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基于空间认知的路径查找模型研究及原型系统设计

作　者: 张艳晓
导　师: 曹菡
学　校: 陕西师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 空间认知空间方向关系路径查找路径查找模型
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

路径查找是人类日常活动的一个基本组成部分,是从一个起始点到一个指定目的地的一种有目的、有方向、有动机的运动,包括出行者与环境的交互,选取路径并沿着路径而行。它的最终目标是找到由起始点到达目标点的一条路径。路径查找主要研究人们在空间环境中如何定位自己和导航的过程,试图从理论上解释人们如何在现实世界中寻找路径,需要什么空间知识,怎样传达方向信息,以及人们的口语表达和视觉能力如何影响路径查找等基本问题。在许多情况下,人们需要进行路径查找,如驾车出行、在市区行走、或在建筑物内移动等等。国外已有不少学者从不同学科、不同角度对路径查找问题进行了大量的研究工作,取得了可喜的进展。主要是在认知科学、建筑学、环境心理学、计算机科学、地理信息科学、人工智能几个领域从路径查找中的空间认知、路径查找中的空间信息传达与交互、路径查找模型等角度进行了研究。纵观国内外网络空间路径查找模型研究,以前对路径查找模型的研究大部分是模拟人们在熟悉的网络空间环境中进行路径查找。该问题的解决是采用脑海中以前存在的环境中的认知图。然而,在现实生活中,人们经常会碰到需要在不熟悉的网络空间环境中进行路径查找的问题。此时,由于脑海中还没有认知图,所以,人们无法依靠认知图来完成路径查找的任务,而是依靠于环境知识完成路径查找任务。这些知识存贮于环境中,并通过路标信息、导航系统以及建筑物结构线索等与人们进行交互。在路径查找的空间认知过程中,目标间的空间关系是很重要的,人们可根据这些关系得到道路的连通性、行走的方向、当前目标的下一个邻近目标等信息,由此顺利地完成路径查找。因此,空间关系在路径查找过程中起非常重要的作用。方向是一个普通的空间概念,在日常生活中经常使用。人们通常将方向看作目标之间的空间关系。所以,本文主要研究人们在陌生的网络空间环境中利用空间目标间的方向信息进行路径查找的情况。本文主要对基于空间认知的路径查找问题进行了研究和实验,本文的研究内容和所做的主要工作如下:(1)广泛搜集和阅读与本文相关的国内外资料,阐述了空间认知和地理空间认知的相关理论,总结了空间认知理论在GIS中的作用以及路径查找的空间认知过程。详细阐述路径查找的相关理论,主要包括路径查找的定义、组成、分类等路径查找的基本问题。(2)针对路径查找过程中需要空间关系的判断问题,本文在阐述空间方向关系相关理论的基础上,对现有的几种重要的空间方向关系形式化描述模型进行分析比较,根据本文实际情况,设计并实现了基于方向关系矩阵模型的空间方向关系的判断。(3)阐述了几种典型的路径查找模型—TOUR模型、过程模型和PLAN模型。对模型的结构、组成、形式化表示、不足之处等方面给予了详细的分析。(4)对实验数据进行相应处理,并将其存储到Oracle数据库中,从而实现属性数据与空间数据的一体化存储和数据的快速访问。(5)详细介绍了本文提出的基于空间认知的路径查找原型系统的设计,包括原型系统功能模块、设计思路、工作流程等,并在采用地图显示工具MapX和vc++.net语言编程实现本文提出的基于空间认知的路径查找原型系统。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
  1.3 研究内容  15
  1.4 论文结构  15-18
第2章空间认知理论及应用概述  18-30
  2.1 空间认知  18-22
    2.1.1 空间认知简介  18-19
    2.1.2 空间认知的含义  19-20
    2.1.3 空间认知模式  20-21
    2.1.4 空间认知能力研究  21-22
  2.2 地理空间认知  22-25
    2.2.1 地理空间的含义  22-23
    2.2.2 地理空间认知的定义及研究内容  23
    2.2.3 地理空间认知与GIS  23-25
  2.3 空间认知理论在GIS中的作用  25-26
    2.3.1 GIS与人的空间认知  25
    2.3.2 认知理论在GIS可视化中的应用  25-26
  2.4 路径查找的空间认知过程  26-29
    2.4.1 空间认知的一般过程  26-27
    2.4.2 路径查找的空间认知过程  27-28
    2.4.3 路径查找中的空间关系推理  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章空间方向关系理论及判断  30-42
  3.1 空间方向关系简介  30-33
    3.1.1 空间方向关系的概念  30
    3.1.2 空间方向关系的特征及研究角度  30
    3.1.3 空间方向关系参考框架及人们对方向的不同理解  30-32
    3.1.4 空间方向关系的分类  32
    3.1.5 空间方向关系的描述  32-33
  3.2 空间方向关系形式化描述模型  33-39
    3.2.1 锥形模型  33-34
    3.2.2 投影模型  34-38
    3.2.3 Voronoi图模型  38
    3.2.4 不同方向关系模型的比较分析  38-39
  3.3 空间方向关系判断实现  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第4章路径查找理论及路径查找模型  42-58
  4.1 路径查找理论概述  42-48
    4.1.1 路径查找的起源与演变  42
    4.1.2 路径查找的基本概念  42-44
    4.1.3 路径查找情况分类  44-45
    4.1.4 路径查找模型分类  45-46
    4.1.5 路径查找与导航  46-47
    4.1.6 路径查找与空间认知的关系  47-48
  4.2 典型的路径查找模型  48-57
    4.2.1 TOUR模型  48-54
    4.2.2 过程模型  54-56
    4.2.3 PLAN模型  56-57
  4.3 本章小结  57-58
第5章原型系统的设计与实现  58-72
  5.1 基于空间认知的网络空间路径查找模型  58-62
    5.1.1 路径查找模型的提出  58
    5.1.2 路径查找模型的设计思想  58-62
  5.2 原型系统的设计  62-65
    5.2.1 系统平台及相关工具介绍  62-63
    5.2.2 原型系统的功能模块  63-64
    5.2.3 原型系统的工作流程  64
    5.2.4 原型系统总体界面的设计  64-65
  5.4 原型系统的实现  65-70
    5.4.1 数据准备  65-67
    5.4.2 实验结果及总结  67-70
  5.5 本章小结  70-72
第6章总结与展望  72-74
  6.1 论文工作总结  72
  6.2 对以后工作的建议  72-74
参考文献  74-82
附录  82-88
致谢  88-90
攻读学位期间的研究成果  90

基于空间认知的路径查找模型研究及原型系统设计

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