顾及密度对比的点状与线状要素制图综合选取方法研究

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一直以来,地图综合都是GIS与地图学领域的研究关键和核心,同时也因其涉及灵感和形象思维内容而困扰着众多学者。地图综合的理论和思想一直贯穿在数据生产、存储、提取、更新和表达等一系列过程中,也是空间信息集成、表达的基本手段。点状要素和线状要素作为地图的基本组成元素,在地图表达和GIS分析中都有很大的作用,其自动取舍既是制图综合研究中的重要组成部分,也是长久以来的研究热点。为弥补目前点状要素和线状要素综合算法在无法较好自适应地保持地图要素综合前后疏密对比关系上的不足,本文结合点状与线状要素密度分析方法,对点状要素和线状要素的自动选取方法进行了研究,提出了顾及密度对比的点状要素制图综合自动取舍方法和顾及密度对比的线状要素制图综合自动取舍方法。论文主要研究工作如下:(1)回顾了地图自动综合的发展情况和相关研究成果,总结了国内外现有的点状要素综合算法和线状要素综合算法,并对研究现状进行了评述。分析了点状要素与线状要素密度分析的相关理论、技术、方法及其在空间数据分析中的应用。针对点状和线状要素制图综合选取中存在的问题,设计构建了结合点密度分析与线密度分析的顾及密度对比的点状与线状要素制图综合自动取舍方法框架。(2)顾及密度对比的点状要素制图综合自动取舍方法。针对点状要素的自动综合选取,回顾了现有的点状要素综合取舍方法,并综合考虑了点状要素的特征、制图综合取舍原则及实际应用后,提出了顾及密度对比的点群要素自动取舍方法。该方法首先采用核密度估计法计算原始点群的点密度,然后对凸包最外侧的点和高等级的点进行选取和点密度分析,之后对原始点群和已选取点群的相对密度差异进行对比,并通过不断加入未选中点要素中相对密度差最大的点来完成点群的制图综合取舍。(3)顾及密度对比的线状要素制图综合自动取舍方法。针对线状要素的自动综合选取,回顾了现有的线状要素综合取舍方法,在全面考虑线状要素的数量特征、质量特征、几何特征、整体结构及其制图综合取舍原则后,提出了一种顾及密度对比的线状要素自动取舍方法。该算法首先利用核密度估计法计算原始线要素的密度;然后选取其中等级较高和长度较长的线要素,并计算选中线要素的密度;之后对原始线要素与选中线要素的密度差异总和进行对比,将其中密度差异总和最大的线要素加入选中线要素中;重新计算已选取线要素的密度,直到选中线要素的数量达到制图综合需求。完成线状要素取舍后,再利用保留关键折弯法对选取结果进行线简化处理。(4)顾及密度对比的点状与线状要素制图综合自动取舍方法的实验验证与分析。首先将本文点状要素取舍算法分别用于实例居民点群和模拟点状岛屿群中进行了实验验证,并以另外三个实例点群为实验数据,与传统手工综合选取方法、基于Voronoi图的点群选取方法和基于遗传算法的点群选取方法进行了对比实验和分析。然后将本文线状要素取舍算法分别用于实例天然河流网络和实例人工河渠网络中进行了实验验证,并以另外三个实例网状河系和树状河系为实验数据,与传统手工综合选取方法、基于Delaunay三角网的河网综合选取方法和基于知识推理的线状水系综合选取方法进行了对比实验和分析。结果表明,本文提出的点状与线状要素制图综合自动选取方法不仅能在一定程度上保持点要素和线要素的分布结构特征和疏密对比关系,不需要复杂的人工干预,还能广泛运用于地图上呈点群状分布的要素(散列式居民地、聚集的点状岛屿群、湖泊群、沙丘群等)和呈线网状分布要素(道路网、等高线、水系等)的自动综合中,具有较好的普适性。本文的两种算法不仅为点状要素综合取舍和线状要素综合取舍提供了新方法,也为面状要素制图综合取舍的研究打下了基础。
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