數(shù)字環(huán)境下的地圖模型綜合

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦數(shù)字環(huán)境下的地圖模型綜合收稿日期:2004206229.基金項目:國家“863”打算資助項目(146999042423223);國家基礎(chǔ)測繪基金資助項目(1469990324231).作者簡介:應(yīng)申(1979-),男,安徽界首人,博士研究生,要緊從事空間信息多尺度表達、GIS設(shè)計與開辟等研究.文章編號:100021190(2004)0420524204

數(shù)字環(huán)境下的地圖模型綜合

應(yīng)申,李霖

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,武漢430070)

摘要:模型綜合是數(shù)字環(huán)境下地理信息的概念層次上的綜合,是地圖綜合的前提和基礎(chǔ),它經(jīng)過改變地圖內(nèi)部目標(biāo)的空間關(guān)系和語義關(guān)系,使地圖的表達更簡單;并且處理空間語義關(guān)系,保證小比例尺下的語義表達,進而使綜合更方便.詳細(xì)探討了模型綜合的概念和內(nèi)涵,并著重從空間關(guān)系和語義關(guān)系方面探討了模型綜合的具體內(nèi)容.

關(guān)鍵詞:模型綜合;制圖綜合;空間關(guān)系;幾何屬性;語義信息;綜合決策中圖分類號:P208

文獻標(biāo)識碼:A

傳統(tǒng)的制圖綜合過程被以為是極為復(fù)雜的過程,它別僅需要制圖員的操作技巧,還需要專業(yè)的制圖經(jīng)驗和制圖知識.GIS的進展和應(yīng)用使空間數(shù)據(jù)庫的更新成為GIS的一具重要領(lǐng)域.計算機制圖大慷慨便了空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建,而手工制圖綜合無法適合計算機制圖綜合,進展計算機自動綜合技術(shù)是計算機制圖和數(shù)據(jù)更新的需要.并且計算機制圖綜合的進展能使制圖員從繁重的重復(fù)勞動中解脫出來,更加專注于綜合決策,提高地圖綜合的效率和質(zhì)量.20世紀(jì)60年代起,地圖理論在認(rèn)知科學(xué)、信息論和語言標(biāo)記學(xué)的基礎(chǔ)上進展起來,特殊是從處理空間目標(biāo)關(guān)系的語言學(xué)動身,形成了地圖模型理論.從技術(shù)角度來看,建模過程開始于數(shù)據(jù)編輯,并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和最終的符號化表達到屏幕或紙張上.制圖建模的要緊過程是地圖綜合.

地圖模型是指在數(shù)字環(huán)境下地理信息或空間目標(biāo)在概念層次上的表達,它用語義、坐標(biāo)和關(guān)系來存儲,是面向地理目標(biāo)的,它是別依靠可視化表達和符號化的,成為計算機自動制圖綜合的核心.文章首先對照介紹模型綜合和圖形綜合的概念和內(nèi)涵,然后具體闡述了模型綜合的內(nèi)容,要緊體現(xiàn)空間關(guān)系和語義關(guān)系上.

1定義

綜合能夠看作是為了提高對地圖的閱讀和明白而對空間目標(biāo)的幾何表達舉行一系列的尺寸變

換,并且,它又是在更高抽象層次上的一具對地理現(xiàn)象的明白過程[1].為了實現(xiàn)計算機的自動綜合,數(shù)字制圖綜合被劃分為模型綜合和圖形綜合兩部分,如今這種學(xué)講被越來越多的學(xué)者所認(rèn)同,并別斷地得到改進[1～4].這兩種綜合在綜合對象、綜合操作以及綜合算子等方面都有非常大的區(qū)不.模型綜合,又稱數(shù)據(jù)庫綜合、概念綜合,是指為了阻撓由于比例尺縮小造成的表達空間別腳、數(shù)據(jù)混亂和擁擠甚至信息表達的全面崩潰,而對數(shù)字景觀模型(DLG)舉行的信息化簡和提取[5].模型綜合為了獲得更加抽象和概括的地圖數(shù)據(jù)模型,通常要舍棄次要的地物目標(biāo),簡化地物細(xì)節(jié)層次、壓縮空間目標(biāo),舉行地理目標(biāo)空間關(guān)系(要緊指拓?fù)潢P(guān)系)的變換,并且重定義語義信息,來減少地圖的信息密度,以便舉行較小比例尺下的空間分析和制圖數(shù)據(jù)處理,它會從全然上妨礙到空間數(shù)據(jù)的內(nèi)部表達[4,6].模型綜合要緊體如今3個方面:別同的綜合層次(比例尺)、別同的地物類型層次和別同的地物個體層次.

Weibel以為真正的模型綜合是一具可以產(chǎn)生

可預(yù)測的、可重復(fù)的結(jié)構(gòu)[2];使結(jié)果模型和原始模型的偏差最小;能最大量的壓縮數(shù)據(jù)量;保持拓?fù)湟恢滦?盡量的使用較少的參數(shù).并且他還指出模型綜合是應(yīng)用于離散的目標(biāo).Lagrange對綜合的數(shù)據(jù)和知識模型舉行了更詳細(xì)的研究,他們以為綜合是一具處理過程,允許我們對地理數(shù)據(jù)舉行別

第38卷第4期華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)

Vol.38No.4

2004年12月JOURNALOFCENTRALCHINANORMALUNIVERSITY(Nat.Sci.)Dec.2004

同感知層次上的變化,并且盡量地保留幾何屬性、空間關(guān)系和語義信息[1].對別同的目標(biāo)綜合其幾何特征需要設(shè)計別同的具體算法.空間關(guān)系要緊指空間連通性和空間布局關(guān)系(目標(biāo)的鄰近關(guān)系和幾何分布特征).這正是地圖綜合中模型綜合的關(guān)鍵所在.普通來講,模型綜合包括選取、壓縮、聚合等綜合操作,以及空間語義處理和綜合決策,是兼顧面向?qū)嶓w的、過程的和規(guī)則的結(jié)合,它們都會妨礙地圖內(nèi)在的目標(biāo)間的空間關(guān)系.

而圖形綜合要緊表如今地圖的圖式符號和圖形表達上,它是為了滿腳人們感知方面的限制和地圖的格式塔(Gestalt)原理,方便讀者閱讀舉行地圖的可視化表達、顯示輸出和美觀易讀而舉行的,通常需要舉行符號化和位置的處理[1～4].Weibel進而提出了圖形綜合所要遵循的基本原則,體如今人感知方面的幾何限制,如最小間隔、最小寬度、最小尺寸等,和Gestalt視覺要求方面.圖形綜合要緊舉行目標(biāo)的位移、夸大、光滑等.

一定意義上,模型綜合是從圖形綜合中抽象出來的.有的模型綜合支持變比例尺的數(shù)據(jù)更新和查詢,類似于“無比例尺”空間數(shù)據(jù)庫[7]和等級結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫.模型綜合反映在地理信息的概念層次上,而圖形綜合反映在地理信息的表達和應(yīng)用層次上.一句話,算是經(jīng)過模型綜合來確定綜合后地圖的空間信息和地圖數(shù)據(jù)模型,經(jīng)過圖形綜合來表達綜合后的地圖.由于模型綜合與目標(biāo)的語義及幾何建模相關(guān),但又別受圖形設(shè)計的妨礙,大慷慨便了自動地圖綜合的進展,如德國波恩大學(xué)的ATKIS2GIS、深圳市規(guī)劃國土局的AutoMap.

2內(nèi)容

依照前述分析,我們能夠從空間關(guān)系、語義信息和綜合決策方面來具體探討模型綜合內(nèi)容.

2.1幾何屬性模塊

幾何屬性模塊,要緊舉行圖形形狀的變換計算.那個模塊除舉行因空間關(guān)系改變而引起的幾何屬性變換外,還要舉行各種圖形操作,如曲線光滑,圖形編輯,圖形變換等(這在一定程度上結(jié)合了語義信息和圖形綜合的部分內(nèi)容).所以,幾何屬性模塊對圖形表達有著立桿見影的作用.空間關(guān)系操作是處理空間關(guān)系變換,而幾何屬性模塊的功能要緊是數(shù)值計算和一些幾何算法,它們只妨礙圖形,別改變空間關(guān)系.

2.2空間拓?fù)潢P(guān)系

由于綜合的比例尺的變化,逐漸要求由表示個

體的、單要素的解析綜合向反映多目標(biāo)的、

多要素的組合綜合進展,要求深入地研究發(fā)覺目標(biāo)或要素間的相互聯(lián)系和空間關(guān)系.經(jīng)過空間目標(biāo)間的關(guān)系變換能有效地減少地圖信息,它是模型綜合的核心和本質(zhì)所在.在綜合過程中,空間關(guān)系的變化是指綜合前后空間目標(biāo)的關(guān)系.非常顯然,模型綜合在空間關(guān)系方面體現(xiàn)為面向地理對象(群)的.空間關(guān)系分為拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系、距離(度量)關(guān)系,空間方向關(guān)系的研究可見有關(guān)研究,本文別做討論;而距離關(guān)系是隱含在拓?fù)潢P(guān)系和幾何處理中的,所以本文將著重討論空間拓?fù)潢P(guān)系.

拓?fù)潢P(guān)系包括連通性、鄰接、包含、以及交叉自相交和拓?fù)溥壿嫷?它有一些基本的操作,除選取和刪除外,要緊有三種:收縮、合并和融合.這個地方能夠采納計算幾何中的Voronoi圖和Delaunay三角網(wǎng)以及凸殼等來處理空間拓?fù)潢P(guān)系[8～10](如圖1).

Voronoi圖在處理空間沖突、一致性和自相交等方面十分有效[11,12].

圖1多邊形的三角網(wǎng)

選取刪除操作算是受表達或視覺感知的要求,依照制圖要素的重要性、特別性確定制圖目標(biāo)在目標(biāo)空間數(shù)據(jù)庫中的存在與否.選取操作是減少地圖目標(biāo)信息的要緊手段之一,它通常用客觀的幾何標(biāo)準(zhǔn)來描述.

收縮是地圖目標(biāo)的縮小,通常是實體空間維數(shù)的減少:A、線收縮為點;B、區(qū)域收縮為點;C、區(qū)域收縮為線:通常是骨架圖(中軸線)的提取,是收縮操作中較重要的部分,如雙線河變單線河等.區(qū)域收縮時區(qū)域能夠是孤立的,也能夠有其他曲線與它的邊界相關(guān)聯(lián)(如圖2A的小湖泊);線收縮時線能夠是獨立的要素,也可與其他邊界相關(guān)聯(lián).

合并、聚合和融合:合并操作指相互鄰近或關(guān)聯(lián)的實體間的合并,通常有些對線的合并和區(qū)域合并.區(qū)域合并中可舉行相鄰(有共享邊)區(qū)域的合并(圖3A到B),也可舉行臨近(無共享邊)區(qū)域的合并(圖3B到C).合并和融合在空間目標(biāo)的語義上有一定的差不.合并要求目標(biāo)的語義信息相同或相近,而融合操作多是指別同類之間的目標(biāo)操作,主

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第4期應(yīng)申等:數(shù)字環(huán)境下的地圖模型綜合

要是區(qū)域?qū)ζ鋬?nèi)部包含的要素的“融蝕”,以消除它們,要緊有些消除、線消除以及面融合,如圖4的湖泊對其內(nèi)部的島嶼的融合等

.

圖2收縮操作

圖3建造物多邊形的合并

圖4湖泊對內(nèi)部島嶼的融合

模型綜合在對地理空間信息舉行綜合時,既包含有單個空間地理目標(biāo)的模型綜合,更重要的是包含著多個目標(biāo)或多要素的空間地理目標(biāo)的綜合,也稱空間特征的綜合,包括空間目標(biāo)的分布范圍、內(nèi)部特征、離散性、聚合性、典型化等.如建造物的特征綜合中,既要保持其分布范圍的別變形,又要突出其空間羅列的典型性(如圖5).

圖5建造物多邊形的典型化

2.3空間語義綜合(綜合規(guī)則和綜合決策)

語義信息是地圖信息論的要緊對象,并且也是

地圖綜合中的重要處理對象,它別僅包括普通的實體的屬性信息,如實體的性質(zhì)、狀態(tài)和用途的描述等,更重要的是它處理著地圖綜合的整體操縱參數(shù)、綜合規(guī)則和綜合決策,要緊是別同比例尺下實體存在的各種幾何約束和各種綜合規(guī)則[6],如目標(biāo)間的最小距離、目標(biāo)最小尺寸等.

制圖綜合的過程是個決策的過程.綜合條件(如幾何限差)的確定,實施怎么樣的綜合操作,怎么協(xié)調(diào)各綜合操作,這些綜合決策都需要專家知識.綜合決策是制圖綜合的本質(zhì)和核心.制圖綜合規(guī)則

是對某些咨詢題的規(guī)范化描述,是基于規(guī)則的演繹思維[13,14].在實際的制圖綜合系統(tǒng)設(shè)計中,可針對別同的比例尺,依據(jù)地圖圖式,結(jié)合各種比例尺地圖數(shù)據(jù)的特點,將各綜合規(guī)則在數(shù)字化的模型綜合中舉行形式化的描述,制定相應(yīng)的綜合規(guī)則庫.能夠采納六元組的規(guī)則表示辦法:〈層代碼,屬性碼,綜合操作,屬性項,最小值,最大值〉.例如,〈B,32029,MERGENCE,AREA,0.00,50.00〉表示:建造物層中的屬性碼為32029的建造物,假如建造物的面積差不小于50m2,則能夠合并它們.該六元組是用來觸發(fā)制圖綜合的各種規(guī)則,或者講其本身算是綜合規(guī)則的變形,它是連接比例尺變化前后的數(shù)據(jù)的紐帶和綜合決策的觸發(fā)點.綜合規(guī)則在目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中的目標(biāo)創(chuàng)建有著決定性作用,對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中的對象之間的空間關(guān)系處理較少,它要緊側(cè)重于地圖模型綜合.

綜合決策另一難以形式化描述的是空間要素聚類和重分類的標(biāo)準(zhǔn)、綜合操作的順序、各綜合操作的協(xié)調(diào)等.重分類分級是指別同類要素的定性分類、同類要素或現(xiàn)象的定量分級,它以數(shù)據(jù)的集群性為依據(jù),反映同類(級)內(nèi)的最大一致性和類(級)間的最大差異性,它通常和聚合或融合操作并且發(fā)生、相互妨礙.以宗地的綜合最為突出,在舉行宗地地塊綜合時,要依照土地利用類型重分類或等級舉行重定級,然后再聚合來減少差不.綜合過程中,實現(xiàn)全自動的綜合是別現(xiàn)實的,必要的人工干預(yù)和挑選是必要的,這要緊體如今綜合操作的順序和綜合算子的挑選上.如圖6,對多目標(biāo)(建造物)的綜合有兩種決策辦法:A)對單個建造物舉行矩形特征化(圖6B);B)對多目標(biāo)舉行整體合并再矩形特征化(圖6C).那個例子表明,別同事情下的綜合決

策別同,其采納的操作也別同,這就需要設(shè)計各種基本的算法來習(xí)慣別同的綜合決策,這是當(dāng)前別能實現(xiàn)自動綜合的一具重要緣故所在.

6

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華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)

第38卷

ABC

圖6綜合決策

3結(jié)論與展望

文章闡述了地圖綜合中模型綜合的理論和其特點,在完善綜合理論的并且也方便了自動綜合軟件的設(shè)計.基于模型綜合的交互制圖綜合的實現(xiàn),更有利于用戶用心于綜合決策,以提高制圖綜合的效率和質(zhì)量.在綜合決策中怎么有效地融入專題要素的分類分級約束、別同要素的空間約束以及與專家系統(tǒng)的結(jié)合上還需進一步研究.

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