基于空间认知的路径查找模型的设计与实现

论文摘要

路径查找是人们日常生活中经常遇到的一类基本问题。路径查找是确定出起始点和目标点之间的一条路径,并沿路径而行的心智过程,它的最终目标是找到由起始点到达目标点的一条路径。基于空间认知的路径查找是研究人们如何在空间定位自己以及如何在空间引导自己前行的过程,试图从理论上解释人们如何在现实世界中寻找路径、需要什么空间知识、怎样互通方向、以及人们的行动和视觉能力如何影响路径查找等基本问题。在空间认知的基础上研究路径查找问题涉及了认知理论、心理学、计算机科学、地理学等学科,此问题受到很多领域研究者的关注。国外已有不少学者对此问题进行了研究,所提到的模型较典型的有TOUR模型、基于路径查找过程的形式化模型、场景空间的schematicgeometry模型等,而国内的研究成果相对较少。基于空间认知的路径查找问题正吸引着越来越多的国内外学者和研究人员去研究。在日常的工作和生活中,涉及到路径查找问题的情况很多,比如去一个陌生的城市环境办理事务、第一次去一个大城市就医或走亲访友、观光著名的景点等等。本文在研究空间认知和路径查找等知识的基础上,提出了三种基于空间认知的路径查找模型,并选择在陕西师范大学长安校区的环境里设计并实现了三种模型。本文的主要研究内容如下:1.广泛搜集了国内外有关空间认知和路径查找的相关资料,先对认知、空间认知和地理空间认知的基本概念,以及它们之间的关系等问题作了详细的总结和比较。之后细致的介绍了路径查找的知识——概念、组成、方式、分类等等。2.对现有的关于路径查找的典型模型——TOUR模型和基于路径查找过程的形式化模型进行了较全面的阐述,对模型的结构和组成、不足之处等方面给予了详细的介绍。3.提出了三种基于空间认知的路径查找模型——分别是基于起始点和当前点的方向关系、基于目标点和当前点的方向关系与基于环境里的路标信息。采用图形界面工具MapXtreme和编程语言Java模拟了陌生人在陕西师范大学长安校区的环境里找路的过程。4.实验环境选择了陕西师范大学长安校区,先对已有的陕西师范大学长安校区的平面图进行了必要的处理——分成四个图层,并将其存储于Oracle数据库中,实现对数据的快速访问和维护工作,使数据库存储空间数据的优势得以体现。本文的主要创新之处是提出了三种基于空间认知的路径查找模型——基于起始点和当前点的方向关系的路径查找模型、基于目标点和当前点的方向关系的路径查找模型、基于路标信息的路径查找模型。三种模型的不同体现在认知环境的角度不同,模型分别使用不同的评价函数来决定下一个被访问的结点,而评价函数的定义在前两种模型里是依托方向关系的判断,第三种模型依托的是路标上的信息。最后在陕西师范大学长安校区的平面图的基础上构造了实验用图,把MapXtreme和Java结合使用,在该校园环境里设计了模型系统,并模拟了三种模型。该框架包括三个组成部分:空间数据库、主要算法、用户界面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容及组织结构
• 1.4 本章小结
• 第2章 空间认知理论
• 2.1 认知的概念
• 2.2 空间认知的描述
• 2.2.1 空间认知的概念
• 2.2.2 空间认知的建构
• 2.2.3 认知地图
• 2.2.4 空间认知的基本单位
• 2.2.5 空间认知能力的研究
• 2.3 地理空间认知简介
• 2.3.1 地理空间
• 2.3.2 地理空间认知的概念
• 2.3.3 认知、空间认知与地理空间认知之间的关系
• 2.4 GIS与人的空间认知
• 2.5 本章小结
• 第3章 路径查找
• 3.1 路径查找的起源与演变
• 3.2 路径查找的概念和组成问题
• 3.2.1 路径查找的概念
• 3.2.2 路径查找的组成
• 3.3 路径查找与导航的区别
• 3.4 路径查找过程的方式
• 3.5 路径查找情况的分类
• 3.5.1 正常状态下的路径查找情况
• 3.5.2 非正常状态下路径查找情况
• 3.6 路径查找模型的分类
• 3.6.1 性能型
• 3.6.2 感知型
• 3.7 空间认知和路径查找的关系
• 3.8 路径查找中的空间推理
• 3.9 本章小结
• 第4章 路径查找的模型研究
• 4.1 TOUR模型
• 4.1.1 TOUR模型简介
• 4.1.2 TOUR模型的构成
• 4.1.3 TOUR模型里的推理规则
• 4.1.4 TOUR模型存在的问题
• 4.1.5 TOUR模型的发展
• 4.2 基于路径查找过程的形式化模型
• 4.2.1 模型简介
• 4.2.2 基于过程的查找模型的组成
• 4.2.3 此模型存在的问题
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于空间认知的路径查找模型的设计与实现
• 5.1 模型框架的提出
• 5.2 三种模型的介绍
• 5.2.1 模型一
• 5.2.2 模型二
• 5.2.3 模型三
• 5.3 实验平台
• 5.3.1 实验工具的介绍
• 5.3.2 实验环境的建立和存储
• 5.3.3 MaPInfo上载空间数据
• 5.4 实验过程的实现和用户界面
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 所做的工作
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢