地信毕业设计 第1章 绪论

第1章绪论1.1本课题研究背景和意义基础地理数据库的持续更新已经成为一个世界性的难题与热门话题。

道路数据的更新工作是整个基础地理数据更新工作的重要组成部分，它的工作量在整个更新工作中占了主要成分。

由于我国幅员辽阔，道路交通复杂，更新的周期很长。

当前我国正在大力修建、改造道路网，道路通行状况每年都在发生着巨大的变化，道路数据的更新工作正对我们进行着严峻的考验，现有的道路数据更新速度已经满足不了人们对于不同比例尺的地图数据的现势性需求，地图数据现势性差的缺点已经成为制约其在应用上的关键问题。

如何充分利用已有的数据和成果，减少更新工作中的重复劳动，提高生产和更新效率，是一个很有现实意义的研究方向。

近年来，用制图自动综合方法更新地图数据的研究已经成为GIS和制图领域的一个重要的研究方向。

地图自动综合是从较详细的大比例尺地图派生较小比例尺地图的过程，当然也可以更新较小比例尺地图。

缩编更新就是基于地图自动综合的理论技术，用新的大比例尺数据更新旧的各级较小比例尺数据，不仅节省人力物力，而且可缩短更新周期，并使各比例尺数据具有一致性。

因此利用较新的大比例尺道路数据通过缩编方法更新现势性较低的中小比例尺道路数据，从而实现多比例尺道路数据的联动更新是十分自然而合理的一种选择，具有很高的实际应用价值，在实践上可以解决生产和更新的核心问题，提高生产效率；在理论上将解决道路数据自动综合在地图更新方面的关键技术问题，同时也为其它要素的更新提供思路。

1.2道路数据更新研究现状1.2.1制图综合缩编的概念制图综合，cartographic generalization，在祝国瑞（1990）先生的理解和定下，认为制图综合是指在地图制图者由大比例尺地形图缩编成小比例尺地图的过程中，根据地图成图后的用途和制图区域的特点，通过选取、化简、加以概括和抽象形式制图对象带有规律性的类型特征和典型特点，而将那些对于改图来说是次要的、非本质的地物舍去，这个过程叫做制图综合。

地图缩编，简称缩编，是根据小比例尺地图信息是包括在大比例尺地图中的原理，利用已有的大比例尺GIS数据库中的基础地理数据，通过制图综合生成多个小比例尺数据的过程。

地图缩编也是一个制图综合的过程，只不过处理的数据是已有的大比例尺数据而不是实测数据，因而可以称作新形势下的制图综合。

地图自动缩编，则是借助计算机自动完成地图缩编的过程[ ]。

1.2.2研究现状目前的空间数据库更新生产方式可分为3类：基于影像的综合判断更新、基于大比例尺数据更新小比例尺数据的缩编更新、基于实地数据采集的车载GPS 更新。

其中利用大比例尺更新较小比例尺数据是经济快速性价比最高的更新方式，越来越引起重视并得到青睐。

利用地图自动综合更新多比例尺地图数据是GIS和制图领域的一个重要研究方向。

早在2004年国家自然科学基金委员会（NSFC）就资助了“利用大比例尺数据更新小比例尺地图数据库的自动综合研究”和“GIS空间数据库更新模型与方法研究”两个项目，这使得地图数据的缩编更新研究得带的国内的重视。

国内已有学者针对国家1:5万数据库更新工程的实际需求，研究分析了用较大比例尺新道路数据缩编更新较小比例尺数据的总体思路，提出了基于网眼密度的道路选取和顾及层次分析的道路匹配方法，实现了道路数据缩编更新的自动综合处理，并在1:5万数据更新实践中进行了实验验证。

道路是地理数据中非常重要的一个要素。

当今科技发展迅速，为适应经济发展要求，道路的修筑有了前所未有的发展。

现在，绝大部分地区特别是平原地区道路呈现出一种四通八达的细密的网状结构，少数地区如山区等有枝杈状道路的分布。

a网状道路网 b枝杈状道路网图5-1.道路的两种主要类型当地理数据由大比例尺缩编到小比例尺时，考虑到人眼对要素之间距离的最小分辨率大小和一定幅面上的信息最大载负量的大小，有必要对密集的道路进行综合。

道路的综合分为两大部分：取舍和化简。

取舍是为了保证从大比例尺到小比例尺的数据载负量减少的要求，根据道路的长度、等级、拓扑连通性等诸多几何语义属性，保留重要道路，舍弃次要道路；化简是为了去掉小比例尺上人眼无法分辨的弯曲，对道路进行裁弯取直，保留道路的特征点，去掉肉眼已经无法分辨的冗余信息。

为了保证道路的图形特征和连通性，随后又在考虑道路属性的同时，加入了道路的长度、连通性等因子，提出了基于图论的道路选取方法(Mackaness W A, 1995；Jiang B, 2004)。

这种方法的主要思路是根据图论的原理，利用道路结点或道路路段或闭合道路围成的面作为单元进行选取。

以道路结点作为单元为例，需要将结点所连接的道路的等级、长度、条数等作为综合因子，并根据各因子的重要程度大小，赋以不同的权重，最后组成关联矩阵，计算得到各结点的综合选取系数，将道路结点按选取系数从大到小的排序，代表了道路结点的重要程度的由高到低。

需进行取舍时从选取系数最小的道路结点开始舍弃，舍弃与该结点相连的所有道路。

舍弃的道路总的多少可以根据统计学原理，经过大量统计对比得到选取率，如方根模型(Töpfer F,1966)。

（扩展）[1]Mackaness W A. Analysis of Urban Road Networks to Support CartographicGeneralization[J]. Cartography and Geographic Information Systems, 1995, 22(4):306-316.[2]Jiang B, Harrie L. Selection of Streets from a Network Using Self-organizing Maps[J].Transactions in GIS, 2004, 8(3):335-350.[3]Töpfer F, Pillewizer W. The Principles of Selection: a Means of CartographicGeneralization[J]. The Cartographic Journal, 1966, 3(1): 10-16.[4]对于四通八达的交通网的干线的辨别，人眼是最好的方法。

从人眼的视觉感受出发，Thomson和Richardson提出了道路和水系的“stroke”概念(Thomson R C & Richardson D E, 1999; Thomson R C ,2006)，即表现为相同方向的那些元素容易被看成连在一起构成一个“stroke”。

这种方法首先要对路网进行组织，将首尾相接方向相同的路段组织成stroke，并记录每个stroke 由多少条路段组成作为该stroke的度。

长度越长的stroke越重要，度越大的stroke说明其得连通性越好，如图5-2所示，Stroke1的长度最长，度最大，可以说是最重要的，而stroke3长度最短，度仅为1是最不重要的。

最后根据stroke的长度和维度进行排序，由小到大的依次舍弃直到达到选取率为止如果下图需要取舍，则取舍顺序为3241。

[5]Thomson R C, Richardson D E. The ‘Good Continuation’ Principle of PerceptualOrganization Applied to the Generalization of Road Network[A]. Proceedings of the 19th International Cartographic Conference[C]. Ottawa:[s. n], 1999, 1215-1223.[6]Thomson R C. The ‘Stroke’ Concept in Geographic Network Generalization andAnalysis[C]. The 12th International Symposium on Spatial Data Handling, Vienna, 2006. Töpfer F, Pillewizer W. The Principles of Selection: a Means of Cartographic跨尺度更新对道路网选取的新要求对于道路网数据库的更新，按照传统的做法，将新大比例尺数据从整体进行取舍得到新小比例尺数据，是一种“推倒重建”的做法，需要耗费大量的人力物力，而又废弃了原有的小比例尺数据，总体看来是一种资源和人力的浪费，这样的做法不符合地理数据库更新的要求。

本文针对新大比例尺数据对原有的小比例尺数据进行更新，是一种针对变化要素的更新，针对发生变化的局部地理数据进行更新。

这种局部更新的方法可以充分利用已有的数据，大大减少数据的操作量，提高综合效率。

对于道路网的更新来说，就是在原有的旧的小比例尺道路数据基础上根据新的大比例尺数据进行修改，得到新的小比例尺数据。

利用第四章的方法，我们得到了三种类型的道路：（1）完全没有变化的道路。

这种情况的道路在新大比例尺和旧小比例尺上均存在，且没有发生变化，我们要暂时将旧小比例尺中的这部分数据予以全部保留，在后续的更新中会在局部适当舍弃；（2）删除表中的道路。

这里面包含了部分变化的道路和消失的道路，需要在旧小比例尺地图数据中删除这部分道路。

（3）综合表中的道路。

这里包含了部分变化和新增加的道路，对于部分变化的道路来说因为已经在旧小比例尺中删除了，所以统一看出是新增加的道路。

新增道路的原因有两个：一是在历史发展中增加了新的道路，这是符合社会和经济发展的形势的；二是在旧大比例尺数据向旧小比例尺数据综合时舍掉了部分道路。

旧的小比例尺道路数据是从旧大比例尺数据中综合而来，在综合的过程中有些道路被舍掉了，但这部分道路在现实中依然存在，在新大比例尺数据中依然被表现出来。

但无论新增道路是由哪种原因造成的，都对我们的更新方法没有影响，我们将把他们添加到旧的小比例尺数据中。

处理这种类型的道路是本节的重点。

当然，我们不能将所有的新增数据都加入小比例尺数据中，这样超过了小比例尺数据的最大载负量，不符合地图数据综合的要求。

所以我们需要一种可以对道路网进行增量更新的方法，将综合表中满足要求的道路添加到小比例尺数据中，同时舍弃小比例尺中不满足要求的道路，从而实现小比例尺道路的更新，这样既能满足道路网几何属性拓扑的特性和正确关系，又能仅对少量新增数据进行处理，大大提高更新效率。

基于单位影响域的道路增量缩编根据5.1.2小节分析，本文提出一种基于单位影响域的道路增量缩编方法，本方法的重点体现在两个方面：一是道路选取的首要指标是道路的单位影响域，有关单位影响域的定义和计算将在后面章节详细介绍；二是道路的选取是基于增量信息的，即选取对象并非整个大比例尺的道路数据，而是综合表（新增和部分变化道路）中大比例尺道路数据。