空间关系描述是空间关系研究的核心问题之一,其基本任务是以数学或逻辑的方法区分不同的空间关系并给出形式化的描述,其在空间目标形态变化的详细描述方面具有突出优势。目前,现有空间关系描述方法对简单目标和简单分布的空间关系描述能力较强,而对复杂目标或复杂分布的空间关系描述的细化程度较低。针对这一问题,学者们主要采用空间关系集成描述与分解-组合策略予以解决。即便如此,现有研究仍停留在带洞面域和多次相交的空间关系描述阶段,而对更为复杂的现实性目标间的空间关系描述研究尚处在探索阶段。湖泊河流平面形态变化对农业生产、土地权属和边境安全等影响深远,对其详细情况和产生原因的研究具有重要意义。实现湖泊河流平面形态变化的空间关系描述则能够使其变化信息细化和形式化,继而为其详细情况和产生原因的研究提供重要的参考信息。然而,湖泊河流平面形态复杂多样且受水位变化影响较大,导致湖泊河流平面形态变化是复杂目标的复杂分布并且存在因水位变化引起的动态性变化问题,因此,其空间关系描述成为一个地理信息科学难题。另外,现有变化检测偏重变化发现,而对于变化类型的细化推断能力不足,通常需要结合辅助知识以人工判读的方式对变化类型进行判定。加之,遥感地理信息大数据时代的到来使得群态目标的变化类型推断及其自动化成为迫切需求。总之,湖泊河流平面形态变化的空间关系描述可为群态复杂目标和复杂分布的空间关系描述提供理论基础,其在变化检测中的应用可实现群态目标变化类型及其性质的推断,继而为变化检测的自动化提供技术论证,其研究具有重要意义。鉴于此,本文研究了湖泊河流平面形态变化的空间关系描述并将其结果用于变化类型及其性质推断之中,其是根据现实世界中湖泊河流平面形态的几何特点并结合人类认知建立其几何表现模型并归纳出基础几何表现模型,继而根据两个时刻湖泊河流平面形态基础几何表现模型之间的几何表现提出了相应的空间关系描述模型,之后结合湖泊河流平面形态变化几何表现的特点及其空间关系描述需求提出空间关系描述的分解-组合策略,综合应用空间关系描述模型及分解-组合策略实现了湖泊河流平面形态变化的空间关系描述,继而根据变更前后目标间的空间关系及辅助知识推断其变化类型及其性质,最后将本文方法应用到构造对象中阐释其应用流程并证实其空间关系描述优势和变化类型及其性质的推断能力。主要包括以下研究工作:(1)建立了湖泊河流平面形态的几何表现模型和基础几何表现模型。分析现实世界中湖泊河流平面形态的几何特点,综合前人对其的分类研究提出了更加完备的新分类。根据其分类抽象出相应的地理实体,继而基于地理实体组成元素对应的几何表现模型及制图综合理论建立了多尺度下的湖泊河流平面形态几何表现模型,最后基于分解策略和空间认知将湖泊河流平面形态几何表现模型归纳为湖泊河流平面形态基础几何表现模型。通过该模型的构建为湖泊河流平面形态变化的空间关系描述提供了适于操作的低复杂度目标。(2)提出了湖泊河流平面形态变化的空间关系描述模型。根据湖泊河流平面形态基础几何表现模型的组成特点将其分解为简单目标(点、线、面),通过两个时刻的湖泊河流平面形态基础几何表现模型表达湖泊河流平面形态基本变化,综合以上两项工作建立了由简单目标表达的湖泊河流平面形态基本变化。依据湖泊河流平面形态基本变化的空间关系特性,基于4交模型、4交差模型和欧氏距离关系模型提出了相应的空间关系描述模型,包括湖泊平面形态变化和河段平面形态变化的空间关系描述模型。通过应用实例证明本文提出的模型较已有模型具有更加细化的描述能力。(3)提出了湖泊河流平面形态变化空间关系描述的分解-组合策略和相应的空间关系描述方法。从空间集合论出发,把湖泊和河段的平面形态变化(基本变化)看作湖泊河流平面形态变化的子集,根据基本变化的空间关系描述需求提出了将整体变化分解为基本变化的分解策略,综合考虑各分解目标间的方向关系与距离关系提出了将基本变化合理有序表达的组合策略。根据湖泊和河段的平面形态变化的空间关系描述模型,结合相应的分解-组合策略,提出了河流、湖泊河流联合体以及湖泊河流群的平面形态变化的空间关系描述方法,通过应用实例证明本文提出的策略和方法对于湖泊河流平面形态变化的空间关系描述具有较好的适用性。(4)建立了湖泊河流平面形态变化类型及其性质的推断规则。基于现实世界和GIS中的湖泊河流平面形态变化类型的综合,归纳了更加细化的变化类型并对其进行了语义解释。基于湖泊河流平面形态变化的类型和空间关系描述结果的语义解释,分析了空间关系描述结果与细化变化类型的对应关系,建立了湖泊河流平面形态变化类型的推断规则。在顾及水位变化和上下文关系的基础上,建立了湖泊河流平面形态变化类型性质的推断规则。通过应用实例证明了本文推断规则的有效性,为实现变化检测的自动化提供了技术论证。研究表明,应用本文提出的方法描述湖泊河流平面形态变化的空间关系,能够形式化描述其局部详细变化和整体变化,为复杂的现实性目标的空间关系描述提供了理论基础。通过湖泊河流平面形态变化类型及其性质的推断规则有效的推断了湖泊河流平面形态的变化类型及其性质,为顾及辅助知识的变化检测自动化提供了技术论证,有助于推进此类系统的应用与发展。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P343;P332
【部分图文】：
第 2 章 空间关系描述理论基础A B={x|x∈Aandx∈B}…………………………○3E A集合A 与B的差集是由属于A 但不属于B的所有元素组成的集合，A B= {x | x ∈ A and x B}…………………………○4E A集合A 的补集是由属于全集U但不属于集合A 的所有元素组成的集记为~A ={x | x ∈ U and x A}…………………………(2) 空间集合定义及运算在 GIS 的空间操作和分析中，空间目标是一个集合。但空间目标有别于，如图 2.1 所示，两个集合aS 和bS 含有相同元素1 2 3 4 5 6{P ,P ,P ,P ,P ,P }，却同的空间目标。
(a)IS (b)IIS (c)IIIS图 2.2 空间集合实例空间集合的运算与经典集合的类似，但由于空间集合包含空间位置属性，因其与经典集合的运算有所不同。定义 2.6 空间集合的运算定义如下[62]：设空间集合1S 为面目标 R (图 2.3(a))，空间集合2S 为线目标 L (图 2.3(b))。○1E A空间集合1S 与2S 的并集是由空间集合1S 和2S 的所有元素组成的空间集合 2.3 (c))，记为SS{s|sSorsS}1212 =∈∈…………………………(2.5○2E A空间集合1S 与2S 的交集是由空间集合1S 和2S 的公共元素组成的空间集合 2.3 (d))，记为SS{s|sSandsS}1212 =∈∈…………………………(2.6
(d) R L(e) R L(f) L R图 2.3 空间集合运算的图解表示) 空间集合运算结果的定量表达了细致的描述和判定空间目标的拓扑关系，人们常引入定量要素进面介绍常用的定量表达要素——空间集合和空间元素的维度。A空间集合的维度个空间集合S的维度记为dim(S)，定义为该集合中空间目标的最大1 2 nidim(S) = max{dim(s ),dim(s ),...,dim(s )}…………………据式(2.9)，则可知图 2.4(a)、(b)对应的空间集合的维度分别为 1 和(S)只能表达其中某一空间目标的维度，因此，式(2.9)仅是对空间元素粗略表达。例如，当空间集合S是由点、线或面组合而成，dim(S)只
【参考文献】
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2893846
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