（地图制图学与地理信息工程专业论文）arcgis环境下居民地属性综合的研究.pdf

a r c g i s 环境下居民地属性综合的研究 摘要 地理信息系统就是通过建立空间数据和属性数据之间的联系，来实现 图文互动以及强大的空间查询和分析功能。空间数据和属性数据之间是相 互联系、相互影响的关系。一方面，制图综合后，空间目标发生了变化，相 应的属性也会发生变化。另一方面，基于属性信息的几何目标的综合算法 过程会使空间目标的综合结果更符合实际，同时也能提高综合效率。 论文首先分析了a r c g i s 系统提供的地图综合功能及其应用。基于 a r c g i s 的s i m p l i f yb u i l d i n g s 、f i n db u i l d i n gc o n f l i c t s 以及e l i m i n a t i o n 等综 合功能和s q l 语言完成了建筑物的简化、冲突建筑物的搜寻和小面积居民 地的消除。给出了a r c g i s 环境下居民地综合的应用实例。实例表明应用上 述几项综合功能，可以对整幅地图进行居民地综合，对实际应用具有一定 的指导作用，但在操作过程中也发现了一些问题，如在建筑物简化操作中 因为利用不同的容限值对居民地进行简化，将会得到不同的简化效果，所 以最佳容限值不容易确定。 其次研究了如何基于居民地的属性信息，利用模糊多层次综合评判模 型判定居民地取舍及居民地属性邻近程度。在a r c g i s 环境下，利用v b 编 程语言开发了程序，通过在a r c g i s 的菜单中嵌入一个u i b u t t o n c o n t r o l ，利 用算法实现了自动确定出待综合居民地应与周围哪个居民地目标进行合并 的操作，并给出了具体操作实例。实例表明该方法是可行的。 最后，总结了论文全文，给出了研究结论以及研究中存在的不足和进 一步研究问题的建议。 关键词：地理信息系统，制图综合，属性综合，模糊多层次综合评判 太原理工大学硕士学位论文 s t u d yo n t h ea t t r i b u t e g e n e r a l i z a t i o no fc i t ys e t t l e m e n t s i na r c g i s a b s t r a c t t h r o u g hl i n k i n gs p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t i v ed a t a ，n o to n l yc a l lg i sc a r r y o u tt h ei n t e r a c t i o no fg r a p h sa n dw o r d s ，b u ta l s oi tc a nc a r r yo u tt h ep o w e r f u l f u n c t i o n so fs p a t i a lq u e r ya n ds p a t i a la n a l y s i s s p a t i a ld a t aa n da _ t t r i b u t ed a t aa r e c o n t a c ta n da f f e c te a c ho t h e r o nt h eo n eh a n d ，a f t e rm a p g e n e r a l i z a t i o n ，s p a t i a l o b j e c t sh a v e b e e n c h a n g e d ，c e r t a i n l y t h e i ra t t r i b u t e sh a v eb e e n c h a n g e d c o r r e s p o n d i n g l y o nt h eo t h e rh a n d ，b yb r i n g i n gt h ef u n c t i o no fa t t r i b u t ei n g e n e r a l i z a t i o ni n t op l a y , w ec a nm a k et h er e s u l t sb e t t e ra n dm o r ep r a c t i c a l ，a n d c a ni m p r o v ee f f i c i e n c y t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ef u n c t i o no fg e n e r a l i z i n gm e t h o d si na r c g i sa n d t h ea p p l i c a t i o nf i r s t l y m o r e o v e r , b a s e do nt h eg e n e r a lf u n c t i o no fs i m p l i f y b u i l d i n g s ，f i n db u i l d i n gc o n f l i c t sa n de l i m i n a t i o ni na r c g i s ，t h i sa r t i c l eh a v e s i m p l i f i e dc i t ys e t t l e m e n t s ，f o u n do u tt h ec o n f l i c t so fc i t ys e t t l e m e n t sa n dh a v e e l i m i n a t e dc i t ys e a l e m e n t st o g e t h e rw i t hs q l f u r t h e r m o r e ，t h ea u t h o rg i v e s t h ee x a m p l eo fg e n e r a l i z a t i o ni na r c g i s t h ee x a m p l ei n d i c a t e st h a tt h e f u n c t i o no fa b o v eg e n e r a l i z a t i o nc a ng e n e r a l i z a t i o na l lt h ec i t ys e t t l e m e n t si n 1 1 1 奎堕望三查兰堡主兰垡笙奎 o n em a p ，a n di n d i c a t e st h a ti th a v et h ef u n c t i o no f g u i d a n c et ot h er e a l i t y b u ti n t h ep r o c e s so fo p e r a t i o n ，s o m ep r o b l e m sh a v eb e e nd i s c o v e r e d f o re x a m p l e ，i n t h e o p e r a t i o n o fs i m p l i f y b u i l d i n g s ，d i f f e r e n t t o l e r a n c e c o r r e s p o n d i n gt o d i f f e r e n tr e s u l t , s oi ti sd i f f i c u l tt oc o n f i r mt h eb e s tt o l e r a n c e s e c o n d l y , o nt h eb a s i so fa t t r i b u t e so fc i t ys e t t l e m e n t s ，t h ea u t h o rs t u d i e s h o wt oj u d g et h ei n s t a n c eo fa c c e p t a n c eo rr e j e c t i o na n dt h ec h a r a c t e ro f n e i g h b o r h o o d o fc i t ys e t t l e m e n t s b yu s eo ft h em o d e lo ff u z z ya n d m u l t i - a r r a n g e m e n tc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n b yt h ew a y , t h ea u t h o re m b e d sa u i b u t t o n c o n t r o li nt h em e n uo fa r c g i sa n dm a k e su s eo fv bt oc a r r yo u tt h e e v a l u a t i o n ，t h e ng i v e sa ne x a m p l eo f t h eo p e r a t i o n t h ee x a m p l es h o w st h a tt h i s m e t h o di sf e a s i b l e f i n a l l y , t h ea u t h o rd r a w sac o n c l u s i o na n da tt h es a m et i m ep o i n t so u tt h e d e f i c i e n c ya n dd e s i g n a t i o no fw h a tw es h o u l dg oo nt od oi nf u t u r ei nt h i s t 1 1 e s i s k e yw o r d s ：g i s ，m a pg e n e r a l i z a t i o n ，a t t r i b u t e g e n e r a l i z a t i o n ，f u z z ya n d m u l t i - a r r a n g e m e n tc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体。均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：本j 如耗2 日期： 地上：墨 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名- _ 缸j 式耗一e t i 菲i ：坦：上：丛 导师签名：遣亟日期：二竺2 ：! ! ：蔓 太原理工大学硕士学位论文 第一章绪论 近年来，随着地理信息系统由纯科研项目应用向部门化、网络化的大型运行系统发 展，“一库存储”与“多种用途”之间的矛盾显得越来越突出。在学术界，“多比例尺 g i s ”或“多分辨率g i s ”更是数次国际和国内g i s 讨论会、空间论坛的热门话题。在 这种形势下，地形图综合不再仅仅是归属于地图学领域的课题，而是g i s 领域内需求迫 切、不可回避的重要的数据变换操作“1 。因此，有关地图综合问题的论文屡屡在国内外 g i s 学术会议上宣读，足以说明其重要性正在引起人们的重视。 引言 对于地图综合自动化这样一项复杂的决策处理过程的研究，长期以来一直未能取得 突破性进展。迄今为止，解决地图综合自动化主要有两种途径：一是纯粹的数学模型方 法：它很难全面解决问题。因为地图综合中的大量问题是模糊性的，难以找到相应的数 学籀述方法；二是智能化的地图综合方法，如建立地图综合专家系统和使用人工神经网 络方法”。从理论上讲，智能化的地图综合应该是解决问题的根本出路。之所以未能奏 竞哆+ 一方面缘于地图综合问题本身所具有的复杂性，另一方面则在于人们对地图综合的 “知识”处理的深度不够，要么没有充分挖掘和利用专业地图人员头脑中关于地理规 律的知识，要么没有对己有的知识进行有效的形式化表达。 居民地是普通地图上内容最重要的要素之一，居民地综合的内容较多，图形处理也 相对复杂，所以合理的综合策略及合适的综合方法的选择尤其重要，这是一个关系到 综合效果、效率甚至是综合流程可行性的决策问题。 随着g i s 得到日益广泛的应用，g i s 环境下地图综合的动机不再仅仅是为适应比例 尺缩小后的图形表达，而且还具有对空间数据和属性数据进行数据集成、数据表达、数 据分析和数据库派生等其它功能“1 。由于在数字制图和g i s 中地理要素的表现形式与传 统的模拟地图相比已有了不少的改变，因此数字条件下的综合，在其概念和内容上也应 有很大的扩展。 目前，世界上许多发达国家及发展中国家已经相继完成或即将完成基本比例尺地理 数据库的建库工作。各国的基本比例尺视国家的领土大小、人口密度以及经济条件等多 太原理工大学硕士学位论文 种因素的不同而有所不同。 由于基本比例尺地理数据库十分详细完整，精确地记录着地形和地物目标的位置信 息、属性信息以及目标间的语义关系和空间拓扑关系，人们往往可以忽略比例尺的存在， 从概念上把它看成是现实世界的无边无缝的仿真模型。这个仿真模型自然就成了一切制 图活动及地理信息研究和应用的出发点，人们可以随心所欲地提取任意一部分数据制作 专题地图，派生任何一种中小比例尺普通地图，也可以把它当作信息源进行各种空间数 据的咨询活动。 然而，基本比例尺地理数据库的数据量非常庞大，其详细的地理数据往往隐含着高 密度的空间信息。但是，人们并不是时时处处都需要详细的数据，过多的不相关的信息 有时会干扰正常工作，妨碍人们对全局性问题本质的把握。因此，如何把详细的空间数 据通过综合的方法改造成适合特定用途和专门用户的地理信息库变成了一项重要的任 务。 从数据生产的角度看，管理、维护空间数据与空间数据的质量控制之间的需求是密 切相关的，灵活的多比例尺地图生产的需求和现代化的制图生产工具产生了精度、密度 和完整性的问题。随着空间数据信息系统数量的增多，自动综合的作用也随之显得更加 重要，成为计算机制图系统的核心，只有具备了灵活的自动综合功能，地图数据库才能 真正成为数字地图环境下地图生产的一种手段，g i s 才能够真正满足不同详细程度的显 示和输出不同详细程度地图的需求，而且，随着i n t e r n e t 服务范围的扩大，实时的自 动综合方法也将会在网络上出现，数字地球才能在网络的任意节点上为用户提供所需任 意详细程度的地球空间数据。 目前，人们之所以对综合的研究兴趣越来越大，其原因有七： ( 1 ) 数据绘制和显示的需要：在许多情况下，模拟地图仍是一种普遍而通用的产 品形式，g i s 中应具备绘制模拟地图的功能。当数据输出的比例尺小于数据采集的比例 尺时，只有经过综合才能以清晰的形式传输复杂的分析结果，保证输出地图的质量旧。 另外，当数据需要在屏幕上显示时，有时开窗放大的效果并不令人满意，尤其当显示比 例尺大于数据采集比例尺时，要想了解更加详细的信息是不可能的，因为在应用空间数 据时，其比例尺是不能大于数据采集比例尺的。 ( 2 ) 数据分析的需要：地理数据的分析总是针对一定的空间尺度和一定的空间等 级进行的，亦即空间现象和过程通常是依比例尺的，像气候、水资源、农业、森林、交 2 太原理工大学硕士学位论文 通、土地及城市规划等许多应用都需要不同详细程度的变换及综合，因为数据的分析与 传输往往都是在局部的或较高的层次上进行的，需要不同综合程度的地理信息模型，空 间数据的分析和观察必须在无比例尺条件下进行。 ( 3 ) 数据压缩的需要：复杂程度的降低( 综合的主要功能) 是人类最基本的需求， 科学综合的部分过程与人的行为和判断能力是一致的，因此为减少数据量和处理时间而 进行的数据压缩是很必要的。 ( 4 ) 数据库派生的需要：在目前建立地图数据库仍费时费力的情况下，由大比例 尺数据库派生较小比例尺地图数据库依然是地图数据库应用的一个重要方面，这样不仅 节约了建库经费，而且可以大大节省建库时间。 ( 5 ) 数据更新的需要：数据更新是数据库维护中需要经常进行的一项工作。由于 更新的资料或数据与数据库中数据的比例尺有可能不一致，因而需要经过一定的综合才 能入库。 ( 6 ) 数据一致性的需要：许多制图部门建立了许多不同比例尺的地图数据库，无 论如何这都是费时费力的事，而且这些不同比例尺数据库之间没有同一物体的信息联 系，因此要想在不同版本的数据库之间传播是不可能的。 一( 7 ) 增加信息可视性的需要：合理综合的结果，不仅保留了空间数据库在给定比 例尺或图像格式情况下原始信息的最佳数量，而且去除了图像中的噪音，放大了图形的 最基本部分，使图形的最主要特征得以保持，这样才能满足可视化的需要，因此可以说 综合是在给定比例尺条件下增加信息可读性的一种工具。 1 1 地图综合理论与技术研究现状 g i s 空间目标的综合理论是一个与g i s 空阃数据模型和空间分析计算密切相关的理 论问题，具有空间目标综合功能的g i s 系统可以最大程度的体现空间基础数据的价值， 保护投资者利益，并满足多方面、多层次、多方位的g i s 应用。一些g i s 软件系统， 如：z e i s s 开发的p h o c u s 中含有用于线状和面状要素的制图综合模块c h a n g e 。m g e 中也包含有与系统相匹配的制图综合模块m a pg e n e r a l i z e r ，能够处理点、线、面各类数 据，并具有选取删除、化简、典型化提炼、合并、退化、分级符号化、夸大、移位、 整饰等各种分项操作功能，其宗旨是以制图综合的科学原则和方法来指导和操纵g i s 中的数据提取、专题要素分解与合成和小比例尺地图的派生等过程。这些系统都在尽力 太原理工大学硕士学位论文 表现出对制图综合技术和应用的关注和实践。但是实事求是地讲，这些系统在应用中表 现出的不适应和不完善，令使用者难以体会和享用这些功能的现实作用。而大多数流行 的g i s 软件基本上不具备这样的功能，事实上这正严重制约着g i s 技术的应用和发展。 一些中外学者在这一领域开展了初步的研究，较有代表性的成果有：d o u g l a s p e u k e r 线综合算法“1 、r - t r e e 、s t r i p - t r e e 、a r c - t r e e 和m u l t i s c a l el i n et r e e ，o o s t c r o m 的线性 二叉综合树、r e a c t i v e t r e e 、区域综合树( g a p - t r e e ) 、应用d e l a u n a r y 三角形进行空间 对象的选取，并设计相应的简化和冲突检测算法等，法国i n g 研究所a n n er u a s 博士 领导的国际研究小组，推出了基于对象模型的名为m u l t i - a g e n t 的自动综合系统，取得 了一定的突破。其中r e a c t i v e t r e e 及s e l f - a d j u s t i n gr e f i v e t r e e 引入重要性因子，用于 区域多边形的综合，而g a p t r e e 是在j c o r b e t t 单元结构理论的基础上，利用单元结构 建立点线面的空间拓扑结构和引入重要性因子，可进行空间的简化、选择方面的综合操 作；o o s t e r o m 在p o s t e r o m 和g e o “系统中进行了实际的模拟计算。荷兰i t c 的w a n g i n g p e n g 博士系统的研究了相对于传统的制图综合，g i s 环境中综合方法的特点和算法体 系；t i n g h u a a i 博士则应用类v o r o n o i 图研究了城市居民地自动综合时的选取方法和合 并、消除算法。中国学者毋河海等对地貌和水系的综合理论进行了深入的研究，提出了 地理信息或制图信息的综合实质上是一种信息交换，体现为把初始状态下( 比例尺，地 图性质1 ，地图用途1 ，) 的实体集始= 初始 及关系集r 初始= ，始e 初始扭e 换为在新条件下( 比例尺地图性质地图用途) 的实体集= 量新j 及关系集 r 新2 ，e 新e 新j ，据此建立了结构化地貌综合理论；王桥等则利用分形理论，在 分析、归纳分形理论的基本原理、发展过程以及在地学方面应用的基础上，抽象出了分 形分析的基本思想方法一粗视化方法，并从分维扩展、分形存在层次、图形形状特征 变化、分形分析等诸方面深化和发展了分形理论。揭示了分形理论用于地图图形数据自 动处理的途径和潜力，分别建立了地貌、河网等要素的线状、面状分形分析模型，以及 方根规律的分形扩展模型等，并分别建立分形理论与制图综合的内在联系，分要素提出 了分形分析的综合方法”“】。 从以上的概略分析不难看出，目前研究变尺度g i s 空间目标综合理论大致可分为两 种技术路线，其一为，从制图综合理论入手，通过对地图制图本质理论的分析研究，提 取地貌和地物的形态结构，并模型化，据此给出初始状态下空间目标变换为新状态( 新 4 太原理工大学硕士学位论文 尺度) 下空间目标的结构化变化理论，在此基础上再进行移位、符号化和夸大处理。其 主要目标在于建立中小比例尺地图分类综合的理论体系，从地图制图学的本质上认识制 图综合的实质，据此给出一些算法和方法，一般对这些算法和方法的验证是专题型的， 建立于流行的g i s 系统。另一种思想认为，在现有g i s 空间数据模型和系统的基础上， 运用数据结构理论和地图制图综合理论，通过对空问目标的分割、标识，建立尺度变化 时空间目标的综合模型和算法。其主要目标是基于流行g i s 系统，运用制图综合理论， 研究大、中比例尺空间目标尺度变化时的综合算法，并在g i s 系统进行验证。 以上两种方法的共同点在于，都要应用制图综合的基本理论，不同之处在于第一种 方法主要是应用地图制图理论研究中小比例尺的制图综合问题，第二种方法是依托于流 行g i s 系统研究大、中比例尺g i s 空间目标的综合问题。 以上两种方法的共同缺陷是空间目标综合理论的建立与g i s 空间数据模型是弱相 关或不相关的关系。因此，研究g i s 空间目标综合问题必须从空间数据模型开始，利用 既有的空间模型理论和其他相关理论建立适用于空间目标综合问题的g i s 空间模型理 论。、并在此基础上进行算法研究。 1 2 数字环境下的地图综合 传统制图综合用于地图比例尺缩小过程中减少地图表示内容的复杂度。强调精华、 摒弃糟粕、维护地图对象问的逻辑关系与唯一关系，以保留地图审美质量。将原地图进 行比例尺缩减变成目标地图，会导致地图特征物之间的空间竞争。地图特征物的空间竞 争是由两个累积效应产生的：在缩减比例尺时，地图上用于放置表达地图特征物符号 的位置变少；同时，为了维持地图对象的大小关系和易读性，符号大小相对于它覆盖 的实际地面来说增加了。可以通过以下几种方式解决上述冲突：1 ) 简化符号体系；2 ) 只 选择表达要素的一部分特征子集；3 ) 从其它地方转移一些特征。然而地图比例尺不是 影响制图综合的唯一因素，还包括地图的用途与目的嘲。此外，制图对象的分布规律、 制图区域的特点、编图资料的详细程度与数据质量、采取的编图方法等对地图的概括都 有很大影响。一个g 1 s 系统需要不同比例尺数据支持，目前的解决办法是在g 1 s 系统 中建立不同比例尺的数据库，在显示中设定不同要素或图层的比例尺范围。这引起了数 据冗余、数据的不一致性及内存开销的增加。理想情况是只存储一种比例尺的数据，从 中可导出其它需要的比例尺数据，这就是g 1 s 中的地理信息综合。现代地形图综合强 太原理工大学硕士学位论文 调在数字环境下实现综合的自动化。自动制图综合实际上是地理信息的综合。所谓自动 制图综合，是在数字地图环境下，根据地图用途、地图比例尺和制图区域地理特点的要 求，由计算机通过编程的模型、算法和规则等对数字化了制图要素与现象进行选取、化 简、夸大、概括和移位等操作的数据处理方法。 1 2 1 数字环境下自动制图综合的特点 数字环境下自动制图综合的特点如下“”：自动制图综合操作对象是数字地 图，操作主体是制图员与计算机的交互作用，操作方式是通过编程实现，操作结果还是 数字地图；手工制图综合操作对象是模拟图，操作主体是制图员，操作方式是利用刻( 绘) 图工具在目视可读的情况下直接处理图形资料，其结果仍是模拟图。手工制图综合目 的是获取新地图。静态环境下人们只关注综合前后的地图，而不管采取什么子过程；在 数字环境下，特别是g i $ 中，人们对自动综合的过程和结果都感兴趣。手工制图综 合过程中选取、化简、概括等操作是一次( 同时) 完成的；而在数字环境下，各操作是分 别独立进行的，其操作步骤具有可分解性。制图综合是一项复杂的创造性思维过程和 繁重的劳动过程，在手工制图综合的情况下，这些过程由制图员手工完成，综合质量取 决于制图员对制图对象规律性的认识以及对这些规律的表达能力。 1 2 2 数字环境下地图综合存在的主要问题 地图综合的理论和方法在很多情形下是以抽象的原则和概念性的描述表达的，这无 疑是数字环境下地图综合所面临的主要障碍。因为自动化往往是以计量化、模型化为前 提的，要提高地图综合的自动化程度，首先应提高地图综合方法和过程的计量化、模型 化程度“”。令人遗憾的是现实情况远远没有达到所需要的程度，所存在的问题是明显的。 ( 1 ) 要素的选取和形状化简缺乏明确的量化指标。例如，按制图规范，要素选取 时要保持不同地段的密度差别，化简时要保持图形的形状结构特征、复杂程度对比等。 但是，无论是密度差别还是形状结构特征、复杂程度对比，都缺乏有效的数量描述。 ( 2 ) 对地图综合的原则缺乏科学的量化描述。例如，内容完备性与清晰易读性的 统一是制图综合的基本原则之一。但是“完备”是相对于地图的主题而言的，要素丰富 到何种程度方为“完备”? “清晰”是受人眼视觉感受制约的，要素数量控制在何种程 度方为“清晰”? 两者都没有明确的数量标准，更难谈及如何实现二者的协调统一。 ( 3 ) 对地图综合过程缺乏规律性的总结。例如，图形的形状化简过程，实际上是 一种使图形的形状结构特征或复杂程度随比例尺的变化而变化的过程。但是，图形的形 6 太原理工大学硕士学位论文 状结构特征或复杂程度在数量上意味着什么，图形随比例尺变化的规律是什么，对于确 切的比例尺变化程度，确切的图形化简程度是什么，目前还很难找到理想答案。 当然，类似的问题还表现在制图综合过程的其它环节。研究制图综合方法和过程的 数学描述，将制图综合的经验和知识抽象成一定的数学模型，是数字环境下制图综合技 术发展中迫切而关键的任务。 数字环境下地图综合一直是自动化制图的核心难题，自7 0 年代开始研究以来，不 断取得了一些进展“”。目前国际市场上已经可以看到几种机助地形图综合系统，有的地 理信息系统也具有了一些初步的地图综合功能。例如，由z e i s s 商品化了的c h a n g 系 统已能进行诸如居民地综合的批量处理，i n t e r g r a p h 公司研制的具有人机交互综合工具 的m g e 地图制图综合系统也已进入市场。但是，从总的方面看，自动化地图综合的研 究还没有取得突破性的进展，达到生产实用程度的自动综合系统还没有出现。事实上， 目前的计算机技术及地图综合本身的理论和方法的发展水平已决定了实现自动化地图 综合还要经历一个比较漫长的过程。对此，人们已基本上取得共识，并正努力使这个过 程加快。在今后的研究中，以下问题是值得我们进一步关注和努力的： ( 1 ) 提高整个地图综合理论和方法体系中定量描述的程度和范围，系统开展地图 综合指标的量化工作，从理论高度总结地图综合规律。 ( 2 ) 发展与计算机技术相适应的地物选取模型，特别是结构选取模型；进一步使 制图综合的知识和经验抽象成可靠的数学模型和计算机所理解的形式，特别是将制图专 家的知识、经验归纳、总结为专家系统推理机制能够接受的具有严格性、准确性和系统 性的知识“。 ( 3 ) 重视结合地图数据库的设计研究制图综合，充分利用数据库的功能来解决自 动综合问题，将数学模型与数据库技术、专家系统紧密结合起来。 ( 4 ) 加强现代应用数学方法和各种计算机技术的引入，特别是人工智能技术、模 式识别技术的引入，加快智能型综合系统的研制和制图综合专家系统的开发。 ( 5 ) 进一步优化和扩展现有的机助地图综合的算法和软件，提高通用性和标准性， 加大批量处理的比例，使系统进一步向系统化、集成化和高效率方向发展。 ( 6 ) 紧密结合g i s 技术、多媒体技术的发展，改善交互环境，提供更为视觉化的 工具，以协助综合过程中的判断和决策。 ( 7 ) 注意地图综合与认识过程的密切关联以及制图综合过程的概念特征，更加有 7 太原理工大学硕士学位论文 效地利用存贮于数据库的属性信息。 ( 8 ) 集中各种方法的优势，探索自动化地图综合理论与方法的突破点以及自动化 地图综合的其它应用途径，例如在g i s l i s 和自然资源管理领域的应用。 1 3 地图综合与g i s 的关系 地图是一种综合的简化了的现实抽象，是对一些地理现象或地理规律的形象化描 述，地理规律对制图和制图概括起着重要的指导作用；g i s 具有很强的空间分析功能， 可以帮助我们对地理规律进行分析和归纳“”。可见，地图综合与g i s 有着特殊的关系。 ( 1 ) 地图综合应该是g i s 系统的重要组成部分或应具有的重要功能。一方面，g i s 应用要求快速高效的显示不同分辨率或不同详细程度的图形，在g i s 中嵌入地图自动综 合功能是解决问题的有效方法之一；另一方面，g i s 中有些空间分析工具对地图综合起 到重要的指导作用，成为g i s 系统的一个组成部分，地图综合的发展将更具前景，这已 经引起广泛注意，并作了部分研究，而且被写进国际g i s 研究议程。 ( 2 ) 地图综合推动了g i s 的发展，丰富了其研究内容。当然，g i s 发展最重要的 源动力来自于应用，为了节约成本，减少数据采集量，应用要求“一库多用”，地图自 动综合便成了解决问题最合适的方法，从而使真正实现“多比例尺g i s ”成为可能。“多 比例尺g i s ”迅速成为g i s 研究领域的热点问题之一，并成为国际研究课题。 ( 3 ) g i s 扩大了地图自动综合的内涵，传统制图综合过分依赖计算机图形学方法， 只注重图形信息的表达和概括，研究的重点长期停留在线划图形综合的算法上“”，把 g i s 与机助制图割裂开来，只认为地图的图形综合是地图综合，不承认数据库的综合( 或 地理要素的语义综合) 也是地图综合的组成部分，因而也就否认了g i s 的分析功能在地 图综合过程中的重要意义，g i s 的出现彻底改变了这一切，齐清文和刘岳认为g i s 环境 下的地图综合区别于传统地图综合的重要特征是前者分阶段实施，与地理信息的可视化 问题密不可分，并认为g i s 环境下存在两种意义上的地图综合，分属于两个不同的阶段 即数据语义综合( 或模型综合) 阶段和数据的图形综合阶段。 1 4g i s 中实现专题属性数据综合的两种模式 未来的g i s 数据库发展的目标是无缝的、无比例尺的综合数据库。从这个单一的数 据源经过自动综合实现多尺度数据表达是g i s 数据自动化综合的目标。如果以这样的数 8 太原理工大学硕士学位论文 据库为基础，实现专题属性数据综合可以考虑采用下面的模式。这个模式说明了如何由 无比例尺全要素数据库经过空间几何对象综合操作以及专题属性数据综合操作，经过各 自的可视化玄奥生成专题图的过程“2 “”2 2 2 “。同时，这个模式也反映了空问数据综合 和专题属性数据综合之间既相互独立又相互影响的特征。 就目前的计算机技术条件来讲，还无法完全实现这种无比例尺的数据库。目前可能 的途径只能是根据主导数据库，通过自动综合，得到不同尺度的新的数据库，预先存贮 起来，供不同尺度信息显示时使用。图卜1 显示了以主导数据库为基础的专题属性数据 综合的一种模式。如图卜1 。 这种模式在具体的实现过程中可以有两种处理过程，一种就是图卜2 显示的，经过 选取删除、合并空间几何对象、处理空间关系，并选取属性数据、重新组合、重新分 类分级之后，生成派生数据库，然后对派生数据库中的数据进行可视化生成专题图。这 样的处理过程对某个特定制图主题而言是高效可行的，派生数据库中只包含了与专题内 容相关的数据。另外一种处理过程如图卜3 所示，是利用从原始数据库选取的相关空间 数据和专题属性数据先生成派生数据库，然后再对派生数据库中的空间数据进行合并和 处理空间关系，以及进行专题属性数据的重新组合、重新分类或分级，最后将结果可视 化生成专题图。这样的派生数据库内容就比较丰富，利用它可以进行同一区域的其他相 关专题内容操作，避免从原始数据库中重复提取同一区域的数据，生成多个派生数据库。 具体模式图卜2 和图卜3 所示： 9 太原理工大学硕士学位论文 l 奎比例尺全要素数据寰j 上 数据质量检查 上 数据库综合 l 约束条件：主顾、il 约夷条件：丰题、l l 比例尺、区域ii 比例尺、区域i lil 选取属性数据重新组合、重新分类或分级 1 17 i 地物选取7 删除 f i上 i 合并空间几何对象、处理空间关系 i 上上 派生数据库中的几何数据 ii 派生数据库中的专题属性翦据l 上 图形综合 删除操作h 删除删f r r 忑习嗣 压缩操作| 一噩缩规则i i 竺竺兰：! h 竺! 竺竺i 放大操作h 放大规则i l 竺兰竺h 竺竺型i 面状对象 聚合操作h 聚合规则 线状对象 一放大操作h 放大规则 合并操作| 一合并规则 网卜冈 i 融合操作h 融合规则 【= = r = = a 一位移操作h 位移规则 l 1 兰竺! ! ! h 竺竺竺! ! ! ! ! l 结果评价、查询 图1 - 1 专题数据综合规则应用模式 f i g 1 1t h eg e n e r a l i z er e g u l a t i o no f m o d ea p p l i c a t i o no nt h e m a t i ca n da t t r i b u t ed a t a l o 太原理工大学硕士学位论文 i 无比例尺全璺素数据库 l 一 约束条件：主题、比例尺、区域 1 一一： i 对满足条件的空间几何对象的处理和空间关系的维护 专题属性数据重新组合、重新分类或分级i j 空间几何对象图形化简、移位、缩小、专题属性数据分析、选择视觉变量 j l 专题图 i 图1 - 2 无比例尺全要素数据库条件下的专题属性数据综合模型 f i g 1 - 2t h e m a t i ca n da t t r i b u t ed a t ag e n e r a l i z a t i o nm o d e lw i t hf u l l - e l e m e n t sw i t h o u ts c a l e 图1 - 3 以主导数据库为基础的专题属性数据综合模式 f i g 1 3t h e m a t i ca n da t t r i b u t ed a t ag e n e r a l i z a t i o nm o d e lb a s e do nm a g i s t r a ld a t a b a s e 太原理工大学硕士学位论文 1 5 地图数据库合并技术 在研究属性数据库合并前，首先要对地图数据库合并技术有一个总体的认识。地 图数据库合并是指由同一个地区两个或两个以上不同来源的数据库，生成一个新的更好 的地图数据库，在同名实体匹配的基础上，通过实体图形和属性数据的合并，新生成的 地图数据库全部或部分地继承了两个原地图数据库的优点，如点位精度高，现势性好， 属性信息丰富等2 5 “。 1 地图数据库合并技术的研究范畴 ( 1 ) 参与合并的两个原数据库是同一地区的，或者至少有一部分是同一地区的( 如 有相互重叠区域的地图数据库的拼接) 。 ( 2 ) 参与合并的数据源是矢量型的而不是栅格型的。对于原数据库是栅格影像的 情况，也可以在完成从影像上提取特征值后( 也就是转换成矢量型地图实体后) 参与 合并。 ( 3 ) 参与合并的两个原数据库的比例尺是相同的或相近的。因为在比例尺相差更 大时，数据库合并要考虑的因素比较多，能用它解决的问题就是有限的了。 ( 4 ) 参与合并的两个数据库具有相同或相近的时相，也就是说两个数据库在时间 上的跨度不是很大。如果时间跨度很大，那么同名实体匹配的成功率会很低，从而难以 进行合并处理，那么属性数据库的合并相应也就难以处理。 ( 5 ) 参与合并的两个原数据库消除了相互之间的系统差，主要是投影系统、坐标 系统以及测图控制网之间的差异。 ( 6 ) 参与合并的源数据库已经是经过形势一致化和逻辑规范化了。比如消除了数 据存储格式的不一致性，不同的数据格式已经进行了转换和统一；消除了统一地物要素 实体的表达类型差异。 ( 7 ) 参与合并的两个原数据库各有优点，或者说点位精度相对较高，或者属性信 息丰富，或者现势性较好，也就是说参与合并的两个地图数据库是不能完全丢弃的。如 果两个原数据库都没什么优势，就没有合并的必要了。 2 地图数据库合并的一般数据处理流程 地图数据库的合并一般包括以下四个过程：一是数据预处理，二是同名实体的匹配， 三是图形数据的合并，四是属性数据的转换和合并。 具体处理流程如下图所示： 1 2 太原理工大学硕士学位论文 图1 - 4 地图数据库合并的一般数据处理流程 f i g 1 - 4a c o m m o nd a t ad i s p o s a lf l wc h a r to ft h ec o m b i n a t i o na b o u tm a pd a t a b a s e 1 论文研究的目的和意义及论文的组织结构 地图是地球表面缩小的表象，地图图面上不可能包括所有的物体，因此必须选择某 些重要的地物，并对其形状加以化简和数量、质量的概括。居民地是普通地图上内容最 重要的要素之一，居民地综合的内容较多，图形处理也相对复杂，所以合理的综合策略 及合适的综合方法的选择尤其重要，这是一个关系到综合效果、效率甚至是综合流程可 行性的决策问题。本论文研究的目的如下： 1 ) 目前有些地理信息系统软件已具有了一些初步的地图综合功能，但是，从总的 方面看，自动化地图综合的研究还没有取得突破性的进展，达到生产实用程度的自动综 合系统还没有出现。a r c g i s 作为一个统一的地理信息系统平台，除了提供制图、数据 管理、地理分析和空间处理等基本的g i s 功能外，还提供部分的地图综合功能，如在 a r c m a p 中有合并、化简、分割、光滑和冲突处理等功能，在a r c t o o l b o x 中有聚合、创 建中心线和融合等功能。本文的研究目的之一是探索该软件的实用性，提高软件的通用 性，加大批量处理的比例，使软件进一步向系统化、集成化和高效率方向发展，以更好 的指导实际应用。 2 ) 空间数据和属性数据之间是相互联系、相互影响的关系。发挥了属性在制图综 太原理工大学硕士学位论文 合中的作用后，就可以使综合的效果更好、更加符合实际，同时也能提高综合效率。所 以本文的研究目的之二是在制图综合中把图形的属性考虑进去，研究图形的属性信息在 制图综合中所起到的作用情况。 本论文研究的意义如下： 首先，数字环境下地图综合一直是自动化制图的核心难题，虽然自7 0 年代开始研 究以来，不断取得了一些进展。但是，从总的方面看，自动化地图综合的研究还没有取 得突破性进展，达到生产实用程度的自动综合系统还没有出现。事实上，目前的计算机 技术及地图综合本身的理论和方法的发展水平已决定了实现自动化地图综合还要经历 一个比较漫长的过程。因此，探索a r e a s 在制图综合方面的实用性，对提高软件的通 用性，使软件进一步向系统化、集成化和高效率方向发展，实现地图综合咐自动化具有 重要的意义。 其次，在地图综合中，图形信息和属性信息是相互影响相互制约的关系，若单纯从 几何上去考虑图形的综合，而忽略了属性在地图综合中的作用，那么地图综合结果就可 能出现与实际不相符合的情况，而发挥了属性在地图综合中的作用后，就可以使综合效 果更好、更加符合实际，同时也能提高综合效率，所以对属性在地图综合中所起作用的 研究也具有重要意义。 本论文的具体内容及组织结构如下： 第一章首先简述了地图综合理论与技术研究的现状和存在的问题。其次介绍了数 字环境下制图综合的特点及存在的不足、地图综合与地理信息系统的关系及数据库合并 技术和g i s 中实现专题属性数据综合的两种模式。最后介绍了本论文的研究目的、意义 以及论文的组织结构。 第二章首先介绍了居民地综合的原则、方法、构成居民地的基本要素以及居民地 要素综合的内容。其次简要介绍了a r c g i s 的地图综合功能及g e o d a t a b a s e 数据模型的 优点。最后，分析了地图综合的数学方法，并介绍了模糊多层次综合评判模型。 第三章首先利用a r c g i s 已有的s i m p l i f yb u i l d i n g s 、f i n db u i l d i n gc o n f l i c t s 和 e l i m i n a t i o n 功能及s q l 语言，给出了建筑物简化、冲突建筑物搜寻及小面积居民地消 除的实例。 第四章基于居民地的属性信息，研究了如何利用模糊多层次综合评判模型判定居 民地取舍及确定居民地属性邻近程度，在a r c g i s 的菜单中嵌入一个u i b u t t o n c o n t r o l ， 1 4 太原理工大学硕士学位论文 利用v b 编程语言实现了自动取舍居民地及评判居民