CN107609036A - 一种基于交互式草图的空间查询方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交互式草图的空间查询方法，适用于面向电子地图的模糊场景查询，解决日益丰富的地理数据和现行空间查询方式以及结果展现形式单一之间的矛盾。本发明步骤如下：(1)提供面向空间查询草图场景构建环境，绘制过程中可通过笔画绘制要素，可利用标签等形式录入要素的属性信息；(2)计算草图要素间的空间关系；(3)构建草图场景的语义图；(4)基于语义计算场景相似性；(5)输出相似空间场景查询结果。本发明将交互式草图应用于空间查询，将多要素场景匹配转化为语义相似度计算，可有效的拓展地理信息检索的方式。

Description

一种基于交互式草图的空间查询方法

技术领域

本发明属于信息技术领域，尤其涉及面向地理场景的电子地图空间查询方法。

背景技术

空间查询是GIS的主要功能之一，传统空间查询利用空间对象、空间关系、属性等进行，无法解决多要素、模糊要素查询的问题。近年来为满足在特定领域和情景下地理空间查询的需求，国内外在相关领域的研究取得了一定的研究成果，但是仍然存在一些亟待解决的问题。(1)现有对地理空间抽象侧重于地理现象个体的位置、几何、属性、时间和空间关系的表达，难以跨越地理场景的“语义鸿沟”，无法有效地描述和表达地理场景多层次、多种地理现象共存并相互作用的地理综合体。(2)传统的面向自然语言的空间查询难以实现多地理实体、地理实体和空间关系复合的查询，而以图形或草图为输入的空间查询，难以支持其他语义信息的复合。(3)空间查询实质上是空间相似性求解的过程，相似度计算方法往往以概念语义、空间关系等众多因子为相似度特征项进行计算，考虑单一空间关系的语义特征，或综合拓扑、方位关系却忽略整体场景的语义特征。

地理场景反映的是人们日常生活和社会经济发展的基本空间环境，也是人们认知世界的基本空间范畴。从地理场景而不是空间对象、空间关系等单一视角揭示地理信息表达机理，是一种全新的地理信息科学认知观。在日常交流中，人们通常会应用草图的形式更加直观形象地描述查询内容。因此，本发明利用交互式草图的优势，从场景的角度解决模糊空间查询问题。

发明内容

技术方案如下：

(1)提供面向空间查询草图场景构建环境，绘制过程中可通过笔画绘制要素，可利用标签等形式录入要素的属性信息；

(2)计算草图要素间的空间关系；

(3)构建草图场景间的语义图；

(4)基于语义计算场景相似性；

(5)输出相似空间场景查询结果。

其中，(1)交互式草图的构建流程如下：

第一步：用户添加草图要素(这里将绘制的独立地物称之为草图要素)；

第二步：系统自动生成要素名称、绘制时间、修改时间；

第三步：用户将草图要素的已知属性描述条件以标签(Tag)形式进行添加；

第四步：用户可修改草图要素的形状、大小以及名称等信息；

第五步：该步骤为可选动作，利用当前要素已有信息，在空间数据库中对要素进行匹配，给出匹配到的候选地理要素供用户选择；提取空间数据库中匹配的地理要素，将其图形替代草图图形，将其属性信息形成新的Tag。

第六步：如需添加其他草图要素，返回第一步，如要素添加结束，则退出绘图。

其中，(2)计算草图要素间的空间关系。提取草图要素间的空间关系，将草图要素分布情况转化为定性空间关系，有利于从定性角度去判断场景相似性，为草图匹配提供支撑条件。空间关系包括拓扑关系、方向关系和距离关系。应用九交模型来计算草图要素间拓扑关系，利用TPCC模型计算要素间的方向和距离关系。

其中，(4)基于语义计算场景相似性。由组成场景的地理要素之间的相似性和空间关系之间的相似性组成。其值可表示为：

其中表示的是地理要素之间的相似度，表示的空间关系之间的相似度。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)将空间场景作为一个多层级嵌套、多要素相互作用的整体，将地理信息查询从空间对象、空间关系和属性的单项式查询提升为面向地理场景的综合式查询。

(2)区别于图像检索领域的草图检索，用户利用草图进行空间查询时，很大可能性是由于对所查询对象某些信息缺失(名称、属性等)，而试图通过草图来构建一个场景，利用该场景中确定信息(已知对象、空间关系等)查询需要的结果。交互式草图查询模式以图形化界面和Tag属性的方式构建查询输入，有效跨过图形和语义表达的鸿沟。

(3)项目将空间场景匹配问题转化为语义相似度计算问题，有针对性的降低了计算的复杂度，具有可操作性，在地理信息检索领域具有应用价值。

附图说明

图1：基于交互式草图的空间查询方法流程图；

图2：空间查询草图绘制模板；

图3：交互式草图构建过程示意图，(a)为草图要素绘制结果，(b)为电子地图匹配结果，(c)为草图要素替换结果；

图4：空间查询草图语义提取，(a)为草图场景绘制结果；(b)为草图场景语义图；

图5：草图查询结果展示；(a)为查询结果仙林宾馆；(b)为查询结果文澜宾馆；(c)为查询结果宜人宾馆。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明技术方案。

以下面查询为例，其包括三类信息：1)查询主题；2)确定的辅助信息3)不确定辅助信息，如表1所示。该例中，需要查询的模糊对象为一家酒店，其名称未知；可以确定的是该酒店在“文澜路”旁边，周围有小山，前面有湖；同时，可能存在一条路位于该酒店后面。

表1查询示例

(1)如图2所示，在绘图模板中绘制需要查询的要素，系统自动记录用户名、创建时间、修改时间。用户可针对要素名、Tag等信息进行编辑，其中Tag标签信息可以通过加号任意添加。绘制过程中，可通过绘图操作对绘图的笔画、粗细、颜色进行编辑修改。

(2)绘图过程中，当草图要素绘制完成后，可选择即时匹配功能。具体步骤为1)用户添加草图要素，如图3中(a)所示；2)用户将草图要素的已知条件以标签(Tag)形式进行添加；3)利用Tag信息对草图要素进行定位，给出匹配到的候选地理要素供用户选择，如图3中(b)所示；4)提取空间数据库中匹配到地理要素，将其图形替代草图图形，将其属性信息形成新的Tag，如图3中(c)所示。

(3)依据事例中的条件，当草图绘制完成后，绘图模板上显示结果为图 4中(a)。对草图进行分析，以要素B(酒店)为主要参考要素，提取要素间的空间关系，将草图绘制结果转化为语义网络图形式，如图4中(b)所示。其中，不确定辅助信息E的用虚线表示关联关系。

(4)经计算得到查询的酒店可能的解为：仙林宾馆，文澜宾馆以及宜人宾馆，如图5所示。其中，图5中(a)查询需要的A(文澜路)、B(仙林宾馆)、C(湖)、D(山)、E(路)皆具备；图5中(b)只匹配到A(文澜路)、 B(文澜宾馆)、E(路)三个要素；图5中(c)匹配到A(文澜路)、B(宜人宾馆)、E(路)。过程计算语义相似度的结果分布为0.878、0.675、0.367。因此，依据相似度计算结果依次输出图5中(a)、(b)、(c)三个查询结果。

Claims (4)

1.一种基于交互式草图的空间查询方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)提供面向空间查询草图场景构建环境，绘制过程中可通过笔画绘制要素，可利用标签等形式录入要素的属性信息；

(2)计算草图要素间的空间关系；

(3)构建草图场景间的语义图；

(4)基于语义计算场景相似性；

(5)输出相似空间场景查询结果。

2.如权利要求1所述的法，其特征在于，所述(1)交互式草图的构建流程如下：

第一步：用户添加草图要素；

第二步：系统自动生成要素名称、绘制时间、修改时间；

第三步：用户将草图要素的已知属性描述条件以标签Tag形式进行添加；

第四步：用户可修改草图要素的形状、大小以及名称等信息；

第五步：该步骤为可选动作，利用当前要素已有信息，在空间数据库中对要素进行匹配，给出匹配到的候选地理要素供用户选择；提取空间数据库中匹配的地理要素，将其图形替代草图图形，将其属性信息形成新的Tag；

第六步：如需添加其他草图要素，返回第一步，如要素添加结束，则退出绘图。

3.如权利要求1所述的法，其特征在于，所述(2)计算草图要素间的空间关系为：提取草图要素间的空间关系，将草图要素分布情况转化为定性空间关系，有利于从定性角度去判断场景相似性，为草图匹配提供支撑条件；空间关系包括拓扑关系、方向关系和距离关系，应用九交模型来计算草图要素间拓扑关系，利用TPCC模型计算要素间的方向和距离关系。

4.如权利要求1所述的法，其特征在于，所述(4)基于语义计算场景相似性，由组成场景的地理要素之间的相似性和空间关系之间的相似性组成。其值可表示为：

<mrow> <msub> <mi>SIM</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>c</mi> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>B</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>b</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> </mrow>

其中表示的是地理要素之间的相似度，表示的空间关系之间的相似度。