空間尺度與語義尺度聯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

地理國情數據具有精度高、數據量大、語義信息豐富的基本特征，是地圖產品表達與服務應用的基礎數據。為應對多層次服務、多領域應用、多粒度表達與分析的需求，在基礎調查數據基礎上，通過尺度變換獲得多比例尺表達的數據版本很有必要。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注語義特征的概括，并強調綜合結果語義特征的一致。因此，空間特征約束與語義特征約束聯合控制將成為地理國情地圖綜合的主要特點。論文以現有地圖綜合理論及方法為基礎，根據地理國情數據特點及綜合需求，對專題地圖綜合理論和方法進行拓展，針對地理國情數據尺度變換的綜合規則構建、綜合操作算法設計、綜合結果質量評價等問題進行研究，為工程化應用中快速、高效、準確地實施數據多尺度變換提供技術支撐。

(1) 總結歸納了針對地理國情數據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則模型，提出了綜合過程控制規則、綜合要素排序規則、要素鄰近度計算規則、九元組綜合算子調用規則等系列綜合決策推理與實施控制規則。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、邊線化簡等操作構成的綜合過程控制規則；針對綜合要素排序，提出了基于區域地類重要性的綜合要素排序規則；針對鄰近度計算，提出了基于語義層級與有序量聯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，建立了統一的圖斑鄰近度表達模型。針對綜合算子調用，建立了基于數理邏輯的規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。在此基礎上，顧及國內不同區域環境下地理國情特征差異，構建了由九元組模型構成的綜合規則庫。

(3) 提出了兼顧空間形態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合控制機制，設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，并比較兩者優劣；針對狹長圖斑降維，設計了基于語義鄰近度加權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量評價指標，構建了質量評價模型。針對地圖綜合結果的地理結構特征和語義特征評價，分別構建了宏觀、中觀、微觀不同空間層次下對應的質量評價模型。其中，地理結構特征評價方面，提出了要素面積平衡性、空間布局穩定性、分布特征保持性、格局優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、語義結構相似性方面的評價模型。