三维空间方向关系定性推理及查询技术研究

发布时间：2017-08-26 06:32

  本文关键词：三维空间方向关系定性推理及查询技术研究

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【摘要】：随着空间数据库技术、遥感技术、信息技术等飞速发展,地理信息系统开始应用于全球性、全民性问题的解决中,为了适应新一代智能应用系统的需求,下一代空间信息处理系统必须符合人们对三维空间信息的定性描述、推理等常识性处理,用定性的语言来实现与空间数据库的交互。物体间的空间关系主要包括拓扑关系、方向关系和距离关系,在三种关系中,方向关系定性推理及查询是当前国内外备受关注的、多学科交叉的空间数据库领域的研究热点问题。二维空间方向关系在描述时有着自身缺陷,如跟踪和查询飞行物体时不能表达准确信息,不能给人以自然界的本原感受,而真实空间中的对象均包含三维空间信息。本文主要围绕三维空间中方向关系的建模、定性推理、方向关系查询等相关理论与关键技术,开展了相关内容的研究。首先,将三维空间中的参照物B体分别向xoy,xoz平面投影,得到的最小外接矩形将两个平面都划分成九个区域,用两个三行三列矩阵联合记录在xoy,xoz两个投影平面中目标物体A的真实区域落在参照物体B的哪一个区域来描述方向,分别用“1”和“0”来表示相交和不相交情况,据此提出了双投影矩阵模型。基于该模型,利用矩阵的计算性能,提出了一种三维空间方向关系的组合推理方法,解决了单方向关系与单方向关系、单方向关系与多方向关系、多方向关系与单方向关系、多方向关系与多方向关系的推理问题。将四种推理方法进行总结归纳,给出了三维空间中方向关系组合推理算法,并进行了分析比较。其次,利用内部矩形体对参照物体进行方向片划分,提出了三维空间双投影内分矩阵模型,通过内部、边界、外部三种方向关系组合表达空间方向关系,利用方向关系与拓扑关系间的依赖约束,提出方向关系与拓扑关系间的12条转化规则,根据Roop K.Goyal给出的五个模型性能指标对该模型进行性能评估,解决了在表示物体间是否相邻、相离或相交时存在的局限性。再次,针对单一的三维空间索引技术检索性能较差的问题,分析了八叉树和经典R树的优缺点,提出了一种将两者结合的混合索引技术——ORSI,给出了ORSI的原理和结构描述,对混合索引结构中的R树分割聚类算法、混合索引结构插入算法、删除算法、检索算法等进行了研究,并对其性能进行了测试分析。最后,给出了三维空间方向关系推理原型系统的设计过程,介绍了该系统的设计原则、概要设计、系统功能和主要模块的算法流程,并通过测试用例进行了验证。
【关键词】：空间数据库 方向关系 定性推理 查询处理 三维空间
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.13
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景和意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 空间关系模型14-16
• 1.2.2 空间关系推理16-19
• 1.2.3 空间关系查询19
• 1.3 本文研究内容19-22
• 1.4 论文的组织结构22-24
• 第2章 相关概念及空间关系演算推理24-36
• 2.1 空间关系的概念和特征24-26
• 2.1.1 空间关系本体24
• 2.1.2 空间关系特征24-26
• 2.2 相关理论26-35
• 2.2.1 区间连接演算26-28
• 2.2.2 区间代数28-30
• 2.2.3 矩形代数30-32
• 2.2.4 主方向关系代数32-35
• 2.3 定性空间关系推理的应用35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 双投影矩阵模型的方向关系组合推理研究36-56
• 3.1 引言36
• 3.2 双投影矩阵模型36-39
• 3.2.1 三维空间方向关系的表示方法36-38
• 3.2.2 双投影矩阵模型的表示方法38-39
• 3.3 基于矩阵的方向关系组合推理39-53
• 3.3.1 三维空间组合推理的模式39
• 3.3.2 方向关系矩阵的运算规则39-41
• 3.3.3 三维空间方向关系的组合推理41-53
• 3.4 三维空间方向关系的组合推理算法53-54
• 3.4.1 组合推理算法53-54
• 3.4.2 算法分析54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 方向与拓扑关系相结合的三维推理模型56-66
• 4.1 引言56
• 4.2 三维空间方向关系及拓扑关系的描述方法56-58
• 4.2.1 双投影矩阵表示方法56-57
• 4.2.2 三维空间拓扑关系描述57-58
• 4.3 三维空间方向关系与拓扑关系结合的表达模型58-63
• 4.3.1 双投影方向关系矩阵模型的局限性58-59
• 4.3.2 一种基于内部方向细分的双投影内分矩阵模型59-60
• 4.3.3 双投影内分矩阵模型的形式化表示60-61
• 4.3.4 集成方向与拓扑关系描述空间关系61-63
• 4.4 双投影内分矩阵模型性能评估63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 三维空间方向关系查询技术66-77
• 5.1 引言66-67
• 5.2 ORSI混合索引的结构67-69
• 5.2.1 八叉树和R树的优缺点67
• 5.2.2 ORSI索引结构的原理67-69
• 5.2.3 ORSI索引结构的定义69
• 5.3 ORSI混合索引的相关操作与算法69-73
• 5.3.1 R树分割聚类分类算法69-70
• 5.3.2 ORSI索引结构的插入算法70-71
• 5.3.3 ORSI索引结构的删除算法71-72
• 5.3.4 ORSI索引结构的检索算法72-73
• 5.4 ORSI混合索引结构性能测试与分析73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第6章 三维空间方向关系推理原型系统设计77-89
• 6.1 引言77
• 6.2 系统设计原则77
• 6.3 原型系统设计与实现77-85
• 6.3.1 开发工具分析77-78
• 6.3.2 Map X控件的结构78-81
• 6.3.3 系统概要设计81-82
• 6.3.4 系统功能设计82-83
• 6.3.5 系统处理流程83-85
• 6.4 系统实验平台验证85-88
• 6.4.1 测试用例说明85-86
• 6.4.2 系统运行结果86-87
• 6.4.3 推理求解分析87-88
• 6.5 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-99
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果99-101
• 致谢101-102
• 作者简介102

【参考文献】

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本文编号：740240