基于层次分析法的多尺度点群目标相似度计算

计算不同尺度下空间目标的相似性是GIS研究的热点问题之一。点群是地理空间群组目标的一种,研究其相似性可对空间群组目标的计算机制图结果进行评价。以往的理论研究主要从影响点群目标的单一因子出发,对影响点群目标的简单因子进行分析,并以此提出相应计算模型。为了研究点群目标在不同尺度下的相似性问题,本文在前人研究的基础上,整合了影响点群目标相似性的主要因子（包括拓扑关系、方向关系、距离关系、分布范围和分布密度）,并分别提出拓扑相似度、方向相似度、分布范围相似度、距离相似度分布和密度相似度的计算模型,从整体上把握计算点群目标的相似性。通过层次分析法,赋予5种因子相应的权重,最后集成不同尺度下点群目标相似度的总体计算模型。经过计算验证,该方法能较准确地计算不同尺度下点群目标的相似程度,为制图综合质量做出评价。     

基于拓扑谓词的空间拓扑关系相似性度量模型与应用

空间拓扑关系相似性度量是空间数据相似性度量的重要组成部分,它是空间数据检索和空间场景相似查询的基础和关键。本文旨在建立一种能够同时度量简单和复杂拓扑关系间的相似性度量模型。首先,以9个拓扑谓词提出一种简单拓扑关系间相似性度量方法,即定义简单拓扑关系之间距离为两个9交集矩阵之间的距离,从而得到简单拓扑关系之间的相似度。然后,综合考虑实体集合间的数量相似度和维数相似度,建立实体集合间的简单拓扑关系相似性度量模型,并在上述实体集合间简单拓扑关系相似性度量的基础上,采用分解-组合的策略先将复杂拓扑关系分解为若干个局部拓扑关系,通过组合局部拓扑关系之间的相似度,直至建立复杂拓扑关系间的相似性度量模型。实验表明,制图综合中的选取对空间实体集合之间拓扑关系相似度的影响最大,其他因素影响较小,因此,其能以拓扑关系相似度来度量制图综合对拓扑关系的改变程度。     

基于人工神经网络的多特征因子路网匹配算法

在综合考虑多个特征因子的线要素匹配时,根据经验知识确定各特征因子的权值会造成人为误差。针对该问题,本文提出了基于人工神经网络的多特征因子路网匹配算法,根据线要素的几何和拓扑特性选取长度、方向、形状、距离及拓扑5个特征因子的相似度作为路网匹配参考因子。首先,分别在参考图层和待匹配图层中选取样本数据组成样本对,计算样本数据的5个特征因子相似度,用样本数据的5个特征因子相似度和样本的匹配度组成学习模式对;然后,利用BP神经网络的误差反向传播机制自动学习调整各神经层之间的连接权值;最后,输入全部数据,计算参考图层的弧段和待匹配图层的弧段间的匹配度,实现综合多特征因子的路网匹配。实验结果表明,利用人工神经网络进行综合多特征因子的路网匹配可以提高匹配效率和匹配准确度。     

面向区域增量更新的等高线群混合相似性度量模型

等高线是一种以曲线群簇展现地表起伏形态的表达方式,多源等高线数据之间的相似度能够反映地形地貌的变化程度,因此等高线群的相似性度量是地形图更新、多源数据融合及制图综合领域的关键环节之一。当前的等高线相似性度量方法主要基于要素的单一拓扑特征或几何特征,由于地理空间数据的复杂性和地理要素变化的多样性,这种通过计量多源数据数据单一特征之间的相似与差异程度的方法并不能完整表达多源数据之间的异同,在变化复杂区域、图幅边界区域以及等高线分布密集区域会导致不一致问题。因此,本文引入空间相似度理论,综合探讨了等高线群的相似性层次结构;研究了拓扑特征和几何特征在等高线群相似性度量中的关系和作用机理,构建了等高线群相似性层次结构;讨论了其中各个影响要素的相互关系和相似性度量方法,提出了一种基于拓扑特征和几何特征的区域等高线群混合相似性度量模型,并利用层次分析方法求解各级相似元的权重系数。通过模拟实验和真实数据实验对本文方法的可靠性和有效性进行验证,结果表明：本文提出的等高线群混合相似性度量模型能够定量描述不同尺度不同来源等高线群之间的相似与差异程度,并具有较好的有效性和可靠性;根据本文的混合相似性度量结果和更新阈值之间的关系,对满足更新要求的变化区域实施局部更新,且精度检验表明论文方法能够为等高线数据的更新应用提供可靠依据。     

线状空间数据传输的几何相似性度量算法与实验分析

 同一地物在不同比例尺或者不同来源的地图上通常存在着相似性,对于图形几何形似性度量方法的研究有利于地图编制、查询、匹配、更新。线状地物要素在地图中占有很大的比例,因此,本文以线状空间目标为例,在前人的基础上给出了线状空间数据的几何图形相似性度量模型:(1)以差异距离作为相似性特征的位置相似度;(2)以分形维数作为相似性特征的形状相似度;(3)以长度或者周长作为相似性特征的大小相似度。相对于(3)大小相似度而言,(1)位置相似度、(2)形状相似度综合考虑了几何图形整体统计的方法和局部几何特征结构。完成多尺度传输的线状空间数据几何相似性度量实验,并对数据传输量与几何相似性度量方法进行比较,实验结果表明:基于广义Hausdorff距离模型的中位数Hausdorff距离的位置相似性对于空间数据渐进性传输具有稳定性和可行性。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。     

群组目标空间方向关系建模

已有的空间方向关系描述模型大都针对空间单个目标,对于群组目标空间方向关系计算模型却鲜有研究和论著。为此,提出适用于群组目标空间方向关系的定性描述与定量计算模型。首先,群组目标空间方向关系定性描述模型利用带约束的Delaunay三角剖分与动态阈值“剥皮”法求得了源目标群分布边界多边形;然后,以方向关系矩阵模型为依据对其方向关系进行了定性描述与建模;其次,运用数学形态变换理论对参考目标群进行“膨胀”,求解“膨胀”后的参考目标群与源目标群的交集;最后,在此基础上结合地学信息图谱相关理论实现了群组目标空间方向关系的定量计算与建模。实验表明,群组目标空间方向关系定性描述模型较好地顾及了群组目标的空间形态对空间方向关系的影响,能够对空间方向关系做出较为准确的定性判断;群组目标空间方向关系定量计算模型实现了群组目标空间方向关系的精确定量描述,且能够以形象直观的方式对群组目标空间方向关系进行可视化表达。2种模型较好地解决了群组目标空间方向关系的描述与计算问题。     

基于拓扑与形态特征的城市道路交通状态空间自相关分析

城市道路交通状态具有空间自相关特征。某一道路交通状态的变化会对其周边道路产生影响,故把握道路交通状态的空间自相关性是提高交通规划、交通预测水平的基础。然而,城市道路交通状态又具有空间异质性,即道路交通状态的影响扩散并非各向同性,其使得道路交通状态空间自相关性的度量更为复杂,因此仅从地理空间下道路之间的邻近关系出发进行分析有失偏颇。同时,城市道路具有拓扑结构特征和几何形态特征,二者对于交通状态自相关性的影响和制约,却未引起足够重视。本文从城市道路的拓扑结构特征和几何形态特征出发,提出了一种新的交通状态空间自相关路段识别规则,即基于交通状态变化的路段空间识别规则,通过拓扑社区发现方法刻画路段在空间上的聚集特征,同时,基于Stroke跟踪的几何形态概化来描述道路交通状态变化影响的空间异质性。结果表明,利用本文提出的识别规则产生的交通状态自相关路段集合,较仅考虑地理空间邻近或拓扑结构的识别规则更为合理,更好地揭示了城市道路交通状态的空间自相关特征。     

复杂线-线对象的拓扑关系描述与计算方法

空间拓扑关系是GIS中空间查询和分析的基础。针对当前空间拓扑关系模型在表达较复杂对象间拓扑关系存在局限性的突出问题,以线对象为实例,根据点集拓扑理论,重新定义和区分线对象的复杂性;以9I模型为基础,提出一种适合二维复杂线对象的拓扑关系的线性序列描述模型,将复杂线-线的拓扑关系表示成基本拓扑关系的组合。分析不同情形下线之间拓扑关系不同的计算方法。为实现复杂线-线拓扑关系的计算,提高扫描线算法的效率,探讨包络矩形粗滤、线节点重合或共线的斜率坐标判断法等改进方法,提出判断线-线是否相交的矢量叉乘法,具有快速高效的特点。最后,通过实验系统导入线坐标串,进行图形绘制、拓扑关系计算并输出结果,从而验证该模型和算法的可行性。     

河系几何相似性的层次度量方法

已有的线群目标几何相似性度量方法主要基于数理统计的思想,通过统计整体变化信息计算几何相似性,缺少对局域特征的表达,并不适用于具有高度分形特征的河系。为此,本文将河系几何特征划分为3层次的信息特征：单条河流的形状特征、局部区域的结构特征、全局范围的分布特征。首先,结合角链码法与Hausdorff距离计算单条河流的形状相似度;然后,根据 “二八定律”确定局部特征区域,通过坐标系转换计算M： N的河系局域结构相似度;最后综合整体描述子得到全局分布相似度,并在该基础上,构建差异指标进行河系多尺度相似性计算与综合质量评价。实验表明,该方法的计算结果优于均值指标法,能有效应用于制图综合的质量评价。     

基于向量空间模型附加词义特征的句子相似度研究

向量空间模型常被用于计算两个句子的相似度,通过将两个句子转换为词项向量,然后计算两个向量的夹角余弦值,就可以得出两个句子的相似度分数。传统的向量空间模型没有考虑到句子中词语之间的相似度,这就使使用近义词的两个语义相近句子得到的相似度分数较低。提出了一种带有词义特征的向量空间模型,在传统的向量空间模型中引入词语之间的相似度,从而使计算出的两个句子的相似度分数更加准确。     

基于知识对象的土地管理空间数据库模型设计与实现

空间数据模型建立的目的是反映现实世界。当今的GIS系统的空间数据模型,主要反映地图制图领域的点、线、面对象管理与操作的几何知识。本文通过对比研究,发现土地管理空间概念的领域知识,包含几何知识。几何知识是依据几何特征属性识别的土地管理领域知识之一。将土地管理领域空间概念的领域知识对象化,建立与几何知识对象等价的对象组件,扩展对象关系型的空间数据模型,建立了"[领域空间知识对象]+[GIS的点、线、面的几何对象]+[扩展属性]"的空间数据模型。这种模型简化了空间数据库的管理操作,降低了对工作人员制图专业知识的要求,降低了空间对象实例与其属性的耦合度,减少了政策变化对数据的影响程度,提高了数据的稳定性和共享度。鉴于这种空间数据库模型,本文开发了空间知识对象的江苏省"515"城乡一体化地籍系统的数据检查子系统,在镇江市、江都市等多个市县的"515"城乡一体化地籍调查的数据检查入库工作中得以应用,证明了模型设计的可行性,收到了良好的效果,为专题GIS空间数据管理,提供了一种的新的空间数据模型。     

顾及地理实体的地名信息检索方法研究

随着在线电子地图应用的普及,地名信息检索已成为相关研究领域的热点,并取得了丰富的研究成果。然而,这些研究主要侧重于检索效率和文本关键词匹配质量的提高,并未顾及实际应用需求和地名信息检索方法的矛盾。本文通过分析地理实体和地名的特征及关系,提出将二者相融合来研究地名信息检索的形式和方法,从数据特征和应用场景的角度出发,提出顾及地理实体的地名信息检索模式,并实现对其的结构化表达,在该检索模式中将地理实体的属性特征和空间关系作为检索特征项;以检索模式为基础提出了基于地理实体相似度计算的地名信息检索模型,并深入研究了文本型属性与数值型属性综合的属性相似度计算方法,以及定性空间过滤与定量距离计算综合的空间关系相似度计算方法;最后,通过实验验证了顾及地理实体的地名信息检索方法的可行性和检索质量。实验结果表明,该检索方法既能实现精细化和空间化的检索需求,也能保证检索结果的准确度。     

Douglas-Peucker算法全自动化的多尺度空间相似关系方法

地图综合本质上是空间相似变换,研究Douglas-Peucker算法及其参数的设置,实质是研究算法的最佳距离阈值与尺度变化间的定量关系,但目前二者关系未知,导致参数设置及化简结果的选择主观性强。为此,提出以多尺度线要素空间相似关系为契合点,利用阈值参数寻优原理确定二者间定量关系,以实现基于DP算法线要素的全自动化简。结果表明：① 二次函数是描述最佳距离阈值与尺度变化间定量关系的最优函数;② 针对来源于相同地理特征区,如长江下游平原,的线要素可行,利用同一最佳距离阈值可实现基于DP算法线要素的全自动化简,且化简结果与已有成果数据吻合度较高;而来源于不同地理特征区域,如长江下游平原和江淮平原,的线要素,用同一最佳距离阈值化简是不合理。因此,应选择不同的最佳距离阈值,以实现不同地理特征区域线要素的DP算法全自动化简。     

面向多分辨率DEM的河网相似性测度与分析

河网是地形结构的核心要素,能够有效地反映DEM对地表形态的刻画能力。实现不同分辨率条件下DEM河网相似性测度对DEM地形综合、DEM质量评估及DEM不确定性分析等研究具有重要意义。基于此,本文以黄土高原典型样区为研究区,基于5 m高精度DEM建立的多分辨率DEM数据集,构建了地形特征自适应的DEM河网自动提取方法,建立了综合拓扑关系、方位关系、距离关系及属性特征四维信息的河网相似性度量模型,并分析了河网相似性变化特征及其与地形参数的相关性。实验结果显示,河网自动提取方法的制图精度和用户精度均在90%以上,总体精度优于Passalacqua等提出的GeoNet方法,能够有效实现不同分辨率下河网较高精度提取;河网相似性度能综合反映河网空间分布特征的差异性,河网相似度与分辨率变化率之间的幂函数关系R²达0.978,且河网相似度与高程、坡度中误差分别表现为幂函数和对数函数关系,后者对数关系显著性优于前者幂函数关系。研究表明,在以河网作为DEM构建重要数据源的背景下,本文的研究成果可为DEM质量及其应用适宜性的定量评价提供基础。     

一个可定位视频对象的地理空间表达框架

可定位视频是包含位置信息的视频,它的地理空间表达是集成视频与GIS的关键问题。针对视频添加位置标签空间语义单一的不足,设计了一个可定位视频的地理空间表达框架。该框架包括视频帧与视频片段2个层次,在扩展OGC空间数据库几何要素标准基础上,分别定义了3类共7种对象描述可定位视频的空间信息。（1）视频位置（点）,描述视频帧及视频片段拍摄位置及相机姿态;（2）视频轨迹（线）,描述视频片段拍摄轨迹;（3）视频平面视域（面）与立体视域（体）,分别描述视频帧及视频片段拍摄场景二维与三维空间范围。该框架包含了主要空间对象类型,空间表达范围较为完备,同时支持视频帧、视频片段等不同层次数据,在不改变现有数据结构基础上,实现视频数据与GIS松散耦合与有机集成。本文讨论了视频对象空间数据获取方法,定义了逻辑模型,并以可视化与检索为例进行应用分析。结果表明,该框架扩展了现有空间数据标准,易于实现,在地理可视化、视频检索及分析挖掘方面具有应用价值。