移動(dòng)點(diǎn)與參考地物時(shí)空關(guān)系的自然語(yǔ)言描述方法研究

張 彩 麗，吳 靜，鄧 敏

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

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移動(dòng)點(diǎn)與參考地物時(shí)空關(guān)系的自然語(yǔ)言描述方法研究

張 彩 麗，吳 靜，鄧 敏

(中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

基于分解-組合的思想，首先對(duì)移動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行細(xì)化，并分別對(duì)移動(dòng)點(diǎn)與參考地物目標(biāo)的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上綜合考慮它們之間的方向關(guān)系和距離關(guān)系，并對(duì)自然語(yǔ)言時(shí)空關(guān)系進(jìn)行定義和集成描述。最后，通過(guò)實(shí)例對(duì)移動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了自然語(yǔ)言描述和應(yīng)用分析。文中實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)對(duì)象運(yùn)動(dòng)軌跡的形式化描述方法，可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)時(shí)空查詢、時(shí)空分析及時(shí)空推理等諸多問(wèn)題的研究具有重要意義。

移動(dòng)對(duì)象；時(shí)空關(guān)系；自然語(yǔ)言

0 引言

移動(dòng)對(duì)象是空間與時(shí)間耦合框架下的統(tǒng)一體，大致分為兩類：位置隨時(shí)間不斷發(fā)生變化的移動(dòng)點(diǎn)對(duì)象；形狀隨時(shí)間不斷發(fā)生變化的移動(dòng)面對(duì)象，其中移動(dòng)點(diǎn)對(duì)象(如汽車、行人、颶風(fēng)眼等)在交通控制、運(yùn)輸管理、車輛導(dǎo)航、移動(dòng)位置服務(wù)等領(lǐng)域廣受關(guān)注。在日常交流中，人們經(jīng)常使用自然語(yǔ)言描述社會(huì)活動(dòng)中各種空間對(duì)象之間的空間位置關(guān)系，尋找并確定相應(yīng)的服務(wù)對(duì)象，因而對(duì)時(shí)空關(guān)系進(jìn)行更高層次的自然語(yǔ)言描述可以設(shè)計(jì)更友好的人機(jī)交互界面，幫助人們快速查詢，使得任何人能在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)享受地理信息的服務(wù)。與靜態(tài)對(duì)象的空間關(guān)系描述類似，移動(dòng)對(duì)象間的時(shí)空關(guān)系可劃分為時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系、時(shí)空方向關(guān)系和時(shí)空距離關(guān)系。目前對(duì)于時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系的研究成果較多[1-4]，但與拓?fù)潢P(guān)系相比，方向關(guān)系和距離關(guān)系則更貼近人們生活、用途更為廣泛，是時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)和自然語(yǔ)言的一種有效連接手段[5]。

高勇等[6]將路徑信息服務(wù)視為城市交通指揮系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等信息系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的內(nèi)容，并對(duì)移動(dòng)點(diǎn)-參考地物空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行建模，將其表示為“變化前觀測(cè)時(shí)刻”、“突變時(shí)刻”、“變化后觀測(cè)時(shí)刻”的三元組：R=(Rts,Rtm,Rte)；Naet等[7]將移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)為線，擴(kuò)展空間線與面之間的19種拓?fù)潢P(guān)系，并用來(lái)描述足球的運(yùn)動(dòng)模式；Kurata等[8]用有向線表達(dá)移動(dòng)點(diǎn)的軌跡，基于9+-intersection矩陣區(qū)分了26種有向線與面目標(biāo)之間的拓?fù)潢P(guān)系。但以上3種模型均不能區(qū)分軌跡直接穿過(guò)邊界或沿著邊界穿出等一些細(xì)節(jié)關(guān)系，且這些模型均側(cè)重拓?fù)潢P(guān)系的研究，而未考慮方向關(guān)系和距離關(guān)系。在采用自然語(yǔ)言對(duì)移動(dòng)對(duì)象軌跡進(jìn)行描述時(shí)，通常不是某一種類型的時(shí)空關(guān)系(如“穿過(guò)”、“進(jìn)入”、“中東部”、“遠(yuǎn)離”等)，而是多種類型時(shí)空關(guān)系的組合，如“穿過(guò)中東部”、“從東部邊界進(jìn)入”、“遠(yuǎn)離某城市”、“靠近某城郊西”等[9]。因此，單獨(dú)使用時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系或距離關(guān)系無(wú)法描述這種復(fù)雜的自然語(yǔ)言時(shí)空關(guān)系。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)移動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行細(xì)化，綜合考慮拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系與距離關(guān)系，并對(duì)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)象與參考地物的自然語(yǔ)言時(shí)空關(guān)系進(jìn)行定義及形式化描述。

1 基于分解-組合的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系建模

1.1 移動(dòng)點(diǎn)與參考地物時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)

由文獻(xiàn)[10-12]可知，復(fù)合關(guān)系可視為由多個(gè)基本關(guān)系組成，在時(shí)間段I=[t0,tn-1](?t0,t1,…,tn-1∈I且t0

表1 移動(dòng)點(diǎn)與參考地物的基本空間/時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系

Table 1 The basic spatial /spatio-temporal topological relations between a moving point and a reference feature

移動(dòng)點(diǎn)/參考點(diǎn)移動(dòng)點(diǎn)/參考線移動(dòng)點(diǎn)/參考面空間拓?fù)潢P(guān)系disjointmeetdisjointmeetdisjointmeetinside時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系DisjointMeetDisjointMeetDisjointMeetInside

對(duì)于參考面A，移動(dòng)點(diǎn)B特征軌跡點(diǎn)集和特征軌跡段集LS的建立步驟為：1)將時(shí)間段I內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)B的起始點(diǎn)記為(t0,p0)并記入到特征軌跡點(diǎn)集PS中；2)隨時(shí)間進(jìn)行跟蹤掃描，將移動(dòng)點(diǎn)與參考面邊界的交點(diǎn)分別記為(t1,p1),(t2,p2),…,(tn-2,pn-2)，依次將這些交點(diǎn)及移動(dòng)點(diǎn)B的終點(diǎn)(tn-1,pn-1)記入到PS，并將(ti,pi),(ti+1,pi+1)之間的特征軌跡段記為(Ii,fi(x,y,t))，依次記入特征軌跡段集LS；3)依次對(duì)特征軌跡段(Ii,fi(x,y,t))進(jìn)行掃描判斷，如果fi-1??A∧fi??A，則從PS、LS中分別去掉(ti,pi),(Ii,fi(x,y,t))，并分別將PS、LS中的下標(biāo)i+1,…,m減1，直到LS中的軌跡段掃描判斷完為止。對(duì)于移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)/線，將步驟2中移動(dòng)點(diǎn)與參考面邊界的交點(diǎn)改為移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)/線的交點(diǎn)。對(duì)于移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)，步驟3可省略。圖1為移動(dòng)點(diǎn)軌跡細(xì)化實(shí)例。

圖1 移動(dòng)點(diǎn)軌跡細(xì)化實(shí)例

Fig.1 A detailed illustration of moving point trajectory

記特征軌跡點(diǎn)(ti,pi)(0≤i≤n-1)與參考地物A的基本空間拓?fù)潢P(guān)系為top(A,ti)，特征軌跡段(Ii,fi(x,y,t))(0≤i≤n-2)與參考地物A的基本時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系為top(A,Ii)，則時(shí)間段I內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)B與參考地物A的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系可以表達(dá)為時(shí)間段I內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)B軌跡細(xì)化片段與參考地物A拓?fù)潢P(guān)系的集成：Top(A,B,I)=(top(A,t0),top(A,I0),…,top(A,tn-2),top(A,In-2),top(A,tn-1))。

1.2 移動(dòng)點(diǎn)與參考地物的復(fù)合時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系定義

理論上，時(shí)間段I內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)與參考地物的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系有許多種，基于上述方法本文給出了一些常見(jiàn)復(fù)合時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系的定義，根據(jù)移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)、線、面定義的相同與不同列于表2。為便于區(qū)分，這里用P表示移動(dòng)點(diǎn)，p、l、r分別表示參考點(diǎn)、線、面。其中“→”表示拓?fù)潢P(guān)系發(fā)生變化的先后順序，“←”表示某時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系的逆。

表2 移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)、線、面復(fù)合時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系定義

Table 2 Definitions of composite spatio-temporal topological relationships between a moving point and a reference point (or a reference line or a reference region)

定義1P(p，l，r)≡-Arrival≡disjoint→Disjoint→meet定義2Pr?Enter≡disjoint→Disjoint→meet/Meet→Inside定義3P(p，l)?Leave≡P(p，l)?Arrival←Pr?Leave≡Pr?Enter←定義4Pr?Go?away?from≡Pr?Arrival←定義5Pp?Cross≡Pp?Arrival→Pp?Leave Pr?Cross≡Pr?Enter→Pr?Leave定義6Pp?Return≡meet→Disjoint→meet定義7Pr?In?touch≡Inside→meet→Inside定義8Pr?Out?touch≡disjoint→Disjoint→meet→Disjoint→disjoint定義9Pr?Bypass≡disjoint→Disjoint→Meet→Disjoint→disjoint

根據(jù)以上思想，圖1a、圖1c中時(shí)間段I內(nèi)移動(dòng)點(diǎn)B與參考地物A的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系分別表達(dá)為：Top(A,B,I)=(disjoint,Disjoint,meet,Disjoint,disjoint)、(disjoint,Disjoint,meet)，相應(yīng)的復(fù)合關(guān)系為：Pp-Cross、Pr-Arrival。

2 集成方向、距離的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系定義及描述

由空間認(rèn)知可知拓?fù)潢P(guān)系是實(shí)現(xiàn)各類空間信息集成描述的基礎(chǔ)，而方向關(guān)系和距離關(guān)系是對(duì)空間目標(biāo)相對(duì)位置關(guān)系的進(jìn)一步約束。因此需根據(jù)不同類型的參考地物，在時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系的基礎(chǔ)上描述局部方向關(guān)系和距離關(guān)系。

2.1 集成方向的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系定義及描述

2.1.1 移動(dòng)點(diǎn)/參考點(diǎn) 移動(dòng)點(diǎn)與參考點(diǎn)方向關(guān)系的自然語(yǔ)言描述大多只考慮起始及終止特征軌跡點(diǎn)，考慮到投影模型不能提供人們常用的東南西北的方位關(guān)系，F(xiàn)rank通過(guò)比較得出基于錐體模型在方向描述上較優(yōu)的結(jié)論，本文采用8方向錐形模型判斷起始與終止特征軌跡點(diǎn)與參考點(diǎn)的方向關(guān)系。

定義1Pp-Start-d(A,B)≡(top(A,t0)=disjoint)∧dir(A,t0)，其中d∈(N,S,W,E,NW,NE,SW,SE)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考點(diǎn)A的d方向出發(fā)。

定義2Pp-End-d(A,B)≡(top(A,t0)=disjoint)∧dir(A,tn-1)，其中d∈(N,S,W,E,NW,NE,SW,SE)?移動(dòng)點(diǎn)B到達(dá)參考點(diǎn)A的d方向。

2.1.2 移動(dòng)點(diǎn)/參考線 移動(dòng)點(diǎn)與參考線方向關(guān)系的描述大多只考慮起始特征軌跡點(diǎn)及與參考線時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系為Meet的特征軌跡段，考慮到對(duì)于線參考地物(河流、道路)通常不會(huì)使用所有絕對(duì)方向謂詞(例如，汽車沿著湘江從南往北行駛，在某時(shí)刻該汽車位于湘江東或湘江西；或者汽車沿著五一大道從西往東行駛，在某時(shí)刻位于五一大道東或西)，本文采用文獻(xiàn)[14]的方法根據(jù)參考線的走向?qū)臻g方向關(guān)系進(jìn)行劃分。

定義1Pl-Start-d(A,B)≡(top(A,t0)=disjoint)∧dir(A,t0)，其中d∈(N,S,W,E)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考線A的d方向出發(fā)。

定義2Pl-End-d(A,B)≡(top(A,tn-1)=disjoint)∧dir(A,tn-1)，其中d∈(N,S,W,E)?移動(dòng)點(diǎn)B到達(dá)參考線A的d方向。

定義3Pl-Along-d(A,B)≡(top(A,Ii)=Meet)∧(dir(ti,ti+1)=d)，其中特征點(diǎn)間方向關(guān)系采用四方向錐形模型，d∈(N,S,W,E,O)?移動(dòng)點(diǎn)B沿著參考線A向d運(yùn)動(dòng)。

2.1.3 移動(dòng)點(diǎn)/參考面 對(duì)于參考面，方向關(guān)系的描述需同時(shí)考慮特征軌跡點(diǎn)和特征軌跡段,其方向關(guān)系可以根據(jù)杜世宏等[10]提出的細(xì)節(jié)方向關(guān)系模型進(jìn)行判斷。

定義1Pr-Start-d(A,B)≡(top(A,t0)=disjoint)∧dir(A,t0)，其中d∈(N,S,W,E,NW,NE,SW,SE,O)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考面A的d方向出發(fā)。

定義2Pr-Start-d(A,B)≡(top(A,t0)=(top(A,t0)=inside)∧dir(A,t0)，其中d∈(NP,SP,WP,EP,NWP,NEP,SWP,SEP,O)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考面A的d部出發(fā)。

定義3Pr-Start-d(A,B)≡(top(A,t0)=meet)∧dir(A,t0)，其中d∈(NL,SL,WL,EL,NWL,NEL,SWL,SEL,O)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考面A的d邊界出發(fā)。

定義4Pr-End-d(A,B)≡(top(A,t0)=disjoint)∧dir(A,t0)，其中d∈(N,S,W,E,NW,NE,SW,SE,O)?移動(dòng)點(diǎn)B到達(dá)參考面A的d方向。

定義5Pr-End-d(A,B)≡(top(A,t0)=inside)∧dir(A,t0)，其中d∈(NP,SP,WP,EP,NWP,NEP,SWP,SEP,O)?移動(dòng)點(diǎn)B到達(dá)參考面A的d部。

定義6Pr-End-d(A,B)≡(top(A,t0)=meet)∧dir(A,t0)，其中d∈(NL,SL,WL,EL,NWL,NEL,SWL,SEL,O)?移動(dòng)點(diǎn)B達(dá)到參考面A的d邊界。

定義7Pr-Enter_d(A,B)≡(top(A,Ii)=Disjoint)∧(top(A,Ii+1)=Inside)∧(dir(A,ti+1)=d)或(top(A,Ii)=Meet)∧(top(A,II+i)=Inside)∧(dir(A,ti+1)=d)，其中d∈(NL,NWL,WL,SWL,SL,SEL,EL,NEL)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考面A的d邊界進(jìn)入。

定義8Pr-Leave_d(A,B)≡(top(A,Ii)=Inside)∧(top(A,Ii+1)=Disjoint)∧(dir(A,ti+1)=d)或(top(A,Ii)=Meet)∧(top=(A,Ii+1)=Disjoint)∧(dir(A,ti+1)=d)，其中d∈(NL,NWL,WL,SWL,SL,SEL,EL,NEL)?移動(dòng)點(diǎn)B從參考面A的d邊界離去。

定義9Pr-In-touch_d(A,B)≡(top(A,Ii)=Inside)∧(top(A,Ii+1)=Inside)∧(dir(A,ti+1)=d)，其中d∈(NL,NWL,WL,SWL,SL,SEL,EL,NEL)?移動(dòng)點(diǎn)B內(nèi)切參考面A的d邊界。

定義10Pr-Out-touch_d(A,B)≡(top=Disjoint)∧(top(A,Ii+1)=Disjoint)∧(dir(A,ti+1)=d)，其中d∈(NL,NWL,WL,SWL,SL,SEL,EL,NEL)?移動(dòng)點(diǎn)B外切參考面A的d邊界。

定義11Pr-Alongside_d(A,B)≡(top(A,Ii)=Meet)∧(dir(A,Ii)=d)，其中d為8方向邊界方向關(guān)系NL,NWL,WL,SWL,SL,SEL,EL,NEL或4方向邊界方向關(guān)系NL4,SL4,EL4,WL4?移動(dòng)點(diǎn)B沿著參考面A的d邊界運(yùn)動(dòng)。

定義12Pr-Cross-d(A,B)≡(top(A,I)=Cross)∧(top(A,Ii)=Inside)∧(dir(A,Ii)=d)，其中d∈面目標(biāo)A內(nèi)部的復(fù)合方向(NP4,WP4,SP4,EP4,CPNS,CPEW,CPSW-NE,CPNW-SE,CP)?移動(dòng)點(diǎn)B穿過(guò)參考面A的d部。

2.2 集成距離的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系定義及描述

移動(dòng)點(diǎn)與參考地物的時(shí)空距離關(guān)系與特征軌跡段中移動(dòng)軌跡點(diǎn)與參考地物的距離有關(guān)，于是，根據(jù)特征軌跡段與參考地物的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系可得相應(yīng)的描述規(guī)則。

特征軌跡段與參考地物的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系為3種：Disjoint、Inside、Meet，而特征軌跡段與參考地物時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系為Meet時(shí)，這一軌跡段內(nèi)移動(dòng)軌跡點(diǎn)與參考地物的距離均為0，故不考慮距離也能描述移動(dòng)點(diǎn)沿著參考地物運(yùn)動(dòng)，本文集成Disjoint、Inside這兩種時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系與距離關(guān)系對(duì)移動(dòng)點(diǎn)與參考地物的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系進(jìn)行定義(圖2)。

對(duì)于參考地物為面的情況，定義d(?A,ti)為軌跡點(diǎn)pi到參考面A邊界的最小距離，dmin(?A,Ii)為特征軌跡段li中各軌跡點(diǎn)到參考面A邊界最小距離的最小距離，dmax(?A,Ii)為特征軌跡段li中各軌跡點(diǎn)到參考面A邊界最小距離的最大距離，d(?A,ti+1)為軌跡點(diǎn)pi+1到參考面A邊界的最小距離。

(1)特征軌跡段與參考面相離(Disjoint)。

定義1Pr-OutApproach≡d(?A,ti)>=dmax(?A,Ii)>dmin(?A,Ii)>=d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B逐步靠近參考面A。

定義2Pr-OutGo-away-from≡d(?A,ti)<=dmin(?A,Ii)

定義3Pr-OutAround≡d(?A,ti)≈dmin(?A,Ii)≈dmax(?A,Ii)≈d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B圍著參考面A運(yùn)動(dòng)。

定義4Pr-OutApproach-Away≡d(?A,ti)>dmin(?A,Ii)

定義5Pr-OutAway-Approach≡d(?A,ti)d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B逐步遠(yuǎn)離參考面A然后靠近。

(2)特征軌跡段被參考面包含(Inside)。

定義6Pr-InApproach≡d(?A,ti)>=dmax(?A,Ii)>dmin(?A,Ii)>=d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B逐步靠近參考面A內(nèi)部邊界。

定義7Pr-InGo-away-from≡d(?A,ti)<=dmin(?A,Ii)

定義8Pr-InAround≡d(?A,ti)≈dmin(?A,Ii)≈dmax(?A,Ii)≈d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B圍著參考面A內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。

定義9Pr-InApproach-Away≡d(?A,ti)>dmin(?A,Ii)

定義10Pr-InAway-Approach≡d(?A,ti)d(?A,ti+1)?移動(dòng)點(diǎn)B逐步遠(yuǎn)離參考面A內(nèi)部邊界然后靠近。

圖2 移動(dòng)點(diǎn)與面目標(biāo)時(shí)空距離關(guān)系實(shí)例

Fig.2 An example of spatio-temporal distance relationships between a moving point and a reference region

當(dāng)參考地物為點(diǎn)/線時(shí)，特征軌跡段與其時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系為Disjoint，時(shí)空距離關(guān)系的定義與移動(dòng)點(diǎn)/面的第一種情況相同。其中，d(?A,ti)為軌跡點(diǎn)pi到參考點(diǎn)/線A的最小距離，dmin(?A,Ii)為特征軌跡段li中各軌跡點(diǎn)到參考點(diǎn)/線A最小距離的最小距離，dmax(?A,Ii)為特征軌跡段li中軌跡點(diǎn)到參考點(diǎn)/線A最小距離的最大距離，d(?A,ti+1)為軌跡點(diǎn)pi+1到參考點(diǎn)/線A的最小距離。

根據(jù)以上集成方向和距離的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系定義，圖1b可以描述為：移動(dòng)點(diǎn)B從參考線A的北方向出發(fā)，逐步靠近參考線A，沿著參考線A向東運(yùn)動(dòng)，逐步遠(yuǎn)離參考線A，最終到達(dá)參考線A南方向。

3 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)上述集成方向的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系描述方法，基于Microsoft公司的Visual Studio 2008平臺(tái)，采用C#編程語(yǔ)言，使用ESRI公司的ArcEngine組件庫(kù)，對(duì)圖3a中移動(dòng)點(diǎn)的軌跡進(jìn)行描述，如圖3b。

根據(jù)本文提出的思想在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)移動(dòng)用戶請(qǐng)求，進(jìn)行出行規(guī)劃生成最優(yōu)路徑，最后對(duì)該路徑用自然語(yǔ)言進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果通過(guò)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)用戶提供服務(wù)。如果在導(dǎo)航應(yīng)用中需要對(duì)行駛距離進(jìn)行定性描述，可以根據(jù)上述集成距離的復(fù)雜時(shí)空關(guān)系描述方法進(jìn)行描述；如果需要對(duì)行駛距離進(jìn)行定量描述，只需對(duì)特征軌跡段長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算即可。

圖3 實(shí)驗(yàn)分析

Fig.3 A test for moving point trajectory

不僅如此，根據(jù)上述定義還可以對(duì)移動(dòng)軌跡進(jìn)行快速的定位查詢，這不僅可以應(yīng)用于LBS、軍事領(lǐng)域，還有助于正確掌握臺(tái)風(fēng)、氣旋等各種風(fēng)暴所造成的災(zāi)害方位，進(jìn)行快速救災(zāi)處理。時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢語(yǔ)言為STQL，可進(jìn)行一些復(fù)雜時(shí)空分析操作，設(shè)有模式如下：

Countries(id:integer,name:string,geometry:region)

Planes(id:integer,name:string,route:mpoint)

查詢1 查詢?cè)谖曳筋I(lǐng)空西北邊界逗留的敵機(jī)

SELECT p.name

FROM Planes,Countries

WHERE Countries.name="China" ANDAlongside_NWL(Countries.geometry,p.route)

查詢2 查詢逐步靠近我方領(lǐng)空的敵機(jī)

SELECT p.name

FROM Planes,Countries

WHERE Countries.name="China" ANDPr-OutApproach(Countries.geometry,p.route)

4 結(jié)論

本文根據(jù)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)象的特性，基于分解-組合的思想對(duì)移動(dòng)點(diǎn)與參考目標(biāo)的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行表達(dá)。該方法不僅解決了現(xiàn)有模型存在的移動(dòng)點(diǎn)軌跡內(nèi)部與參考地物相交的一些細(xì)節(jié)關(guān)系區(qū)分問(wèn)題，而且綜合考慮方向、距離關(guān)系對(duì)復(fù)雜自然語(yǔ)言時(shí)空關(guān)系進(jìn)行了定義及描述，對(duì)時(shí)空查詢及推理具有一定的研究意義。本文移動(dòng)對(duì)象運(yùn)動(dòng)軌跡的形式化描述方法可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)中，下一步將結(jié)合時(shí)空推理的方法，對(duì)移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。

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Natural-Language Description of Spatio-temporal Relationships between Moving Points and Reference Features

ZHANG Cai-li,WU Jing,DENG Min

(SchoolofGeosciencesandInfo-Physics,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

Modeling spatio-temporal relationships between moving objects is of great significance for spatio-temporal queries,spatio-temporal analysis and reasoning.Based on the slice representation of moving point′s trajectory,a novel method is proposed to describe the spatio-temporal topological relationships between a moving point and reference feature.At the same time,an integrated framework is presented for the representation of spatio-temporal relationships between moving points and reference features according to the description rules of natural language,where the topological,directional and distance relations between moving points and reference features are considered together.Finally,a case study is provided to demonstrate the application and feasibility of the proposed method in this paper.

moving objects;spatio-temporal relationships;natural language

2014-09-17；

2014-12-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171351、40871180)：中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2012zzts008)

張彩麗(1989-)，女，碩士研究生，主要研究移動(dòng)對(duì)象時(shí)空關(guān)系自然語(yǔ)言描述與智能查詢。E-mail：renlisi888@126.com

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.03.003

P208

A

1672-0504(2015)03-0012-05