一种多尺度空间关系数据库及查询方法

摘要

本发明提供了一种多尺度空间关系数据库及其查询方法。所述多尺度空间数据库包括：详细尺度数据模块（101），用于存储详细尺度上的地理对象数据；详细空间关系计算模块（102），用于根据所述详细尺度数据计算获得详细空间关系数据；空间关系组合表（103），用于根据一个或多个详细空间关系，推导在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系；以及多尺度查询模块（104），进行多尺度空间关系查询。利用地理对象之间空间关系的尺度变化是有限的和可预测的特性，建立空间关系组合表，通过查询空间关系组合表和尺度推导算法，由详细空间关系获得所述粗略空间关系，进而实现针对详细和粗略空间关系的多尺度查询，本发明的查询能减少几何计算量，查询效率更高，而且可以实现跨尺度的空间关系查询。

权利要求

1.一种多尺度空间数据库的查询系统，其特征在于，包括：

详细尺度数据模块（101），用于存储详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

详细空间关系计算模块（102），用于根据所述详细尺度数据计算获得详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

空间关系组合表（103），用于建立详细和粗略尺度空间关系在尺度上的对应关系；在进行空间关系尺度推导计算时,通过空间关系组合表(103)，根据详细空间关系数据，获得粗略尺度上地理对象之间的粗略空间关系数据；

多尺度查询模块（104），用于根据所述详细空间关系数据和粗略空间关系数据进行多尺度的数据查询；

其中，所述详细空间关系和粗略空间关系包括地理对象之间的拓扑关系和方向关系，数据库的主体为多尺度空间关系数据；

在所述多尺度的数据查询中，所述空间关系尺度推导计算包括合并变换Merge、形状简化变换Simplify以及维数变换Reduce引起的空间关系尺度转换。

2.根据权利要求1所述的多尺度空间数据库的查询系统，其特征在于，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细拓扑关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时，所述空间关系组合表(103)用于根据所述详细拓扑关系数据，获得详细尺度地理对象所对应的粗略尺度上地理对象之间的拓扑关系。

3.根据权利要求1所述的多尺度空间数据库的查询系统，其特征在于，在将详细尺度上的一个地理对象简化为粗略尺度上的一个地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）将所述详细尺度上的一个地理对象分解为若干个子对象，并计算获得所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时，所述空间关系组合表（103）用于根据所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据，获得简化后的粗略拓扑关系。

4.根据权利要求1所述的多尺度空间数据库的查询系统，其特征在于，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细方向关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时,所述空间关系组合表（103）用于根据所述详细方向关系数据，推导所述粗略尺度上的地理对象之间的方向关系。

5.一种多尺度空间数据库的查询方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：从所述多尺度空间数据库中获得详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

步骤2：根据所述详细尺度数据计算获得详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

步骤3：根据详细尺度上的地理对象之间的一个或多个详细空间关系数据，在进行空间关系尺度推导计算时,根据空间关系组合表获得在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系数据；

步骤4：根据所述详细和粗略空间关系数据进行多尺度查询；

其中，所述详细和粗略空间关系数据包括地理对象之间的拓扑关系和方向关系的数据；

在所述多尺度查询中，在进行所述空间关系尺度推导计算时,根据所述空间关系组合表包括合并变换Merge、形状简化变换Simplify以及维数变换Reduce引起的空间关系尺度转换。

6.根据权利要求5所述的查询方法，其特征在于，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述步骤2中，计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细拓扑关系数据；所述步骤3中，根据所述详细拓扑关系数据，推导详细尺度地理对象所对应的粗略尺度上地理对象之间的拓扑关系。

7.根据权利要求5所述的查询方法，其特征在于，在将详细尺度上的一个地理对象简化为粗略尺度上的一个地理对象时，所述步骤2中，将所述详细尺度上的一个地理对象分解为若干个子对象，并计算获得所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据；所述步骤3中，根据所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据，推导简化后的粗略拓扑关系。

8.根据权利要求5所述的查询方法，其特征在于，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述步骤2中，计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细方向关系数据；所述步骤3中，用于根据所述详细方向关系数据，推导所述粗略尺度上的地理对象之间的粗略方向关系。

说明书

一种多尺度空间关系数据库及查询方法

技术领域

[0001] 本发明涉及多尺度空间技术领域，更具体地，涉及一种多尺度空间关系数据库及查询方法。

背景技术

[0002] 空间数据是研究解决人口、资源、环境等重大问题时必需的信息资源，基于空间数据可以进行可视化，建立电子地图，并提供空间信息查询和处理服务，这方面的应用已经成为空间信息技术的核心问题。

[0003] 不同部门的用户对空间数据具有从宏观至微观各种不同层次的需求，因而需要多尺度空间数据信息服务。例如，用户为了宏观规划，需要粗略尺度（如1：10万）的空间数据进行可视化建立电子地图，并且基于粗略尺度的空间数据进行查询和数据管理；而为了某个地区的具体规划，需要以详细尺度(如1:5000)的空间数据。目前，我国不同行业和领域已经建立了多种尺度的空间数据资源。例如，在测绘领域已经建立了1：5000、1：1万、1：5万、1：10万等基本比例尺地形图；在智能交通领域，已经建立了多种尺度的导航交通数据库；在国土资源领域，也已经形成了多种尺度的土地管理数据库。在基于网络的多尺度空间信息服务方面，谷歌地球（Google Earth）提供了一种多尺度自适应电子地图平台，能够提供基于多尺度空间数据的三维网络可视化服务。

[0004] 在现有的多尺度空间数据库中，生成多尺度空间数据的方法如下：以一个详细尺度下的单一尺度空间数据作为基准，然后利用制图综合算法，从作为基准的单一尺度空间数据综合出多种粗略尺度下的空间数据，从而生成多种尺度的空间数据。

[0005] 上面提到的制图综合算法对详细尺度下的空间数据进行空间综合和属性综合，生成粗略尺度下的空间数据。这里所述空间综合计算包括对详细尺度的地理对象进行选取、合并、聚合、形状化简等几何信息的处理。另外，地理对象在空间数据中具有在不同尺度上的属性描述。属性综合计算是将每个地理对象的详细尺度属性用粗略尺度属性取代。在空间数据中，相邻地理对象的详细尺度属性不同，但归纳为粗略尺度属性后，相邻对象的属性有可能相同，因此相邻的对象可以合并。经过国内外长期发展，所述制图综合算法以及利用制图综合算法生成多尺度空间数据的方法已经取得了较大进展。

[0006] 已有多尺度空间数据的处理方法主要集中于地理对象的几何信息处理。地理对象的几何信息（如面积、长度、坐标位置等）是对地理对象的量化描述，依赖于几何坐标系统。在发生尺度变化、坐标平移和旋转变换的情况下，地理对象的几何信息也会改变。因而，在多尺度空间数据库中，相同地理对象在不同尺度下对应的对象的几何信息差异很大，包括：
（1）在尺度跨越较大时，相同地理对象的多尺度对象具有不同的空间维数，例如在详细尺度下几何形状为面状（2维）的某个地理对象，在粗略尺度下几何形状可能表现为面状（2维）、线状（1维）或者是点状（0维）；在详细尺度下几何形状为线状（1维）的某个地理对象，在粗略尺度下几何形状可能表现为线状（1维）或者是点状（0维）。（2）相同地理对象在不同尺度下生成的多尺度对象的形状和相对位置会发生改变；（3）多尺度对象的结构也会改变，如详细尺度下复杂的地理对象由若干分离的子对象组成，而在粗略尺度下子对象被综合为单一的地理对象。

[0007] 如上面所述，由于在生成多尺度空间数据中，地理对象的空间维数、形状、空间结构发生改变，使得地理对象的几何信息（如面积、长度、坐标等）也发生改变，而且这种变化是无法预测的。因此，地理对象的几何信息是“尺度脆弱”的，即地理对象的几何信息是依赖于其尺度的。在尺度发生变化时，地理对象的几何信息的尺度变化无法准确预测。

[0008] 现有技术主要解决了多尺度空间数据的生成问题。但是，对多尺度空间关系数据的查询和处理方面，并没有有效的技术手段。现有技术中对空间数据的查询都是基于地理对象的几何信息的，由于地理对象的几何信息依赖于其尺度，因而现有的空间数据库查询和处理方法只能适用于单一尺度或相似尺度的数据，即现有技术中对空间数据库的查询和应用方法不适用于多尺度空间数据的查询和应用。

[0009] 可见，对多尺度空间关系数据的查询和处理问题，现有技术中缺乏有效的解决方案。

发明内容

[0010] 为了解决对多尺度空间关系数据库中的多尺度空间关系的查询和应用问题，本发明提供了一种多尺度空间数据库，以及其查询方法。

[0011] 一种多尺度空间数据库的查询系统，包括：

[0012] 详细尺度数据模块（101），用于存储详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

[0013] 详细空间关系计算模块（102），用于根据所述详细尺度数据计算获得详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

[0014] 空间关系组合表（103），用于建立详细和粗略尺度空间关系间的在尺度上的对应关系；在进行空间关系尺度推导计算时,通过该空间关系组合表(103)根据详细空间关系数据,获得粗略尺度上地理对象之间的粗略空间关系数据；；

[0015] 多尺度查询模块（104），用于根据所述详细空间关系数据和粗略空间关系数据进行多尺度的数据查询；

[0016] 其中，所述详细空间关系和粗略空间关系包括地理对象之间的拓扑关系和方向关系，数据库的主体为多尺度空间关系数据；

[0017] 在所述多尺度的数据查询中，所述空间关系尺度推导计算实现合并变换Merge、形状简化变换Simplify以及维数变换Reduce引起的空间关系尺度转换。

[0018] 优选地，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细拓扑关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时,所述空间关系组合表(103)用于根据所述详细拓扑关系数据，获得详细尺度地理对象所对应的粗略尺度上地理对象之间的拓扑关系。

[0019] 优选地，在将详细尺度上的一个地理对象简化为粗略尺度上的一个地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）将所述详细尺度上的一个地理对象分解为若干个子对象，并计算获得所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时,所述空间关系组合表（103）用于根据所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据，获得简化后的粗略拓扑关系。

[0020] 优选地，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述详细空间关系计算模块（102）计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细方向关系数据；在进行所述空间关系尺度推导计算时,所述空间关系组合表（103）用于根据所述详细方向关系数据，推导所述粗略尺度上的地理对象之间的方向关系。

[0021] 一种多尺度空间数据库的查询方法，包括以下步骤：

[0022] 步骤1：从所述多尺度空间数据库中获得详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

[0023] 步骤2：根据所述详细尺度数据计算获得详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

[0024] 步骤3：根据详细尺度上的地理对象之间的一个或多个详细空间关系数据，在进行所述空间关系尺度推导计算时，根据空间关系组合表获得在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系数据；

[0025] 步骤4：根据所述详细和粗略空间关系进行多尺度查询；

[0026] 其中，所述详细和粗略空间关系数据包括地理对象之间的拓扑关系和方向关系的数据。

[0027] 在所述多尺度查询中，在进行所述空间关系尺度推导计算时,根据所述空间关系组合表实现合并变换Merge、形状简化变换Simplify以及维数变换Reduce引起的空间关系尺度转换。

[0028] 优选地，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述步骤2中，计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细拓扑关系数据；所述步骤3中，根据所述详细拓扑关系数据，推导详细尺度地理对象所对应的粗略尺度上地理对象之间的拓扑关系。

[0029] 优选地，在将详细尺度上的一个地理对象简化为粗略尺度上的一个地理对象时，所述步骤2中，将所述详细尺度上的一个地理对象分解为若干个子对象，并计算获得所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据；所述步骤3中，根据所述若干个子对象之间的详细拓扑关系数据，推导简化后的粗略拓扑关系。

[0030] 优选地，在将详细尺度上的若干个地理对象合并为粗略尺度上的地理对象时，所述步骤2中，计算获得所述详细尺度上的若干个地理对象之间的详细方向关系数据；所述步骤3中，用于根据所述详细方向关系数据，推导所述粗略尺度上的地理对象之间的粗略方向关系。

[0031] 本发明的多尺度空间关系及其查询方法，利用地理对象之间的空间关系的尺度变化是有限的和可以预测的特性，建立空间关系组合表，通过查询空间关系组合表和和尺度推导算法由详细空间关系获得所述粗略空间关系，进而实现针对详细和粗略空间关系的多尺度空间关系的查询，本发明的查询能显著减少几何计算量，查询效率更高，而且可以实现跨尺度的空间关系查询。

附图说明

[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0033] 图1是本发明的多尺度空间数据库的结构示意图；

[0034] 图2是本发明的多尺度空间数据库的查询方法流程图；

[0035] 图3A示出了在在数据库种中一个面状地理单元与线状地理单元之间可能存在的拓扑关系；

[0036] 图3B示出了用于查询合并运算形成的粗略拓扑关系的空间关系组合表的结构图；

[0037] 图4示出了对地理对象A进行最大化简、最小化简以及中性化简的子对象分割；

[0038] 图5A示出了简单地理对象A和B之间的方向关系示意图；

[0039] 图5B示出了简单地理对象A与复合对象B之间的方向关系示意图；

[0040] 图5C示出了用于查询合并运算形成的粗略方向关系的组合表的结构图。

具体实施方式

[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实例及实例附图对本发明作进一步详细的说明。

[0042] 地理对象包含两方面的信息：一是地理对象的几何信息，如地理对象的长度、面积、坐标位置等，关于几何信息在背景技术中已经加以介绍；二是地理对象之间的空间关系，这里所述的空间关系包括拓扑关系和方向关系。空间关系从定性的角度来描述地理对象之间的相互关系。例如：在数据库中，地理对象A与地理对象B分离或重叠、地理对象A包含地理对象B、地理对象A穿越地理对象B、地理对象A位于地理对象B的北方等等,均属于地理对象A和B之间的空间关系。地理对象的空间关系不依赖于几何坐标，因而在多尺度条件下，地理对象的空间关系对尺度变化具有更强的适应性。例如，在尺度跨度不大的情况下，地理对象的结构和空间维数不变，仅仅是形状改变，这时地理对象的拓扑关系（如重叠、分离、包含等）不会随着尺度发生变化，也不会随着坐标平移或旋转而改变；地理对象的方向关系也不会随着尺度变化和坐标变换而改变。当尺度跨度加大，地理对象的结构和维数都发生变化时，地理对象的空间关系也会发生变化。但是，相比于几何信息的变化而言，地理对象的空间关系随尺度的变化是有限的，是便于穷举和预测的，因而其对尺度变化具有更强的适应性。

[0043] 根据地理对象之间的空间关系的以上特性，本发明提供了一种多尺度空间关系数据库，以及多尺度空间关系查询方法。本发明即是由地理对象在详细尺度上的详细尺度数据，计算详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系，之后由地理对象的详细空间关系推导在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系，进而实现基于多尺度空间关系的查询。其中，由于地理对象之间的空间关系的尺度变化是有限的和可以预测的，因此可以建立空间关系组合表，在空间关系尺度推导计算时，通过查询空间关系组合表，由详细空间关系推导所述粗略空间关系。因而本发明的查询能显著减少几何计算量，查询效率更高[0044] 图1是本发明的多尺度空间数据库的结构示意图。如图1所示，所述多尺度空间数据库包括：

[0045] 详细尺度数据模块101，用于存储详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

[0046] 详细空间关系计算模块102，用于根据所述详细尺度数据计算详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

[0047] 空间关系组合表103，用于建立详细和粗略尺度空间关系间的在尺度上的对应关系，在进行空间关系尺度推导计算时,通过该空间关系组合表(103)根据详细空间关系数据,获得粗略尺度上地理对象之间的粗略空间关系数据；

[0048] 多尺度查询模块104，用于根据所述详细空间关系数据和粗略空间关系数据进行多尺度的数据查询。

[0049] 图2是本发明的多尺度空间数据库的查询方法流程图。如图2所示，所述多尺度空间数据库的查询方法包括以下步骤：

[0050] 步骤1：从所述多尺度空间数据库中获得详细尺度上的地理对象的详细尺度数据；

[0051] 步骤2：根据所述详细尺度数据计算获得详细尺度上的地理对象之间的详细空间关系数据；

[0052] 步骤3：根据详细尺度上的地理对象之间的一个或多个详细空间关系数据，在进行所述空间关系尺度推导计算时,根据空间关系组合表获得在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系数据。

[0053] 步骤4：根据所述详细和粗略空间关系数据进行多尺度的数据查询。

[0054] 下面结合图1和图2详细介绍本发明的多尺度空间数据库及其查询方法。

[0055] 在图2所示的多尺度空间数据库的查询方法中，步骤3中所述粗略尺度上的地理对象是由详细尺度上的地理对象通过制图综合获得的。常见的制图综合算法包括合并变换（Merge）、形状简化变换（Simplify）以及维数变换（Reduce）。例如，A、B为详细尺度下电子地图中的地理对象。合并变换Merge［A，B］是将在地理对象A、B加以合并，生成粗略尺度下的电子地图中的一个地理对象；合并变换Merge［A，B］还用于由于属性综合或者重分类导致的详细尺度下邻近的地理对象A，B在粗略尺度下被合并为一个地理对象。形状简化变换Simplify［A］是指地理对象A在粗略尺度下的几何维数不变，但形状简化。维数变换Reduce［A］是指地理对象A在粗略尺度下维数发生变化。例如详细尺度电子地图中的面单元，由于尺度变化在粗略尺度数据中会被归纳为线单元或者点单元。

[0056] 由于上述制图综合算法引起粗略尺度上地理对象的变化，地理对象的空间关系在粗略尺度上也会发生变化。本发明主要解决的即是推导粗略尺度上地理对象的空间关系，从而实现多尺度查询。

[0057] 例如，A、B、C、D均为详细尺度数据库中中的地理对象，在多尺度空间数据库的详细尺度数据模块101中存储以上详细尺度上的地理对象A、B、C、D的详细尺度数据。在图2的步骤1中，获得地理对象A、B、C、D的详细尺度数据。之后，在步骤2中，根据A、B、C、D的所述详细尺度数据进行计算，从而获得R1（A，B）和R2（C，D）；R1（A，B）表示地理对象A、B在详细尺度上的详细空间关系，R2（C，D）表示地理对象C、D在详细尺度上的详细空间关系。对地理对象A、B、C、D进行制图综合，获得粗略尺度数据。在粗略尺度上，原地理对象A、B、C、D会发生变化，因此详细空间关系R1和R2也必然发生变化。如果实行Simplify［A］或Simplify［B］以及Reduce［A］或Reduce［B］的运算，则详细空间关系R1（A，B）会变换为粗略空间关系R(Simplify［A］,Simplify［B］)或者R(Reduce［A］,Reduce［B］)，即由详细空间关系R1变换为粗略空间关系R。如果进行Merge［A，C］和Merge［B,D］等变换，则R1（A，B）和R2（C，D）会变化为R（Merge［A，C］，Merge［B，D］），即由两个详细空间关系R1和R2变换为一个粗略空间关系R。上面已经介绍了，空间关系的尺度变化是有限的和可以预测的，因此由详细空间关系R1变换为粗略空间关系R的情况是有限的，由详细空间关系R1和R2变换为粗略空间关系R的情况也是有限的。因而，可以建立一维或者二维的组合表。在本例中，空间关系组合表存储表示详细空间关系R1、R2的数据，并且存储与详细空间关系R1、R2相对应的粗略空间关系R，从而生成图1中的空间关系组合表103。在图2的步骤3中，空间关系组合表可以用于根据详细空间关系R1、R2推导在粗略尺度上的地理对象之间的粗略空间关系数据R。通过步骤1至步骤3，我们可以获得地理对象A、B、C、D的详细空间关系R1、R2，以及其在粗略尺度上对应的地理对象之间的粗略空间关系R，因此，在步骤4中，可以利用R1、R2以及R进行针对空间关系的多尺度查询。

[0058] 在图1和图2所示的本发明的多尺度空间数据库及其查询方法中，所述“空间关系”包括：地理对象之间的拓扑关系，以及地理对象之间的方向关系。拓扑关系反映地理对象之间的空间结构，例如地理对象A与地理对象B分离、重叠、包含、穿越等。方向关系反映地理对象之间的相对方向，如：地理对象A位于地理对象B的北方等。

[0059] 为了更详细的说明本发明的多尺度空间关系数据库的功能和查询方法，下面就分三种情况，对粗略空间关系的计算和查询进行举例说明。

[0060] 首先，结合图3A－B，详细介绍在本发明的多尺度空间数据库中，对详细尺度上的地理对象进行Merge变换所形成的粗略拓扑关系的推导和查询。

[0061] 例如，在详细尺度的电子地图上，划分了n个相邻的面状（二维）地理单元R1、R2、...、Rn（n≥2）；这些面状地理单元与线状地理单元L在详细尺度上的详细拓扑关系分别为r1、r2、...、rn。可以在图1所示的详细尺度数据模块101中存储详细尺度上的地理对象R1、R2...Rn（n≥2）以及L的详细尺度数据；并通过详细空间关系计算模块102执行图2所示的步骤2，计算获得代表所述详细尺度上的详细拓扑关系r1、r2、...、rn的数据。

[0062] 图3A示出了面状地理单元与线状地理单元之间可能存在的拓扑关系。在图3A中，共有LR11至LR76等19种面状地理单元与线状地理单元之间的拓扑关系。这些拓扑关系通过图3A所示的九交矩阵来唯一定义和识别。因此，图3A所示的九交矩阵就代表拓扑关系的数据。所述详细拓扑关系r1、r2、...、rn分别是LR11至LR76这19种拓扑关系之一，即分别对应相应的九交矩阵数据。

[0063] 在粗略尺度的电子地图上，所述面状地理单元R1、R2、...、Rn被Merge变换合并为一个粗略尺度上的地理对象R；并且在粗略尺度的电子地图上，该地理对象R与地理对象L之间的粗略拓扑关系为r。则我们需要根据详细拓扑关系r1、r2、...、rn所对应的九交矩阵数据计算粗略拓扑关系r对应的九交矩阵。

[0064] 为了实现这一计算，在图1所示的多尺度空间数据库中建立了空间关系组合表103。图3B（仅列出了部分）反映了在本例中空间关系组合表103的构成，在该组合表中存储了与详细拓扑关系LR11至LR76相对应的粗略拓扑关系。在图3B中，由于详细尺度上线状地理单元和面状地理单元之间有19个拓扑关系，因此表示为一个19＊19的空间关系组合表。数字1－19指代图3A中LR11至LR76的19个拓扑关系，Φ表示在粗略尺度上没有相应的拓扑关系。空间关系组合表的内容可以在数据库中预先存储，使用时直接查询即可。

[0065] 在图2所示的步骤3中，根据一个或多个详细空间关系数据，通过查询空间关系组合表获得粗略空间关系数据。在本例中，步骤3的执行过程是：对于详细尺度上的面状地理单元R1和R2，假设它们和线状地理单元L的详细拓扑关系r1、r2分别为LR11（空间关系组合表中对应数字1）以及LR 32（空间关系组合表中对应数字6），则查询空间关系组合表可以获得R1和R2合并为粗略尺度上的地理对象R’后，R’与L的粗略拓扑关系仍然为LR32（对应空间关系组合表中数字6）。然后，令R1＝R’，R2＝Ri(i≥3且i≤n)，通过反复查询空间关系组合表，最终根据详细拓扑关系r1、r2、...、rn查表获得在粗略尺度电子地图上的地理对象R与L的粗略拓扑关系r。

[0066] 在图2所示的步骤4中，可以根据详细拓扑关系r1、r2、...、rn和粗略拓扑关系r进行多尺度的数据查询。

[0067] 下面结合图4，详细介绍在本发明的多尺度空间数据库中，对详细尺度上的地理对象进行Simplify变换所形成的粗略拓扑关系的计算和查询。

[0068] 一般而言，在详细尺度的电子地图上，地理对象具有复杂的形状。经过Simplify变换后，在粗略尺度上，地理对象的形状会变得简单。常用的Simplify形状化简算法包括3种：（1）最大化简；（2）最小化简；（3）中性化简。对地理对象形状的化简可以通过填充地理对象的凹区域或者是消除地理对象的凸区域来实现。图4中的图形a所示为最大化简，通过填充凹区域I1－I7形成一个形状简单的地理对象As取代形状复杂的原地理对象A，这样化简后的As比原始对象A大，故称为最大化简。图4中的图形b所示为最小化简，消除凸区域V1至V7使原始对象A简化为As，简化后的As比A小。图4中的图形c所示为中性化简，即将原始对象A结构化分解为子地理对象V1—V7以及I1－I7，然后根据化简规则对地理对象进行化简，消除凹区域或者凸区域实现对象的形状化简。

[0069] 在本发明的多尺度空间数据库及其查询方法中，首先，如图4中图形c所示，根据详细尺度数据模块101中存储地理对象A的详细尺度数据，将地理对象A分解为若干个子对象V1—V7以及I1－I7；详细空间关系计算模块102计算子对象V1—V7以及I1－I7之间的详细拓扑关系；之后，通过查询空间关系组合表103，由子对象V1—V7以及I1－I7之间的详细拓扑关系查找获得在粗略尺度上化简后的地理对象As的粗略拓扑关系；利用多尺度查询模块104进行多尺度查询。

[0070] 下面结合图5A－C，详细介绍在本发明的多尺度空间数据库中，对详细尺度上的地理对象进行Merge变换所形成的粗略方向关系的推导和查询。

[0071] 空间数据中地理对象之间的方向关系，可以用方向关系矩阵MBR来表示。如图5A所示，方向关系矩阵MBR利用地理对象A的外接矩形MBR（A）把外接矩形外的空间分为8个方向，分别为EA，WA，SA，NA，SEA，SWA，NEA以及NWA。外接矩形MBR（A）被作为一个特殊的方向，记为OA。在图5A中，A和B的方向关系R（A，B）＝｛NA，NEA，OA，EA｝，即对象B经过了对象A的北、东北、东三个方向以及OA这个特殊方向。其中，图5A中的对象A、B均为简单对象。

[0072] 如果在详细尺度的电子地图上，地理对象A是简单对象，而详细尺度上的地理对象B是由B1、B2、...、Bn组成的复合对象，则地理对象A和B在详细尺度上的详细方向关系R（A，B）为 如图5B所示，在详细尺度上，地理对象B是由地理对象B1和B2组成的，则R（A，B1）＝｛NWA｝，R(A，B2)＝｛NA｝，则详细尺度上地理对象A，B之间的详细方向关系R（A，B）＝｛NWA，NA｝。

[0073] 在本发明多尺度空间关系数据库及其查询方法中,首先，在详细尺度数据模块101中存储地理对象A和B的详细尺度数据，其中B为由子对象B1、B2、...、Bn组成的复合对象；在粗略尺度上，详细尺度上的子对象B1、B2、...、Bn被合并为粗略尺度上的对象*
B。由详细空间关系计算模块102按照图5A和图5B所示的方法，计算详细尺度上的地理对象A和B之间的详细方向关系R(A,B)；建立空间关系组合表103，空间关系组合表如图
5C所示，用于由详细方向关系R（A，B）以及详细方向关系R（A，B）的最小闭包Mc（A，B）* *
推导粗略方向关系R（A，B），其中R（A，B）是由详细方向关系R（A，B）推理得到的满足R 的方向关系集合。进一步地，多尺度查询模块
104可以实现利用详细方向关系和粗略方向关系进行多尺度方向关系查询。

[0074] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它控制设备中。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。