参数化的空间实体变化分类方法_邢汉发_陈军_李长辉_周晓光

中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)
Vol.45 No.2 Feb. 2014
参数化的空间实体变化分类方法
邢汉发 1，陈军 2，李长辉 1，周晓光 3 (1. 广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州，510060； 2. 国家基础地理信息中心，北京，100044)； 3. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083)
也从不同出发点进行的研究工作都证实了拓扑关系在 变化描述中的重要性。另外，从国内外学者的研究成 果来看，空间实体目标的标识与动态性、拓扑关系、 维数和形状、大小、位置、方位等参数对实体的空间 变化起到重要作用
[5, 12]
。因此，本文将从将变化前、后的目标投影到同一参考平面后的拓扑关系入手，然 后采用一定复杂程度下二维空间目标间(包括点/点、 点/线、点/面、线/线、线/面、面/面)完备的拓扑关系 类型为基础
因此本文将从将变化前后的目标投影到同一参考平面后的拓扑关系入手然后采用一定复杂程度下二维空间目标间包括点点点线点面线线线面面面完备的拓扑关系类型为基础11结合要素的对象标识和动态性维数和形状几何特征变化等参数建立变化信息的形式化描述模型分析推导出基础地理空间要素的完备变化类型
第 45 卷第 2 期 2014 年 2 月
01 点目标 S (1) 1,2,3 线目标：分别表示直线、圆弧、曲线
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空间实体变化分类的层次细分 方法
文献[11]给出了单一实体的 9 种基本变化类型，
即出现、消失、扩大、缩小、变形、移动、旋转、重 现、属性变化。但在变化信息标报、采编等系统实际 应用中，仅应用基本变化分类无法满足此类系统的需 求，此类系统对空间实体的变化分类信息的需求根据 用户不同，是简单的、具有层次性的。例如，普通公 众和专业用户对变化分类的认识和断定层次不同。因 此，弄清实体的各种可能变化情况，将有助于提高此 类系统设计的针对性，减少盲目性，同时还可以为系 统用户提供变化信息判断依据。实体变化细分变化情 况需要根据实体变化类型推断规则(或约定)来分析确 定，实体变化类型推断规则需要根据式(1)模型中的变 化因子来确定。
收稿日期：2013−06−25；修回日期：2013−09−20
[1]
时空变化分为出现、消失、稳定、扩大、缩小、变形、 移动和旋转等 8 大类。Egenhofer 等[4]探讨了拓朴关系 的渐变规律，给出了反映拓朴关系时空变化的最邻近 拓朴关系邻接图； Hornsby 等[5]从信息空间中对象状态 变化的角度，将单一空间对象在时空数据库中的状态 分为存在、有历史的不存在和无历史的不存在 3 种状 态，通过这 3 种状态之间的组合，得出 9 种对象标识 状态变化类型。Klippel 等[6]以“移动(move)”事件为例 进行了一些人工试验，探讨了地理事件概念化的主要
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空间实体变化的多参数形式化描 述模型
除)， Continue-existence(继续存在)， Reincarnate(唤醒)。 目标标识对应目标的唯一 Id，Ic=(Value,Oid)。例如 Id 为“GB101”的面目标进行“删除目标点”标报， Ic 取值为 (21,GB101)。 (2) 拓扑关系。一般认为，两目标间拓扑关系主 要包括相离(disjoint),相邻(touch),包含(contains)、被包 含 (inside) ，相等(equal) ，部分重叠(overlap)[13]，文中 对其取值：Tp={1,2,3,4,5,6,7,8,9}。 (3) 目标维数变化。如果在变化中没有新实体出 现、旧实体消失，实体维数是一个重要的参数，维数 的变化在后期更新中会引起替换操作。比如居民地的 扩张，由点变为面，则更新中需要将点状要素替换为 面状要素，即删除点状要素，创建面状要素。文中对 目标的维数变化用实际维数直接表达，即 D={0,1,2}={点，线，面}。例如，维数变化 Dc 取值为 02，表示由点变成面。
[4−6]
(a) 2 维到 2 维，面目标局部扩大； (b) 2 维到 2 维，面目标整体扩大； (c) 0 维到 2 维，点目标(如居民地)整体扩大； (d) 1 维到 1 维，目标局部扩大 图1 扩大变化的细分类型举例 Fig. 1 Segmentation types of the expand changing
Parametric approach to classification of spatial object change
XING Hanfa1, CHEN Jun2, LI Changhui1, ZHOU Xiaoguang3
(1. Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute, Guangzhou 510060, China; 2. National Geomatics Center of China, Beijing 100830, China; 3. School of Geosciences and Info-physics, Central South University, Changsha 410083, China) Abstract: A formal description model was proposed based on multi-parameter, including, identity, dynamic, dimension, shape and topological relationship in the between before and after changes. On this basis, the hierarchical inference framework of a classification of change was proposed, and each of the 9 basic changes in single entity was subdivided and formal description was given. Finally, the geo-spatial data reporting was used as an example to illustrate its application mode. The hierarchical classification method in this paper solves the questions of “what be reported” in change information reporting. Key words: updating report; change parameters; hierarchical classification; change type
2.1 基本变化类型和细分类型的推断规则
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因素，他们认为除拓扑关系外，其他因素如对象标识 (identity)、动态性 (dynamics) 等都对移动事件的概念 化描述有着重要影响。Zhao 等从空间一致性应用角 度，以面状目标“扩大”为例，深入分析了空间对象的 4 个属性：形状、大小、方位角和位置的变化影响以 及内在联系[7]。他们的研究成果在国际上有着重要的 影响，但其是从时空推理的角度出发，分类只是建立 在枚举与图形描述的基础上，并且这些变化情况过于 笼统，远不能指导变化信息标报、采编等系统的设计 与开发。如：单一实体的“扩大”变化，细分情况需要 从理论上选用合适的参数来进行分析与推导。国内多 位学者在这方面也进行了比较深入的探索，如朱华 吉[8]从地形数据变化信息发布的应用背景出发，提出 了一种基于图元快照差的变化信息描述方法，其对深 化地理空间要素变化的认识有着重要的科学意义，但 仍不能满足系统标报、更新需求。周晓光等[9−11]从拓 扑联动更新处理过程中的拓扑一致性维护的角度出 发， 推导出 17 种简单联动变化类型， 仍然没有提出一 套合适的描述模型，无法满足变化标报等应用需要。 这是因为他们的研究成果仅停留在枚举与图形描述阶 段，没有从理论上选用相应的参数来进行分析推导， 不具备完备性。为此，本文作者在深入分析影响变化 分类的重要参数基础上，提出一种能够描述和推断基 本变化细分类型的形式化表达模型和推断方法，以满 足变化标报、采编等 GIS 更新处理系统的应用需求。 1.1 变化参数的作用及其取值 (1) 要素标识和动态性。目标标识状态是对现实 世界中实体存在状态的反映，能够表达实体在现实世 界中的变化情况。空间目标包括 3 个状态：存在、有 历史的不存在和无历史的不存在。通过 3 种状态的变 化组合可得出单一目标的 9 种可能变化情况[8]，其组 合后的 4 种变化能够对应轮廓线分类与目标标识状态 变 化 之 间 的 关 系 ， 即 Ic={ Create, Eliminate, Continue-existence, Reincarnate } ， 用 Ic(Value)= {02,21,22,12}，依次表示 Create(新建 )，Eliminate(删 扩大变化的组分类型举例如图 1 所示。从图 1 可 以看出，如果将变化前后的目标投影到同一空间参考 平面上，相关目标间的拓扑关系能够较好地反映出空 间要素的变化情况，如图 1(b)和(c)；Egenhofer 等
摘要：提出一种基于目标标识动态性、拓扑关系、维数、形状、位置、方位等多参数的空间实体变化分类模型， 为单一空间实体变化的分类描述提供了形式化方法。在此基础上，提出一种变化分类的层次推断框架，分别对单 一实体 9 种基本变化进行细分与形式化描述，给出有意义的变化类型。最后，以变化信息标报为例，阐述其应用 方式。本文所提出的层次分类方法解决了变化信息标报中“标报什么”的问题。 关键词：更新标报；变化参数；层次分类；变化类型 中图分类号：TD853.391 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2014)02−0495−06
基金项目：国家自然科学基金面上资助项目(41371366)；广州市科技计划项目(2012Y2-00035；2013Y2-00031) 通信作者： 邢汉发 (1981−) ，男，山东淄博人，博士，从事地理信息空间数据建模、更新、服务等方面的研究；电话： 18588861619； E-mail ： xinghanfa@
变化信息的分类与描述是时空认知科学领域的一 项重要内容，其目的是认识地理空间实体变化情况， 它是变化信息标报、采编、更新与服务等系统设计与 开发的前提与基础，掌握基础地理空间要素的各种可 能变化情况，可以提高此类系统设计的针对性，减少 盲目性， 还可以为系统用户提供变化信息判断依据 。 从面向对象的角度来看，单一实体变化分类是空间实 体变化分类的基础，多个实体间的变化可以通过存在 依赖关系的单个实体变化表达[2]。Claramunt 等[2−3]将
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，结合要素的对象标识和动态性、维数
和形状、几何特征变化等参数，建立变化信息的形式 化描述模型，分析、推导出基础地理空间要素的完备 变化类型。
第2期
邢汉发，等：参数化的空间实体变化分类方法
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(4) 目标几何特征变化。用点状、面状和线状要 素表达的客观世界的实体都是具有一定大小、方位、 位置和形状等几何特征，判断描述这些地理实体的几 何特征的变化可以用来确定实体的变化类型[10]。根据 线状要素和面状要素的 3 个基本特征：位置、形状、 方位角判断 2 个实体是否相同， 用 S 表示实体的形状， A 表示实体的方位角，P 表示实体的位置。方位角和 位置参数可以用点位置和变化量组合表达， A=(R_point,M_X,M_Y)，P=(R_point,R_Degree)。空间 目标的形状也是实体变化的一个重要参数，例如在数 据更新中，需要将直线变为曲线，相应的变化标报和 编辑过程中存在更新操作，需要删除直线要素，创建 曲线要素。形状变化可用形状描述参数来表达，如线 目标形状可用线的类型(如直线、圆弧、样条曲线等) 来表达。目标形状取值如下：