移动环境地图自动综合系统设计与实现

地图自动综合的研究随着地图与地理信息系统科学的发展不断深入,从早期的地图目标几何量测与图形简化至制图综合知识的运用、制图综合方法评价与集成、乃至在线综合与综合服务的出现.本文针对当前移动地理信息服务对地图随时、随地为所有人和所有事提供实时服务的要求,主要探讨了移动环境中地图自动综合的概念、特征与系统架构等相关理论与技术...     

地图的定性和定量分析

空间数据可以通过意念制图、图形分析、图谱分析、空间统计等处理发现挖掘得到新的信息。意念地图(mental map)通过空间变换将真实地理对象在欧几里德空间上的分布绘制成人们意念感知中的地图。图形分析(geometric analysis)是基于空间数据的几何形状度量或几何操作进行推断的方法,常用的有缓冲区(buffer)、叠加(overlay)、邻近度(proximity)等操作,几何重心、几何形状等度量、两图案比对等算法等。图谱(summarymapping)系通过非数据分析的办法,对大量图案的观察、归纳和物理机制推断,将杂乱的信息去粗取精、去伪存真、高度抽象和浓缩,得到抽象和简化,但反映地学过程本质的地图。     

基于RBF神经网络的OSM道路网智能选取

针对目前自动制图综合方法在软件平台没有普及,电子地图仍以人工编制为主,Open Street Map(简称OSM)道路不适合作为标准地图等问题,提出了一种将径向基函数神经网络(Radial Basis Function, RBF)应用在OSM道路网自动选取中的方法。根据多种常用的语义、几何、拓扑参数综合考虑道路网的重要性,并将该算法在系统平台中加以实现,以期为OSM道路网自动选取的精度提高和应用普及提供解决方案。实验结果与实际制图结果在形状结构上保持良好,精度为86.92%,相较于BP(Back Propagation)神经网络算法的效果有所提高。     

土地利用制图综合中的拓扑关系约束性规则

当前地图自动综合的理论与算法研究已经取得一定的进展,空间拓扑关系对制图综合起到重要的制约作用。土地利用图主要包含图斑、线状地物、零星地类3类图形要素,数据综合的工作量较大。本文结合土地利用现状图综合过程实践,基于点集拓扑交模型的理论与方法,讨论并分析如何根据图斑之间可能的拓扑关系(相离、点相接、外相邻、内相邻),结合语义等约束条件,选择合适的操作算子(如聚合、融合、退化等),抽象出土地利用图中图斑、线状地物综合前后存在的一些拓扑关系约束性规则。研究成果可作为土地利用制图综合前后的拓扑关系检查的一项依据,为综合算法的设计与实现提供一定的参考价值。后续的工作是:进一步完善该规则与算法,进行实验与应用。建议规则库与算法相分离,以保持各自的灵活性和独立性。     

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。     

同名矢量地图要素形状配准的算法与应用

地图配准是GIS领域的一个基础问题,本文结合矢量地图要素的形状特点,提出了一种可对存在仿射变换关系的两个同名矢量地图要素,进行自动精确配准的算法。首先,该算法综合利用地图要素的几何矩以及仿射变换的有关性质定理解算仿射变换参数,实现两个要素的粗配准;然后,以粗配准结果作为初值,通过一种改进的PLICP算法进行迭代配准,从而实现待配准地图要素的精配准。实验结果表明:本文算法可对存在仿射变换的同名要素进行自动精确配准,且具有一定的抗噪能力,以配准结果为基础,还可以准确地从同名要素上自动识别和匹配同名特征点。     

AlexNet支持下的地图建筑物形状分类方法

地图目标的形状在地图制图综合、空间查询等研究中发挥着重要作用。地图建筑物形状的识别与分类作为建筑物轮廓化简与典型化的基础,一直是制图综合研究的热点问题。目前,主要的建筑物形状识别方法主要依赖对建筑物轮廓的描述,对建筑物等地图面状要素的形态特征有较强的依赖性,通常只在应对特定类型的规则轮廓或直角化轮廓时能发挥较好的效果,对于形状不规则或复杂的情况识别不佳。本文提出一种AlexNet支持下的地图建筑物形状分类方法,将矢量地图中建筑物数据的形状分类问题,转化为建筑物栅格图像的分类问题,通过完成卷积神经网络的图形分类实现建筑物的形状识别。该方法首先结合空间认知规律提出一系列典型建筑物形状类型,然后利用矢量-栅格转换的方法从OSM数据采样单体建筑物栅格图像,通过人工标识获得建筑物形状分类训练样本,训练AlexNet卷积神经网络分类模型,最后利用训练好的模型对大比例尺建筑物数据进行智能形状分类与识别。本文利用北京、香港2个城市的OSM建筑物数据作为样本训练建筑物形状分类模型,并在广州部分城区的OSM建筑物数据上进行验证。相较传统形状相似性度量方法,本文提出的方法对实验区建筑物的识别分类总体查全率提高了2.48%,达到92.32%,对于较为复杂的形状（如T形、十字形）识别也具有更高的精度,查准率分别提高了13.83%和24.53%。实验结果表明本文提出的方法对建筑物形状分类的效果有明显提升,能够实现常见建筑物形状的有效分类,为下一步的建筑物化简、典型化等综合操作打下了基础。     

矢量瓦片地图线化简算法研究

线状要素化简对提高矢量瓦片地图服务过程中数据传输效率和可视化表达效果至关重要。常见经典化简算法大多不考虑化简前后曲线空间关系的一致性保持,导致易发生化简结果尖锐化、局部极值点缺失和产生相交等异常问题,如果考虑化简前后空间关系的一致性,则影响化简效率。鉴于此,结合矢量瓦片地图服务应用需求,本文提出一种改进的Visvalingam算法,采用最小堆技术解决了最小权重值查找效率低下问题,利用线自相交拓扑关系判断策略,从全局考虑线上其它点对当前点的影响,解决了线化简前后拓扑关系的一致性保持问题。将改进的算法与原始算法在拓扑关系、几何特征、位置精度和化简效率等方面进行实验对比分析,结果表明改进算法可顾及线状要素的拓扑关系,保证化简前后线状要素的整体形态及其拓扑关系不变,能够更高效地应用于矢量瓦片地图在线服务中。     

基于单调性图形综合的面状要素名称注记定位线确定

针对数字地图制图环境下采用平行线法确定面状要素名称注记定位线的局限性，在分析其产生原因的基础上，提出化简多边形图形的一种新模型——歧点删除法原型，并结合面状要素名称注记配置规则和软多边形与硬多边形图形特征，对歧点删除法原型做出了新的改进，提出了用平行线法确定软多边形与硬多边形名称注记定位线时，化简多边形的两种改进性歧点删除法，分别命名为面向软多边形名称注记配置化简图形歧点删除法与面向硬多边形名称注记配置化简图形歧点删除法，其中最为关键的思想为对多边形从3个旋转方位连续实施4次图形综合，并提出第一旋转角、第二旋转角两个概念，打破了平行线法的局限性，使所获取的注记定位线与地图制图专业人员人工确定结果相一致，达到了用简单方法解决自动化地图注记配置难题的效果。大量实验结果及理论分析表明，该方法数学逻辑严密、实施简单，对数字地图制图环境下“地图注记自动配置”有理论与技术指导意义。     

面向地质灾害的快速制图系统关键技术研究

针对地质灾害发生时对于应急专题地图的迫切需求问题,本文设计了一套完整的快速制图工艺流程。首先以地理数据库的数据模型为基础,通过对地图符号信息的总结归纳,扩展设计了面向地图制图的数据模型,实现了图库一体化的制图数据库设计。根据制图要素自身的地理特征及其周边的环境,在经典地图综合理论方法的指导下,基于制图要素输出时的状态表达,构建了多比例尺制图数据生成与表达模型,设计了矢量数据动态选取及加工处理的算法,实现了地质灾害应急制图中制图要素的自动化快速选取。     

基于房屋轮廓与纹理的三维建筑模型分层次聚类研究

目前三维建筑模型已广泛应用于城市规划,导航和虚拟地理环境等领域.不同细节的模型是LOD( Level of detail )技术的基础,由于三维模型的生产成本高昂,模型自动化简逐渐引起了学者的关注.三维模型化简包括单模型化简和多模型综合2方面,目前单个模型的化简研究比较多,而模型群组综合的研究仍然处于起步阶段.本文主要研究模型群组的聚类综合,提出一种基于房屋轮廓与纹理的分层次聚类算法:首先,基于房屋的底面轮廓构建约束Delaunay三角网,以道路为基准对三角网进行划分,通过可视分析构建初始的邻接图,使建筑群组分类符合城市形态学;其次,将房屋纹理引入三维模型群聚类的过程,使用SOM( Self-organizing Map )智能分类算法对纹理进行分析,然后分割邻接图;最后,以最邻近距离对邻接图构造最小生成树,并进行线性检测,将离散的建筑合并到已聚类的群组中,最终完成模型的合并.本文利用纹理辅助轮廓特征,实现三维建筑模型的聚类,符合人类的视觉习惯,实验结果证明了本文方法的有效性.     

面状地质要素智能综合算法与应用研究

地质图智能综合具有可重复、效率高等优点。面状地质要素是地质图中的主要要素,通过算法研究实现面状地质要素的智能综合,在地质图缩编过程中是十分必要的。本文根据地质图缩编技术的行业经验、计算机软件开发规范,以及年代—地质体关系、地质体接触关系和面状地质要素拓扑规则等面状地质要素综合的理论基础,设计智能综合算法的逻辑流程,并基于ArcEngine和C#开发环境,设计实现地质图综合过程中面状地质要素智能化综合算法。首先根据由新到老的顺序依次对面状地质要素边界点集进行抽稀,然后对抽稀后的边界点集进行边界圆滑,并对综合面状地质要素的结果进行自动拓扑检查,最后得到最终的综合结果。以郑州、洛阳及周边区域的4幅1:25万地质图缩编至1:50万地质图为例进行面状地质要素综合,缩编后地质图（1:50万）中面状地质要素综合效果经过地质专家评估并得到认可。综合结果符合地质要素的压盖关系和拓扑规则,同时可以高效、批量、准确地实现地质要素智能综合,综合效率大大提高,可节省80%以上的工作量。地质图缩编过程中面状地质要素智能综合算法具有实际应用价值,实现了理论与技术的生产转化,改善传统编图综合的工作模式,促进了缩编制图效率的提高,推动了行业技术的进步,可以投入到大规模的地质图缩编工作中。     

面要素空间信息量的度量方法研究

 地图是空间信息的载体,地图空间信息的度量是地图信息传输理论的一个基础问题。地图空间信息主要包括地图要素的空间信息和要素分布的空间信息。地图空间信息是由要素的几何形态结构来体现,即要素的空间信息通过其几何形态特征描述。为此,本文以面要素为研究对象,提出一种以几何形态结构特征的面要素空间信息量度量方法。首先,从空间认知角度对面要素结构进行凸包分解,构建凸包树的面要素表达方法。然后,采用层次化策略,分别从结点的元素、邻域和整体三个层次来描述面要素几何形态结构,将面要素空间信息分解为几何形态信息和分布结构信息,结合面要素空间信息量的认知分析,给出了几何形态和分布结构特征的定量描述指标,并发展了基于几何形态结构特征的面要素空间信息量计算模型。最后,通过一组实验计算,进行了案例验证分析。     

顾及多特征约束的建筑物组合化简方法

建筑物是大比例尺地图中的重要要素,其自动化简是制图综合领域的重要研究内容。针对当前化简方法仅侧重于某一方面的问题,本文提出一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法。首先,对建筑物进行冗余点删除、尖角去除等预处理操作;然后根据化简阈值筛选出需要化简的短边,并对其局部结构进行自动分类识别;然后,充分考虑建筑物的位置、面积、方向和形状等特征约束的影响,针对不同的结构类型采用不同的化简操作,在化简的过程中采用阈值逐渐增大的渐进式确定方法,直到满足化简要求为止;最后,从多个特征角度对化简结果进行评估,对不合理的化简实体进行调整修改。以OpenStreetMap数据为例进行实验,并与其它化简方法进行对比,实验结果表明,本文所提的方法可以有效保持建筑物的面积、形状、直角等基本特征,可以实现建筑物的自动连续化简,具备一定的通用性。     

基于离散傅里叶变换的线要素节点压缩方法

相较于传统删减顶点的线要素综合方法,基于傅里叶变换的线要素综合更能保留曲线的全局特征,但现有的傅里叶综合方法无法自动减少和控制点数,更多适用于曲线的平滑及多尺度表达。因此本文提出一种利用离散傅里叶变换进行线要素综合的方法。对曲线进行离散傅里叶变换,获得有限项傅里叶描述子;根据期望的压缩比对傅里叶描述子进行截断;根据截断后的描述子项进行离散傅里叶逆变换获得化简曲线。本文提出的这种傅里叶方法能够减少化简后曲线顶点数,适用于地图综合领域。本文通过四组实验验证了算法的可行性,展示其如下优点：① 能够在相应尺度上对线性地物进行平滑、渐进的化简和表达② 在现有傅里叶变换法的基础上能够保留曲线原顶点;③ 以顶点数作为综合过程参数,能够自动减少曲线顶点数;④ 相较于传统节点压缩方法,更注重整体形态的化简,在综合过程中能更好地保留曲线的整体特征;⑤ 在转换尺度较大的综合过程中,相较于传统节点压缩方法所保留的几何精度更高。     

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。