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《武汉大学》 2009年
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基于栅格模式的地图图形自动综合研究

章莉萍  
【摘要】:理论上考察当前用于地图综合的栅格方法和矢量方法,能够发现:采用矢量方法,由于对象的复杂性,在涉及要素间关系时基本上一筹莫展,而只有结构化综合获得广泛的认可。但矢量本身数据结构已十分复杂,而且全部数据若不结构化是难以进行地图综合的,而结构化组织本身就是十分困难的工作,结构化意味着地理数据本身的结构组织,也意味着它们全部所需关系的数据化和结构化组织,其复杂程度有些情况下还要高于综合(胡鹏,2002)。栅格中的数学形态学方法是一种带有统计特性的栅格处理,对于一个确定的像元很难做到指定的准确处理,对这一点要求图形与图像有很大区别;大多数基于栅格模式的综合方法都起源于图像处理和分析,例如邻近距离和方向的计算、覆盖、边缘探测、样条表面或最小能量表面的建立、低通滤波、卷积运算、收缩和膨胀。在某种约束(如形态特征的保持)下,通过选择结构元素,能进行删除、光滑和冲突探测、面状地物的合并以及移位等比较典型的综合操作。 但这些方法没有关注对象的复杂语义结构和上下文约束环境。因此,只能用于处理简单的实验数据。例如,在栅格模式下很难将面状要素的边界特征部分进行局部放大。相同的结构单元作用于形状和大小不同的面块只能得到近似综合的效果。 由此,基于栅格数据结构的特点和优势,我们想到了把渐进式地图综合的思想用以栅格模式,将综合步长设置为一定大小的窗口,用于控制目标之间的局部空间关系,克服以往的栅格的地图综合方法的不足。并且,基于工作流的思想,针对3×3大小的窗口内不同类型要素(语义)的空间关系(上下文环境),分别设计了各种类型的地图综合过程,实现整幅地图综合的目标,提高地图综合自动化程度。这对实际生产单位而言具有重要的研究意义和价值。具体研究工作如下: (1)明确了地图综合的概念、目的,分析了数字化环境下地图综合的特点和地图自动综合的概念框架,分析了地图自动综合的研究现状,并讨论了地图自动综合需要进一步研究解决的问题。 (2)研究了栅格模式下的渐进式地图综合理论与方法。从空间抽象开始,归纳了空间抽象规律,阐述了渐进式地图综合的基本思想,以及地图综合过程的渐进式控制方法和渐进式地图综合的基础算法。分析了栅格数据结构的特点,以及归纳总结了栅格化的各种算法,总结了栅格模式下地图自动综合的研究现状。分析了栅格数据运用渐进式地图综合的原理与方法,给出了栅格模式下的渐进式地图综合的概念框架。 (3)总结了当前数据模型发展历程和存在的问题,分析了地图综合中GIS空间数据抽象和组织的要求,指出实现更高效地地图综合过程必须以实用、完善的空间数据模型为前提条件。介绍了两种面向地图综合的数据模型,并针对目前国家基本比例尺的存储现状,以城市居民地和道路为研究对象,基于语义对照表、居民地图形的多尺度变化规律和地形图精度研究了居民地和道路空间目标多尺度匹配的新方法。 (4)介绍了栅格模式下的空间方向关系和空间距离关系,详细讨论了栅格目标的拓扑关系。研究了栅格模式下地图目标空间关系抽象规律。讨论了在栅格模式中,对综合操作中引起的空间关系抽象规则,对照矢量地图,对综合过程中地图要素间空间关系的抽象规则进行了归纳总结。 (5)分析了当前地图自动综合的数学形态学、地图代数等方法,总结了地图综合过程中各种约束条件,分析了栅格数据在地图综合中的约束条件以及量化方法。研究了线目标的简化方法,尤其是对线的自相交问题,提出了一种利用窗口识别的方法。以3×3窗口为例,归纳了线的连通性模板,在综合过程中,严格按照这些模板执行操作,就能保证综合后线目标的连通性。介绍了居民地简化和合并的两种栅格算法。 (6)研究了基于智能型工作流的地图自动综合方法。介绍了工作流的基本概念,归纳了目前地图自动综合策略,详细地分析了基于工作流的地图综合的研究现状。对地图综合算子进行了分类,并分析了目前地图综合过程中存在的问题,提出了栅格模式下地图自动综合的实施过程。基于工作流的思想,针对3×3大小的窗口内不同类型要素(语义),主要是居民地、道路和河流,以及它们之间的空间关系(上下文环境),分别设计了各种类型的图形综合流程。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P208

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