空间目标的拓扑关系及其GIS应用分析

空间分析

第11卷　第12期2006年12月

中国图象图形学报JournalofImageandGraphics

Vol.11,No.12

Dec.,2006

空间目标的拓扑关系及其GIS应用分析

邓　敏

1)

1)

刘文宝

2)

黄杏元

1)

孙　电

1)

(南京大学城市与资源学系,南京　210093)　　2)(山东科技大学地球信息科学与工程学院,青岛　266510)

摘　要　拓扑关系是GIS中空间目标之间最基本也是最重要的关系之一,在空间数据建模、空间查询、分析、推理、制图综合、图像检索和相似性分析等过程中起着重要的作用。在综合研究空间关系文献基础上,从方法论的角度论述了精确和不精确空间目标间拓扑关系的描述方法及其最新进展,并简要分析了拓扑关系在GIS空间查询、推理和分析中的应用。

关键词　地理信息系统　拓扑关系　不确定性　形式化

中图法分类号:P208　　文献标识码:A　　文章编号:100628961(2006)1221743207

ModelingTopologicalRelatisandItsS

Men,Xing2yuan,SUNDian

1)

12)

1)

1)

ofSciences,NanjingUniversity,Nanjing210093)

ofandEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266510)

Abstract　TopologicalrelationshipisoneofthemostimportanttheoreticaltopicsrelatedtoGISmodeling,anditplaysakeyroleinmanygeo2technicalfieldssuchasspatialdatamodeling,spatialquery,spatialanalysis,spatialreasoning,andcartographicgeneralization.Tomotivatefurtherresearchandapplicationsofthetheory,thispaperreviewstheformalismsandformalmodelsoftopologicalrelations.First,theapproachesthatdescribetopologicalrelationsundercertaintyarebrieflyexamined.Thenthedevelopingprogresstowardtopologicalrelationswithuncertaintiesisexploredintermsofresearchmethodologies,includingbroadboundaryapproach,fuzzysetapproach,randomsetapproach,androughsetapproach.Moreover,someapplicationsofthetheoryinspatialquery,spatialanalysisandspatialreasoning,arebasicallyintroduced.Finally,severalissuesarehighlightedforfutureinvestigations.

Keywords　geographicinformationsystem,topologicalrelations,uncertainty,formalism

1　引　言

近年来空间关系理论已在地理信息系统、智能导航、机器人、计算机视觉、影像理解、图片数据库和

CAD/CAM等领域引起普遍关注。国际地理信息科

学界目前的相关研究主要集中在空间关系的语义问题、空间关系的形式化描述、基于空间关系的查询与

分析,以及空间推理等方面。由于拓扑关系是在语

义层次上最重要的一种空间关系,已有的绝大部分研究是针对拓扑关系的。拓扑关系是一种不随空间旋转、平移、放大/缩小等变换而发生改变的定性空间信息。现有的GIS软件对拓扑关系的处理模式有两种:一是在数据结构中隐含地表达(即结点、弧段、多边形之间的关联拓扑关系或称邻接拓扑关系);二是在数据结构中根本不考虑,需要时根据所

基金项目:国家自然科学基金项目(40501053,40471109);基础地理信息与数字化技术山东省重点实验室开放研究基金项目(SD040201);测绘遥感信息工程国家重点实验室基金项目(WKL040304)

收稿日期:2004203231;改回日期:2006201210

第一作者简介:邓敏(1974～　),男,教授,现就职于中南大学测绘与国土信息工程系。2003年于武汉大学获摄影测量与遥感专业博士学位。主要研究领域为空间关系理论及应用、GIS空间数据质量与不确定性理论。在国内外学术期刊发表论文40余篇。E2mail:lsdmin@polyu.edu.hk