一种基于规则和约束满足的定性空间关系推理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间信息技术领域，特别设及一种基于规则和约束满足的定性空间关 系推理方法。
【背景技术】
[0002] 随着定性空间推理在地理信息领域影响越来越重要，定性空间推理为空间分析与 地图匹配提供可靠辅助决策的需求越来越急迫。而随着定性空间推理的发展，保证推理结 果间的一致性是不同推理方法的一个重大挑战。
[0003] 由于人们描述的空间信息往往是纯定性的方式，那么利用定性推理可W从运些定 性描述的信息中推理出隐含的空间知识，运对空间分析辅助决策和空间信息的查询优化有 着重要意义。如基于地理数据集的信息用于空间分析时，可W保证空间决策的可靠性。
[0004] 定性描述比定量描述更符合人们对知识的认知。例如用定量方式表达空间关系时 需要用精确数值，如方向关系用"西30度，北30度"来表达。然而从表达习惯来看，人们往往 描述的空间属性不需要运么精确，而使用定性描述可W很好表达相关信息。如用东南方向、 北方向等表达方向关系，远、近表达距离关系。
[0005] 在空间数据库方向，如果数据库中存储的空间关系与对象间的实际关系不一致， 那么在地图匹配时，数据库就无法提供正确的拓扑网络元素，可能会导致地图匹配出错，对 地图规划和地图重构会产生消极影响。而已有的定性推理方法主要是对推理算法的效率或 者是拓扑关系模型做了大量的研究，运些方法不仅耗时而且还无法保证推理结果间的一致 性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于规则和约束满足的定性空间关系推理方法，当给定 已知条件间约束力较弱时，采用本发明可保证推理可能结果间的一致性。
[0007] 本发明思路为：
[000引基于规则推理用于推理出对象间的可能空间关系，使用约束满足问题的思想判定 可能空间关系间的一致性，利用路径一致性法剔除将产生冲突的结果W保证可能空间关系 间的一致性。保留剔除后的可能空间关系，从而实现空间关系的推理。
[0009] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] -种基于规则和约束满足的定性空间关系推理方法，包括：
[0011] Sl将空间对象的空间关系模型所表达的空间关系及其组合表中信息表示为推理 规则，并构建推理规则库，所述的推理规则库进一步包括反推理规则库、确定推理规则库和 不确定推理规则库；
[0012] S2采用语义描述空间对象间的已知空间关系，已知空间关系构成初始约束集；
[0013] S3基于确定推理规则库和初始约束集，利用推理引擎推理空间对象间隐含的确定 空间关系；
[0014] S4将空间对象间隐含步骤S3推理的确定空间关系加入初始约束集构成第一约束 集，基于第一约束集对步骤S3推理得到的确定空间关系进行路径一致性检查，并剔除第一 约束集中存在冲突的空间关系；
[0015] S5基于不确定推理规则库和经路径一致性检查后的第一约束集，利用推理引擎推 理出空间对象间隐含的不确定空间关系；
[0016] S6将空间对象间隐含的不确定空间关系加入经路径一致性检查后的第一约束集 构成第二约束集，基于第二约束集，对步骤S5推理得到的不确定空间关系进行路径一致性 检查，并剔除第二约束集中存在冲突的空间关系，所得第二约束集即最终推理结果。
[0017] Sl中，采用SW化语言将空间对象的空间关系模型所表达的空间关系及其组合表中 信息表示为推理规则。
[0018] 步骤Sl中，所述的反推理规则采用SWI^L语言描述为3(乂，￥)^1?'村，￥)，即空间对象 X和Y间的空间关系R(X，Y)具有可逆性，R'（X，Y)为空间关系R(X，Y)的反空间关系。
[0019]步骤Sl中，所述的确定规则采用SWRL语言描述为如下：
[0020] R1(X,Y)+R2(Y,Z)^R3(X,Z)；
[0021 ]即，根据空间对象X和Y间的空间关系Rl (X，Y)和空间对象Y和Z间的空间关系R2 (Y， Z)可推导出空间对象X和Z间确定的空间关系R 3 (X，Z)。
[0022] 步骤Sl中，所述的不确定规则采用SWI^L语言描述为如下：
[0023] R1(X,Y)+R2(Y,Z)^R3(X,Z) |R4(X,Z)；
[0024] 即，根据空间对象X和Y间的空间关系Rl (X，Y)和空间对象Y和Z间的空间关系R2 (Y， Z)可推导出空间对象X和Z间不确定的空间关系R3(X，Z)、R4(X，Z)。
[0025] 步骤S2中，采用OWL语言描述描述空间对象间的已知空间关系。
[0026] S4中所述的路径一致性检查具体为：
[0027] 4.1将第一约束集中空间关系表示为二维约束矩阵A= {Ai, j I i = 1，2，. . .N; j = 1， 2, . . .NI，其中，N表示空间对象数，Ai,j表示空间对象i和j间的空间关系；
[00%]对二维约束矩阵A各行逐一执行：
[0029] 4.2记录当前行中表示确定空间关系的元素所在列号j和表示不确定空间关系的 元素所在列号j '，列号j存储于数组化iqueList，列号j '存储于数组化List;
[0030] 4.3构建第一空间关系集{41,11化13*6<1川）|111=1，2，...尸}和第二空间关系集 { AlInLis t(m), UniqueLis t(n) |m=l,2,.. .J ;n=l,2,.. .J}, i 表习^当自了亏,Ai, UnLis ted (m)表习^ -维 约束矩阵中当前行第UnListed(m)列的元素，AunListW,UniqueList(n)表示二维约束矩阵中第 UnList (m)行、第UniqueList (n)列的元素；
[0031 ] 4.4对第一空间关系集中各元素逐一执行：
[0032] 对当前元素 Ai,UnListed(m)执行公式（1):
[0033] T曰g'^_U( Ai, UniqueList(n) I (Ai, UnListed(m)OAlInList(m), UniqueList(n) ) ) ( I )
[0034] 其中，I表示求并集，U表示布尔函数，0表示复合操作;使AunList (m), UniqueList (n)指向第 二空间关系集中下一元素，重复执行公式（1)，直至第二空间关系集中所有元素被遍历;此 时，若Tag为假，从二维约束矩阵A中剔除Ai, UnListedW。
[0035] S6中所述的路径一致性检查具体为：
[0036] 6.1将第二约束集中确定空间关系表示为二维约束矩阵A= {Ai, j I i = 1，2，. . . N; j = 1,2,. . .N}，N为空间对象数，Ai,j为空间对象i和j间的空间关系；
[0037] 对二维约束矩阵A各行逐一执行：
[0038] 6.2记录当前行中表示确定空间关系的元素所在列号j和表示不确定空间关系的 元素所在列号j '，列号j存储于数组化iqueList，列号j '存储于数组化List;
[0039] 6.3构建第一空间关系集{41,11化13*6<1川）|111=1，2，...尸}和第二空间关系集 { AlInLis t(m), UniqueLis t(n) |m=l,2,.. .J ;n=l,2,.. .J}, i 表习^当自了亏,Ai, UnLis ted (m)表习^ -维 约束矩阵中当前行第UnListed(m)列的元素，AunListW,UniqueList(n)表示二维约束矩阵中第 UnList (m)行、第UniqueList (n)列的元素；
[0040] 6.4对第一空间关系集中各元素逐一执行：
[0041] 对当前元素Al,UnListedW执行公式（2):
[0042] T曰g'^ -U( Ai, UniqueList(n) I (Ai, UnListed(m)OAlInList(m), UniqueList(n) ) ) ( 2 )
[0043] 其中，I表示求并集，U表示布尔函数，0表示复合操作;使AunList (m), UniqueList (n)指向第 二空间关系集中下一元素，重复执行公式(2)，直至第二空间关系集中所有元素被遍历;此 时，若Tag为假，从二维约束矩阵A中剔除Ai, UnListedW。
[0044] 和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0045] 本发明使用已有的空间关系模型描述的定性知识作为理论基础，并用SW化将运些 定性知识组织为不同类型的规则；在规则推理的基础上，利用约束满足的思想检查基于规 则推理结果的一致性，逐步将产生冲突的推理结果删除，最终保证了推理结果间的一致性。
[0046] 本发明利用基于规则和约束满足的定性空间关系的推理方法可W验证结果间的 一致性，避免了推理方法存在的可能缺陷。最重要的是，本发明方法