《基於圖的譜方法的空間目標形狀表達與度量研究》是依託湖北大學，由王新生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於圖的譜方法的空間目標形狀表達與度量研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王新生
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空間目標的形狀表達與度量是地理信息科學領域的重要研究課題，但是長期以來在形狀表達和度量研究方面，仍然存在兩個主要問題：一是，尚沒有形成一種對0-3維空間目標都適用的形狀表達和度量方法。二是，現有的形狀表達和度量方法在套用中都或多或少存在局限。這嚴重地制約著基於形狀的空間信息分析和套用。本項目研究擬提出一種解決0-3維地理空間目標的形狀表達和量化的新方法，包括提出空間目標形狀結構特徵的表達方法和技術、反映地理空間目標形狀結構特徵關聯圖的構建方法和技術，以及反映形狀度量的關聯圖譜特徵的計算方法和技術。本項目研究提出的形狀表達和度量方法既能結合基於輪廓線的形狀描述方法的優點，又能結合基於區域的形狀描述方法的優點，同時又能處理0-3維地理空間目標的形狀描述問題，這將極大地改進基於形狀的的空間查詢、空間聚類、地圖圖形的計算機識別，以及基於形狀的遙感影像信息提取與目標識別等方面的研究。
結題摘要
按照申請書制定的技術路線，歷時3年，項目研究達到了申請書預定的研究目標。提出了一些新方法和技術，整體上實現了基於圖的譜方法的空間目標形狀表達和度量，並形成了一個原型軟體。提出了一種基於約束Delaunay三角網的自由圖形特徵點提取方法。形狀表達中需要提取反映圖形輪廓線邊界結構信息，這些信息則主要反映在其特徵點上。項目研究提出的方法可以有效地提取自由圖形邊界上的特徵點。提出了構建自由圖形中軸的3種方法。目前算法中存在的一些問題，項目研究提出並實現了3種構建自由圖形中軸的方法和技術：（1）基於Voronoi圖的矢量逼近方法；（2）基於歐氏距離的區域分配的柵格逼近方法；（3）基於約束Delaunay三角網三角形外接圓圓心軌跡的矢量逼近方法。提出了一種自由圖形中軸剪枝方法。逼近算法構建中軸的精度取決於圖形邊界線離散化採樣點的密度。如果需要保持中軸的高精度，必然要出現更多的中軸分支，這需要研究對中軸分枝剪除的方法。目前已有的中軸剪枝算法都不能取得滿意效果。本項目研究針對構建中軸的約束Delaunay三角網外心法出現的中軸分支問題，提出了一種新的剪枝的方法。大量的實驗表明，剪枝新方法是有效的、可行的。提出了構建關聯矩陣的新方法。通過分別採用鄰接矩陣、拉普拉斯矩陣、距離矩陣和角度矩陣來數位化表達關聯圖，大量的實驗結果表明，圖的譜方法是一種有效表達空間目標形狀信息的方法，其中選擇角度矩陣作為關聯矩陣的效果最好。此外，項目還開展了基於圖的譜方法的空間目標形狀表達與度量的普適性實驗研究，進行了圖形形狀邊界擾動、旋轉和縮放實驗以及三維形狀的實驗研究，結果均表明本項目提出的方法有效可行。形成了一個“空間形狀信息表達與識別”原型軟體。軟體是基於ArcGIS、Matlab平台進行二次開發的產品， 是一個集成顯示、編輯和分析處理等功能為一體的空間形狀數據綜合處理軟體，具有強大的空間形狀信息表達與度量的功能。項目研究存在的主要問題是，目前對3維空間目標形狀表達和度量的研究極少，一些問題解決難度很大，例如自由形狀的中軸精確構建問題、高維矩陣的降維問題等。項目研究完成了預期的研究結果。發表基金標註論文19篇，其中SCI檢索論文1篇、EI檢索論文9篇，出版專著1部，取得計算機軟體著作權1項。
