地圖變化信息量評價模型在地圖更新中的應用

韋麗麗 ，羅紹輝

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530022)

1 引 言

隨著城市的發展，地圖作為信息傳達的載體成為人們日常生活中的重要工具［1］，能使人們一目了然地了解一個城市的政治、經濟、文化等各方面信息。隨著時間的推移，社會的發展，地圖的信息量會發生變化，地圖的現勢性變得越來越差。地圖老化到什么程度需要更新，這是地理信息的管理和生產部門非常關心的事情。用地圖變化信息量評價模型可定量地確定地圖的老化程度，為地理信息管理部門決策提供科學的依據。

2 地圖變化信息量評價模型

2.1 地圖變化信息量的確定

地圖是傳輸城市地理信息的工具。作為城市地理信息的載體，正確計算地圖的信息含量是研究地圖更新的關鍵［2］。一般而言，反映某類制圖要素多樣性、差異性、重要性和復雜性的特征值主要有4 個:地物變化總個數△N，地物變化級數△m，地物變化的平均復雜程度△p，地物變化的平均重要程度△q。

地圖要素主要是由地物符號和注記組成的。地物符號變化信息量為

式中，△N 表示地物變化數;

Ni表示i 維地物類數;

△Nij表示Ni類地物的變化數;

i 表示維數，i =0 為點狀地物，i =1 為線狀地物，i=2為面狀地物;

△m= |m' －m|，表示地物的變化級數，m'是現在地物分級數，m 是原來地物分級數。當該數多且面積互不相等時，變化分級數m 的確定方法如下:

先按地物面積由小到大一次排列:

則s1，s2，…，si，

依此類推，可得分級數。

△p= |p' －p|，表示地物平均復雜程度的變化數，p 值為確定地圖符號形狀所需的最少點數。

△q= |q' －q|，表示地物的平均重要程度變化數。

上式中，ri為i 級地物的重要程度權值，一般取最低一級地物權值r=1，最高一級地物權值r =m。ui為地物點的個數。對于線狀地物，通常采用1 cm長度折算成一個地物點的辦法進行統計;對于面狀地物，通常采用1cm2面積折算成一個地物點的辦法進行統計。

為了方便起見，記:

注記變化信息量為

式中，△n 表示注記總的變化數，△s 表示注記字體變化數，△t 表示注記字級變化數。

2.2 原圖信息量的確定

為了確定地圖信息量的變化程度，還需要計算原圖信息量。原圖地物信息量:

式中，N 表示總地物數;

Ni表示i 維地物類數;

Nij表示Ni類地物數;

i 表示維數，m 表示地物分級數，p 表示地物平均復雜程度，q 表示地物的平均重要程度。為了方便起見，記:

注記信息量為:

式中，n 表示注記總數，s 表示注記字體數，t 表示注記字體數。

2.3 地圖信息變化程度的確定

地圖信息變化程度即地圖老化程度，可用下式確定:

式中，△I=△I1+△I2，△I 表示地圖變化信息量;I=I1+I2，I 為原圖信息量。

當F ＞35%，全圖需要更新;35% ＞F ＞20%，需要更新一部分要素;F ＜20%，則全圖不需要更新。對于地圖單要素信息變化，一般認為，Fi＞30%則需要更新;Fi＜30%，則不需要更新［3］。

3 實例驗證

本文選用同一地區、不通年代的兩幅地圖，即2010年和2012年出版的南寧市城區地圖，提取指定范圍進行量測。2010年版地圖為原圖，從2012年版地圖獲取變化信息量。

如圖1、圖2所示，分別從2010年和2012年南寧市城區地圖中提取以南寧市快速環道為中心，向外輻射5 km范圍內的主要地理要素。

圖1 2010年南寧市城區地圖截圖

圖2 2012年南寧市城區地圖截圖

3.1 點狀地物變化信息量的確定

所謂“變化”，不僅包括新增的或消失的地物，還包括形狀、位置等發生變化的地物。形狀變化主要是原有的狀況與現狀發生變化，需要修正［4］。現以居民地為例，量測數據如表1所示。

表1 點狀居民地量測數據

據式(1)可得點狀居民地變化信息量:

△I=20 061．19 bit

據式(6)可得點狀居民地原圖信息量:

I=54 641．46 bit

同理，可求得獨立地物、橋梁等點狀地物變化信息量和原圖信息量，如表2所示。

從表2可以看出，獨立地物變化信息量很大，這是由于在這幾年里新建了許多與人們生活密切相關的設施，例如橋梁等。

表2 點狀地物變化信息量計算分析表

3.2 線狀地物變化信息量的確定

線狀地物變化信息量的確定與點狀地物變化信息量確定的區別在于要將線狀地物的長度換上成個數。現以指定范圍內規劃道路為例，量測數據如表3所示。

表3 規劃道路量測數據

據式(1)可得規劃道路變化信息量:

△I=141．42 bit

據式(6)可得規劃道路原圖信息量:

I=565．78 bit

同理，可求得線狀道路的變化信息量和原圖信息量，如表4所示。

表4 線狀地物變化信息量計算分析表

3.3 注記變化信息量的確定

地圖的注記更新不是簡單刪除替換，而是在更新的同時要記錄歷史［5］。地圖注記是城市變遷的重要載體，在地圖中有較大的覆蓋度，是地圖信息量中不可缺少的部分。現以該指定范圍內公園綠地注記為例，來說明注記變化信息量的確定。由原圖上統計出5 條注記，即n=5。

字體和字級均為1，而在新圖上又出現了7 條新注記，字級數也為1。同地物變化一樣，注記的變化不僅包括注記的增加或減少，還包括字級、字數、名稱的改變。在原圖中的5 條注記都發生了變化，再加上新圖中出現的7 條注記，有△n =12，△t、△s 均為0。因此，該范圍內公園綠地注記變化信息量:

△I=12bit

其公園綠地注記原圖信息量:

I=15．85bit

同理，可求得該指定范圍內其他注記的變化信息量，如表5所示。

表5 注記變化信息量計算分析表

3.4 地圖各要素變化信息量的確定

考慮到地圖更新方案的多樣性，從實際應用出發，還需要計算各要素的變化信息量。現以該指定范圍內的道路為例來說明要素變化信息量的確定。道路的變化信息量由點狀地物中橋、線狀地物中道路和注記的變化信息量組成。從表2、表3、表4可得:

△I道=△I道(線)+△I道(注)+△I橋(點)=3 660．98bit

同樣，可得道路的原圖信息量:

I道=I道(線)+I道(注)+I橋(點)=7 391．56bit

3.5 信息變化程度分析

求得了變化信息量，就可對信息變化程度進行分析，確定如何更新地圖。以上述道路要素變化信息量，據(9)式可得:

F=49．50%

由以上算例分析可看出，此分析結果＞30%，該提取范圍道路要素需要更新。

4 結 論

地圖各要素所包含的變化信息量是可以評價的。對地圖變化信息量的評價，是改進地圖更新的有效途徑［6］。本文介紹了地圖變化信息量評價模型，提出了將地圖變化信息量評價模型用于地圖要素的更新。通過《南寧市城區地圖》要素更新工作實例的驗證，驗證了該方法準確、可靠，具有很強的實用性，說明此模型用于地圖要素的更新是可行的。

［1］程思聰，王祥．論城市公益地圖的信息組織策略——以《武漢市公益版地圖》為例［J］．城市勘測，2011(4):129～132．

［2］陳惠榮，譚美景，鄭義東等．基于變化信息量的海圖改版需求評估［J］．海洋測繪，2010(3):67 ～69．

［3］何宗宜．地圖數據處理模型的原理與方法［M］．武漢:武漢大學出版社，2004:120．

［4］范明華．日本都市地圖更新流程及經驗體會［J］．現代測繪，2008(3):44 ～45．

［5］劉勖，蔡先華，高勇．數據增量探測技術在電子地圖更新中的應用［J］．電腦與信息技術，2007(4):60 ～62．

［6］祝國瑞．地圖學［M］．武漢:武漢大學出版社，2003:25．