信息工程大学-周明辉-7-空间数据更新中的冲突检测研究现状

1、主题：空间数据表达与管理 空间数据更新中的冲突检测研究现状 周明辉，翟仁健（信息工程大学 ，河南 郑州 450001，1471099483）摘要：为了最大限度的维护空间数据的现势性，提高空间数据的更新频率，增量式动态更新成为了空间数据更新的主要方式，其基本思想是综合利用各个来源的现势数据进行变化信息探测并将变化信息反映到空间数据库中的数据操作过程。由于更新数据源在几何精度、数据模型、数学基础、时态等许多方面存在差异，在更新融合过程中会出现空间目标间的空间关系不协调的现象，即空间冲突。空间冲突的存在降低了空间数据的更新质量，影响空间数据的使用，为了改善空间数据的质量和提高空间信息的服

2、务水平，必须对这些空间冲突进行探测和处理。作为空间数据更新的关键环节，空间冲突的自动检测和处理能力还不能满足人们的要求，现有的冲突检测方法与增量更新的特点不一致，导致空间冲突检测的效率较低。鉴于此，发展研究与增量更新特征相一致的空间冲突检测处理方法具有十分重要的理论意义和实践价值。关键词：增量更新，空间冲突，空间关系，冲突检测1 绪论1.1 研究背景 鉴于空间数据更新应用的迫切需求，其研究已经引起了国内外学者的广泛关注，并在空间数据更新机制和更新模式等方面进行了积极有益的探索。空间数据更新模式有三种，分别是定期全面更新、增量式更新和多比例尺级联更新。经过十多年的发展，地理空间数据库的更新研究已

3、经取得了可喜的成果，在一些关键技术上已相当成熟，但是数据质量检查作为数据库更新的重要环节，空间冲突的发现和处理仍是其中自动化程度最低的部分1，有关空间冲突的自动检测和协调处理的研究仍然滞后于其他更新技术的研究，这也是目前空间数据更新研究的难点和重点。从目前我国对 1:100 万、1:25 万和 1:5 万空间数据库更新的实践来看，空间冲突的检测和处理大部分工作仍然停留在手工阶段，仍需要大量的人力、物力和时间。因此，数据库更新中要素间空间关系的协调和处理是空间数据更新过程中亟需解决的问题，也是当前国内外 GIS研究的前沿课题2。本文针对空间数据增量更新中空间冲突的检测及处理方法研究现状进行阐述。

4、1.2 研究意义空间冲突的存在使得数据世界与现实世界中空间目标及其间关系一致，无确地反映地理现象与规律，严重影响了空间信息表达的准确性、精确性和清晰性，也会对我们的日常生活造成错误的指导。因此，只有对空间冲突进行快速、准确和有效的检测，并进行相应的处理，才能保证空间数据更新质量，才能真正达到数据更新的目的。为此，空间冲突自动检测相关理论和技术研究的有效突破具有十分重要的科学和实践意义。（1）维护空间数据库完整性的内在要求；（2）空间数据更新应用的迫切需求；（3）提高空间数据的使用效果；（4）丰富空间数据更新的理论体系。2 研究现状2.1 空间数据冲突分类的研究有关数据空间冲突分类的研究也比较多

5、，目前这些分类包含的质量元素越来越多，划分越来越详细。Kufoniyi、Ruas3根据空间数据表达的空间目标及其间空间关系与现实世界的一致性状况，将数据空间冲突分为几何结构冲突和语义冲突，几何结构冲突指数据库中的数据不能正确有效地表达空间目标的几何形态特征，语义冲突主要指数据库中目标间的空间关系与现实世界中对应的空间关系不一致；Servigne4通过对表达空间目标几何数据冲突的细化，将数据空间冲突划分为几何冲突、结构冲突和拓扑语义冲突；Corkcroft5则将数据空间冲突分为拓扑冲突、语义冲突和用户自定义的关系冲突三类；刘万增6在分析上述分类方法不足的基础上，考虑方向和度量关系将空间冲突分为几

6、何冲突、结构冲突、拓扑关系冲突、度量关系冲突、方向关系冲突以及拓扑、度量和方向关系三者之间的组合共 9 种类型；陈佳丽7从空间目标匹配的角度将数据空间冲突分为拓扑关系冲突、方向关系冲突、度量关系冲突和属性特征冲突四类。当前的分类方法只涉及数据空间冲突的部分内容，分类的覆盖面不完全。2.2 空间冲突检测的研究当前对空间数据冲突检测与处理的研究主要集中在空间数据尺度变换中空间冲突的检测及处理、数据融合与更新中空间冲突的检测及处理两个方面。1. 多尺度数据空间冲突的检测与处理有关多尺度空间数据中空间冲突的研究可分为制图综合过程中空间冲突和多尺度表达中的空间冲突两类。制图综合中的空间冲突指在制图综合过

7、程中产生的空间冲突，Guibert8针对海图制图中等深线综合过程中产生的空间冲突进行了研究，并提出了相应的空间冲突改正方法；邓红艳9利用拓扑距离度量的方法对综合过程中的拓扑关系一致性保持的方法进行了研究，提高了综合的质量；宋振10通过构建空间数据自动综合中空间冲突的匹配规则库，并考虑制图中空间目标的可辨识性以及对空间目标间空间关系的客观规律，提出了制图自动综合中的空间冲突检测模型。多尺度表达中的空间冲突指对同一地区不同尺度表达的数据间的不一致现象，这些数据来源可能也不相同。针对多尺度表达中空间冲突的检测方法研究有：杜世宏11考虑空间数据尺度变换过程中的合并操作的影响，基于方向关系矩阵模型运用空

8、间推理的方法对多尺度表达中面目标间的方向一致性检测方法进行了研究。詹12针对空间数据多尺度表达中空间目标间空间关系的不一致问题，以线状目标为例提出了基于拓扑一致性的线目标空间冲突的检测模型。2. 数据融合与更新中空间冲突的检测随着空间数据库建库工作的完成，空间数据的融合与更新成为了当前工作的主题。空间数据融合与更新都是将不同来源的空间数据进行集成的过程，由于不同来源的空间数据的精度、现势性、尺度等都可能存在着差异，将这些不同来源的数据进行融合的过程肯定会出现数据间不一致的现象。空间数据更新中的冲突研究：13、唐远彬等人针对地籍数据库联动拓扑更新、土地利用增量更新中的空间冲突进行了研究和控制，维

9、护了空间数据更新的质量。刘万增、等人基于全国 1:50000 空间数据库进行更新的需要，对于水系要素更新引起的空间冲突的检测方法进行了积极有益的探索，提出了空间冲突检测模型，并在 1:50000 数据库更新中空间冲突检测方面得到了较好的应用；陈明辉、张新长14对空间数据库中动态更新中空间冲突表现方式描述的基础上，建立了冲突检测模型，并给出了空间冲突的处理方法；王鹏波15、杨毛毛从不同的角度对道路等线要素更新过程中空间冲突检测与处理方面的相关问题进行了研究；许俊奎16基于邻域相似性的方法对更新后居民地的几何精度和空间关系精度进行了一致性评价。空间数据融合中冲突的研究：陈佳丽17在考虑属性特征和语

10、义信息的影响下，将本体的概念引入到空间数据多重表达中的不一致问题上，以信息集成和共享为出发点，采用匹配的手段实现不一致的探测和拓扑关系的一致性维护；朱蕊18在对多源空间数据不一致性成因和表现形式分析的基础上，建立了多源矢量空间数据的一致性处理流程，并分别研究了多源空间数据集成中的几何位置不一致纠正方法、属性不一致纠正方法以及空间关系不一致纠正方法；由于河流与等高线间存在着紧密而又相互制约的空间关系，使得空间数据融合中河流与等高线的关系不一致的研究十分突出。3 空间数据冲突检测及处理的技术通过空间数据冲突检测及处理的研究现状可知，目前对于空间数据的冲突检测大多是基于空间关系进行检测，主要针对空间

11、数据中的拓扑冲突、方向冲突和度量冲突进行检测。主要步骤为：选择合适的模型对空间目标 A、B 进行空间关系计算，表述其拓扑、方向和度量关系，构建空间关系库；根据空间关系约束库规则对空间目标 A、B 的空间关系进行一致性度量和评价；分别进行拓扑、方向和对量一致性检测，确定空间冲突。冲突检测的流程如图 1。图 1 冲突探测技术流程4 结束语通过国内外有关空间冲突的研究现状可以看出，有关空间冲突检测与处理的研究已经取得了很多的成果，但是仍存在以下几点不足：度量冲突确认 度量冲突判断 度量一致性检测 方向冲突确认方向冲突判断 一致性检测 拓扑冲突确认拓扑冲突判断 一致测 空间关系约束规则库 空间关系一致

12、性度量与评价 拓扑关系 方向关系 度量关系 拓扑性检方向拓扑关系 度量关系 方向关系 空间关系计算 空间关系描述 空间目标 B 空间目标 A （1）针对增量更新中空间冲突的检测策略较少。尽管目前有关空间冲突的检测模型已经很多，且有关更新中冲突的研究也有不少，但是现有研究中很少有针对增量更新中空间冲突检测策略的研究。（2）空间冲突研究点分布不均匀，发展不平衡。尽管当前对空间冲突的研究较多，但有关空间冲突研究的分布并不均匀。从检测对象的几何类型来讲，当前空间冲突的研究针对线目标间空间冲突的研究较多，而针对面面间、面线间空间冲突的研究较少；从空间关系冲突类型上看，目前的研究多集中在拓扑关系冲突上面，

13、而针对空间目标间方向关系冲突、距离关系冲突的研究十分稀少。（3）检测速度仍不够理想，需要进一步提升。矢量数据的空间关系计算十分费时，是制约空间冲突检测速度的重要原因。如何提高空间关系的计算速度或减少空间关系的计算量对提升冲突检测速度具有重要的意义。（4）数据空间冲突的智能化处理依然较弱。空间冲突的协调处理无论在制图中还是在 GIS中都是一个难点，空间冲突的检测仅仅实现了对冲突位置的定位，如何对检测出来的冲突进行自动化或半自动化的处理是空间冲突检测后需要解决的核心问题。当前对空间冲突处理的研究相对仍比较弱，主要依靠人工处理，这对缩短空间数据更新周期具有很大的限制作用。这些问题和不足的存在，限制了

14、空间冲突的检测与处理的实践应用，这些问题的研究有助于完善相关理论发展，同时能进一步提升冲突检测的实践应用能力。参考文献1Weibel，R，and Jones，C.B. Computational perspectives on map generalization guest editorial for spectial issue on map generalizationJ. GeoInformatica，1998,2(4):307-314.王家耀. 地图制图学与地理信息工程学科发展趋势J. 测绘学报，2010,39(2):115-116.Ruas A. Multiple paradigm

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