[发明专利]一种考虑内方位关系的锥形模型方法及系统

说明书

本发明涉及一种考虑内方位关系的锥形模型方法及系统。所述的方法包括以下步骤：计算参考目标的最小外接矩形MBR；在MBR外侧将MBR邻近源目标一侧的边界的中点作为起点，构建锥形方向区域；通过锥形方向区域的边界、MBR的边界及其延长线，对空间方向重新进行划分；对MBR的边界进行三等分，把MBR内侧划分为9块。所述的系统包含参考目标、源目标、参考目标最小外接矩形MBR计算模块、锥形方位区域构建模块、外空间方向划分模块和内空间方向划分模块。本发明实现了空间目标点、线、面之间方位关系的表达，同时实现了相交、包含、重叠等空间目标的方位关系的判断，提高了对空间目标之间方位关系的表达能力。

技术领域

本发明涉及空间关系领域，具体涉及一种考虑内方位关系的锥形模型方法及系统。

背景技术

空间关系反映了实体之间或实体内部具有的空间特性，在空间查询、空间分析中起到重要作用。空间关系分为拓扑关系、度量关系和方位关系三部分。拓扑关系是指经过拓扑变换后始终保持不变的空间关系；度量关系是指能够用某种尺度来衡量空间对象之间的距离；方位关系是人们日常表达、描述客观世界不可或缺的基本工具，它用来描述实体之间的顺序关系，一般使用前后左右，东南西北等术语描述方位关系，即一个空间目标到另一个空间目标的指向，这两个空间目标分别为参考目标(指向出发的目标)和源目标(被指向的目标)。相应地，空间方位关系的基础理论是地理信息科学(GIScience)研究的重要内容。其中，方位关系模型是空间方位关系理论研究的重点和难点。

空间方位关系模型是计算和表达目标间方位关系的重要工具，目前空间方位关系模型主要有基于Voronoi图的模型、基于投影的模型和锥形模型。基于Voronoi图的模型包括方位Voronoi图模型和矩形Voronoi图模型；投影模型包括最小外接矩形模型MBR、矩阵模型和2D-String模型；锥形模型包括4方位锥形模型、8方位锥形模型、三角化模型。其中现有的锥形模型如下所述：

Haar最早提出了四方位锥形模型，其基本思想是：以参考目标的质心为起点，将空间划分为东、南、西、北4个锥形方位区域，利用源目标与4个方位区域是否相交判断方位关系。该模型把参考目标抽象为一个点，没有考虑其自身的大小，当两个目标距离很近时，不能准确的判断两个目标之间的方位关系。例如，当参考目标为一个长条状区域，源目标为一个很小的区域，且两目标相距很近时，利用4方位锥形模型的到的方位关系可能和人们认知的方位关系不一致，不能正确的判断相互缠绕、马蹄形等特殊区域的空间方位关系。

Frank在四方位锥形模型的基础上提出了八方位锥形模型，该模型以空间目标的质心或重心为原心，以4方位锥形模型的边界和东南西北方位线为轴线，将空间划分为东、东北、北、西北、西、西南、南、东南8个区域。与4方位锥形模型相比，8方位锥形模型更详细地对方位关系进行划分，但同样有4方位锥形模型的局限性。

Peuquet等对4锥模型和8锥模型进行扩展，提出了三角化模型，该模型的基本思想是以空间目标的某点出发沿所需的方位作两条射线形成一个三角形方位区域，从而描述与计算目标之间的方位关系。该模型考虑了目标对象的大小和形状，克服了4方位锥形模型和8方位锥形模型的不足，但是不能解决特殊区域的方位关系。

王中辉等根据Gestalt心理学的空间认知原理，通过求参考目标的MBR，并对MBR外侧空间方位进行划分，得到改进的锥形模型。此模型考虑了参考目标的形状和大小，比原始的锥形模型更符合人们的空间认知习惯。但是该模型不能准确的判断相交目标的方位关系。

综上所述，锥形模型还存在一些缺点。

中国期刊《武汉大学学报信息科学版》2007年1月第32卷第1期刊出的论文“锥形空间方向关系模型的改进”，提出了一种融入方向关系矩阵模型思想的改进型锥形模型，该模型同时具备了两者的优点，尤其对多尺度空间目标的空间方位关系的表达比较有效，并顾及到了多尺度的包容性。