对空间数据多尺度表达有关问题的思考

多尺度空间数据表达及数据库建立在流媒体网络数据传输、自适应动态可视化、空间认知导航、互操作尺度匹配多个领域都有贡献，但实现该技术面临着数据存储量大、操作响应慢、横向空间一致关系难以维护、尺度变化难以达到真正的连续性等诸多问题。针对这些问题，提出了多级尺度显式存储、初级尺度变化累积、关键尺度函数演变和初级尺度自动综合四种技术策略。     

地球科学相关论文摘要

050401 对空间数据多尺度表达有关问题的思考/艾廷华(武汉大学)…∥武汉大学学报(信息科学版).-2005,30(5).-377～382 针对多尺度空间数据表达及数据库面临着数据存储量大、操作响应慢、横向空间一致关系难以维护、尺度变化难以达到真正的连续性等问题,提出了多级尺度显式存储、初级尺度变化累积、关键尺度函数演变和初始尺度自动综合四种技术策略.     

一般性问题

CH20051751对空间数据多尺度表达有关问题的思考=Key Issues of Multi-scale Representation of Spatial Data/艾廷华(武汉大学资源与环境科学学院),成建国(深圳市规划国土房产信息中心)∥武汉大学学报(信息科学版).-2005,30(5).-377~382多尺度空间数据表达及数据库建立在流媒体网络数据传输、自适应动态可视化、空间认知导航、互操作尺度匹配多个领域都有贡献,但实现该技术面临着数据存储量大、操作响应慢、横向空间一致关系难以维护、尺度变化难以达到真正的连续性等诸多问题。针对这些问题,提出了多级尺度显式存储、初级尺度变化累积…     

视觉显著性特征的矢量对象多尺度表达

针对矢量数据在网络上渐进传输中的多尺度组织问题,该文提出一种基于视觉显著性特征的多尺度增量组织和表达方法。根据人类视觉机制和矢量地图的多尺度表达特征,提出了基于视觉显著性的多尺度矢量模型,实现矢量空间要素的多尺度表达和线性序列组织。以线要素为例,讨论多尺度空间下矢量空间要素的视觉显著性和视觉信息增量变化。实验表明,本文提出的方法可以较好地改进渐进传输时矢量数据的可视化效果。     

多尺度空间实体多目标相似性度量

多尺度空间实体的相似性度量是制图自动综合质量评价、自适应空间实体多尺度表达等领域关注的基本问题.提出一种顾及距离、拓扑、方向关系的多尺度空间实体相似性度量模型,分析模型与多尺度空间实体的数量特征综合程度指标的相互竞争关系,形成一个多目标最佳优化问题,用帕累托最优化方法构建了多尺度空间实体的集值相似性标准.实验结果表明,空间相似性图形距离、空间相似度是科学有效的多尺度空间实体相似性度量指标,而帕累托集值相似性标准比独立的数量特征综合程度或几何相似性包含更多的信息.     

多尺度等高线簇拓扑关系定量表达方法研究

等高线拓扑关系定量表达对空间认知、地形特征挖掘、地图综合等至关重要。然而,已有研究多针对等高线树的生成及综合算法,缺乏等高线拓扑关系及其与尺度变化关系的定量表达,不同地貌类型其变化规律是否一致仍未知。为此,通过分带与投影转换、非闭合等高线拓扑检查与闭合及有向等高线树的构建等,发展了一种等高线拓扑关系定量表达方法。采用高山、中山、平原地貌60组多尺度等高线数据集,探究不同地貌类型的多尺度等高线拓扑指标及其随尺度变化规律的一致性。试验结果表明,相邻尺度等高线拓扑指标变化规律符合空间认知与推理,不同地貌类型多尺度等高线拓扑指标与尺度变化间关系可用同一个幂函数定量表达,该结论为基于多尺度空间相似关系等高线全自动综合的实现提供了理论支撑。     

面向流媒体传输的空间数据变化累积模型

将流媒体技术引入到以矢量数据为主的网络GIS传输中,其关键是建立逐级精细化的多层次表达模型,并在服务器端数据预组织上建立线性索引结构。本研究针对该目标建立一种矢量数据多重表达的新模型,即变化累积模型,认为尺度空间中从粗到细的数据表达过程是一些"变化"的累积,"变化"表现为两个连续尺度表达间的差别,通过"变化"元素的逐渐增加或减少来实现渐进传输。基于该模型对面状数据渐进式传输进行研究,将多边形分级剖分为一系列凸壳或外接矩形的基础上建立变化累积模型,通过剖分元素的组合完成渐进式流媒体传输。     

多尺度城市地理数据在线联动更新研究

文章针对多尺度城市空间数据库现势性不一致、孤立更新造成数据源和成果都不能共享、增量动态更新困难的现状,研究了多尺度城市空间数据在线更新技术,提出多尺度空间数据抽象表示模型,构建多尺度空间对象,重建多尺度空间对象数据库,通过变化检测机制、要素更新机制、多比例尺数据综合机制和服务联动机制,建立多尺度数据联动回溯和扩展机制,实现多尺度空间数据在线联动更新服务.最后选择数字泰州地理空间框架建设中的1∶50 000、1∶10 000、1∶1000和1∶500数据库验证了此模型和服务的科学性和有效性.     

基于Cesium的多尺度城市三维建筑模型可视化

城市空间信息平台的建设既要考虑宏观上的大区域空间格局分析,也要有微观层上的细节化信息分析,因此产生多尺度空间表达的需要.三维空间数据的多尺度表达,不同于二维数据,不仅要顾及输入数据的粒度特征,还要顾及可视化渲染软件平台的技术特征.鉴于Cesium成为三维空间数据可视化表达的重要平台,本研究基于Cesium系统平台及其三维可视化空间数据渲染基础功能,提出一种城市建筑物三维地图综合及多尺度可视化的方法,基于空间邻近、形状细节特征构建多层次二维数据基础,然后在多分辨率三维视觉感知条件下,实现三维建筑物的多粒度可视化渲染.     

多尺度空间数据索引方法研究

以多尺度空间数据为研究对象,讨论其混合索引结构的建立方法。对于多尺度矢量空间数据提出基于多层次网格与R 树混合索引结构,栅格数据进行分块并建立四叉树索引结构。利用双向链表结构连接同尺度下的矢栅空间数据,实现矢栅之间的无缝转化;并用地理数据编码及双向链表结构连接不同尺度下的同一空间对象,实现多尺度空间对象的纵向无缝连接。进而实现多尺度空间数据的快速可视化及空间对象的纵向无缝查询。     

模式识别的空间数据联动更新技术研究

针对多尺度空间数据联动更新技术体系不完善的问题,该文提出了一套系统完善的多尺度空间数据联动更新技术体系。该技术体系以模式识别理论为基础,以"更新信息检测—自适应增量更新—更新信息多尺度匹配与传递"为主线,实现了模式识别理论技术与多尺度空间数据联动更新应用的深度融合,为空间数据快速更新提供了重要的技术支撑和保障。基于广州市增城区空间数据联动更新的实验结果表明:该文提出的方法对于复杂城市区域多尺度空间数据联动更新是非常有效的。     

空间数据连续尺度表达的矢量金字塔模型

连续多尺度表达是当前地图制图领域中的热点问题之一,常规地图采用多级瓦片剖分、多版本存储技术实现空间多尺度表达,存在数据量冗余、跨级别不一致、瓦片间尺度跳跃大等问题。结合传统地图综合、多尺度表达数据结构和空间索引建立等多种策略,在目标数据模型中加入尺度维和操作信息,记录地图综合的过程和尺度变换,建立空间数据矢量金字塔模型。该模型离线综合获取多级基态尺度表达数据,确定每个目标的尺度表达空间范围,并通过面向对象建模技术将目标表达状态及其纵向关联关系、算子类型及控制参量等信息封装在多尺度目标中;同时,建立一端或两端控制的尺度变换结构。基于该模型可快速获取适应用户需求的连续尺度表达状态。     

多尺度空间同位模式挖掘的点过程分解方法

空间同位模式挖掘旨在发现多类地理要素或事件频繁互邻近形成的关联规则,对于理解复杂地理现象内在发生机理具有重要价值。针对现有基于关联规则的空间同位模式挖掘方法难以对地理数据特性(如多尺度性)进行有效建模的缺陷,本文提出了一种基于点过程建模与分解的多尺度空间同位模式挖掘方法。首先通过构建一个随机变量将多类要素实例分布数据表达为混合空间点过程,并引入一个非参统计指标对同位模式进行特征尺度判别;基于此,定义一种条件概率密度分布函数,利用点过程分解思想挖掘多尺度空间同位模式及其实例分布。试验分析结果表明本文方法可以准确挖掘空间同位模式在不同尺度的空间分布形态,并且有效降低了人为设定参数的主观性。     

多尺度空间同位模式挖掘的点过程分解方法

空间同位模式挖掘旨在发现多类地理要素或事件频繁互邻近形成的关联规则,对于理解复杂地理现象内在发生机理具有重要价值。针对现有基于关联规则的空间同位模式挖掘方法难以对地理数据特性(如多尺度性)进行有效建模的缺陷,本文提出了一种基于点过程建模与分解的多尺度空间同位模式挖掘方法。首先通过构建一个随机变量将多类要素实例分布数据表达为混合空间点过程,并引入一个非参统计指标对同位模式进行特征尺度判别;基于此,定义一种条件概率密度分布函数,利用点过程分解思想挖掘多尺度空间同位模式及其实例分布。试验分析结果表明本文方法可以准确挖掘空间同位模式在不同尺度的空间分布形态,并且有效降低了人为设定参数的主观性。     

利用视距进行多源空间数据尺度集成

多源空间数据尺度集成是将不同类型的数据在空间尺度上集成统一的过程,是空间数据集成的研究难题之一。针对多源空间数据尺度集成问题,在自然法则的基础上,提出将视距作为空间尺度集成的标准,并深入探索了视距与比率尺度、级别尺度的转换方法,并以"对象-空间形态-样式"3层数据结构管理存储多尺度集成数据。实验结果表明:①以视距作为多源数据空间尺度集成的标准是符合认知规律的;②利用视距进行多源空间数据尺度集成是解决多主题、多尺度GIS数据集成与管理的有效方法;③多源数据空间尺度集成是一个综合性的问题,还需要空间尺度转换、多尺度空间数据索引等关键技术的支撑。     

栅格地图注记一致性探测与度量

一致性是空间数据质量的重要标准。空间数据的一致性探测对于多源、多尺度空间数据的融合具有重要意义。注记是地图的重要组成元素,包含了丰富的地理位置信息。由于制图综合、资料来源等原因,使得多个尺度的注记当中存在大量不一致现象。尝试从栅格地图中进行多尺度注记一致性的探测。在已有的空间目标变化类型基础上,提出了地图注记的12种基本变化类型,对地图注记在不同表达之间的一致程度进行量化表达,并提出了针对栅格地图注记一致性探测的方法。利用该方法对瓦片地图上的不同尺度的注记进行一致性探测与度量,证明了该方法的合理性和有效性。     

基于通比例尺思想的多尺度空间数据组织方法

在多尺度空间数据库建设过程中,数据的有效组织直接关系到数据实际应用的效率,甚至关系到多尺度空间数据库建设的成败.首先对建库数据随尺度变化的特征与多尺度数据的层次连通关系进行分析;然后从减少数据冗余和便于数据维护的角度提出基于通比例尺思想的多尺度空间数据组织方法,该方法基于"分层-分类-分级,尺度尽量共享"的原则,对多尺度空问数据进行了有效组织,能够解决部分空间数据纵向不一致的问题;最后通过实际应用验证该方法的有效性.     

尺度空间中GIS数据表达的生命期模型

以数据量节省和粒度精细为目标,提出了一个面向对象的多尺度概念模型——尺度空间中GIS数据表达的生命期模型。该模型认为,GIS数据在其表达空间中不同的尺度点和尺度段上分别产生突变和缓变的交替变化,其尺度变换过程可描述为三元组Ti:[si1,si2],fi,{gij},其中[si1,si2]为尺度范围,fi为作用于[si1,si2]的变换函数,{gij}为[si1,si2]尺度范围内的表达基态。则任意尺度点的表达可形式化地表达为:Rx=fi({gij},x),x∈[si1,si2]。并总结了4种尺度变换模式:地图综合尺度变换、LOD尺度变换、Morphing尺度变换和等价尺度变换。     

锥形空间方向关系模型的改进

提出了一种融入方向关系矩阵模型思想的改进型锥形模型。该模型同时具备了两者的优点，尤其对多尺度空间目标的空间方位关系的表达比较有效．并顾及到了多尺度的包容性。     

利用等距同构建立多尺度空间实体相似性度量模型

从度量几何学的观点,建立多尺度空间实体等距同构模型。将多尺度空间实体分别看作刚性图形和弹性图形,利用等距同构不变性的概念,构建多尺度空间实体几何相似性图形距离和拓扑相似性图形距离。通过统一几何和拓扑相似性图形距离,构成一个二元集值距离,作为多尺度空间实体相似性的评价指标。通过对不同复杂性的面状和线状空间实体多尺度表达图形的几何和拓扑相似性度量实验表明,该方法能同时顾及多尺度空间实体几何和拓扑结构的改变,且符合空间实体的多尺度抽象规律。