定性空间推理技术及知识库的构建研究

论文摘要

当前,空间信息已经开始走向产业化,属于市场竞争和科技创新的热门话题。社会经济的持续发展,需要与自然资源的合理利用及生态环境的保护协调,对空间信息产业化的需求也就更加殷切,它促进了空间信息采集、处理与应用的研究。遥感技术(Remote Sensing)与全球定位系统(GPS)为空间信息的采集提供了技术支持,地理信系统(GIS)从定量的角度建立了空间信息处理和应用的理论及技术体系。但空间信息是复杂的,它包含海量的数据,囊括多种数据类型,不仅包括如数值、字符,还有图象等。从空间信息应用的智能化发展来看,对空间信息仅进行定量的研究是不够的,还需要从定性角度进行研究。对空间信息的定性研究主要集中在定性空间模型的建立以及定性空间推理的方法上。其中定性空间的表示包括空间对象的拓扑关系、方位关系、度量关系三方面的研究。定性空间推理属于知识表示和符号推理的一个子领域,它通过有限的定性关系集合来表示空间对象,并实现关系的运算。定性方法的目标是以人类对空间的常识性的认识进行建模,使得定性推理在人机交互中比定量的计算更高效。本文通过建立基于圆的空间对象简化模型,实现定量到定性知识的转换,给出其在GML中的形式化表示,着力构建定性空间知识库系统。主要工作如下:(1)在研究当前主要的定性关系表示方法的基础上,从认知的角度简化由点、线、面构成的空间对象为圆,即在简化模型中,任意对象由中心坐标及半径定义;给出简化模型在拓扑关系、方位关系、度量关系的定性描述。简化模型提供了一种定量到定性知识的转换方法。(2)研究当前的空间推理技术,结合组合表推理,给出简化模型拓扑关系推理、方位关系推理方法。(3)传统的地理信息数据缺少定性知识的表示,不适合网络传输,为构建知识库系统,需考虑空间信息在计算机的存储格式。本文给出简化模型的GML形式化定义,建立符合XML标准的可交换的定性空间对象表示格式。实现知识库系统对地理信息共享和互操作的支持。(4)结合简化模型的空间对象表示、基于组合表的推理以及GML的定性知识存储编码格式,构建定性空间知识库系统,阐述知识库系统的组成、知识库的结构、知识的获取;通过实验统计分析基于组合表的知识库系统所需的知识容量;提出改进的融合推理方法;通过.Net编程环境给出知识库系统的使用示例。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 定性空间推理及知识库系统的概念
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 定性空间表示
• 1.3.2 定性空间推理
• 1.3.3 定性空间知识库
• 1.4 论文研究的内容
• 1.4.1 论文主要内容及结构
• 1.4.2 拟解决的主要问题
• 1.4.3 研究的方法及技术路线
• 2 定性空间关系表示研究
• 2.1 空间对象及空间关系
• 2.1.1 空间对象
• 2.1.2 空间关系
• 2.2 空间对象拓扑关系表示
• 2.3 空间对象方位关系表示
• 2.3.1 方位及方位关系
• 2.3.2 锥形模型
• 2.3.3 投影模型
• 2.3.4 字符串模型
• 2.4 GIS 空间对象简化模型表示方法
• 2.4.1 地理要素的几何抽象
• 2.4.2 简化的表示模型
• 2.4.3 简化模型的拓扑关系
• 2.4.4 简化模型的方位关系
• 2.4.5 简化模型的度量关系
• 2.5 本章总结
• 3 组合表及其推理技术
• 3.1 定性空间推理
• 3.2 定性空间推理的模式与组合表
• 3.2.1 定性空间推理的模式
• 3.2.2 组合表
• 3.3 基于HBM 的组合表及推理
• 3.4 空间对象简化模型拓扑关系推理
• 3.5 空间对象简化模型方位关系推理
• 3.6 本章总结
• 4 基于 GML 的空间对象及关系编码方式
• 4.1 GML 概述
• 4.1.1 GML 与WebGIS
• 4.1.2 推出GML 的目的
• 4.1.3 GML 基本框架
• 4.2 基于GML 的实例
• 4.3 本文对空间对象的GML 定义和表示
• 4.3.1 对象坐标位置及大小的GML 描述
• 4.3.2 对象拓扑关系的GML 描述
• 4.3.3 对象方位关系的GML 描述
• 4.3.4 简化模型的GML 文档结构
• 4.4 GML Schema 的定义工具
• 4.5 本章总结
• 5 定性空间知识库系统的设计与实现
• 5.1 基于Web Service 的定性空间知识库系统结构
• 5.1.1 Web Service 概述
• 5.1.2 定性空间知识库系统
• 5.1.3 客户端
• 5.1.4 第三方开发者
• 5.2 定性空间知识库结构
• 5.2.1 推理规则库
• 5.2.2 环境知识库
• 5.3 获取定性知识
• 5.3.1 GIS 空间数据模型及空间数据结构
• 5.3.2 获取GIS 空间数据库的定性知识
• 5.3.3 获取GML 文档的定性知识
• 5.3.4 定性空间推理所需的知识容量
• 5.3.5 融合推理
• 5.4 知识库系统的应用示例
• 5.4.1 GML 知识文档
• 5.4.2 Web Service 接口
• 5.4.3 知识推理示例
• 5.5 本章总结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的项目经验及实践活动