CN106202379A - 一种基于空间场景相似性的匹配查询方法 - Google Patents

Abstract

为了解决空间场景相似性的查询问题，本发明考虑了空间目标的几何特性以及空间目标之间的拓扑关系、方向关系和距离关系，提出构建场景匹配的相似性算法，包括空间目标的几何相似度和空间目标间的空间关系相似度，包括拓扑相似度，方向相似度和距离相似度；并分别提出计算空间场景的几何特征相似度计算模型和空间关系相似度计算模型。利用空间场景几何相似度计算模型，对数据库中的目标进行相似性粗匹配，再利用空间关系模型进行精确匹配，进而完成空间场景相似性的查询。该模型能够客观的反映空间场景间的内在联系，具有良好的查询效果。

Description

一种基于空间场景相似性的匹配查询方法

技术领域

本发明属于地图学与地理信息科学技术领域，利用场景相似度进行空间查询的方法。

背景技术

空间场景是指空间目标及其空间目标之间关系的综合体。场景查询通过提供一个或者一组查询条件，在空间数据库中寻求匹配空间目标的过程。以往基于属性查询的方法，虽能够快速、高效的找到查询目标，但是其对于几何目标的查询是很有局限性的。场景查询更符合人们的日常认知和生活习惯。

空间目标的几何特征的描述较为简易，如Yuan S，Chuang D等研究了基于面状目标质心检验几何特征的匹配方法；Saalfeld提出结合目标空间位置进行匹配方法；王中辉和闫浩文提出多边形主骨架线的提取算法。另外，在涉及到多对象、多空间关系的场景相似度方面，建立场景相似性的计算模型是相对复杂的，国内外学者做了很多研究，如Schwering分析了几何模型、要素模型、网络模型等对于描述地理对象及其概念相似度的可能性；Li 和 Fonseca 的TDD( topology-direction-distance)空间相似性描述模型；闫浩文等提出方向Voronoi图模型，定量的描述空间目标的方向关系。

目前众多的场景相似性的查询方法中，一些方法只考虑单一的空间空间关系，没有将多种空间关系综合在一起进行分析。针对空间场景相似度的查询，现有的众多文献提出了单一目标的空间相似度模型和空间群组目标的相似度模型，这使得利用场景相似度以进行空间查询提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用空间场景相似度进行空间查询方法，提供了空间相似关系在查询方面的应用，客观的反映了空间目标间的内在联系，保证了查询结果符合人类的认知。

本发明方法包括提出空间场景的几何相似度和空间场景的空间关系相似度。

空间场景是指空间目标及其空间目标之间关系的综合体。步骤如下，提出构建场景匹配的相似性算法，包括空间目标的几何相似度和空间目标间的空间关系相似度（拓扑相似度，方向相似度和距离相似度）；并分别提出计算空间场景的几何特征相似度计算模型和空间关系相似度计算模型。利用空间场景几何相似度计算模型，对数据库中的目标进行相似性粗匹配，再利用空间关系模型进行精确匹配，进而完成空间场景相似性的查询。

本发明旨在提供一种利用空间场景相似度进行空间查询的方法，能够准确的进行相似度的查询，结果符合人们的认知习惯。

附图说明

图1是查询目标和待查询目标图

图2（a） 是场景和数据库建立的MER图

图2（b） 是场景和数据库建立的凸壳图

图2（c） 是场景和数据库建立的主骨架线图

图3 是几何特征查询结果图

图4 是建立的场景方向Voronoi图

图5是最终的查询结果图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的及所达到的效果，以下结合具体实施方式详细说明。

本发明的实施步骤可以概括为两个部分：场景的几何相似度计算和场景的空间关系相似度计算。下面对各实施步骤进行进一步的阐述。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行。

1.空间场景的几何相似度：

步骤1：提出空间目标的大小相似度，面状目标的大小相似度为：

SIM_S= (1)

步骤2:提出影响空间目标的形状的形状参数:

（1）纵横轴之比：面状目标最小面积外接矩形的长和宽比值：

A (2)

面状目标的横纵相似度为：

SIM_A= (3)

（2）矩形度: 多边形的面积与最小面积外接矩形的面积之比：

(4)

面状目标矩形度之间的相似程度为：

SIM_R= (5)

（3）面积凹凸比：多边形面积与其凸壳面积的比值：

B= (6)

面状目标的面积凹凸性的相似程度为：

SIM_B= (7)

(4) 形状参数：多边形面积与其周长平方之比：

(8)

面状目标的形状参数的相似程度为：

SIM_P= (9)

形状的相似度为：

SIM_RS= (10)

步骤3：提出空间目标的方向相似度，空间目标的方向用用多边形主骨架线表示：

SIM_Trend=1- (11)

步骤4：提出空间目标几何特征相似度的计算公式：

SIM_Geometry=（SIM_S+ SIM_RS+ SIM_Trend）/ 3 (12)。

2.空间场景的空间关系相似度：

步骤1：提出利用拓扑关系领域图计算空间目标间的拓扑关系相似度的方法：

SIM_Topo (13)

步骤2：利用方向Voronoi图模型，提出方向关系相似度计算模型：

SIM_Dir (14)

步骤3：利用目标质心间的距离，提出距离关系相似度计算模型：

SIM_Dis (15)

步骤4：提出计算空间场景空间关系相似度的总体模型：

SIM_Relation=（SIM_Topo+ SIM_Dir+ SIM_Dis）/ 3 (16)

综上所述，本发明提供了场景几何相似度和空间相似度的计算模型，符合人们的空间认知，能够客观的反映空间场景间的内在联系，具有良好的查询效果。

Claims (1)

1.提出空间场景的几何相似度和空间关系相似度的计算模型：

（1）空间场景的几何相似度的计算模型为：

步骤1：提出空间目标的大小相似度，确定面状目标的大小相似度的计算方法；

步骤2：提出影响空间目标的形状的形状参数；

步骤3：提出空间目标的方向相似度，空间目标的方向用用多边形主骨架线表示；

步骤4：提出空间目标几何特征相似度的计算公式；

（2）空间关系相似度的计算模型为：

步骤5：提出利用拓扑关系领域图计算空间目标间的拓扑关系相似度的方法；

步骤6：利用方向Voronoi图模型，提出方向关系相似度计算模型；

步骤3：利用目标质心间的距离，提出距离关系相似度计算模型；

步骤4：提出计算空间场景空间关系相似度的总体模型；

综上所述，本发明提供了场景几何相似度和空间相似度的计算模型，符合人们的空间认知，能够客观的反映空间场景间的内在联系，具有良好的查询效果。