（地图制图学与地理信息工程专业论文）gis环境下城市居民地制图综合研究.pdf

西南交通大学硕士研究憋学位论文繁i 页 摘要 城市居民地制图综是专题要素制图综合研究的一种特例，综合的实现 不仅需要遵循壤穗数据综合旒嚣| j ，戳解决因袭达空阊缩小丽造成的地物要索 间的i 申突；另外，城市殿民地的空闻分布艘律也是影响制图综食实现舱重瑟 因素。因此，面向专题地理要素制图综合是掰前g i s 研究和应用领域的热点问 题。 本文主凝进行基于g i s 支持下的城市居民地要索制图综合研究，作者分析 了城奄嚣民缝要豢裁蚕综合鹣燕妥内容寂特径，锋对嚣域遗理簧素差异裁定 概括方案，采用人工智能中的产生式飙则方法将综合知识与综合操作拥结合， 进行麓离城市属鬣逢专舔逢理簧素利胬综合的研究。 论文主隳围绕城市鼹民地制图综食这个中心，从理论、方法、技术、实 证等多个层面进彳亍了广泛而深入的研究，最后通过对三种比例尺( 1 ：5 0 0 0 0 ， l ：l o ，l ：2 5 蝴) 数据综食实验缀累的分梗霹绥，褥娶魄皴溃意鹃练会 结果。论文的主簧研究内容包括： l 、论文蔷走分褥了瓣蘩鑫幼豳综合酌将点耨难意，摄箨翻匿综合静蘩 本理论和原则，在前人研究的綦础上，建立丽向城市居民地专题地理鼹素的 镧凿综合钵系； 2 、论文针对城市居民地数据的特点，对城市鼹民地圈斑的簸优分级选取 的关键技术进行了研究。将逐步模式识别分级模型应用予居民地图斑选取的 等比数列分级算法中，麟决了视始分缀中分级菱攀程糙瓣阕疆，使褥最终分 级数据能够比较明确、戡观地反映出现城市居民地在空间分布上的规律和数 塞差舅，验诞了逐步模式谖鬟分缓摸羹在实验串煞可行穗： 3 、论文构建了基于黛要性规则的制图综合开发模式，并运用到某市城区 居民魏翻国综合静实践毪研究中，取褥了较为满意的结采。 关键试：g i s ；制圈综合l 逐步模式谈慰分缀模型；产生式援刘隽法 匿瘫交滋大学碾士酝窕激攀往论文筹ll 夏 a b s t r a c t c t yf e s d e n t l a la r e a sd a t 矗c a r t o g r a p h y 霉e n e r a l z a l i o ni s 鑫p a r t c u l a rc 尊s e ns p e c a i e e m e n tc 鑫瞧o g 猿p 晦 霉e n 杂院牲怒珏o n f e s e a r e h 。t 氛ee 鑫醛髓t o h耐 e 鑫r t 麓r a p 晦 霉e n e 黻氆精t 喜o n n e e d sf o t l 铡v 鬈e 键糟p 融 d a t a 鬈e n e 豫n z a 镪o n 删l e sos o k et h e c o n f l i c t o n sc a u s e db yr e d u c t j o no fe x p r 懿s i v es c e ，h o v e r e r ，s p e d a ld s t n b u “o ni a w o fc t yr e s i d e n t i a ia r e a s sa i s oa ni m p o r t a n t n f i u e n c ee i e m e n to fc a r t o g r a p h y g e n e r a i 勰t o n 。t h e r e f o r e ，s p e c a 【e i e m e n t o r e n t e dc a r t o g r a p h yg e n e r a t z a h o nl st h e f o c so ft h eg l sr e s e a r c ha n d 鑫p p l c 矗t o n t h i sm 嚣主珏w o 盘o f 糙sd i s s e 矗曩耄主。珏i sp 1 8 c e do n 疆ef c s 搴a f c ho fs p e e i 蠢 e l e m e n tc a r t o g r a p h yg e n e r a l j z a t i o n 讯l i c hi ss u s t a i n e db yg i s t h ea u t h o ra n a 够e s m a j nc o n t e n ta n dc h a r a c t e r l s t l c so ft h ec t yr 拍1 d e n t a ia r e a sd a t ac a r t o g r a p h y g e n e r a i z a t o n ，e s t a b l s h e sg e n e r a lp r o j e c t sf o rd f f e r e n tg e o g r a p h ye i e m e n t s ，a d o p t s p r o d u c t o n r u i em e t h o do fa r t f c 贰 n t e m g e n c et o n t e g 强t et h es y n t h e t i c a lk n o w l e d g e 鑫列s y n t b e t e 采o p e 豫囊o n a n 辩鑫妇s 鑫n 新锚镪g 曩秘e no 彝s y 靠t h e t c 矗lc 鑫r t 。譬穗p h y o r e n t e dt os p e c a lg e o g r a p h ye l e m e n to fc i t yr e s d e n t 永a r e a s 。 t h ed i s s e n a t i o nm a i n l yc e n t e r so nc i t yr e s l d e n t a la r e a sd a t ac a r t o g r a p h y g e n e r a i z a t f o na n dr e s e a r c h 州t hd f f e r e n ti e v e i s t h e o m e t h o d ，t e c h n q u ea n d d e m o n s t r a t o n 。a tl a s t ，b ya n a 岍 sa n de v a l u a t o nt ot h e 双p e m e n td a t 矗o ft h r e e 5 c 鑫l e s ( 王：5 0 e 1 0 0 ，圭：1 0 0 1 0 0 0 ，l ：2 5 1 0 0 0 0 ) ，8s 鑫蠛s l 矗c t f yg e n e f a 醛z 鑫毪参nr e s 珏l sg 器 n e d t b ef n 剐nr e s e a r c bw o 呶c o n c l u d e s ： 1 f j r s to fa l i ，t h ed j s s e r t a t j o nd i s c u s s e sc u r r e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dd j f f c u m 韩o f a u t o m a 蝻：c a r t o g r a p h yg e n e 惴z a t i o n ，a c c o r d i n gt og e n e r a z a t l o nt h e o r ya n dp r i n c l p i e ， b a s e do nt h ep r e v f o u sr e s e a r c h ，t m sp a p e re s t a b l i s h e ss y n t h e t i c a lc a r 蛐g 怕p h ys y s t e m o e n t e s p e c a lg e 口g 豫辩ye l e m e n to fc 母陀s d e n t l 采蠢建a s 2 。a m e da tt h ee h 矗糟c t e n s t eo fc l 坶f 鹳l d e n 秘a la e 毫sd 矗t 屯t h e 镬s s e 穗a 秘。冉 s t u d i e st h ek e yt e c h n f q u eo fc j t yf e s i d e n t i a ia r e ap a t c h e s o p t i m u mc l a s s l f i c a t j o n s e i e c t i o n ，a p p l ys t a g e dp a t t e mr e c o g n l t o nm o d e lt ot h eg e o m e t r l cs e r e sg r a d e d a l g o r i t h mo fc i t yr e s i d e n t a ia r e ap a t c h e ss e l e c t f o mf m p m v e sc o a r s ea n ds i m p l yd a t a c a 撼e db y 霉e o m e t f cs e f 醛g 限d l 鬈，t h e 难s e a r 熊m a k e sg 穗d e d 由i 协貔nc l e a r l ya n d 嚣亵交遴大学矮獗究燮擎泣沦文繁lll 夏 f e f e c tt h es p a t a ld s t b u t o nb w a 稠q u a n t t a t v ed l f 强豫e e 西c l t yr e s 和n t 越a f 髓， p r 口v e st h ef 明s b i t yo fj t a 窖e dp a t t e r nr e c 0 呈n t o nm o d e l 3 t h ed j s s e r t a t o nc o n s t r u c t s t h es i 窖n 州c a n c e i r e g u i a t l o nb a s e dd e v e i o p m e n t m o d e i ，a n da p p l l e s1 tt ot h er 鹳 d e n t l a la 陀ac a r t o g r a p h yg e n e 哺i f 确t i o no f 矗c e r t a nc l t y ， o b t a 讪sr e l a a v e 睁辐h s f a c t o 弹r 档u l t s + k 祥w o r d s ：g 玲；c 盘r t o g r 矗曲yg e n e f a l z 矗t o 峨s t a 窖酬p a t t e mr e c 辑n 洼 o nm 。d e l ； 争f 。d u c t 0 n * r “l em e t h o 秘南交逶大学硕士话究生学位论文繁1 贾 第董章绪论 制照综会是地图学与g l s 领域一个杏老嚣又年轻驰课题。早在我羼魏器 南北朝时期，地豳学家裴秀在制图六体中以“分率”的阐述了地图比例尺的 概念，也涉及到制图综合的行为；公元2 世纪，托勒密在著作地理学指南 串强调了遮凝语蠢在穗理学中静重要作麓，翻立球面投影帮酱逶弱锥授影， 提如编剑趣嬲的方法。这些早期麴铡强总是吸没诗制作逡圈铬晶必主要霹熟。 在有限的图幅内熬现庞大的实体空间，所采用的方法主溪为抽象概括以表达 相笑内容。即“概括综合”。随着制图技术的发展，地图产品的数量和内容 都得到突破性的邂震，铺圈综合开始获地图到遣凿静综合，平工编绘孚段也 逐步成熟。 进入2 1 世纪以来，信息技术给地图学带来了前所未有的变化。地图学的 研究领域由原来的“地图学三角形”扩展为“地图学四面体”i 1 】，这也带来 了涮蔺工作豹新豹挑战和辊逶，两样，墙图学研究领域静变纯和施圈应用箍 萤弱扩凝也影暖7 剿鬻综念概念杰涵帮卦延豹变纯。逮圈懿基本任务是熬缩 小的图形来袭示褰观燃界。任何地图都誉可熊将地砸上全部制图物体袭示嫩 来，只能以概括、抽象的形式反映出制图对象的带有规律性的类越特征，而 将都些次要，非本质酌物体舍弃，这个道程也就是遗图综合。 逮强综会是一个嚣际漆蘧，是遮露售惠彝镄s 戆多基次应瘸静一令霾大科 学与技术问题。制图综合是在圭| 妞图用途、比例尺和制图区域地理特点等条传 下，通过对地图内容的选取、化简、概括和关系协调，建立能反映区域地理 规律和特点的新的地圈模型的一种制图方法( 正家耀，1 9 9 2 ) f 3 l 巾j 。w e i b e la n d 丑唯娃o n ( 1 9 9 鼙) 怒“综会”定义为：现实擞赛豹搂登之闻静转纯过程，箕串褰 进行细郏化麓，同时最大可能域保整各毒孛信息。 长期以来，地图学者对制豳综合的相关问题进行了不懈的研究，在传统 的手工制图过程中凝聚了许多的创造性思维，并且在长期的实践中，不断的 积累了糯当事富的理论帮实践知识；近年来，借韵g 稻蠡钉可褫纯戳及窑蠲分 板量具，制图综会的理论和方法鲍磺究也进入一个凝戆发展黔段。 蕊南变通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 。 研究熬背景和意义 ( 1 ) 瓶援寒条侔节裁圈综台静发震嚣要 地图自动综合是在新的技术条件下提出的，特别是随蓿测绘的全数字化 和遗联信息的产堑纯，这种要求就显褥更为迫切。 就目前褥言，广义地图综合的目的和相关任务主要题：是一种获取地理 知识的工具绒思维方式，用于概念性知识的认识，这一翻的是人们在思考涉 及到“空闻接息”敬阚趱时爨鼹要戆；为了她霪倦意熬蠢效传辕，在绘定魄 例尺条件下，或在给定的显示空间和精度范围下，地图综合就是为了减少地 霆肉褰懿复杂程褰，缳持其空蠲糖凌、藩犍耱瘦弱逻辑豢次，楚缝圈清瘊， 易于阅读【1 2 l f 3 5 1 。如多比例尺地图的生产、多尺度地理信息可视化等。因用户 只需鬻空阉媲鹜数据库串的部分内容，遣图综合表现为简单韵选取。为了降 低信息传输代价，去掉多余的信息，地图综会常表现为数据的攫缩等。最后， 计算效率的考虑和地理分析的需要，在很多空间信息处璩模型中，复杂的目 标会影响其计算效率，此f | 尊裁必须在糕度诲霹款条传下熬纯垦爨，设爨遴移 地理目标的高度抽象。 放数土戆分辑冒鞋纛凄，投薪煞援零条传下，逮强练会黪瓣懿帮经务都 发生了重要的变化，这种交化就要求我们重新思考地图综合在新的技术条件 下解决阉趣翡方法。减少趣圈绦台中所遇到静裙关闯蘧，降低穗图肉容静复 杂程度，使得综合后的地图清晰，易予阅读。 ( 2 ) 城市纂础数据库自动综合处理的需求i 1 6 】【1 弼 在g l s 中魄地理痿感是以弱定竣基本比例尺存赡于数援库巾，必每一审 所需要比例尺的所需数据都建瓶数据库，这很显然是不现实的。因此，有必 要在g l s 中弹发逮疆痞惑练会臻毙隘支持毙铹足搽俸，帮裂震羰枣萋稿数攒 库本身生成备种所需比例尺或分辨率的数据。这不仅仅可以节省大量人力、 秘力、全面降低数据采集、存储、维护、更新静费用，搿髓可泓提裔现有数 据库的价值和整个g i s 的效率。在相当多的情况下，g 王s 的用户和开发者都髓 要在g i s 固定大小的窗口内显示或操作带有企局性的数赫，如在大范围内照 示和磷究区域要素驰分奄、密度、空间关系，在大范围爽观察秘比较一定专 题的懿体性内容和特征等。尽管g i s 融能够提供比较完善的屏幕缩放功能， 糕毒交逶大学琰圭磷究生拳往论文繁3 贾 可以方便地进行比例尺变化，但是由于在进行相关操作时仍然受到计算机屏 蔡分瓣率等方瑟静限涮，港院铜足戴分辨率变，j 、辩缝瓒信意的胃视纯程凌瞧 睫之降低，数据的显承和操作的效豢难以令人满意。 简化或者概括( g e n e r a l i z a t i o n ) ，不是低层次的简单化简，而是对地理 信息的再创造。利用制图综合的相关理论和方法，特别是对方法、规则的运 霜，有驹予撵捷翥羹理信怠科学发震粕科学方法髂实现。吴有空闻嚣标自动综 合功熊的g l s 系统可以最大程度地体现空闻基础数据煞徐蕊，僚护投瓷者瓣 利益，井满足多方面、多层次、多方位的g i s 应用，具有重大的经济效益和 应用前景。 l ，2 楗关基本概念 1 2 。1 地理现数的多尺度描述 “尺度”是空间数据的重要特征，从认知科学的观点出发，它体现了入 翻j c 雩空润事耱、窆蠲瑗象认知静深淡与广废。是指数攒表达静空闻蔻鬻静相 对大小和时间的相对长短，不阏尺发疑表达的信惑密度有缀犬的差异。一般 而吉，尺度变大信息密度变小，但并不魁等比例变化。一般意义上，地学领 域的“尺度”是指研究对象在空间域上的延展范围或时间域上的覆盖区间， 蔼遣图学与辘理僖怠系统巾韵“尺液”为“眈橱尺”掰取代，定义为表达空 间( 地图圈霹) 中瓣星巨寓与嶷骣她理燮闼簇褰的毙搴。域球系统是惠各秘不嚣 级别的子系统组成的复杂服系统，备种规模的系统都有尺度概念，作为描述 各种尺度中地理特征的空闻数据自然也有尺度特征。因此，一般对地理现象 静研究是逶过对箕籀述静穰念、垂缁和肉容的层浚谴来实现的，即将不蔺尺 度驰过程用特定约概念、爨缨寒接象接述。这也裁是本文羼提裂戆建理瑗象 的“多尺度”描述。 概念尺艘性，指描述地理现象的概念有尺度的含义。空间数据实体的内 容是复杂多变静，对于特定类登的空闯数据氇可戳用有尺度含义的概念来反 映数握她尺度； 量纲多尺度，是指描述地理现象戚空间实体的单位及两侧的数撂爨级别， 西南交通大学硕士研究生学 立论文第4 页 箕足度戆攀霞主要骞空藏蹬裹擎毯霉瑟辩阕长菠繁位； 数攥内容( 属饿) 多尺度主要表现为属性变化的强弱幅度及内容的层次 性。强弱幅度可以用单位时间内属性特征变化的毽表示；内容的层次性是指数 舞獾透过程串豹缀掰胃缀合後。 空间尺度是指窝间数据袭达的空间范围的大小。同时，这一特征也正表 现的空阗数撂的可练会性，毽就是指蛾毽数据根据数据肉蜜表达鹣焱律性、 自相关性以及自身的规赠，利用相同的数据源邋过不同韵方法形成再现不嗣 尺度规律的数据。大尺度数据在空间上表现为糊对较大的空间范围，在时间 上表瑗为矮对手久越鞋接受豹薅阕长发较长，袭瑰在属彀上囊是爱浚遘程秘 现象的整体、抽象、轮廓趋辫；小尺度则反映地表地理实体的较为细节的空 间特征和在属性上反映详细、具体的内容；中等尺度则是一种过渡尺度。总 之，足炭越大遗毽现象的空阙形态籀簸程度越嵩。嗣对，分辨率和精度毽醚 之降低。 邈遴傣怠综台怒实瑗蟪毽数撵多尺度表达的主要手毅，它裂髑基础数撼 库本身生成各种所需比例尺绒分辨率豹数据，艇映地理黼象在不同空间尺度 下的主要特征。 1 2 2 综合、地图综合与地图制圈综合 ( 1 ) 综含 “综合”一词起源于法文，表示概括的意思，同时也是拉丁文中“共同 豹，主螫熬”一试豹滠生穗。在汉语溺荧中戆瓣释是“熬势爨遭戆慰蒙或瓒 象的各个部分、各瘸性联合成个统一的整体”。综合作为一种科学的方法 论，指的是无论何种情况下总要抓住事物和现象的主要的、本质的闯题，并 着蔽手事物静稿重联系帮锱约关系。综合霹班餐终是为了箍离对滤餮豹阕读 和理解而对空问目标的几何袭达进行一系列的尺寸变换，同时，它又是在更 寒抽象屡次上的一个对地理现象的理辫过程。 综合是一个知识简化的过程，因为综合褥剿的是关于事物的主要本质的 结论，去除事物的其他特性，同时，这也是一个知识筛选、优化的过程。综 会不仅仅是对基硝数据鹣筏蘩霉缝织，瑟是逶i 篷一定憨麓裁黠数攒遴行会婺 啦豇盒塑化简：经过丛赶豇盒邳生匕盐燕堑组筮曲征知识熬煜挝蔓物盔厦更加 西南交濑大学硕士研究生学位论文第5 页 凇确馨爨全霭瓣认识。 ( 2 ) 蜷图综合冬蟪图制图综合 她圈是空阕信息的蘩要健攒手段之一，瞧燕久类黯遣壤空阗试齄活动静 产物，它与练会是密不聪分豹。她霸毽是尊陡繁人类文明豹发矮嚣产燮帮宠 甍的，“从杏代域图捌玟代地图，橇据秘抽象是其共存瓣特征，疑不霜豹是， 这种抽象随饕人的认识的提嶷鄹方法躯改进薅越于正确，剑曩综合豹方法也 由不囱觉到自觉”。概攒和按象就是综会的嚣令重要手段。地图也因为奏了 定性和定量的综合才具有区别子包食大曩不确定信息的影赋的特征。 传统地图学中地图练合是攒在比例尺缩小的情况下减小嘲中的复杂程 度，稽重表示重要目标的同时抑制不重要的目标，维持地图要索间会理的、 明确的相对关系，保持地图荧感。其主要目的就是生成一蠛清晰的地豳，以 便对地图影像产生更加完善的感知，使用户能够容易的接受地躅所要传输的 信息。 她图综合就是抽象概括( 综合的同义语) 这一认知方法在空间数据处理 中应弁j 的一个特例。在她图用途、比例尺和制图区域地理特点等条件下，通 过对地国内容的选取、化简、概括和空间关系协调，建立能够反映区域地理 规律稻特点的新豹遣图模型的一种制图方法l 嘲。 每传统穗图学中综合的概念相沈，g i s 中的信怠综合其有篼加广泛的含 义潮】：邵获袋实 筵赛的一个模型转换到舞一个模登中，总会有信息损失，有 损失就需簧综合瓣过程( 翔强l 1 ) 。主要包括：对象综合、模受综合和稍 图综念三个璧要部分。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 涮謦综合静各释搡作楚锌辩遣疆绋图实体髂，稍圈综合豹核心是实体信 患交换，惫括实体概念( 分类、分鬣等) 豹交换、各类实体集韵形成( 选敬多少 秘选取哪些和实体诺震性僖惑熬橇捃。实体概念翡交换是鑫撼鼙设计徽崮规 定，她受设谤阑时对未来蟪溷蠹蜜备要素静选取数额释选取标准( 炎格、准绳) 傲出宏戏控制，完成新图戆“稳思”，确定裁图惑貔。 1 。3 国内外棚关技术职究综述 l 。3 1 销图综合的淫论与方法讲究 叁动地鼹综合懿磅究扶2 0 黢纪6 0 年代就开始了。簸裙鹣磷究商容是将地 图曩振番揍蕊擎豹砖每实体进褥操俸，魏d o 鞋痊a s 秘p e u 呔e f 遴行静线磊标仡 越算法；t o p 妇期p i 娃e w i z e f 驹对点、瑟群譬掭瓣选取等。这些算法使褥遗圈 综合约蝴题褥到筵化，搜褥计算蛉逡算耋大大瓣减少；但是，同时也带来了 一些不可忽视的闯题，例如，不发映剿黧综会鲍约柬条件鞋及不毙宠全满 足基于g i s 下的地图综合的嚣要。此质，众多的割图学者逃劈了多方疆的探 讨，提出了谗多有建设性的理论和方法。 ( 1 ) 地图自动综合的理论研究 基于地图信息和地图传输的地图综食理论 由k o l a c n y ( 1 9 6 9 ) 和r a t a j s k i ( 1 9 7 3 ) 首次提出，按照这一思想，地图制图 过程是一系列的信息转换过程，制阁综合的目的和作用就是经过对制图对象 的选取、化简、分类、分级和符号化的抽象过程，使地图使用者能更有效、 曼容易地通过地图获取尽可能多的信息。 基于认知的地图综合理论 基子认知的地图综含理论认为，认知是地阁综合赖以实现的基础。根据 试知科学的藤理，人类的认知过程包括感知、记忆和想象，天然的具有对所 蹒察的舀形进行荐组织和重构建的能力和需要，而在遗图综合过稔中，根据 a 类试知特煮与籍要建立速图综合舔羹| j ，将能较好遣适应人类读胬并解译、 理解、记忆耩使溺羹鏊圈信怠驹需要。萑簸嚣前的研究状况丽言，篓子认知的 蜷圈综合还送未形成哥实际用予缝灏综合韵律系，能解释毅往的方法帮不能 耍褰嶷逶大学矮圭臻竞璧攀经谂文 繁7 夏 指导现实的作业。这一遵论的完善和实用化，尚需实验心理学提供更丰富的 经验岛理论解释。 基予感受的地图综合理论 按照罗宾逊等人的观点，地图综合过耧分先化篱、分类、符号纯和爨并 等滔耪炎蘩，荚孛符号识蹩辩薅纯窝分类戆缝莱簸予各耱器恚，簸瑟使逢嚣 综合变成视觉可见的。驻然，符号化的结祭怒否符合用固者静戆受规律，将 在很大程度上影响制图综合的效果。感受理论能够为制图数据的分类分级及 其符号化、地物轮廓形状的化简，特别是地阙注记的取舍与酉己徽等问题提供 理论依据耜指导。就目前的研究现状而言，如俺合理地安排；叟记岛地图要素 之阉戆芙系，镬多要素鑫麓综台装表达效果簸好，应该是感受璞论要绘予嚣 答豹润怒。 ( 2 ) 士i 鲰图制图综合的概念模型 r a t a i s k i ( 1 9 6 7 ) 将综龠分为数量综台与质殿综合。 b f a s s e la n dw e f b e l ( 1 9 8 8 ) 提出综合概念框架：结构认知、过糕认知、过程 谈知、遥程建搂、过程羧纾耪数据显示。 m c m a s t e fa n ds h e a ( 1 譬8 9 ) 麴修正遣嚣综合耩黧。该模垄主要瓴擐：结擒识 别、选取规则库、综合实施条件集、地理特征爨测算子集和数据处理模型库。 地理特征量测算子集为综含实施条件集服务，在模型库中规则和过程算子同 时应用，相互配合。即完熬的地图综合过程包括：从哲学上思考物体为什么 要进移综合( w h y ) ；从剃强方蘧侮时嚣要络会( w h e n ；扶餐选爨方法中 选择一个会适翡方法遴纾空霾秘满毪豹变换，繇怎样逶行综会( 1 重o w ) 。 m u l l e r ( 1 9 9 1 ) 提出综裔并不仅仅是比例尺缩小的需要，还宥缀济的需要； 数据的一致性需要；多用途需要和显示和传输的需要。 我闼地图学者认为制图综合存在着层次慷和阶段性的特点。如毋河海在 m c m a s t e r s h e a 模型的熬戤上提出了“5 w + l h 模型”。 3 ) 蟪覆综合戆模鍪舞法疆究 爨动综合模型算法酌研究一直菲常活凝，而且随着基础辩举研究和相关 学科的不断发展，新的理论和方法也不断穰自动综合领域得到威用。早期的 研究成果主要有：用于确定地物选区数量的穷根选取规律模型、阐归模型等； 用于结构选取的模糊综含评判模型和图论模溅等。 鞋篷蓑錾篷瑟塞藤爨盔；q 筮瑟銎盏基瓮缝友鎏：圭薹盈垩琵左撵錾篷 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 公式盼分形扩震及其在堍镌选取方瑟静威用，戮及等高线的自动综合等： 毒孛经嚣网络方法，主要焉予海图永深注记的选取、岸线和等深线豹自动综合， 默及鑫动综会中知识静获取；夺波分析方法，耧掰，j 、渡分辨率分析，主要 髑于线状强标瓣趣动练会；数学形态学中静滤渡方法，遁过合理选样结梅 元素，主簧用于震状她毖约会势及仪骖；基予a g e 羲t 靛爨动综会算法，辑 究地圈综食中魄照控a g e 溅，期地图综会簿戈鳇监视器，设计了j | 燕控a 萨嫩模 型，对自动综食的操馋过提进行全程监控；基于遗蝗算法戆自动综合葵法， 主要用于点状要素注记的整体最优配置及线划自动化筵，这秘焱人工智能领 域广泛应用的高效全局搜索算法，对予找到点要素泣记的整体毁馋鳃劳在像 持线划要索的全局特征方蕊有着明显优势。 虽然目前已经建立的地图综含模型，由于受统计样本的限制，还很不完 善，地域环境的普适成性较羞，因此，自动综合的模型化问题，仍髓要继续 深入研究。 1 3 1 地图自动综含所面临的主要问题分析 近年来地图制图自动综合的理论和方法研究有了很大的发展，相关学科 翔谖的引滋也促进了地图自动综合的研究的发展，假是要完全解决地图自动 综合这一麓夭的难舔，还面稿需簧的困难： 入类试知活动酌箕体过程还不完全清楚。地瀚作为入类信息传输前媒 奔，遥图综合斡裰本秘的就楚增强遣图信怠酌传输能力。如果不能很好的认 识入类谈躲活动帮愚维特点，蟪鼹综合中韵相关滩麓就不能完全解决。 综合镪谈静理论表达熬研究。长羯鼓来，太多数的综合知谖廷是感饿 静总结。爨然逸图刽鞠专家系统熬研究惑经有了缀大的发震，餐是完全的魏 图自动综合实现，还蠢缀长熬研究里程要走。 地图剑墅综合智能他熬数据绻构耀模型鹣黢糕。雄图皇懿综念过程并 不是一个突全结 奄他的过程，如模型化黪数援结德邀芎亍爨动综会磅究，还嚣 法兜全表达所嚣要综会知识和信息。 综台数据评价体系的不竞饕对地阕综会的影螭。她凰综会的评绘是一 个踅要的考虑因素，没有个标猴，就没有办法评价结果的优劣。在目篾， 制图绽盒虫益投直罂缝啦砸执短拯准：因豆出现z 缀丕丕氆定啦因塞。璺魅 匿南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 决数字环境下地图自动综合问题，就必须先解决地理信息中所奴食的地理知 识的自动获取。加强地图综合数据质羹的评价研究可以觅好的德进遗翻自动 练合礤究的邀展。 1 。毒论文鞭究懿主要态蜜及具体组织安撵 1 4 1 论文研究的主要内容 本文研究的主鞭内容是“g l s 环境下的城市居民地制图综合研究”。其 兵体含义有叛下凡个方瑶； 1 、g i s 环境下的制图综台。 g i s 环境下的制图综龠主要包括戳下两艨含义：首先，制阐自动综合推 动了g l s 的发展，丰富了g l s 的研究内容。g l s 空阉分柝对地理傣息的处理总 需要依赖于一定的比例尺，针对不同研究和应用的任务不同，对地理信息详 缨程发瓣要袋逛不趣露。因j 迦，节约成本、减少数攮采集藿熬“一疼多惩” 的重要性被广大用户所重视。另外，由于g l s 可视化的要求，空间分析的结 莱霞婺逶过逡当静稍圈综合表遮，才缝使爱产获褥较菇童蕊、系统豹表示。 练上所述，本文所使用的“制图综合”并不簿同子传统意义上的制图综合， 具有蹴传统稍图综含更鸯h 丰富豹意义。其次，制图综合趋g i s 系统豹麓要组 成部分。一方蕊，g i s 应用要求快速离效地鼹示不阍分辨率或不同详细程度 的图形，在g i s 中嵌入图形自动综合功能是解决问题的有效方法之一；另一 方嚣，g l s 扩大了划曩蠡动综念戆蠹溺，s 孛懿筵些空阕势摄工具瓣裁图 自动综合起到重要的指导作用。从这个意义上讲，“g i s 环境下的制图综合” 遣霹 菇被理解为“蒸予g 裕支持下酌麓图综合”。 2 、面向城市规划要素的制图综食。 城市瓶剜专题矮素翻图综合需班地理辩律为指导，在对相关对象窳施综 合时，霭顾及对象的地理特征( 如空阕维数、空阉分布、空间糊豆关畚、类 型与等级、空间形态特征等) 。另外，制图综合也是为了反映城市空间形态 特，珏，不仅综合爱鼹地嚣爨要受魏突爨霪民茭羹要素瓣逮璎特攫耪空闽分毒栽 律；就制图综合结果而言，最厝所获得的目标也需疆从犬、中、小等不同尺 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 度来爱映城露空淘形态静层次特征，葳卷通过不同簧素( 河流、路网等) 与 居民地要褰豹缀会 帮概括爨鹣) 爱浚城市烧蟊j 专题缝理簧素之间相虱关系 鳃不鲻表达。 3 、本文中所涉及豹理论模型与提关谬馀体系瓣夥 究帮搽讨都是戳兵体实践应 用为主要要求，攀望透过职究达到实际制图综合王作中较必方蠖、快撬浆疆 的。 l ，4 2 论文的具体组织 本论文的研究所采用的理论模型以及所进行的棚关探讨都是以实践应用 为主要出发点，以期获得对城市居民地综合数量、空间形态上较好的综合续 果。本论文的具体组织如下： 第一章简爱介绍了新技术条件下自动制图综合的特点、研究现状以及鞭 前研究的主要难点。 第二章介绍了城市居民地数据的特点以及进行居民地制图综合存在的基 本问题。 第三章是屠民地数据翩圈综合体系的建立。是本文研究的熏点，主要涉 及的磷究内容包括箭黼综合选取指标的确定戳及基予重要性舰刚指鼯下的制 图综合研究。 第图章介绍了裁鬻综合的主簧评价体系，并对针对本研究缩果的主簧评 绥方法进褥磷究。 第五章奔缨了铡凝综合实验累统翡煮要实验模块并对铡图综合结栗避彳予 评徐。 最后在论文的结论罄分是对本文抟总结滋及未来的鼹望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第2 章城市居民地数据制图综合理论概述 2 1 城市居民地数据类型分析 2 1 1 现有城市居民地类型分析 我国城市居民地的具有人口多，人口密度大：建筑厦积较高，达 1 5 一7 0 ；5 0 以上的人口从事工业、商业、运输、文化等相关行业。居民 地实体的地域空间投影按结构特征一般分为矩形状( 格状) 、放射状、不规 则形和混合形等四种，如下图2 1 所示。 图2 1 我国城市居民地类型分析 矩形状( 格状) 居民地：由相互垂直的两组或者多组街道组成，构成正 方形或矩形街区。我国多数具有较长发展历史的城市多数为这种类型，如北 方形或矩形街区。我国多数具有较长发展历史的城市多数为这种类型，如北 莲凌交避大学壤士辚窕生拳位论文第 2 菠 裘市、嚣安帮等。 放射状展民地；由收敛予一点或由一点发数的街道辩另一组曼环状戏多 边形的街道交织而构成梯形绒三角形的街区，如成都市等。 不篾爨| j 捩器鹜遥：蠢蠡攒多交静餐递交织瑟戒，衡嚣在空阉形态上袭现 为不规则状，如黧庆、青避、广州等城市，郝属予不规则状城枣形态。 混合型居民热：此类城市形态的形成是由上述两种藏者多种类型组龠而 袋。我零豹沈帑、天津、武汉枣等大城市，多藩予这种类鼙。 2 1 2 城市居民地数据特点 城市居民地数据是多边形数据的典跫代表，瞧是普遥地鬻内容中最黧要 的要素之一。在地图上所表承居民地包括城镇、农村及正矿、农场、林场、 牧场豹建筑嚣域。藩民穗是宙各元素组成的一个综念个俸，与多边形数箍( 如 土地利用数据、森林植被、土壤类型以及矿产分布等) 捆比，在空阅分露上 典有无厦叠等特征，并且受到人类行为的影响较大。地避要素的重蒙性级别 是a 类攘撂爨奏需要秘其俸瓣研究嚣熬赋与魏理要素静特征，丽遮理要素静 重要性一般根据它的具体特征来决定。 另外，腭民地的空间形态是居民地实体的地域空间投影，在城市增长的 ；逢程串，瑷帮空溜形态楚由小逐澎变大、由简单趋于复杂，城市蓿篾氇伟为 城市形态的主体对城市空间形状的确定舆有黧要的意义i 舯l 。城市居民地制图 综合包括空间几何特征简化处理和语义上的类型层次的台并，相邻地块的邻 邋关系爨有a 毒上鹃霎蔓离影稳氇鸯专题糯性上懿语义穗徵度影响。综合酌结 果应达到类型减少( 子类向父类归弗) 。几何形状化俺，同时器要保持臌民 地图斑在空间上无重叠以及城市空间形状的特征，并且保持化简后街区内建 筑嚣菝与非建筑瑟积豹歪薅瓣滗。毽是，需簧对这蓬综龠静约寨条件静同对 满足是十分困难的，对多边形图斑的逐个化简达到形状简化的目的，以及对 小面积的离散居民地图斑的删除处理，斑块数量减少而面积增加，图斑形状 憋手燕嬲纯，城枣空阗形状帮能发生滗较大静交纯，破坏了城市发袋遗稔孛 所形成的独特空闻形状特征。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 。2 城毒屡民地数据制图综合的基本问题 综上爱述霹知，城零缮琵蟪甓圈数据富凌综合审有三令墓零阏题爨须回 答：为什么要综合? 什么时候、什么地方需要综合? 如何进行综合? 【3 9 】 “为什么要综会? ”掇出了蟪圈自动综合的露酌闽题，决定了地图综合成 果的评价标凇，其主要原因是糖度和空间冲突。 “什么时候、什么地方需要综合? ”主要考虑地图自动综合的限制条件， 地理撼象时疫保持幸童么榉豹遣瓒特征，跌及这些特短毒萋弛侮控利下嚣豹建霆 综合过程。 “躲蔼避季亍综愈? ”表溪兔缝鹜综合算子豹选择及参数豹逡择。w e 捂e l 认为地图自动综合必须具备的三个模块是：模型综合、地圈综合知识的获取、 综合方法选撵的评价。其认为综合方法评价的基本簧求是：胃产生预知的、 可重复的结果：使变形最小；数据压缩囊最大；目标的完蹙性、关系的完整 性；参数尽擞少，参数和地图综合结采应当明显；效果好、效率高。 从遮图爨动练会应当圈答熬三个基本阉题中霹以善出，限剃遮霪综合熬 因素有：地图目的、比例尺、数据质擞和图形可视化限制。地图比例尺直接 彩确蟪溪悫餐豹详续程凄，这垂竣菜帮器嚣遮在l ：1 8 万一l ：5 8 万逮形蓬上 的表示为例进行说明，图2 2 所示。 西南交通犬学硕士研究生学位论文笫1 4 页 阐2 2 浆市1 ：1 0 万一1 ：5 0 万居民地袭示 筵瑟蠢之，强影藩铡，帮商疆鹣魏强空溺炎能清辩缝表达制图嚣蠛静部 分内容；结构限制，即地图综合后的要索关系必须同制图区域的要綮关系相 一致，或她圈的圈澎应当能反映地理缝掏特征；应是限剑，帮不同爨的验遮 鞠综合在舞子参数的选择方面有弱擞不同，综合结果也袅不同。掰外，过 程限制主辨是指综合算子集的有序性和算子的关联性。 葸之，嚣蘸实瑗缓素属裁缝数器裁翟综合豹必要条终魏下：城书基穑塞 地空间数搬库的完善和建立；建立空间关系和地理相关要索特征的栩互关联 关系，空间信息的抽象表达以及相关空阅关系、骚素的缎护；制霉综合过程 审隐含翔谈的获取、袭速窝藏耀；所褥综舍结暴的评价体系豹建立。 2 。3 城掺屡民地数据拳l j 圈综合的类型 城市厝民地数据制图综合的主要目的：不同精度的地理分析；不同比例 尺鹃缝霉嚣示( 遮爨霹撬纯) 熬霉要戳及城枣形态分辑。 垃直溉划绽金数耀廑是聪地理实然瘢麦丞缝赢屋民地砬盔班筮的重要垩 西南交通大学硕土研究生学位论文笫15 页 羧，遮毽实俸兵冬了空霆、嚣性、嚣雩瓣等蘧瑾特鬣，怼逡疆实傣戳及逮莲实 体之间的窳间关系的定义和描述是连续的、完撼的。g i s 环境下城市规划数 据综合主要分为两个阶段：数据库综会( 模型综合) 和蹬形概括。数据库综 会是原始的数字景躐模登经过信惠弦苏派生次缀豹数字景凝模垄。猿立于鹣 理实体的地图表达方式，其鲻果除了通过继续进行图形概括产生新圈外，还 霹以适用予其镳用途，铡懿象闯分辑、空阕查谗等g 珞熬特色功戆。图形概 括是从数字景观模溅到数字燎图模型的转换过程。 在g 1 8 环境，下，数据库综合要求能够保持地理实体的宅间位置糟度，可 戮麸内容李塞懿城豢靛翔练食数据瘁澈整密逶瘸予箕穗嚣煞子数豢窿，在溅 嫩的数据库上进行棚关操作。城市基础数据处理是城市居鼹地制图综合的最 襁工作，其主要任务是； ( i ) 通过数据簸理帮检溯城市基戳地理信慧数据库中豹众多内容能否满 足居民地制图综合的精度和类型的要求。 ( 2 ) 礁定城蠢鼹民建裁强综合翦嚣戆、磅究区域嚣袭达熬痿患。 ( 3 ) 选择适合的制图综台数学模型来解决城市居民她制图综合的主要问 题。并且程此基础上，建立城市居民她制图综合的质量评价体系。 数鬟颟处瑾凳城隶矮嚣遮潮銎综会准备了努簧条箨，麓圈综合豹搡作主 骚是从数据库综合开始，数据库综合涉及到空间数据变化、属性数据变化和 时间数据的变化，缀食的结果是产生可以进行送一步处理的数摄库。最后遴 过数据可视亿酶表这，根据麟民地制瀚综合的目的生成备种类型的豳形。 制图综合作为地图信息处理过程，制图综合的编辑过程与编绘过程是指 蹲与被撂鼯戆关系，一簸认梵编辑豢鸯“设诗”懿毪震，愚竞残翻黧综合静 设计任务；编绘过程带有“作业”性质，其任务炬通过编绘作业给出经过综 合的新编地图【4 1 。制图综合的各个相关环节如爨2 3 所示，强调基予各种媒 介，在有限韵表达魏嚣空闻内进行抽象并漕除褫觉i 申突魏霹筏亿遗表示恁瑾 信息，从_ i 而使g i s 中地理空间信息的压缩和再现岛尺寸变化自适应。 蓄南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 图2 3 制图综合的主簧过程 从现代地蜜学发殿螅角度来看，建立冬剃霪要素斡剿墅练台数学模型是 实现计算机制图综合的基本首要条件。如在编图时，通常需要确定居民地、 道路、河流的密庹，森林面积、土地利用面积的分布及大小，依据这魑数据 我们在实箍翻国综合辩，对各要素确定科学的选取标准，这也是滔前地图制 图走向定量化、模式饯蛇一秘豁志。 2 3 1 数据库综合 摄掇各挚争需求对视戆数据露赝遴嚣戆综会，被熬为模型综合藏数瓣瘁综 合( d a t a b a s eg c n e r a l i z a t i o n ) ，是神简化了的数据集，称为派生模型p l _ 施) 。 便于进行空间分析、计算、存储、网上传输、不同分辨率和不同精度数据集 曲装盛。这赫绽盒丕鼓遨生盛趣图鹜磁盘目的；宜也互被箍泷盂缝制随绽盒 器藤交避大学磺袋究生攀健论文第 7 凝 的颈壹奎疆除段。 数据库综合操作主凝包括地物选取删除( s e l e c t i o n 臆l i m i n a t i o n ) 、类型 转换或踅分类( a a s s 旅c a j o n ) 、减少分级( r e d u c t j 彻o fg r a d e s ) 、指标转 羧( d e s c 矗p t i o n 飘a 髓s f o 糯a l i o 嚣) 等。数据霹综合豹主要嚣静燕确定嚣标数据 库中需要表现那些类型的地理对象、确定地理对象的属性项以及相关的傻域 范围、属性项取值的级别、地理对氖间的逻辑关系簿后续制图综合所需要的 镄怠。 2 3 2 图形概括 地图数据的熙形概括是为了视觉表达面对上述派生聪的数据库进行的图 形表达和概括处理，主瓣是袭示方法的改变、符号化( 或重新符号化) ，以及 符号纯过程审静强形橇括( 籀纯、移谴、会并、夸大等) ，迸蔼生成符合翱圈 规范和可视化原则的地图。主要的方法( 如下圈2 4 所示) 包括：念并 ( m e r g i n g ) 、聚合( a g g r e g a t i o ) 、融合( a m a l g a m a t i 咖) 、压缩( c o l l a p s i n g ) 、 搜移( 转i s p l e 噩e 燃) 、纯篱 s i m p l 逮髓l i o n ) 等，并撮撵不嚣静对象逶麓豹 方法也不完全相同。 里昭 图2 4 制图综合的基本方法 沓擎孥擎 褥南交运大学磺士研究生学位论文第 8 页 在制图综合过程中，可视化原则起蔚十分重要的规范化指导作用。地图 可视毹的指替功熊与制图概括的两个阶段紧密葙关，郦语义概括阶段体现了 援他的知识摄素秘谊惠分板凌戆，霪形壤撼狳敷剩梅现熬是胃铙纯麴售患 传输功能。地图可视化对地图图形檄括的指导作用主要表现在以下三个方藤： 科学性指导。即判断地图要素的分类分级方案、符号梯尺的设计和应用、 表示方法和符号设计的科学往和合理性；信息传输效果指导。部判断璁翻 墅壤始过程中，毽上冬视燮变爨及篡缝会传输建蘧信惠黪寄效性；艺术性 指导。要求在制图概括过程中贯穿审美服则，达剿色彩明快。符号造型形象 生动的目的。 2 。4 城毒器民地制图综合靛骤则 2 4 。l 制图综金的基本原则 制图综合的生要目的是保证图丽清晰醒霸、保持与比例尺相应的地图内 容煞详细程度；符合缝萄孀途，在有限的胬瑟上爱映稍图区域的遣理特征和 区域特 燕；从庞大露笈杂麴地理售惑中遴行去粗取糖，反浚本爱躲、主要瓣 方面，舍弃非本质的、次要的方亟，以确保地图的易读性。因此，制图综会 的基本原则【i l 】是表达主要的以及舍去次要。在不考虑其他因素的情况下，制 图物体的主器与次要是由率身驹质与蠡以及浙韪的遗像所决定的。无论在各 类要素之阉，或闲类要素孛，以及谗多甥体本身，嚣砻圭次或鬣次之分。豁 此，在实施制图练合