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多尺度矢量地图空间目标匹配方法及其应用研究

赵彬彬  
【摘要】:尺度和现势性(或时态)是地理数据的两个最基本的特征。不同尺度的地图数据表达了地理空间现象或实体在不同详细程度的形态、结构和细节;而不同时态的数据则表达了地理空间现象或实体的变化过程、趋势或规律。随着基础地理数据“原始积累”阶段的逐步完成和共享应用的日渐频繁,地理数据的现势性问题已日益凸现。当前国际GIS和制图学界就基础地理数据的更新提出了一个前景可观的更新方案,即利用已更新的较大比例尺地图数据去更新较小比例尺地图数据,研究内容包括:从较大比例尺地图数据中探测变化、变化的自动综合、更新的传播以及不一致性处理。其中最关键的环节就是变化探测,这主要需要目标匹配技术的支持。 当前已有目标匹配方法大多针对线目标提出,而且多适用于相同(或相近)比例尺的地图目标,而对于多尺度地图目标间的匹配问题,则需要发展新的匹配方法。鉴于此,本论文首先对现有目标匹配方法的特点、适用对象、适用条件和不足等进行了系统、全面的归纳,分析了多尺度地图环境下目标匹配内容、特点、难点及模式。在此基础上,围绕多尺度地图空间目标匹配问题,提出了一套从空间索引(粗匹配)→层次匹配方法→匹配结果定量评价→变化探测(匹配方法的应用)等较为完整的理论和方法。本文主要研究内容和贡献包括: 1.从地理空间数据库更新的过程阐述了目标匹配技术的关键作用,详细回顾了当前国际GIS界围绕地图空间目标匹配方法所取得的研究进展,分析总结了当前研究亟需解决的主要问题和发展多尺度空间目标匹配方法的迫切需求。 2.基于层次理论基本思想,从几何位置、语义和空间关系三方面系统研究了GIS空间数据的层次表达方法,在为复杂系统提高管理和处理效率提供理论依据的同时,亦为层次索引方法的提出奠定基础。 3.结合层次理论基本思想和城市形态学原理,对GIS空间进行不规则划分,并建立层次索引,克服了规则网格索引方法索引记录冗余的缺陷,实现了对空间目标快速有效地检索和管理,拓展了现有空间索引方法分类框架,亦为多尺度面目标匹配提供“粗略匹配”作用。 4.探讨了已有目标匹配方法的分类、用途和多尺度地图间空间目标匹配方法的分类,分析了不同类型目标间多种匹配模式及相应匹配策略,重点研究了面目标与线目标之间、以及面目标与面目标之间的匹配问题,建立了较为完整、统一的适用于多尺度矢量地图空间目标的几何匹配解决方案。 5.在多尺度地图空间目标匹配的基础上,基于信息论原理进一步分析了空间数据加工处理过程中地理空间信息的传输过程,构建了地理信息传输模型,进而从地理信息传输的角度发展了多尺度地图空间匹配目标间相似度计算方法。 6.总结了现有地图变化探测方法及其适用情况,讨论了多尺度地图变化探测的内容、目的和作用,分析了多尺度地图同名空间目标间差异产生原因,空间目标变化类型及其判别方法,提出了基于多尺度目标匹配的变化探测方法。


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