综述与展望：地理空间数据的管理、多尺度变换与表达

多尺度表达是地理空间数据的重要研究内容之一。本文从地理空间数据管理、地理空间数据尺度变换以及地图多尺度表达3个方面对地理空间数据的多尺度表达研究现状进行归纳和总结,对研究成果进行系统分析与展望。主要分析包括：① 在地理空间数据管理的多尺度数据库与多尺度空间索引方面,多库多版本、一库多版本和一库一版本数据库能够帮助多尺度表达方法构建较好的数据支撑,层次化的多尺度空间索引也是主流的多尺度数据库构建结构。但目前多尺度数据库与多尺度空间索引方法还不具备解决不同层次数据的集成与匹配能力,对不同尺度数据进行实时一致性调整的能力不足;② 在地理空间数据多尺度变换方面,地图自动综合能够较好地与人工智能技术相结合,但由于知识获取的限制,距离实现完全自动综合仍有一段距离;且当前智能化的自动综合研究相关成果主要用于辅助决策,对综合知识的自主学习有待进一步研究;目前多数研究是基于离散的尺度变换模式,对连续尺度变换能力不足;且缺乏强有力的质量控制机制,自动尺度变换结果存在较大的不确定性;③ 在地图多尺度表达方面,地图数据类型多源、种类丰富且使用灵活,多尺度显示的复杂性较高,当前地图可视化对地理信息中隐藏的现象与规律有待进一步挖掘。最后,从智能化自动综合方法、连续多尺度表达模型、深度学习与制图综合及“新”时代多尺度表达等方面对未来发展进行了展望。     

基于道路格网的城市三维数据增量更新技术研究

传统空间数据库全覆盖式更新方法存在数据冗余及更新速率慢等问题,为了能够更好地支持海量城市三维数据的组织和更新工作,本文提出了一种基于道路格网的城市三维数据增量更新方法。利用城市道路格网分组、分块的特性进行城市三维数据的空间划分,建立城市格网模型,以不规则格网的形式进行城市三维数据的组织。利用城市格网模型划分的城市地理块具有不同功能属性的特点,以地理块的形式进行"时间+空间"的增量数据组织。可对城市三维数据进行时间方向和空间方向的历史回溯,改变了传统增量更新的查询管理方式。最后本文基于多基态修正模型设计了增量数据存储模型并给出了更新流程。以某市为例,开发了城市三维数据库增量更新原型系统,实现了城市三维数据的增量更新。     

土地类型多级地理格网分类体系框架的建设构想

土地类型研究在综合自然地理学中具有重要的地位和意义。该研究虽在国内外已取得很多成果以及制图实践,但仍然有3个问题有待解决：（1）如何对土地类型进行系统分级、分几级;（2）如何选择土地类型各级指标要素;（3）如何利用多源数据进行计算机自动跨尺度土地类型制图。针对上述问题,本文基于国家标准地理格网提出一种土地类型指标数据库建设方案,即构建4级标准地理格网模型,以各级格网单元作为指标表达载体,选择土地类型研究普遍采用的地带、地貌、土壤和植被4要素,进行多级标准地理格网指标库建设框架设计。通过设计与分析,指出多级地理格网分类体系有其物质基础,即地球科学各学科都具有多尺度研究特征,各学科所具有的分类体系层次性可用多级格网来表达,尤其是影响土地类型分类分级系统的地貌、土壤、植被3个要素间存在相互作用,决定了三者分类体系分级数目和各级格网单元尺度应一致或相近。因此,本文基于标准格网体系,给出了一个土地类型指标数据库建设框架,以期用于土地类型研究与制图格网数据库平台的构建,为进一步开展土地类型制图实践研究提供新思路。     

基础地理数据库的持续更新问题

本文分析了基础地理数据库更新的实际需求与研究现状,指出其持续更新过程中一系列与“初始建库”不同的理论、方法和关键技术问题,提出应不失时机地加强对主数据库增量数据建模方法、多源遥感影像与矢量化地图数据的自动配准、GIS集成环境下的重要基础地理要素变化信息的提取、多尺度地图数据库级联更新的自动综合方法、客户数据库的更新方法等的研究。     

多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法

不一致性探测对提高多尺度点–线目标拓扑关系一致性处理的科学性和效率具有十分重要的意义。道路和居民地作为基础地理空间数据中两类最重要的地图要素,两类要素之间拓扑关系在不同尺度地理空间数据中的不一致性问题十分突出。本文以同名点状居民地与线状道路为例,研究了多尺度地理空间数据的拓扑关系不一致性问题,提出了基于拓扑距离的多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法,并进行了实验验证。研究表明,本文方法识别出的拓扑关系不一致性结果,可以作为不同尺度数据中点–线目标拓扑关系一致性处理的依据。     

基于简单语义的地理信息服务发现方法研究

为了解决目前地理信息发现查全率和查准率不高的问题,提出了一种简单语义的地理信息服务发现方法。该方法引入虚拟文档的概念,将服务划分为"操作级"进行匹配;运用同义词对服务操作中的概念词汇进行简单语义扩展;引入词汇语义相似度概念,应用词汇语义库来实现地理信息服务的简单语义匹配。实验结果表明,文中提出的方法在查全率和查准率等性能上均优于基于关键字和向量空间模型的方法,且完全基于当前网络服务环境实现。     

形态本体及其在地理空间数据发现中的应用研究

地理空间数据语义异构是实现数据关联、数据智能推荐和精确发现的主要瓶颈。地理空间数据本体被认为是解决地理空间数据语义异构的有效方法。形态特征是地理空间数据(除时空、要素内容外)的重要特征,是地理空间数据本体的重要研究内容。本文首先在系统分析地理空间数据形态特征的基础上,提出地理空间数据形态特征的概念体系。然后,建立地理空间数据形态本体模型,提出形态信息的本体表示方法,并构建地理空间数据形态本体。最后,基于形态本体的本体库,利用Jena本体推理技术,开发地理空间数据语义检索原型系统,并将形态本体应用于国家地球系统科学数据共享平台的元数据检索中。实验结果表明,地理空间数据形态本体可以有效地解决数据形态特征的语义异构,提高数据发现的查全率和查准率。本文的研究方法和成果对解决其他领域数据的语义异构,有重要的参考意义。     

基于层次匹配的面状要素几何匹配方法研究

空间数据增量信息提取是空间数据库增量更新的基础,而要素几何匹配则为空间数据增量信息提取的关键流程之一。针对面状要素几何匹配时所产生的单一匹配算子匹配准确度低,以及多算子加权匹配算法匹配效率低、冗余度高、结果不准确等情况,本文提出一种基于多层次匹配的面状要素几何匹配算法。该算法以反映面状要素位置、大小、形状特征的质心匹配算子、面积重叠度算子以及转向角函数匹配算子为基础,并按各算子复杂度进行层次匹配规则设计,以提高算法效率、保证匹配的准确性。本文通过2种方法进行对比实验,结果表明：层次匹配算法匹配完整度和准确度均能达到90%以上,可以很好地进行面状要素几何匹配;与加权匹配方法相比效率更高,代价更小,且所得匹配结果比加权匹配方法所得结果更加准确。     

支持自动综合的多尺度三维建筑组织与管理

多尺度数据的有效组织与管理是实现三维建筑自动综合及多尺度应用的基础。本文对空间数据综合与多尺度表达数据管理方法的研究现状进行了分析。根据三维建筑自动综合的特点,本文提出了一种基于R树的多尺度三维建筑空间索引模型——GAMR树（Generalization Area Multi-representation R Tree）;对GAMR树的定义和结构进行了详细描述,设计了顾及GAMR树高度与所选长度阈值关联关系的索引构建方法。针对三维建筑特点,设计了一种支持多尺度区域对象完整查询的检索方法,并根据建筑特征的可辨性,实现了顾及视线角度对投影长度影响的三维建筑模型多尺度可视化方法。实验证明,GAMR树能很好地适用于三维建筑多尺度模型的组织与管理,对三维建筑几何模型的自动综合具有重要意义。     

基于自动回标的地理实体关系语料库构建方法

地理实体关系语料库是地理信息获取与地理知识服务的基础数据资源,其规模直接影响机器学习模型训练的效果。快速更新的网络文本不断涌现新的关系实例,要求语料库及时更新以覆盖更丰富的关系实例。手工构建和更新语料库成本高昂,亟需一种快速构建大规模地理实体关系语料库的方法。本文提出一种基于回标技术的地理实体关系语料库构建方法。首先,参考地理实体分类标准与语义关系、空间关系分类标准,针对地理实体关系的自然语言描述习惯,建立地理实体关系的标注体系;然后,结合精确匹配与模糊匹配策略,提高客体匹配的覆盖率;接着,基于优序图法建立句子打分规则,实现种子三元组到句子映射的定量评价;最后,使用中文百度百科文本验证方法的有效性。实验结果显示,本文方法平均回标成功率为67.83%,关系标注的准确率为76.36%。相比人工构建空间关系标注语料库的过程,本文提出的语料自动构建方法,标注速度快,规模大,为自动扩充标注语料库提出了可行方案。同时,该方法兼顾了地理实体间的语义关系和空间关系,且关系类型不受限,可用于开放式关系抽取任务。     

基于地理国情数据的基础地理信息增量更新方法研究

地理国情普查和监测为基础地理信息的及时更新提供了持续、可靠的参考数据。本文针对地理国情普查监测成果应用和基础地理信息数据更新的实际需求,从数据转换、要素匹配、变化识别和增量更新等方面设计了基于地理国情数据的基础地理信息数据更新技术框架。针对要素相似性匹配和变化识别难题,从距离、面积和形状相似性等方面设计了面向几何要素匹配与变化识别的系列指标、算法和知识规则。研究成果在山东莱芜某地进行了应用。实验结果表明,本文设计的方法对变化要素的识别精度达96.6%,极大地提高了基础地理信息更新的工作效率。研究成果不仅为基础地理信息增量式更新提供了技术支撑,同时也将提高地理国情数据成果的应用价值。     

导航电子地图增量更新服务及关键技术研究

以移动通讯数据传输技术、网络技术和时态数据库技术为基础,构建了导航地理信息的变化发现、分析甄别、采集、加工、处理、存储和发布服务一体化的增量式更新服务模式、技术、软件、质检和标准体系,论述了多源数据融合、时空模型及空间关系的动态实时维护、多尺度增量式导航电子地图综合处理、路径规划和质检方法等关键性技术,实现了导航电子地图近实时更新服务。     

多源地理空间数据同化的主动更新与应用分析

为提高数据更新过程中多源数据整合利用的效率和更新的自动化程度,将"数据同化"和主动数据库的思想与方法引入空间数据的更新。论述了"多源地理空间数据同化"和"主动更新"的概念、内涵和关键技术,提出了"地理事件-条件-动作"规则驱动下数据同化的地理空间数据主动更新机制。最后,将数据同化中常用的最优插值方法,应用于多源地理空间数据的合并,该方法与其他合并方法相比,能提高数据的精度;将主动更新机制应用于数据更新实践,结果表明,该机制可以提高更新的自动化程度。     

省市级基础地理信息框架数据联动更新探究

基于潍坊市寿光基础地理信息数据库建设更新工程与省地理信息公共服务平台框架数据更新工程,探索了省市基础地理信息框架数据联动更新的工作模式,提出了通过建立多比例尺基础框架数据的方式,建立省市基础框架数据库的联系,通过增量更新的模式完成省市两级基础框架数据库联动更新的方法。     

面向倾斜摄影的深度学习航空影像匹配方法

针对传统方法和深度学习匹配方法在倾斜影像上获取匹配点少、复现率低以及精度不高等问题,本文提出一种面向倾斜摄影的深度学习航空影像匹配方法。首先,利用POS信息计算影像重叠区域,并对倾斜影像进行透视变换改正,减弱几何变形对匹配过程的影响;其次,在变换后的重叠区域影像上利用训练的多尺度特征点检测网络推理其对应的高斯热力图,在高斯热力图尺度空间检测极值点作为稳定特征点,基于自监督主方向检测网络获取特征点主方向;接着,在特征点描述阶段,结合网络学习得到的特征点位置和主方向获取尺度旋转不变GeoDesc基础描述子,并考虑图像的几何、视觉上下文信息对描述子进行增强处理;最后,通过双向比值提纯法获取初始匹配点,利用RANSAC和图约束方法剔除误匹配后获得最终匹配点结果。使用ISPRS提供的2组典型区域倾斜影像进行匹配实验,结果表明,相比于SIFT、ASIFT、SuperPoint、GeoDesc及ContextDesc等算法,本文方法能够在大视角变化和纹理信息贫乏的倾斜影像对上获取更多均匀分布的匹配点,同时复现率也要优于其他方法。     

基于自然语言形态描述的地理实体模拟表达方法

日常生活中人们使用定性的自然语言描述地理实体,如何将定性描述的地理实体转换为定量的图形符号是空间认知、地图表达等领域面临的挑战。本文提出一种基于自然语言形态描述的地理实体表达方法,通过对自然语言中地理实体的语义信息进行分析,对自然语言描述的地理实体的形状、大小、分布状况等空间形态信息以地图形式进行近似表达。本文首先阐述了自然语言形态描述的定义与内涵,结合地图符号相关理论,研究了形态描述驱动的地理实体模拟表达策略,并对不同语义模糊度的地理实体图形表达进行了分析和实例设计,最后提出了一种计算空间实体相似性的方法对表达效果进行评估。结果表明,基于本文方法的地理实体模拟表达与手绘图中地理实体的平均相似度达到89.5%,与导览图的地理实体平均相似度达到86.86%,能够实现较好的表达效果,具有一定的科学性和可行性,为自然语言到地图语言的转换研究奠定了基础。