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);國家基礎測繪基金資助項目(1469990324231).作者簡介:應申(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

應申,李霖

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院,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,它經過改變地圖內部目標的空間關系和語義關系,使地圖的表達更簡單;并且處理空間語義關系,保證小比例尺下的語義表達,進而使綜合更方便.詳細探討了模型綜合的概念和內涵,并著重從空間關系和語義關系方面探討了模型綜合的具體內容.

關鍵詞:模型綜合;制圖綜合;空間關系;幾何屬性;語義信息;綜合決策中圖分類號:P208

文獻標識碼:A

傳統(tǒng)的制圖綜合過程被以為是極為復雜的過程,它別僅需要制圖員的操作技巧,還需要專業(yè)的制圖經驗和制圖知識.GIS的進展和應用使空間數(shù)據(jù)庫的更新成為GIS的一具重要領域.計算機制圖大慷慨便了空間數(shù)據(jù)庫的構建,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量.20世紀60年代起,地圖理論在認知科學、信息論和語言標記學的基礎上進展起來,特殊是從處理空間目標關系的語言學動身,形成了地圖模型理論.從技術角度來看,建模過程開始于數(shù)據(jù)編輯,并經過數(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在概念層次上的表達,它用語義、坐標和關系來存儲,是面向地理目標的,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涵,然后具體闡述了模型綜合的內容,要緊體現(xiàn)空間關系和語義關系上.

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,如今這種學講被越來越多的學者所認同,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,簡化地物細節(jié)層次、壓縮空間目標,舉行地理目標空間關系(要緊指拓撲關系)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生

可預測的、可重復的結構[2];使結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;保持拓撲一致性;盡量的使用較少的參數(shù).并且他還指出模型綜合是應用于離散的目標.Lagrange對綜合的數(shù)據(jù)和知識模型舉行了更詳細的研究,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期華中師范大學學報(自然科學版)

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、空間關系和語義信息[1].對別同的目標綜合其幾何特征需要設計別同的具體算法.空間關系要緊指空間連通性和空間布局關系(目標的鄰近關系和幾何分布特征).這正是地圖綜合中模型綜合的關鍵所在.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,是兼顧面向實體的、過程的和規(guī)則的結合,它們都會妨礙地圖內在的目標間的空間關系.

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]和等級結構的數(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用層次上.一句話,算是經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,經過圖形綜合來表達綜合后的地圖.由于模型綜合與目標的語義及幾何建模相關,但又別受圖形設計的妨礙,大慷慨便了自動地圖綜合的進展,如德國波恩大學的ATKIS2GIS、深圳市規(guī)劃國土局的AutoMap.

2內容

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

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(這在一定程度上結合了語義信息和圖形綜合的部分內容).所以,幾何屬性模塊對圖形表達有著立桿見影的作用.空間關系操作是處理空間關系變換,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,別改變空間關系.

2.2空間拓撲關系

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的、

多要素的組合綜合進展,要求深入地研究發(fā)覺目標或要素間的相互聯(lián)系和空間關系.經過空間目標間的關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所在.在綜合過程中,空間關系的變化是指綜合前后空間目標的關系.非常顯然,模型綜合在空間關系方面體現(xiàn)為面向地理對象(群)的.空間關系分為拓撲關系、方向關系、距離(度量)關系,空間方向關系的研究可見有關研究,本文別做討論;而距離關系是隱含在拓撲關系和幾何處理中的,所以本文將著重討論空間拓撲關系.

拓撲關系包括連通性、鄰接、包含、以及交叉自相交和拓撲邏輯等;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撲關系[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在目標空間數(shù)據(jù)庫中的存在與否.選取操作是減少地圖目標信息的要緊手段之一,它通常用客觀的幾何標準來描述.

收縮是地圖目標的縮小,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聯(lián).

合并、聚合和融合:合并操作指相互鄰近或關聯(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的語義上有一定的差不.合并要求目標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操作,主

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第4期應申等:數(shù)字環(huán)境下的地圖模型綜合

要是區(qū)域對其內部包含的要素的“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的模型綜合,更重要的是包含著多個目標或多要素的空間地理目標的綜合,也稱空間特征的綜合,包括空間目標的分布范圍、內部特征、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、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],如目標間的最小距離、目標最小尺寸等.

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)設計中,可針對別同的比例尺,依據(jù)地圖圖式,結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)則在目標數(shù)據(jù)庫中的目標創(chuàng)建有著決定性作用,對目標數(shù)據(jù)庫中的對象之間的空間關系處理較少,它要緊側重于地圖模型綜合.

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準、綜合操作的順序、各綜合操作的協(xié)調等.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(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,這就需要設計各種基本的算法來習慣別同的綜合決策,這是當前別能實現(xiàn)自動綜合的一具重要緣故所在.

6

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華中師范大學學報(自然科學版)

第38卷

ABC

圖6綜合決策

3結論與展望

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)的結合上還需進一步研究.

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