空間尺度與語義尺度聯(lián)合控制下的地理國情地圖綜合

殷紅梅

中國測繪科學研究院，北京100036

地理國情數(shù)據(jù)具有精度高、數(shù)據(jù)量大、語義信息豐富的基本特征，是地圖產(chǎn)品表達與服務應用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為應對多層次服務、多領(lǐng)域應用、多粒度表達與分析的需求，在基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過尺度變換獲得多比例尺表達的數(shù)據(jù)版本很有必要。地理國情地圖綜合屬于專題地圖綜合范疇，與以實現(xiàn)空間特征簡化為目的的普通地圖綜合相比，其地圖綜合要更多地關(guān)注語義特征的概括，并強調(diào)綜合結(jié)果語義特征的一致。因此，空間特征約束與語義特征約束聯(lián)合控制將成為地理國情地圖綜合的主要特點。論文以現(xiàn)有地圖綜合理論及方法為基礎(chǔ)，根據(jù)地理國情數(shù)據(jù)特點及綜合需求，對專題地圖綜合理論和方法進行拓展，針對地理國情數(shù)據(jù)尺度變換的綜合規(guī)則構(gòu)建、綜合操作算法設(shè)計、綜合結(jié)果質(zhì)量評價等問題進行研究，為工程化應用中快速、高效、準確地實施數(shù)據(jù)多尺度變換提供技術(shù)支撐。

(1) 總結(jié)歸納了針對地理國情數(shù)據(jù)尺度變換的專題地圖綜合理論與方法，在概念層上建立了空間、語義尺度聯(lián)合的地圖綜合策略。

(2) 建立了空間特征與語義特征共同約束下的地圖綜合規(guī)則模型，提出了綜合過程控制規(guī)則、綜合要素排序規(guī)則、要素鄰近度計算規(guī)則、九元組綜合算子調(diào)用規(guī)則等系列綜合決策推理與實施控制規(guī)則。針對綜合過程控制，提出了由語義歸并、圖斑合并、狹長圖斑降維、小圖斑處理、邊線化簡等操作構(gòu)成的綜合過程控制規(guī)則；針對綜合要素排序，提出了基于區(qū)域地類重要性的綜合要素排序規(guī)則；針對鄰近度計算，提出了基于語義層級與有序量聯(lián)合的語義鄰近度計算模型，解決了語義層次樹中的橫向不同類型間、縱向不同層次間語義差異的量化計算問題。并進一步與空間鄰近度融合，建立了統(tǒng)一的圖斑鄰近度表達模型。針對綜合算子調(diào)用，建立了基于數(shù)理邏輯的規(guī)則形式化表達的九元組模型，從綜合對象、屬性碼、幾何類型、操作類型、操作算子、指標項、指標臨界值的上限、下限、語義關(guān)系等方面，對綜合操作的對象、條件、操作及控制條件進行定義。在此基礎(chǔ)上，顧及國內(nèi)不同區(qū)域環(huán)境下地理國情特征差異，構(gòu)建了由九元組模型構(gòu)成的綜合規(guī)則庫。

(3) 提出了兼顧空間形態(tài)化簡與面積平衡保持、語義一致保持的多邊形圖斑尺度變換算法。地理國情地圖綜合前后各類用地面積需要盡量保持平衡、語義特征應盡量保持一致，論文針對該難點問題，通過面積正向變化與負向變化的聯(lián)合控制機制，設(shè)計一系列有效的尺度變換算法。針對狹長圖斑探測，提出了基于滾球原理和基于單純形的探測方法，并比較兩者優(yōu)劣；針對狹長圖斑降維，設(shè)計了基于語義鄰近度加權(quán)的狹長圖斑降維剖分算法；針對小面積圖斑的取舍歸并，建立了不同空間與語義環(huán)境下由非鄰近圖斑合并、小圖斑夸大、變點、剔除與剖分合并構(gòu)成的小圖斑綜合處理策略；針對圖斑間共享邊界線化簡，提出了基于包絡(luò)圈的自然要素邊界線化簡方法，以及基于最小二乘法的人工要素邊界線化簡方法。

(4) 提出了兼顧空間特征評價與語義特征評價的地圖綜合質(zhì)量評價指標，構(gòu)建了質(zhì)量評價模型。針對地圖綜合結(jié)果的地理結(jié)構(gòu)特征和語義特征評價，分別構(gòu)建了宏觀、中觀、微觀不同空間層次下對應的質(zhì)量評價模型。其中，地理結(jié)構(gòu)特征評價方面，提出了要素面積平衡性、空間布局穩(wěn)定性、分布特征保持性、格局優(yōu)勢度方面的評價模型；語義特征評價方面，提出了語義精確性、語義一致性、語義類型完整性、語義結(jié)構(gòu)相似性方面的評價模型。