【硕士论文804】基于出行模式的动态道路综合模型与方法研究 开题报告

学位论文开题报告论文题目基于出行模式的动态道路综合模型与方法研究报告人申请学位硕士所在学院地理科学学院学科专业地图学与地理信息系统指导教师副教授报告时间2013年12月6日目录1选题背景及研究意义111选题背景112研究意义22国内外研究现状221出行模式及其在地理信息领域的研究现状222道路综合算法研究现状323道路综合模型研究现状424国内外研究现状总结63研究目标、研究内容和拟解决的关键问题731研究目标732研究内容733拟解决的关键问题84技术路线85研究创新点与预期成果1051研究创新点1052预期成果106研究工作积累与已取得的研究成果117下一步工作计划、可能的技术难点与解决方法1371下一步的工作计划1372可能遇到的技术难点与解决方法138论文组织141选题背景及研究意义11选题背景地理空间数据是地图制图表达的重要数据来源，其自动综合问题一直是现代地图学领域关注的热点问题，也是最具挑战性与创造性的难点之一1。地图综合的实现遵循了一个由简单到复杂，由局部到整体，由数字化到智能化的客观发展过程。随着地理信息技术的迅速发展和城市化进程的加快，多元空间数据集成、多尺度地理空间数据库建设及其一体化更新的地理信息服务需求将日益严重。在数字地图的各要素中，道路综合是地图综合的重要内容之一，它在地图综合中的作用主要表现在（1）道路是地图、地理信息中最基本的要素之一，是空间信息库建立的重要内容。多尺度道路数据是国家空间信息基础设施框架数据的重要组成部分，其完整性、现势性对于许多应用至关重要。特别是，互联网和移动通信时代的新型应用对道路网自动综合有急迫需求。（2）地图图形的80以上为线要素或者由线要素组成，因此，地图综合的研究大多集中于线要素综合，道路作为最重要的线要素，是地图综合的重点和难点。近几十年来，地图综合在综合理论、模型与方法方面积累了丰硕的研究成果，地图综合从传统的单机版、单要素、静态综合向分布式、多要素、实时动态的方向发展。传统的制图综合致力于生产高质量的静态纸质地图，对综合算法的效率不够重视。随着计算机技术、网络技术的发展，具有高度交互性的网络地图和移动地图的应用越来越普及，这就对地图综合提出了新的要求，要求服务器能够在较短的时间内提供任意地点、任意时间和任意比例尺的最新地理信息2。目前网络地图和移动地图多采用多尺度地图数据和离线综合3,4的方法，建立已有尺度之间更多尺度的地图数据，以便用户根据自己的要求进行选择，该方法简单易行，不需要进行实时地图综合运算，但是用户得不到自适应的地图数据，由于存贮太多尺度的地图数据，必然造成大量的数据冗余。传统的地图综合技术制作的地图可以广泛的用到不同的任务上，随着互联网技术和人工智能技术的发展，地图的研究重点已经从地图的制作技术逐渐转向地图使用过程，更加关注语义信息和用户的个性化信息。新技术条件下的地图综合要求根据用户的任务和用户上下文信息提供满足用户需求和地理信息快速可视化表达的地图。出行模式作为作为重要的上下文信息之一，与道路综合操作相关，直接影响道路内容的表达。不同的出行模式下，出行的空间尺度不同，用户的道路认知特点也不同，为了满足不同出行模式下的道路认知需求，必须提供恰当尺度、适宜信息量、与特定出行模式相关的道路地图。基于出行模式的动态道路综合不仅要求地图内容自适应于用户出行模式，地图比例尺、地图信息载负量也要与用户的出行空间相关联。在这种情况下，多尺度数据库和离线综合产生的地图就不能满足要求。近年来，针对网络地图的动态生成和实时生成，国内外专家学者从空间数据索引5、渐进式综合6、并行计算7,8等方面进行了大量的研究，大大提高了地图综合算法的执行效率。针对地图的个性化表达方面，学者从空间认知9、本地驱动10和用户需求11方面展开了研究。这些研究为本研究奠定了基础，基于此，本文提出基于出行模式的动态道路综合模型与方法研究。本研究基于地图综合理论和方法，融合计算机科学和地图空间认知理论等方面的知识，在当前计算机智能技术、计算机智能技术和地理信息等技术驱动的背景下，研究基于不同出行模式的动态道路综合模型与方法。12研究意义本研究的意义主要体现在以下几个方面（1）将出行模式引入到道路综合之中，改变地图综合从传统的以制图者为中心到新技术条件下的以地图使用者为中心，提供满足用户特定任务的地理信息，注重提高地图服务质量，使地图综合服务更加智能化、人性化，并且为将来进一步研究其他上下文要素对网络地图综合的影响提供参考；（2）系统地整理与分析现有道路综合算子、算法，分析不同算子、算法所适宜的综合尺度范围和算法参数设置与比例尺的关系，为在动态环境下道路综合算法的选取提供依据，可以推动大量道路综合算法在动态环境下的拓展与应用；（3）对道路综合的模型进行总结，总结现有综合模型的优点及其局限性，分析动态道路综合的触发条件，构建基于混合出行模式的动态道路综合模型，并设计案例对模型进行验证，对智能化的道路综合系统乃至智能导航的研究具有一定的促进作用，具有一定的应用价值。2国内外研究现状从20世纪60年代开始，地图综合研究在综合约束条件、综合模型、综合算法等方面取得了一系列研究成果，特别是近20年来，以美国国家地理信息中心NCGIA、德国汉若威大学、瑞士苏黎世大学以及我国武汉大学资环院、中科院地理所和解放军测绘学院等为代表的研究团队，在地图综合研究中融入了新的研究方法如分形、神经元网络、认知功效、专家系统、遗传算法、AGENT、协同等，丰富了地图综合的理论与方法，这为地图综合向着智能化、个性化方向的发展奠定了基础。下面就前人在相关方面的研究工作进行回顾与分析。21出行模式及其在地理信息领域的研究现状第一，关于出行模式。出行是交通规划中最基本的概念，日本的佐佐木把出行定义为人、物资或作为运输方式的汽车从某地点向其他地点移动时，称为出行，其中人的移动称为个人出行12。出行方式是指居民外出的交通方式，主要包括步行出行、自行车出行、公交出行和私家车出行等。居民出行所采用的主要出行方式的组合称为此用户的出行模式13。个体出行模式及出行行为的研究是目前城市地理学和交通地理学日益关注的研究领域。在出行方式选择方面，杨励雅等以出行链为分析单元，构建了快速城市化进程中居民出行方式选择的结构方程模型14。殷焕焕等以城市居民出行方式选择行为作为研究对象，分析了影响出行方式选择行为的主要因素，利用BP神经网络可以自动获取研究对象的输入、输出间关系和较强的学习训练特性，建立了基于BP神经网络的居民出行方式选择模型15。在出行的空间分布方面，林红等利用信息熵原理来分析居民出行空间分布的变化情况16。钱林波以南京主城为例，讨论城市土地利用的混合程度与居民出行空间分布的相互作用关系，并通过分析土地利用混合程度与居民出行空间分布的作用机理，构建土地利用混合程度与居民出行比例之间的关系模型17。在出行模式的认知特点研究方面，戢晓峰通过建立偏好路线集对出行经验进行描述，并提出了出行信息搜寻的LOGIT模型，以刻画出行者的动态信息认知过程18。高鹏借鉴心理学、行为学、认知学等相关学科的诸多研究成果，分析了路径选择的行为过程、路径选择的准则和路径选择行为的相关影响因素，在此基础上确定了驾驶员路径选择的总体框架模型19。戢晓峰在界定驾驶员任务集聚认知模式内涵的基础上，分析了驾驶员任务集聚认知模式的影响因素，并解析了驾驶员出行中所面临的多源出行信息环境，通过统计分析获取影响驾驶员认知模式的关键因素，运用有序多分类LOGISTIC回归方法来构建驾驶员认知模式的决策模型20。第二，出行模式在地理信息领域的研究现状，冯冲在研究基于时空关系的移动定位数据的处理方法和以手机切换定位方法为基础的、结合模糊逻辑的道路匹配方法的基础上，提出一种基于先验知识的手机用户出行模式的识别方法13。童晓君将GPS技术应用于居民出行的研究，结合GIS技术对基于出租车GPS数据的居民出行行为进行了探讨和分析21。舒永钢探讨了WEBGIS在休闲和旅游信息搜索方面的应用，试图通过结合活动理论、社会认知理论等提出从个性维度、休闲旅游情境、行为态度、空间信息等对WEBGIS功用进行测量，将行为理论思想应用于WEBGIS具体问题22。杨利军等基于人本主义思想，借助GIS工具模拟出行空间，并通过实验实现了居民微观行为空间、行为过程以及对沿路交通状况及土地利用特征的宏观综合模拟23。周素红等利用TGIS技术，通过调查广州典型街区居民的出行日志，研究广州居民日常活动的时空特征和社会阶层日常活动的时空分异，探寻居民活动与城市空间结构的关系24。22道路综合算法研究现状道路综合是一个可分解的过程，常用的有选取、化简、移位三个算子，对道路的化简和移位算子的研究都已经成熟，当前对道路综合的研究都集中在道路的选取算子上。在对道路的自动选取方面，总的来说有“选多少”和“选哪些”的问题。前者已经有较好的解决方法，如开方根公式和回归模型25等。对于后者，主要有王家耀等提出基于图论的道路网自动选取方法26。胡云岗等提出了基于网眼密度的道路选取方法27；邓红艳等将遗传算法用于保持道路网分布特征的选取28；BJORKE以道路等级、连通度和拓扑属性为约束条件,将信息墒用于小比例尺下的道路选取综合29。蔡永香等利用神经网络模型计算街道相对重要性以进行渐进式街道选取30；田晶等提出了一种基于信息损失的渐进的街道动态选取方法31；徐柱等提出一种基于路划网络功能评价的道路选取方法32；郭敏等提出了基于ID3决策树推理模型的道路选取方法33李木梓提出基于层次随机图的道路选取方法，通过构建道路网的层次聚类结构以辅助道路选取34。在道路简化方面，主要的算法有DOUGLASPEUCKER算法、垂距法、光栏法、LANG算法；钱海忠等提出基于CIRCLE的线要素化简算法35；任海艳等提出一种基于遗传算法的曲线化简方法36。针对其化简过程中产生的自相交问题,ZHILINLI和OPENSHAW提出基于自然规律的线要素化简方法37；郭庆胜提出渐进式化简算法38；SAALFELD提出基于逻辑一致性的DOUGLAS化简算法39；VANDERPOORTEN等提出基于计算几何技术如DELAUNAY三角形的化简算法40等。为了解决线要素综合程度的客观化控制及地理特征的自动保持等问题，王桥等提出基于分形分析的线要素自动综合方法41；吴纪桃，王桥研究基于小波分析的线要素化简方法42；武芳、邓红艳提出基于遗传算法的线要素自动化简的新方法43。在道路移位方面，BURGHARDT提出基于SNAKE的移位方法44；艾廷华提出基于场论的移位方法45；武芳提出基于弹性力学思想的道路目标位移方法46。23道路综合模型研究现状道路综合模型是描述道路综合中某些关系的数学表达式。合适的综合概念框架是解决自动地图综合这样复杂问题的前提，其理论模型必须能够描述整个综合过程，并且要区分基本的过程内容与步骤47。1道路综合约束条件制图综合约束条件是制图综合过程中以及综合结果应该遵循的准则。制图综合的约束条件主要来源包括用户特征、制图目的、比例尺、地图符号、数据质量和设备限制。与本研究最为相关的来自用户特征的约束条件主要有用户认知方面AGRAWALA等基于认知心理学研究，即人们在创建路径地图时会扭曲路径的长度、角度以及曲率，在保持拓扑关系一致的前提下，通过扭曲各段道路的长度，改变拐弯点的角度，简化单条道路的形状等对路径地图进行综合，使路径地图更加符合人的认知特点，从而提高其可用性48。用户任务方面CECCONI等针对用户对不同尺度地图连续表达的需求，提出采用在线综合和多尺度数据库相结合的策略，在多尺度数据库基础上建立不同尺度数据库的链接，利用在线综合方法生成用户需求尺度地图的综合策略49。KULIK等提出一个基于本体驱动的地图综合算法DMIN算法，保证与用户任务相关的道路保持更多的细节50。用户位置方面刘召芹等提出适应LBS使用环境的“以满足空间认知需求”的导航地图制作方案，通过路线形状简化、路段长度伸缩、路段角度简化、路标提取、地标移位等处理，设计了路线简化图，缓解了目前在LBS应用中存在的地图数据与屏幕大小的矛盾51,52。用户速度方面施俊飞在探讨速度对移动地图空间认知影响的基础上，重点分析了速度与移动地图比例尺之间的关系，提出了不同速度下移动地图比例尺的效用曲线示意图，基于此实现顾及用户速度的移动地图道路综合53。此外，MUSTAFA,N等针对动态综合提出简化算法，这一算法针对大的地图数据集，基于矢栅混合结构，利用一些图形硬件（结构缓冲、色彩缓冲、模版缓冲、深度缓冲），实现线的简化54。2道路综合规则制图综合知识规则是有关地理信息的信息抽象、概括和特征的知识与经验规则化，它是实现地图综合综合的源泉55。当前针对地图自动综合规则的研究包含综合规则分类、综合规则形式化表达和综合规则库的构建。综合规则分类方面，高文秀等将植被地图综合分为几何规则、属性信息综合规则、植被连续性分布规则、地图规则等56。刘晓慧指出制图综合知识规则一般包括地理要素重要性规则、地理要素选取规则、属性综合规则和图形综合规则57。张伟针对土地利用，将制图综合规则分为地物重要性规则、地物选取规则、小图斑综合规则、小间距地物判断与处理规则和边界化简规则58。蔺兴森总结了农用地分等汇总制图综合过程中需要遵循和运用的主要综合规则,包括地物重要性规则、地物选取规则、合并规则、聚合规则、融合规则、形状化简规则59。综合规则的形式化表达方面，综合规则的表达方式很多，如面向对象、产生式、逻辑、语义网络、框架、状态空间、概念从属、剧本等。在综合系统中，主要采取产生式规则6063和面向对象式规则6466来表达制图综合规则。综合规则库的构建方面，齐清文等按照概括条件、概括行为和概括要求（或概括水平）3个变量构建知识规则库三维坐标关系67。应申等针对不同的比例尺，依据地图图式，结合城市大比例尺地图数据的特点，构建了针对城市建筑物的综合规则库68。张伟和张利君分别针对土地利用专题图，构建了针对土地利用制图综合的规则库58,69。武芳等建立了河系自动综合的产生式规则库，在规则库中依据规则驱动采用正向推理完成河系选取的推理过程，推理中全面考虑了河网知识和综合中各条规则的优先级和权重70。牛方曲等基于产生式规则，构建了地图综合规则库71。3道路综合模型首先，传统道路综合模型方面，从20世纪六十年代开始出现了许多优秀的地图综合概念框架模型，这些综合模型也可以用于指导道路综合。这些模型可以分为两类（1）基于过程的概念模型，这类模型关注综合的过程结构，主要有波兰地图学家RATAJSKI提出了RATAJSKI模型72，将地图综合过程分为两个基本类型数量综合与质量综合。MORRISON提出了MORRISON模型73，将化简、分类、符号化、归纳之间的关系进行了形式化，基本思想是通过形式数学理论来阐述地图综合问题。NICKERSON和FREEMAN提出NICKERSONFREEMAN模型74，这是一种为专家系统设计的综合模型，由对源图要素进行四种处理操作、符号放大、要素重定位、比例缩小、地名配置五个任务组成。KEBRASSEL和RWEIBEL提出BRASSELWEIBEL模型75，该数字综合模型被认为是最适用于把各种专家系统集成进来的模型，该模型把地图综合看成是个智能过程，包含五个在数字环境下的综合过程结构识别、过程识别、过程建模、过程执行和数据显示。MCMASTER和SHEA提出MCMASTERSHEA模型76，将综合过程分为三个操作领域（1）为什么综合；（2）什么时候综合；（3）如何综合。毋河海结构化自动综合模型77，它由三部分组成总体选取模型、结构实现模型和实体综合模型。毋河海提出“5W1H模型”78，将地图综合基本概念模型表达为“为什么（WHY）”、“是什么（WHATIS）”、“做什么（WHATISTOBEDONE）”、“何时（WHEN）”、“何地（WHERE）”、“怎么做（HOW）”等6个问题。TINGHUAAI和PETERVANOOSTEROM提出基于制图变换的综合概念模型79，该模型将综合模型看成是空间实体制图与空间关系制图两种过程。（2）基于目标层的概念框架，这类模型以不同层次的目标集合为基础，主要有MULLER提出了基于距离的、拓扑的和结构的空间目标抽象层次80。RUAS和PLAZANET提出基于约束条件的地图综合概念框架81。MORGENSTERN和SCHURER提出一个由目标综合、模型综合和制图综合构成的综合模型82。武芳等提出基于协同的地图自动综合概念框架模型47，该模型说明了人在自动综合中所处的地位和所起的决策作用，该模型中既有人的参与，又最大限度地实现了综合的自动化。杜道生等提出了专题数据综合的概念模型83，该模型从较为整体的专题数据综合的角度描述专题数据综合的基本思路和过程，突出专题数据综合与地形数据综合的差异。HARRIE和WEIBEL提出基于人机协同的综合概念框架模型84，STEINIGER和WEIBEL提出一种基于THEMATICMAP综合的概念框架85，该框架包括三个阶段结构分析阶段、综合阶段和可视化阶段。龙毅等提出多要素协同综合的概念模型86，该模型考虑要素间、要素内、目标间的组合关系、顺序关系、空间关系和空间结构关系。专门针对道路综合提出的综合模型有邓红艳提出了一种基于遗传算法的道路网综合模型，该模型在保持道路网的空间分布性和实用性方面具有良好的效果87。邓红艳等针对道路网综合时须保持道路网眼空间分布特征这一基本要求，在讨论道路网眼拓扑形式化描述的基础上提出了一种基于拓扑相似性的道路网综合模型，该模型通过制定道路网拓扑相似性评价指标来进行道路网综合方案选择，同时针对拓扑相似性相同的不同道路删除方案，进一步提出了利用道路形状加以评价的方法88。第二，动态道路综合模型方面，董卫华等指出用户往往按照与现实世界一致的路线图进行道路导航和路线寻址，针对传统弧段结点模型不能完整有效地表达道路网的几何与属性特征，提出了基于动态分段的道路网示意性地图综合模型89。24国内外研究现状总结通过对相关文献资料的调研，相关研究现状总结如下1当前对出行模式的研究主要集中在出行方式影响因素和出行模式的认知特点方面，出行模式的研究也开始在地理信息领域展开应用，但是缺乏系统的出行信息认知特点分析，对不同出行模式下用户的道路认知特点还没有研究。出行模式是道路综合中重要的用户上下文信息之一，出行模式影响用户的道路认知特点，进而影响道路的综合结果。道路综合的根本目的在于满足人们的地理信息需要，因此研究基于出行模式的道路认知特点，进而发挥其对道路综合的指导很有必要性。2针对道路综合的研究已有不少成熟的算法，但是这些算法大多面向的是传统的纸质地图的综合，因此对其在动态实时环境下的适宜性进行分析；不同的综合算子、算法有其适合的地图尺度范围，且不同的数据、不同的尺度，其综合算法的参数设置也不一样，因此对于这些算子、算法在不同条件下的适宜性需要深入分析。3现有的地图综合模型的研究多集中在静态环境中的概念模型和过程控制模型方面，且多数是面向静态的地图生成，在面向网络地图、移动地图的动态地图综合环境下，还没有分析动态地图综合的触发机理，没有在约束参数变化时动态调配综合算子、算法与参数的地图综合模型。3研究目标、研究内容和拟解决的关键问题31研究目标基于智能化道路综合的发展需求，在充分分析国内外相关理论与研究方法的基础上，以道路综合理论和地图空间认知理论为基础，通过分析不同出行模式下用户道路认知特点，探讨不同出行模式下能满足用户空间认知要求的地图尺度范围，使得出行模式通过尺度与地图综合发生关联。分析道路综合算子、算法在动态环境下的适宜性，构建基于出行模式的动态道路综合规则，基于APRIORI关联方法等智能化方法实现道路综合规则与综合算子、算法和参数的动态匹配，动态地生成满足用户不同出行模式地图认知需求的地图，使道路综合服务更加人性化，丰富和完善智能化道路综合理论，促进道路综合在智慧旅游、智慧导航等方面的应用。32研究内容1动态环境下道路综合算子、算法适宜性分析对不同比例尺下道路的表达特点和用户的地图认知特点进行分析，研究道路综合各个算子所适用的地图尺度范围；对道路综合算法的时间复杂度进行分析，每个算子中选取时间复杂度低、综合质量高的算法进行实现；对不同比例尺下道路的表达特点和不同综合算法的算法参数分析不同综合算法参数阈值的确定与比例尺的关系。2基于步行和驾车模式的道路综合规则研究不同的出行模式下，用户道路认知特点不同，首先借鉴基于空间认知的导航系统设计方法，并辅助问卷的方法，对步行和驾车模式下用户道路认知特点进行分析；基于用户的道路认知特点确定步行和驾车模式下能满足用户道路认知特点的地图尺度；基于地图尺度分析在该尺度下进行道路综合所需选用的道路综合算子、算法和参数，得到出行模式和道路综合算子、算法和参数的对应关系，将得到的对应关系基于产生式规则进行形式化表达，形成基于出行模式的道路综合规则。3基于混合出行模式的动态道路综合模型构建实现动态道路综合的关键在于当用户出行模式和上下文环境发生变化后，系统要能够捕捉到变化并能与道路综合规则动态匹配，之后根据综合规则选择相应的算子、算法和参数执行道路综合操作。首先分析道路综合的触发条件；综合行为被触发时，基于道路综合规则的形式化表达方法和关联规则算法如APRIORI算法等方法，研究用户出行模式与道路综合算子、算法和参数的动态匹配方法；最后结合地图综合的过程控制理论构建基于出行模式的动态道路综合概念模型。4基于出行模式的动态道路综合方法实现搭建出一个道路综合平台，将构建的道路综合模型搭载到实验平台上。平台由服务器端和客户端两部分组成。服务器端负责道路数据的存储与管理、道路综合算法的实现、接受客户端的请求并响应、结果数据的生成与传送。客户端负责与用户进行交互、生成综合算法的参数、向服务器端发送请求、数据的解析与表达等，并且具有网络地图的基本浏览、移动、缩放、查询等功能。最后设计典型案例，验证上述基于出行模式的动态道路综合规则与动态道路综合模型的可用性。33拟解决的关键问题（1）出行模式与地图尺度的对应关系不同的出行模式下，用户的道路认知特点不同，为了满足用户的地理空间认知需求，就需要提供给用户不同细节层次的道路地图，相应的就需要确定不同出行模式下需要给用户提供何种尺度的地图。因此研究出行模式与地图尺度的对应关系，进而通过尺度，使得出行模式与地图综合发生关联是本研究首先要解决的问题。（2）出行模式与道路综合算子、算法和参数的动态匹配方法只有建立综合用户出行模式与道路选取算法和参数的匹配方法，才能根据用户特定的出行模式对道路采用不同的综合策略，进而得到不同的综合结果。这是保证动态道路综合实施的核心环节，是本研究的一个关键问题。4技术路线本文的技术路线如图所示相关文献的收集与整理道路综合算法时间复杂度分析不同综合算子适用的尺度范围综合算子分类不同尺度下道路综合算法确定基于混合出行模式的动态道路综合模型动态环境下道路综合算子、算法适宜性分析基于出行模式的道路综合规则不同出行模式道路认知特点基于出行模式的动态道路综合方法实现地图认知道路综合模型出行模式道路综合算法实验平台搭建典型案例验证出行模式与道路综合算子、算法和参数的对应关系出行模式道路综合算子道路综合算法动态匹配综合算法的参数分析算法参数阈值与比例尺的关系不同算法的参数设定过程控制图1技术路线图（1）相关文献的收集与整理阶段收集自上世纪70年代以来，国内外道路综合的相关书籍、论文和报告，了解和掌握进行道路综合的相关操作、常用算子、算法及基本原理。并对搜集的算法进行分类、归纳和评估，分析每个算子、算法所适合的数据情况，完善道路综合的算子算法库。收集出行模式及其在地图制图领域的应用相关文献资料，了解与掌握出行模式研究在地图制图领域中的研究进展。收集动态地图综合模型的相关资料，了解现有的动态地图综合模型的研究现状。收集网络地图综合平台与移动地图综合平台的相关文献资料，了解与掌握进行系统构架的方法，及各模块功能的实现方式。了解现有的网络地图综合平台进行地图综合处理的业务流程，综合功能的实现方式，数据传输方式，以及服务器端与客户端的任务分配方式。（2）动态环境下道路综合算子、算法适宜性分析A道路综合算子适宜性B道路综合算法适宜性C不同算法的参数与比例尺的对应关系（3）动态道路综合模型A基于出行模式的道路综合规则构建借鉴现有的研究方法，如基于空间认知的导航系统设计方法，充分考虑用户在感知、编码、推理空间信息中的心理反应，兼顾道路的本体特征，并辅助问卷的方法，研究步行和驾车模式下用户的道路认知特点。基于用户的道路认知特点确定能满足该认知特点的地图尺度，基于所确定的地图尺度分析出行模式与道路综合的算子、算法和参数的对应关系；将出行模式与道路综合的算子、算法和参数的对应关系基于产生式规则进行形式化表达，得到基于出行模式的道路综合规则。B出行模式与道路综合算子、算法和参数的匹配方法基于道路综合规则的形式化表达方法和关联规则算法如APRIORI算法等方法，研究用户出行模式与道路选取算法和参数的动态匹配方法。C基于出行模式的动态道路选取概念模型构建（4）基于出行模式的动态道路综合实验搭建道路综合实验平台，将构建的动态道路综合规则和动态道路综合模型搭载到实验平台上，并设计典型案例，验证上述思想。5研究创新点与预期成果51研究创新点将出行模式引入到道路综合之中，通过地图尺度将出行模式与地图综合产生关联，变地图综合从传统的静态被动的地图综合到新技术条件下动态实时的地图综合，从传统的以制图者为中心到新技术条件下的以地图使用者为中心，提供满足用户特定任务和认知习惯的地理信息，注重提高地图服务质量，使地图综合服务更加智能化、人性化。52预期成果1不同比例尺下道路综合算子、算法的适宜性2构建基于混合出行模式的动态道路综合模型3基于出行模式的动态道路综合原型系统4在完成本研究的基础上，发表高质量论文1至2篇，申请专利1项。6研究工作积累与已取得的研究成果目前已初步完成论文前期准备及如下研究工作（1）已初步完成对国内外研究现状的分析和总结（2）已初步完成道路综合算法的整理算子算法道路综合算法选取基于道路等级的简单选取；王家耀（1985）基于图论的道路网自动选取；张青年（2004）基于动态分段的线要素选取；胡云岗等（2005）基于网眼密度的道路选取；BJORKE（2005）基于信息熵的道路综合选取；THOMON等（2006）基于“STROKE”概念的道路选取；邓红艳等（2006）基于遗传算法的道路选取；田晶等基于信息损失的渐进的街道动态道路选取方法；徐柱等（2012）基于陆划网络功能评价的道路选取方法；郭敏等（2012）基于ID3决策树推理模型的道路选取方法。简化LANGT（1969）的LANG算法；DOUGLAS和PEUCKER（1973）的DOUGLASPEUCKER算法；OPHEIMH1982的OPHEIM算法；MCMASTER和SHEA（1992）的LANG算法；王桥（1995）的基于分形分析的线要素自动综合方法；SAALFELD（1999）的基于逻辑一致性的DOUGLAS化简算法；吴纪桃（2000）等的基于小波分析的线要素化简方法；POORTEN（2002）的基于计算几何技术的化简算法；武芳（2003）等的基于遗传算法的线要素子栋化简；钱海忠（2005）的基于CIRCLE的线要素化简算法；ZHILINLI和OPENSHAW（1992）的基于自然规律的线要素化简方法；郭庆胜（2007）的渐进式化简算法；任海燕（2012）的基于遗传算法的曲线化简方法。移位基于机械式方法的NICKERSON算法；BURGHYARDT（1997）的基于SNAKE的移位方法；艾廷华（2002）的基于场论的移位方法；武芳（2005）基于弹性力学思想的道路目标移位方法。（3）道路综合算子的可用性分析比例尺选取简化典型化移位路网综合复杂度1500K125K150K1100K1200K算子应用的限度地图比例尺比例尺变化范围在第一个尺度范围内（大比例尺到150000），因为有足够的空间来显示所有的道路目标而不需要很多修改，所以使用选取和简化算子已经足够。在第二个尺度范围内（比例尺从150000到1300000），明显出现重要的形状改变，由于符号宽度增加，需要增加典型化和移位算子，因此路网综合复杂度增加。在第三个尺度范围内（1300000到更小比例尺），制图可用空间变小，只能表示重要的道路目标，由于目标数量变少，典型化和移位算子变得不那么重要，综合复杂度随之减小。（4）已发表科研论文1朱伟，沈婕等，线要素光滑算法时间复杂度分析J，南京师范大学学报，2012年第35卷第4期；2沈婕，郭立帅，朱伟等，消息传递借口环境下等高线简化并行计算适宜性研究，测绘学报，测绘学报，424621628；3郭立帅，沈婕，朱伟，线要素化简算法的时间复杂度分析J，测绘科学技术学报，2012年第29卷第3期；4沈婕，郭立帅，朱伟基于MPI的等高线简化并行计算适宜性研究J,测绘学报；5闫浩，沈婕，朱伟，线光滑算法效率优化方法研究J，南京师范大学学报（工程技术版），2012年6月第12卷第2期；6JSHEN,LGUO,LQI,WZHU,DELAUNAYTRIANGULATIONPARALLELCONSTRUCTIONMETHODANDITSAPPLICATIONINMAPGENERALIZATIONISPRS2012（5）已申请软件著作权序号名称登记号1基于PTHREAD的线要素光滑系统2013SR0279492基于OPENMP的线要素光滑系统2013SR0443483基于MPI的线要素化简系统2013SR0438694基于OPENMP的DTIN并行构建系统2013SR0443515基于OPENMP的线要素化简系统2013SR044355（6）国家专利沈婕，郭立帅，朱伟，吴银丽一种面向并行POI简化的任务拆分与分发方法CN103336778A；沈婕，朱伟，尹子鹤，吴鹏，顾及空间临近关系的矢量等高线数据划分方法。7下一步工作计划、可能的技术难点与解决方法71下一步的工作计划进度安排计划研究内容201312实时动态环境下道路综合算法可用性分析20141动态道路综合模型构建20142基于出行模式的动态道路综合实验2014320145论文撰写、修改，准备答辩72可能遇到的技术难点与解决方法可能的难点1出行模式与道路综合算子、算法和参数的动态匹配方法。解决方法1基于关联规则算法如APRIORI算法或决策树方法等方法，结合道路综合规则的形式化表达方法，进行用户出行模式与道路综合算子、算法和参数的动态匹配。8论文组织第一章绪论11选题背景及研究意义12国内外研究现状121出行模式及其在地理信息领域的研究现状122道路综合算法研究现状123道路综合模型研究现状13国内外研究现状总结14研究内容与论文组织141研究内容142论文组织第二章出行模式和地图空间认知相关理论21出行模式相关理论22地图空间认知相关理论23步行和驾车模式与地图尺度的对应关系24本章小结第三章动态环境下道路综合算子、算法适宜性31道路综合算子适宜性分析32道路综合算法适宜性分析33道路综合算法参数设定与比例尺的关系34本章小结第四章基于混合出行模式的动态道路综合模型41基于出行模式的道路综合规则构建411不同出行模式下用户道路认知特点412出行模式与道路综合算子、算法和参数的对应关系413基于出行模式的道路综合规则42动态道路综合触发条件分析43道路综合的过程控制44基于混合出行模式的动态道路综合概念模型45本章小结第五章基于出行模式动态道路综合方法实现51系统设计52系统实现53案例分析54本章小结第六章结论与展望61论文结论62存在问题及展望参考文献攻读硕士期间科研成果致谢参考文献1王家耀空间数据自动综合研究进展及趋势分析J测绘科学技术学报,2008,250117,122王家耀,李志林,武芳数字地图综合进展M北京科学出版社,20113贾奋励电子地图多尺度表达的研究与实践D解放军信息工程大学,20104JONESCB,MARKWAREJMAPGENERALIZATIONINTHEWEBAGEJINTERNATIONALJOURNALOFGEOGRAPHICALINFORMATIONSCIENCE,2005,19898598705邓红艳,武芳,翟仁健,等一种用于空间数据多尺度表达的R树索引结构J计算机学报,200911771846董卫华,郭庆胜,刘纪平,等道路网示意性地图的渐进式综合研究J武汉大学学报信息科学版,200798298327张栋海,黄丽娜,刘晖,等基于MAPREDUCE的多机并行DP算法与实验分析J地球信息科学学报,2013155608马劲松,沈婕,徐寿成利用DOUGLASPEUCKER并行算法在多核处理器上实时综合地图线要素J武汉大学学报信息科学版,201112142314269宁永香,刘召芹,谢彩香基于空间认知理论的移动导航电子地图设计J测绘工程,200702434610KULIKL,DUCKHAMM,EGENHOFERMONTOLOGYDRIVENMAPGENERALIZATIONJJOURNALOFVISUALLANGUAGESANDCOMPUTING,2005,16324526711董卫华面向需求的示意性道路网地图渐进式综合D武汉武汉大学,200812佐佐木纲交通工程学M北京人民交通出版社,199313冯冲基于移动定位数据的用户出行模式识别D昆明理工大学,201114杨励雅,邵春福,李霞城市居民出行方式选择的结构方程分析J北京交通大学学报,2011061615殷焕焕,关宏志基于BP神经网络的居民出行方式选择模型J交通信息与安全,201103475016林红,李军基于信息熵的居民出行空间分布变化研究J交通运输系统工程与信息,20070511011417钱林波城市土地利用混合程度与居民出行空间分布以南京主城为例J现代城市研究,20000371018戢晓峰,成卫基于出行决策的出行信息认知模式研究J人类工效学,201101606219高鹏基于路网知识的驾驶员路径选择研究D吉林大学,201220戢晓峰,魏雪梅出行信息影响下驾驶员任务集聚认知模式研究J计算机工程与应用,201321童晓君基于出租车GPS数据的居民出行行为分析D中南大学,201222舒永钢WEBGIS旅游信息搜索功用研究及应用D浙江工商大学,201223杨利军,周素红一种基于GIS的居民出行空间及交通网络评估方法J计算机工程与设计,2006203754375624周素红,邓丽芳基于TGIS的广州市居民日常活动时空关系J地理学报,2010121454146325王家耀,邹建华地图制图数据处理的模型方法M北京解放军出版社,199226王家耀,崔铁军,王光霞图论在道路网自动选取中的应用J解放军测绘学院学报,198501798627胡云岗,陈军,李志林,等基于网眼密度的道路选取方法J测绘学报,20070335135728邓红艳,武芳,翟仁健,等基于遗传算法的道路网综合模型J武汉大学学报信息科学版,20060216416729BJRKEJT,ISAKSENEMAPGENERALIZATIONOFROADNETWORKSCASESTUDYFROMNORWEGIANSMALLSCALEMAPS,2005C30蔡永香,郭庆胜基于神经网络的街道渐进式选取J测绘信息与工程,200805242631田晶,郭庆胜,冯科,等基于信息损失的街道渐进式选取方法J武汉大学学报信息科学版,20090336236532徐柱,刘彩凤,张红,等基于路划网络功能评价的道路选取方法J测绘学报,20120576977633郭敏,钱海忠,黄智深,等ID3决策树推理模型及其在道路网选取中的应用J测绘科学技术学报,20120430831234李木梓,徐柱,李志林,等基于层次随机图的道路选取方法J地球信息科学学报,20120671972735钱海忠,刘颖,张琳琳,等基于圆特征的地图要素自动综合算法研究J海洋测绘,200501141736任海艳,陈飞翔一种基于遗传算法的曲线化简方法J测绘通报,201210323537LIZ,OPENSHAWSALGORITHMSFORAUTOMATEDLINEGENERALIZATION1BASEDONANATURALPRINCIPLEOFOBJECTIVEGENERALIZATIONJINTERNATIONALJOURNALOFGEOGRAPHICALINFORMATIONSYSTEMS,1992,6537338938郭庆胜线状要素图形综合的渐进方法研究J武汉测绘科技大学学报,199801545839SAALFELDATOPOLOGICALLYCONSISTENTLINESIMPLIFICATIONWITHTHEDOUGLASPEUCKERALGORITHMJCARTOGRAPHYANDGEOGRAPHICINFORMATIONSCIENCE,1999,26171840VANDERPOORTENPM,ZHOUS,JONESCBTOPOLOGICALLYCONSISTENTMAPGENERALISATIONPROCEDURESANDMULTISCALESPATIALDATABASESM/GEOGRAPHICINFORMATIONSCIENCESPRINGER,200220922741王桥,胡毓钜基于分形分析的自动化制图综合研究J测绘学报,19950321121642吴纪桃,王桥小波分析在GIS线状数据图形简化中的应用研究J测绘学报,200001737743武芳,邓红艳基于遗传算法的线要素自动化简模型J测绘学报,20030434935544BURGHARDTD,MEIERSCARTOGRAPHICDISPLACEMENTUSINGTHESNAKESCONCEPTJSEMANTICMODELINGFORTHEACQUISITIONOFTOPOGRAFICINFORMATIONFROMIMAGESANDMAPS,BIRKHAEUSERVERLAG,1997597145AIT,VANOOSTEROMPADISPLACEMENTMETHODBASEDONFIELDANALYSISJINTERNATIONALARCHIVESOFPHOTOGRAMMETRYREMOTESENSINGANDSPATIALINFORMATIONSCIENCES,2002,3421846武芳,侯璇,钱海忠,等自动制图综合中的线目标位移模型J测绘学报,20050326226847武芳,王家耀地图自动综合概念框架分析与研究J测绘工程,448AGRAWALAM,STOLTECRENDERINGEFFECTIVEROUTEMAPSIMPROVINGUSABILITYTHROUGHGENERALIZATIONPROCEEDINGSOFTHE28THANNUALCONFERENCEONCOMPUTERGRAPHICSANDINTERACTIVETECHNIQUES,ACM,2001C49CECCONIAINTEGRATIONOFCARTOGRAPHICGENERALIZATIONANDMULITSCALEDATABASESFORENHANCEDWEBMAPPINGDUNIVERSITTZRICH,200350KULIKL,DUCKHAMM,EGENHOFERMONTOLOGYDRIVENMAPGENERALIZATIONJJOURNALOFVISUALLANGUAGESCOMPUTING,2005,16324526751刘召芹,谢彩香,林宗坚,等LBS导航认知地图服务系统设计与实现J测绘科学,200702606352刘召芹,谢彩香,林宗坚,等空间认知对等导航电子地图的简化探讨J地理与地理信息科学,2006,2204111553施俊飞顾及用户速度的移动地图道路综合算法研究D南京南京师范大学,200954MUSTAFAN,KRISHNANS,VARADHANG,ETALDYNAMICSIMPLIFICATIONANDVISUALIZATIONOFLARGEMAPSJINTERNATIONALJOURNALOFGEOGRAPHICALINFORMATIONSCIENCE,2006,20327330255应申,李霖制图综合的知识表示J测绘信息与工程,200306262856高文秀,潘郑淑贞基于规则的植被地图综合的研究J地理与地理信息科学,20040171157刘晓慧土地利用数据制图综合方法的实践性研究D中国农业大学,200558张伟基于ARCGIS的土地利用制图综合方法研究D浙江大学,200659蔺兴淼GIS支持下农用地分等数据制图综合研究D长安大学,200760刘春,丛爱岩基于“知识规则“的GIS水系要素制图综合推理J测绘通报,199909212461高文秀,潘郑淑贞基于规则的植被地图综合的研究J地理与地理信息科学,20040171162武芳,谭笑,翟仁健,等基于知识表达和推理的河网自动选取J辽宁工程技术大学学报,20070218318663牛方曲,甘国辉,程昌秀,等矢量数据综合规则表达与实现方法以土地利用数据综合为例J地球信息科学学报,20090442142764KANGH,DOS,LIK,ETALMODELORIENTEDGENERALIZATIONRULESESRIUSERCONFERENCE,2001C65蔡忠亮,杜清运,毋河海,等大比例尺地形图交互式综合系统数据库平台的建立J武汉大学学报信息科学版,20020328929566齐清文,姜莉莉面向地理特征的制图综合指标体系和知识法则的建立与应用研究J地理科学进展,2001S111367齐清文,姜莉莉面向地理特征的制图综合指标体系和知识法则的建立与应用研究J地理科学进展,2001S111368应申,郭仁忠,闫浩文,等面向模型的大比例尺制图综合框架设计与实现J测绘学报,20020434434969张利君土地利用总体规划制图综合方法研究D华东师范大学,201170武芳,谭笑,翟仁健,等基于知识表达和推理的河网自动选取J辽宁工程技术大学学报,20070218318671牛方曲,甘国辉,程昌秀,等矢量数据综合规则表达与实现方