道路网自动综合初探

【摘要】 道路网是国民经济建设的脉络,它在国民经济建设、军事及政治上都具有十分重要的意义。道路网的自动综合是一项很复杂的问题,而在道路的选取、化简、概括中,选取的问题叉尤为复杂。如何在道路选取后保持原有道路网的整体特征,是评价道路网综合好坏的标准。

【关键词】 道路网研究

1 引言

近10年来,GIS得到了迅速发展,应用规模和需求不断扩大和增加,处理的问题更加复杂化,一个GIS系统往往需要不同比例尺数据的支持。目前解决的办法是在GIS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、数据的不一致性以及内存开销的增加等问题。理想的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GIS中的地理信息综合,通常称为自动综合。地理信息综合的自动化成为了GIS研究领域内的热点和前沿问题。

2 目前道路网自动综合研究现状

2.1 基于空间关系

早期的道路选取方法主要足基于道路等级的简单选取,它只考虑道路的等级和属性,这种方法速度快,但它在运算过程中仅仅把每条道路作为单个对象考虑,而没有考虑幅内道路的整体特征,因此综合的效果较差。图论技术在自动综合中的应用,可使道路自动选取在整体结构特征上保持较好。目前道路网自动选取较好的方法有:按道路网眼结点强度值选取的方法,基于遗传算法的道路网综合,按照多边形骨架线进行综合等等。但无论哪种方法,都需要考虑道路网眼面积大小对综合后视觉感受的影响,因此就要对道路层数据建立正确的线面关系。基于上述考虑,首先应对道路网进行拓扑构建,建立起点、线、面之间的关系。这三者之间的关系包括:点一点关系、点线关系、点一面关系、线一线关系、线一面关系六种。

矢量数据的自动拓扑是GIS中关键算法之一,数据的自动拓扑一般分为以下几个步骤:①链的组织:对于图中相交的道路自动切成新链,使整幅图无除端点以外相交的线段;②结点匹配:端点在一定限差内的按照其甲均值进行修改,建立起点线的关系;③建立多边形:将所有线按一定方向(顺时针或逆时针I查找构建多边彤,确定线面的关系;④岛的判断:找m并记录多边形包含的情况;⑤内点生成:自动生成内点,确定多边形的属性。上述五步,使得要素的自动拓扑构建完毕。从而确定了要素层中点、线、面之间的关系。

2.2 基于算法

在线状要素的简化中Douglas一Puekcer算法是使用的最多的一种方法,因为它既能选取特征点又能最大限度的淘汰不必要的点,已经为大多数人接受。但是Douglas一peueker算法虽然简单但是计算量比较大,比较费时。Duoglas一Peucker算法原理:首先将每条曲线的首末点连接成一条直线,计算曲线上所有的点与该直线的距离,找出最大距离值dmax,与给定的闭值(限差)D相比较。若dmax≤D,则这条曲线上的中间节点全部去掉;若dmax≥D,则保留dmxa对应的坐标点,并以该点为界,把曲线分为两部分,对这两部分重复使用上述过程。

垂距法的基本思路就是顺序取曲线上的三个点,计算中间点与其他两点连线的垂线的距离d,与闭值D作比较。若d≤D,则中间点去掉;若d≥D,则中间点保留。然后依次选取下三个点继续处理,直到这条线结束为止。

2.3 基于约束条件

街道网的综合表现为对街道的选取,选取街道应正确反映街道的通行情况和街区平面图形特征。街道选取的方法有很多,主要包括基于图论或射线式分析的过滤式选取方法”。本文提出了一种城市街道网的自动综合方法,其核心思想是将街道网综合中的约束融入特定的数据结构,在相关算法的支持下进行街道的自动选取,它实现了街道网的渐进式综合。

城市街道网综合中的约束主要包括:①街道的最短长度;②街道所围成的街区的最小面积;③所需保留的特定街道;④街道连通度;⑤街道数量;⑥街道数量与街区面积的对比。根据约束的功能,将其分为四类:图形、功能、数量和结构;根据约束的范围,进一步将其分为三类:单一街道的约束、不同街道间的约束和街道与街区间的约束。

3 道路网自动综合发展趋势

地图综合作为地图制作的关键技术在数字环境中被冠以“国际难题”,这一难题在地图学界己悬置多年了。尽管有众多的地图学及有关专业的专家学者投入到该研究领域,在某些环节上做出了突出贡献,但作为一门完整的技术,目前还没有得到根本解决。也使得到目前为止,在众多的图形软件中还没有产生一套专门进行地图自动化综合的软件,尽管不少地图软件,在某些环节不同程度地开发了一些综合功能模块,但都是单项的,与完全自动化还相距很远。

迫切的应用需求与现在有限的技术水平之间的矛盾如何解决？理论研究专家和实际应用部门的管理人员都对此问题产生了兴趣,提出了不少解决途径。比较现实的解决方案是:采用人机协同的作业形式,将地图综合过程分解,合理地进行人机分工,交互式地完成地图缩编工作。自动化与非自动化不能由二值化BIT简单地区分,两者之间的转化可逐步渐变实现。基于这一思想,我们可以将综合行为划分为自动处理过程和手工操作过程,而让人和计算机分别承担这两个过程,并随着综合理论与术的发展,逐步减轻手工操作行为,增加自动处理行为,直至完全实现自动化。

4 总结与展望

地图综合是国际上地图学界和GIS界的一个研究热点,也是一个研究难点,相应地,地图综合软件的研制目前也仅仅停留在理论探讨和建立实验系统的阶段。在现在的环境下,只能依靠人机交互,在初始图的基础上,实现有级数的逐步变化。而最理想的方式是实现在线完全的自动综合,达到真正意义上的无级缩放,这还要借助算法和软件的深入研究。

参考文献:

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[3]徐峥.基于ARCG1S的居民地与道路的自动综合[D].北京:武汉大学,2005.