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        地圖變化信息量評(píng)價(jià)模型在地圖更新中的應(yīng)用

        2014-06-26 07:39:50韋麗麗羅紹輝
        城市勘測(cè) 2014年1期
        關(guān)鍵詞:線狀原圖點(diǎn)狀

        韋麗麗 ,羅紹輝

        (南寧市勘察測(cè)繪地理信息院,廣西 南寧 530022)

        1 引 言

        隨著城市的發(fā)展,地圖作為信息傳達(dá)的載體成為人們?nèi)粘I钪械闹匾ぞ撸?],能使人們一目了然地了解一個(gè)城市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化等各方面信息。隨著時(shí)間的推移,社會(huì)的發(fā)展,地圖的信息量會(huì)發(fā)生變化,地圖的現(xiàn)勢(shì)性變得越來(lái)越差。地圖老化到什么程度需要更新,這是地理信息的管理和生產(chǎn)部門非常關(guān)心的事情。用地圖變化信息量評(píng)價(jià)模型可定量地確定地圖的老化程度,為地理信息管理部門決策提供科學(xué)的依據(jù)。

        2 地圖變化信息量評(píng)價(jià)模型

        2.1 地圖變化信息量的確定

        地圖是傳輸城市地理信息的工具。作為城市地理信息的載體,正確計(jì)算地圖的信息含量是研究地圖更新的關(guān)鍵[2]。一般而言,反映某類制圖要素多樣性、差異性、重要性和復(fù)雜性的特征值主要有4 個(gè):地物變化總個(gè)數(shù)△N,地物變化級(jí)數(shù)△m,地物變化的平均復(fù)雜程度△p,地物變化的平均重要程度△q。

        地圖要素主要是由地物符號(hào)和注記組成的。地物符號(hào)變化信息量為

        式中,△N 表示地物變化數(shù);

        Ni表示i 維地物類數(shù);

        △Nij表示Ni類地物的變化數(shù);

        i 表示維數(shù),i =0 為點(diǎn)狀地物,i =1 為線狀地物,i=2為面狀地物;

        △m= |m' -m|,表示地物的變化級(jí)數(shù),m'是現(xiàn)在地物分級(jí)數(shù),m 是原來(lái)地物分級(jí)數(shù)。當(dāng)該數(shù)多且面積互不相等時(shí),變化分級(jí)數(shù)m 的確定方法如下:

        先按地物面積由小到大一次排列:

        則s1,s2,…,si,

        依此類推,可得分級(jí)數(shù)。

        △p= |p' -p|,表示地物平均復(fù)雜程度的變化數(shù),p 值為確定地圖符號(hào)形狀所需的最少點(diǎn)數(shù)。

        △q= |q' -q|,表示地物的平均重要程度變化數(shù)。

        上式中,ri為i 級(jí)地物的重要程度權(quán)值,一般取最低一級(jí)地物權(quán)值r=1,最高一級(jí)地物權(quán)值r =m。ui為地物點(diǎn)的個(gè)數(shù)。對(duì)于線狀地物,通常采用1 cm長(zhǎng)度折算成一個(gè)地物點(diǎn)的辦法進(jìn)行統(tǒng)計(jì);對(duì)于面狀地物,通常采用1cm2面積折算成一個(gè)地物點(diǎn)的辦法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

        為了方便起見(jiàn),記:

        注記變化信息量為

        式中,△n 表示注記總的變化數(shù),△s 表示注記字體變化數(shù),△t 表示注記字級(jí)變化數(shù)。

        2.2 原圖信息量的確定

        為了確定地圖信息量的變化程度,還需要計(jì)算原圖信息量。原圖地物信息量:

        式中,N 表示總地物數(shù);

        Ni表示i 維地物類數(shù);

        Nij表示Ni類地物數(shù);

        i 表示維數(shù),m 表示地物分級(jí)數(shù),p 表示地物平均復(fù)雜程度,q 表示地物的平均重要程度。為了方便起見(jiàn),記:

        注記信息量為:

        式中,n 表示注記總數(shù),s 表示注記字體數(shù),t 表示注記字體數(shù)。

        2.3 地圖信息變化程度的確定

        地圖信息變化程度即地圖老化程度,可用下式確定:

        式中,△I=△I1+△I2,△I 表示地圖變化信息量;I=I1+I2,I 為原圖信息量。

        當(dāng)F >35%,全圖需要更新;35% >F >20%,需要更新一部分要素;F <20%,則全圖不需要更新。對(duì)于地圖單要素信息變化,一般認(rèn)為,F(xiàn)i>30%則需要更新;Fi<30%,則不需要更新[3]。

        3 實(shí)例驗(yàn)證

        本文選用同一地區(qū)、不通年代的兩幅地圖,即2010年和2012年出版的南寧市城區(qū)地圖,提取指定范圍進(jìn)行量測(cè)。2010年版地圖為原圖,從2012年版地圖獲取變化信息量。

        如圖1、圖2所示,分別從2010年和2012年南寧市城區(qū)地圖中提取以南寧市快速環(huán)道為中心,向外輻射5 km范圍內(nèi)的主要地理要素。

        圖1 2010年南寧市城區(qū)地圖截圖

        圖2 2012年南寧市城區(qū)地圖截圖

        3.1 點(diǎn)狀地物變化信息量的確定

        所謂“變化”,不僅包括新增的或消失的地物,還包括形狀、位置等發(fā)生變化的地物。形狀變化主要是原有的狀況與現(xiàn)狀發(fā)生變化,需要修正[4]?,F(xiàn)以居民地為例,量測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 點(diǎn)狀居民地量測(cè)數(shù)據(jù)

        據(jù)式(1)可得點(diǎn)狀居民地變化信息量:

        △I=20 061.19 bit

        據(jù)式(6)可得點(diǎn)狀居民地原圖信息量:

        I=54 641.46 bit

        同理,可求得獨(dú)立地物、橋梁等點(diǎn)狀地物變化信息量和原圖信息量,如表2所示。

        從表2可以看出,獨(dú)立地物變化信息量很大,這是由于在這幾年里新建了許多與人們生活密切相關(guān)的設(shè)施,例如橋梁等。

        表2 點(diǎn)狀地物變化信息量計(jì)算分析表

        3.2 線狀地物變化信息量的確定

        線狀地物變化信息量的確定與點(diǎn)狀地物變化信息量確定的區(qū)別在于要將線狀地物的長(zhǎng)度換上成個(gè)數(shù)?,F(xiàn)以指定范圍內(nèi)規(guī)劃道路為例,量測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

        表3 規(guī)劃道路量測(cè)數(shù)據(jù)

        據(jù)式(1)可得規(guī)劃道路變化信息量:

        △I=141.42 bit

        據(jù)式(6)可得規(guī)劃道路原圖信息量:

        I=565.78 bit

        同理,可求得線狀道路的變化信息量和原圖信息量,如表4所示。

        表4 線狀地物變化信息量計(jì)算分析表

        3.3 注記變化信息量的確定

        地圖的注記更新不是簡(jiǎn)單刪除替換,而是在更新的同時(shí)要記錄歷史[5]。地圖注記是城市變遷的重要載體,在地圖中有較大的覆蓋度,是地圖信息量中不可缺少的部分?,F(xiàn)以該指定范圍內(nèi)公園綠地注記為例,來(lái)說(shuō)明注記變化信息量的確定。由原圖上統(tǒng)計(jì)出5 條注記,即n=5。

        字體和字級(jí)均為1,而在新圖上又出現(xiàn)了7 條新注記,字級(jí)數(shù)也為1。同地物變化一樣,注記的變化不僅包括注記的增加或減少,還包括字級(jí)、字?jǐn)?shù)、名稱的改變。在原圖中的5 條注記都發(fā)生了變化,再加上新圖中出現(xiàn)的7 條注記,有△n =12,△t、△s 均為0。因此,該范圍內(nèi)公園綠地注記變化信息量:

        △I=12bit

        其公園綠地注記原圖信息量:

        I=15.85bit

        同理,可求得該指定范圍內(nèi)其他注記的變化信息量,如表5所示。

        表5 注記變化信息量計(jì)算分析表

        3.4 地圖各要素變化信息量的確定

        考慮到地圖更新方案的多樣性,從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),還需要計(jì)算各要素的變化信息量?,F(xiàn)以該指定范圍內(nèi)的道路為例來(lái)說(shuō)明要素變化信息量的確定。道路的變化信息量由點(diǎn)狀地物中橋、線狀地物中道路和注記的變化信息量組成。從表2、表3、表4可得:

        △I道=△I道(線)+△I道(注)+△I橋(點(diǎn))=3 660.98bit

        同樣,可得道路的原圖信息量:

        I道=I道(線)+I道(注)+I橋(點(diǎn))=7 391.56bit

        3.5 信息變化程度分析

        求得了變化信息量,就可對(duì)信息變化程度進(jìn)行分析,確定如何更新地圖。以上述道路要素變化信息量,據(jù)(9)式可得:

        F=49.50%

        由以上算例分析可看出,此分析結(jié)果>30%,該提取范圍道路要素需要更新。

        4 結(jié) 論

        地圖各要素所包含的變化信息量是可以評(píng)價(jià)的。對(duì)地圖變化信息量的評(píng)價(jià),是改進(jìn)地圖更新的有效途徑[6]。本文介紹了地圖變化信息量評(píng)價(jià)模型,提出了將地圖變化信息量評(píng)價(jià)模型用于地圖要素的更新。通過(guò)《南寧市城區(qū)地圖》要素更新工作實(shí)例的驗(yàn)證,驗(yàn)證了該方法準(zhǔn)確、可靠,具有很強(qiáng)的實(shí)用性,說(shuō)明此模型用于地圖要素的更新是可行的。

        [1]程思聰,王祥.論城市公益地圖的信息組織策略——以《武漢市公益版地圖》為例[J].城市勘測(cè),2011(4):129~132.

        [2]陳惠榮,譚美景,鄭義東等.基于變化信息量的海圖改版需求評(píng)估[J].海洋測(cè)繪,2010(3):67 ~69.

        [3]何宗宜.地圖數(shù)據(jù)處理模型的原理與方法[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004:120.

        [4]范明華.日本都市地圖更新流程及經(jīng)驗(yàn)體會(huì)[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2008(3):44 ~45.

        [5]劉勖,蔡先華,高勇.?dāng)?shù)據(jù)增量探測(cè)技術(shù)在電子地圖更新中的應(yīng)用[J].電腦與信息技術(shù),2007(4):60 ~62.

        [6]祝國(guó)瑞.地圖學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003:25.

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