楊 敏

武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院;湖北武漢 430072

顧及上下文特征的地圖綜合選取方法與應(yīng)用研究

楊 敏

武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院;湖北武漢 430072

過(guò)去幾十年,隨著地圖綜合模型、算法的涌現(xiàn),在操作層面由計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤缀螆D形的尺度變換已不再困難,但是如何使其具有高層次分析決策能力,卻一直困擾著地圖學(xué)家。這主要涉及兩方面問(wèn)題:一是如何對(duì)地圖表達(dá)上的地理上下文環(huán)境進(jìn)行客觀認(rèn)知;二是依據(jù)上下文環(huán)境特征實(shí)施正確的綜合操作行為。本文以目標(biāo)選取這一基本問(wèn)題為例,圍繞概念模型、邏輯算法、應(yīng)用系統(tǒng)幾個(gè)方面,對(duì)顧及上下文特征的地圖綜合方法進(jìn)行了專門(mén)研究,完成的主要工作如下:

(1)面向地圖綜合的空間數(shù)據(jù)上下文分析與建模?！吧舷挛摹奔礊檠芯繉?duì)象所處的環(huán)境或背景,在地理信息領(lǐng)域可表述為要素目標(biāo)表達(dá)上的地理空間環(huán)境。作為空間數(shù)據(jù)尺度特征的處理方法,地圖綜合無(wú)論是過(guò)程還是結(jié)果都要客觀反映區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)與地理特征。本文從可視化表達(dá)的內(nèi)在規(guī)律和地圖綜合的本質(zhì)特點(diǎn),給出了面向地圖綜合的上下文的定義,綜合考慮地理學(xué)定律、空間認(rèn)知規(guī)律、數(shù)據(jù)邏輯組織等因素,從系統(tǒng)的角度對(duì)上下文內(nèi)容進(jìn)行分類,構(gòu)建了劃分不同要素類層面(單要素類體系內(nèi)和跨要素類體系間)、不同尺度層次(宏觀、中觀、微觀)以及區(qū)分前景背景、人文自然特征的上下文體系結(jié)構(gòu)。同時(shí),引入認(rèn)知理論、計(jì)算幾何、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)與模式識(shí)別等理論方法,針對(duì)不同類型上下文總結(jié)、歸納了相關(guān)的定性/定量描述、表達(dá)及計(jì)算方法。

(2)顧及上下文特征的地圖綜合選取概念模型與邏輯算法設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)面向過(guò)程的地圖綜合概念模型基礎(chǔ)上,結(jié)合提出的上下文概念及內(nèi)容體系,圍繞“分析—決策—執(zhí)行—評(píng)價(jià)”4個(gè)步驟,提出了顧及上下文特征的綜合選取概念模型。重點(diǎn)探討了不同類型上下文在綜合選取的不同階段所起作用及扮演角色,并結(jié)合比例尺、應(yīng)用需求、可視化方式等控制條件,對(duì)經(jīng)典的綜合選取方法進(jìn)行了改進(jìn),包括總體載負(fù)量控制下引入?yún)^(qū)域環(huán)境重要性系數(shù)的定額選取模型和集成多種上下文因子的資格選取模型。進(jìn)一步地,結(jié)合幾何類型、地理意義及區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)等,構(gòu)建了面向不同地理要素的綜合選取邏輯算法。具體包括:

1)定額選取上顧及點(diǎn)群分布區(qū)域環(huán)境差異,在傳統(tǒng)開(kāi)方根模型基礎(chǔ)上,提出了顧及區(qū)域環(huán)境特征的定額選取模型;結(jié)構(gòu)化選取上綜合考慮點(diǎn)群空間分布上的分布密度、分布范圍、以及個(gè)體點(diǎn)目標(biāo)因特殊語(yǔ)義背景而存在的重要性差異,建立了基于Voronoi圖模型的點(diǎn)群漸進(jìn)式結(jié)構(gòu)化選取模型;同時(shí)從上下文信息變化角度,提出了點(diǎn)群選取結(jié)果評(píng)價(jià)體系。進(jìn)一步地,采用地形表達(dá)上的高程點(diǎn)、農(nóng)村散列式房屋、城市設(shè)施POI等典型的點(diǎn)群數(shù)據(jù)對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證分析,總結(jié)提煉不同地理環(huán)境下點(diǎn)群目標(biāo)綜合選取的原則、策略。

2)將描述道路完整地理意義的Stroke特征引入選取過(guò)程,通過(guò)Stroke構(gòu)建與組合識(shí)別路網(wǎng)框架結(jié)構(gòu),依據(jù)等級(jí)、連通度、長(zhǎng)度等指標(biāo)評(píng)價(jià)Stroke重要性,在按重要性“資格”線性選取時(shí),引入場(chǎng)模型將Stroke空間分布上的鄰近關(guān)系也考慮進(jìn)來(lái),從而實(shí)現(xiàn)了道路網(wǎng)選取中空間分布信息與屬性、幾何及拓?fù)湫畔⒂行У亟Y(jié)合。

3)從地殼運(yùn)動(dòng)、風(fēng)浪沖刷等動(dòng)力學(xué)角度對(duì)島嶼群分布模式的成因及特點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了骨架島嶼與背景島嶼的分類概念。利用Delaunay三角網(wǎng)建立島嶼群空間等剖分結(jié)構(gòu),分析了計(jì)算島嶼群分布特征上的范圍、密度等,在Gestalt認(rèn)知原則指導(dǎo)下進(jìn)一步構(gòu)建了鄰近圖結(jié)構(gòu)與MST模型,識(shí)別外圍島嶼、線性陣列結(jié)構(gòu)島嶼、中心區(qū)主島嶼等骨架性島嶼,在此基礎(chǔ)上提出了骨架島嶼無(wú)條件保留和背景島嶼空間競(jìng)爭(zhēng)上“優(yōu)勝劣汰”的差別化選取策略,最后達(dá)到保持島嶼群地理分布特征的綜合選取目的。

4)結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐,研制了面向中小比例尺地形圖自動(dòng)綜合的原型系統(tǒng)。面向中小比例尺段地形圖綜合任務(wù),對(duì)數(shù)據(jù)特點(diǎn)、綜合操作類型、應(yīng)用需求等進(jìn)行了充分分析,按照“單要素類綜合?跨要素類關(guān)系處理?評(píng)價(jià)分析?過(guò)程返回”的技術(shù)路線,結(jié)合本研究提出的模型算法,研制了批量自動(dòng)綜合原型系統(tǒng)。試驗(yàn)表明,該系統(tǒng)在特定比例尺段(1∶5萬(wàn)～1∶25萬(wàn))地形數(shù)據(jù)的自動(dòng)化綜合方面取得了一定突破。

Research on Feature Selection Considering Spatial Context in Map Generalization and Its Application

YANG Min
School of Resource and Environment Sciences,Wuhan University,Wuhan 430072,China

NG Min(1985—),male,

his doctoral degree from Wuhan University on June 2013, majors in spatial data processing and visualization．

P282

D

1001-1595(2014)08-877-01

國(guó)家863計(jì)劃(2012AA12A404)

2014-05-20

楊敏(1985—),男,2013年6月獲武漢大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:艾廷華教授),主要從事空間數(shù)據(jù)處理與可視化方面的研究工作。

YANG Min．Research on Feature Selection Considering Spatial Context in Map Generalization and Its Application[J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(8):877．(楊敏．顧及上下文特征的地圖綜合選取方法與應(yīng)用研究[J]．測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(8): 877．)

10．13485/j．cnki．11-2089．2014．0119

E-mail:yangmin_whu＠163．com