Voronoi動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型

前言

空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于地理信息系統(tǒng)（GIS）空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)理論，由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型組成。其概念數(shù)據(jù)模型主要分為基于目標的矢量數(shù)據(jù)模型（object-based vector-data model）和連續(xù)鋪蓋數(shù)據(jù)模型（tessellation-based data model）。前者是把現(xiàn)實世界的地理空間實體抽象地看作是點、線、面、體空間目標，顯式地表達這些目標及部分空間關(guān)系（如相鄰、包含、連通等）；而后者是把整個空間用規(guī)則或不規(guī)則的鋪蓋（如方格、三角形、六角形、Voronoi圖等）覆蓋，用一組鋪蓋單元記錄或表達每一個地理實體的空間分布，并隱含地表達地理實體間的空間關(guān)系。對于Voronoi圖空間鋪蓋來說，其是將諸多地理空間實體作為生長目標，按距每一目標最近原則，將整個連續(xù)空間剖分為若干個Voronoi區(qū)（Voronoi polygon），每一個Voronoi區(qū)只包含一個生長目標。換言之，在Voronoi圖中地理空間實體與Voronoi區(qū)一一對應(yīng)，兼具了矢量數(shù)據(jù)模型和連續(xù)鋪蓋模型的基本特點，提供了諸如勢力范圍（influence region）、側(cè)向鄰近（1ater。al adjacency）、局域動態(tài)（10cal and dynamic）等重要特性，因而成為GIS空間數(shù)據(jù)建模和分析的一種重要工具。80年代后期，加拿大Laval大學C.M.Gold教授等率先將Voronoi圖用于研究GIS動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型。迄今為止，國際上對Voronoi動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型的研究方興未艾，主要研究熱點包括基于Voronoi圖的空間認知與空間建模，基于’Voronoi圖的空間關(guān)系描述、表達和推斷，基于Voronoi圖的空間分析，Voronoi圖的動態(tài)生成算法，Voronoi動態(tài)GIS的基本結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)動態(tài)存取方法等。本書作者及其研究小組從1992年起開始了Voronoi動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型的研究，先后獲得了國家自然科學基金面上項目、跨學部重點項目和國家杰出青年科學基金的資助，取得了一定的研究成果。

內(nèi)容概要

　　空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于地理信息系統(tǒng)（GIS）空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)理論，由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型組成。其概念數(shù)據(jù)模型主要分為基于目標的矢量數(shù)據(jù)模型（object-based vector-data model）和連續(xù)鋪蓋數(shù)據(jù)模型（tessellation-based data model）。前者是把現(xiàn)實世界的地理空間實體抽象地看作是點、線、面、體空間目標，顯式地表達這些目標及部分空間關(guān)系（如相鄰、包含、連通等）；而后者是把整個空間用規(guī)則或不規(guī)則的鋪蓋（如方格、三角形、六角形、Voronoi圖等）覆蓋，用一組鋪蓋單元記錄或表達每一個地理實體的空間分布，并隱含地表達地理實體間的空間關(guān)系。

書籍目錄

第一章 GIS空間數(shù)據(jù)模型概述1.1 GIs空間數(shù)據(jù)模型的重要性1.1.1 GIS空間數(shù)據(jù)模型的三個層次1.1.2 GIS空間數(shù)據(jù)模型的重要作用1.2 GIS空間概念數(shù)據(jù)模型1.2.1 平面圖數(shù)據(jù)模型1.2.2 基于連續(xù)面片的鋪蓋模型1.2.3 兩種基本空間概念數(shù)據(jù)模型的討論1.3 GIS空間邏輯數(shù)據(jù)模型1.3.1 結(jié)構(gòu)化模型1.3.2 關(guān)系數(shù)據(jù)模型1.3.3 擴展的網(wǎng)絡(luò)模型1.4 GIS空間物理數(shù)據(jù)模型1.4.1 數(shù)據(jù)庫物理組織的一般問題1.4.2 空間數(shù)據(jù)庫物理組織的三種基本方法1.4.3 空間目標的分解問題1.5 GIs空間數(shù)據(jù)模型的若干學術(shù)前沿1.5.1 空間關(guān)系1.5.2 三維空間數(shù)據(jù)模型1.5.3 時空數(shù)據(jù)模型1.5.4 分布式空間數(shù)據(jù)模型1.6 Voronoi動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型第一章 參考文獻第二章 空間目標Voronoi圖的生成2.1 Voronoi圖的基本概念2.1.1 Voronoi圖的定義2.1.2 Voronoi圖的若干重要性質(zhì)2.2 Voronoi圖的矢量生成方法2.2.1 生長元的距離計算2.2.2 矢量’Voronoi圖生成的基本方法2.2.3 基于半線的VORDLL2.3 Voronoi圖的柵格生成方法2.3.1 傳統(tǒng)距離變換算法2.3.2 動態(tài)距離變換2.3.3 面條生長元的Voronoi圖2.3.4 Rvkit一柵格Voronoi工具2.3.5 討論2.4 顧及障礙物的Voronoi圖生成2.4.1 顧及障礙物的Voronoi圖類型2.4.2 基于VORDLL的可視最短路徑Voronoi圖生成2.5 球面Voronoi圖的生成2.5.1 球面Voronoi圖的定義與性質(zhì)2.5.2 O-QTM的球面三角網(wǎng)劃分2.5.3 基于球面三角格網(wǎng)的距離變換2.5.4 球面Voronoi圖的生成算法與誤差分析第二章 參考文獻第三章 基于Voronoi圖的空間關(guān)系描述3.1 基于點集拓撲的交叉模型3.1.1 從4元組到9元組3.1.2 9元組模型存在的若干問題3.2 基于Voronoi圖的9元組描述框架3.2.1 V9I的基本框架3.2.2 V9I元素值計算和空間關(guān)系語義判斷3.2.3 基于V9I的空間關(guān)系操作3.3 基于V9I的空間關(guān)系描述3.3.1 面＼面關(guān)系3.3.2 面＼線關(guān)系3.3.3 線＼線關(guān)系3.3.4 點＼面、點＼線、點＼點3.4 一基于Voronoi距離的k階鄰近3.4.1 空間鄰近關(guān)系與Voronoi距離3.4.2 基于Voronoi距離的k階鄰近3.4.3 基于k階鄰近的鄰域第三章 參考文獻第四章 基于Voronoi圖的動態(tài)GIS4.1 Voronoi動態(tài)GIS的基本思想4.1.1 拓撲關(guān)系的顯式表示4.1.2 拓撲數(shù)據(jù)組織與維護的問題4.1.3 Voronoi動態(tài)GIS研究方向4.2 蘊含鄰近關(guān)系的Voronoi空間數(shù)據(jù)模型4.2.1 顧及側(cè)向鄰近關(guān)系的VECR模型4.2.2 用Voronoi圖擴展Mapinfo拓撲功能的初步研究4.3 基于Voronoi圖的空間關(guān)系推斷4.3.1 根據(jù)Voronoi圖直接判斷內(nèi)點和島嶼4.3.2 基于內(nèi)外邊界的4鄰近推斷模型4.3.3 用鄰近關(guān)系判斷拓撲關(guān)系4.3.4 基于Voronoi圖的Maplnfo拓撲分析功能的實驗4.4 基于球面Voronoi圖的層次數(shù)據(jù)模型4.4.1 球面數(shù)據(jù)模型的層次結(jié)構(gòu)問題4.4.2 基于Voronoi圖的球面層次數(shù)據(jù)模型4.5 Voronoi數(shù)據(jù)的樹型層次管理4.5.1 全局Voronoi圖的平面層次分割4.5.2 VMO一樹：樹型層次Voornoi數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第四章 參考文獻第五章 基于Voronoi圖的空間分析5.1 空間內(nèi)插5.1.1 基于Voronoi圖的自然鄰近內(nèi)插5.1.2 基于Voronoi圖的最近鄰近內(nèi)插5.1.3 基于Voronoi圖的DEM內(nèi)插5.2 基于Voronoi圖的設(shè)施選址分析5.2.1 設(shè)施選址的優(yōu)化問題5.2.2 基于Voronoi分區(qū)的minisum選址5.2.3 基于最小覆蓋圓的minimax選址5.2.4 基于最大空心圓的maxmin選址5.3 基于Voronoi圖的空間認知5.3.1 Voronoi圖中的空間定性概念5.3.2 Voronoi圖在地圖數(shù)據(jù)綜合中的應(yīng)用第五章 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是一種專門用于采集、存儲、管理、分析和表達空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。其既是表示、模擬現(xiàn)實空間世界和進行空間數(shù)據(jù)處理分析的工具，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關(guān)于空間信息處理分析的“科學技術(shù)，，[陳述彭，1991年何建邦，鐘耳順，1993；陳軍，1995。就其“工具”特性來說，GIS為人們采用數(shù)字形式表示和分析現(xiàn)實空間世界提供了一系列空間操作和分析方法，包括綜合地存儲管理人們研究和解決空間問題所需的各種空間數(shù)據(jù)I根據(jù)用戶的要求，查詢檢索有關(guān)的空間分布信息，進行各種統(tǒng)計量算、列表制圖；根據(jù)規(guī)劃、管理、生產(chǎn)的需要，進行多因素的綜合研究、決策方案的模擬優(yōu)化等。在GIS提供的空間數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)庫管理、查詢檢索、分析、顯示輸出、聯(lián)網(wǎng)分發(fā)等諸多功能中，空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是按一定方式組織和存儲管理空間數(shù)據(jù)，具有較高的程序和數(shù)據(jù)獨立性，能以較少的重復(fù)為多個用戶或應(yīng)用程序服務(wù)，因而是整個GIS的核心[Laurini and。Thompson，1992]?！百Y源”特性是指一個具體應(yīng)用部門設(shè)計和建立的GIS將單一分散的數(shù)據(jù)資料積累集成起來，成為研究和解決本部門（或本單位）的空間問題所必須的綜合信息資源，亦可用于為社會服務(wù)。例如，國家測繪局建立的1：100萬、1：25萬基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，構(gòu)成了國家基礎(chǔ)地理信息資源[楊凱，1997]。從“科學技術(shù)”屬性的角度看，GIS主要是研究現(xiàn)實世界空間實體及其相互間關(guān)系的描述和表達，以及在計算機環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)組織、存取、分析、可視化，應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)化運作等[Wor-boy，1995]。在1970-1990的20年里，國內(nèi)外GIS的發(fā)展都主要是靠“應(yīng)用驅(qū)動”和“技術(shù)導(dǎo)引”[徐冠華，1998]。為了給GIS應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供更多的理論支持，1990年以來國際學術(shù)界加強了對GIS基礎(chǔ)理論問題的研究，研究重點包括空間關(guān)系、空間數(shù)據(jù)模型、空間認知、空間推理、地理信息機理（產(chǎn)生、施效和人機作用等）、地理信息不確定性等[NCGIA，1989；李德仁，1996]。其中空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于GIS中空間數(shù)據(jù)組織的概念和方法，反映現(xiàn)實世界中空間實體（spatial entity）及其相互之間的聯(lián)系，是描述GIS空間數(shù)據(jù)組織和進行空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計的理論基礎(chǔ)[陳軍，1995]。

編輯推薦

《Voronoi動態(tài)空間數(shù)據(jù)模型》：國家科學技術(shù)學術(shù)著作出版基金資助，測繪科技專著出版基金資助。

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