某种推理能力。107空间关系推理空间关系推理推理方法分类推理方法分类 根据空间关系种类进行分类根据空间关系种类进行分类 单单种种类类型型空空间间关关系系推推理理，如如根根据据方方向向关关系系推推理理方方向向关关系系，根根据据拓拓扑扑关系推理拓扑关系关系推理拓扑关系 组组合合空空间间关关系系推推理理，如如组组合合拓拓扑扑和和方方向向关关系系的的推推理理，根根据据方方向向关关系系推理拓扑关系等。推理拓扑关系等。根据对象类型分类根据对象类型分类简简单单对对象象复复杂杂对对象象108空间关系推理空间关系推理推理方法分类推理方法分类 根据空间关系变化可分为根据空间关系变化可分为 时时空空间间关关系系推推理理，主主要要研研究究时时空空对对象象空空间间关关系系变变化化规规律律及及其其处处理理。对对象象的的时时空空变变化化可可分分为为离离散散变变化化（如如地地块块合合并并）和和连连续续变变化化（如如鱼鱼群群移移动动和和火火灾蔓延）两种，因而时空关系推理也可分离散和连续两种推理形式灾蔓延）两种，因而时空关系推理也可分离散和连续两种推理形式 非时空间关系推理，研究静态对象之间的空间关系推理问题非时空间关系推理，研究静态对象之间的空间关系推理问题 根据推理层次类型分类根据推理层次类型分类 层层次次空空间间关关系系推推理理，它它是是一一种种利利用用空空间间对对象象及及其其关关系系的的层层次次信信息息进进行行空空间间关关系系推推理理的的方方法法。层层次次空空间间关关系系推推理理与与层层次次空空间间数数据据模模型型及及层层次次数数据据结结构构有有着着紧紧密密的的关关系系。层层次次空空间间关关系系推推理理可可以以利利用用高高层层次次对对象象间间的的关关系系来来推推理低层次对象间的关系，从而减少低层次对象间空间关系的计算量理低层次对象间的关系，从而减少低层次对象间空间关系的计算量 非层次空间关系推理，研究单层次对象之间的空间关系推理问题非层次空间关系推理，研究单层次对象之间的空间关系推理问题109空间关系推理空间关系推理空间关系推理空间关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理(Egenhofer,1994)(Egenhofer,1994)BCAAAAAABBC110空间关系推理空间关系推理空间关系推理空间关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理(Egenhofer,1994)(Egenhofer,1994)111空间关系推理空间关系推理空间关系推理空间关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理拓扑关系推理(Egenhofer,1994)(Egenhofer,1994)112空间关系推理空间关系推理空间关系推理空间关系推理方向关系推理方向关系推理方向关系推理方向关系推理(Skiadopoulos,2001)cbacbacba已知已知通过推通过推理可得理可得 课程论文定性空间关系推理中的不确定性研究浅议方向推理在GIS中的应用浅议拓扑关系推理在GIS中的应用浅议空间相似性的研究浅议空间查询语言的研究浅议时空关系的推理浅议空间相似性在遥感图象识别中的应用使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！117