基於結構特性的數字地圖多尺度表達研究

《基於結構特性的數字地圖多尺度表達研究》是依託西南交通大學，由李志林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於結構特性的數字地圖多尺度表達研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李志林
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

城市化和信息化的快速推進對空間數據更新提出了新要求。空間數據通常以地 圖形式表達，加快地圖數據更新的技術之一是地圖數據多尺度表達的自動化，即能從一個經 常更新的大比例尺地圖，通過地圖綜合自動生產任意小比例尺地圖。Al Gore 在1998 年提出的數字地球的構想也要求實現地圖和影像數據連續尺度自動表達，但Google Earth 和我國天地圖都採用若干比例尺而未實現任意比例尺。本研究針對現有方法僅考慮地圖的幾何、拓撲或專題信息，而忽略了地圖最基本的結構信息、從而未能兼顧地圖要素全局與局部結構特徵的不足，擬利用最新的複雜網路理論與方法，從複雜性、緊湊性及異質性角度深入分析地圖結構特性，有效構建包括結構分形維、結構信息熵等在內的較完整的地圖結構信息度量指標體系，揭示地圖結構信息量隨比例尺變化的規律，建立一套基於結構信息量的多比例尺地圖表達方法，為地圖生產與更新及網路地圖服務提供技術支撐。

結題摘要

地圖和空間數據的多尺度表達（地圖自動綜合）是個國際難題，一直是製圖和地理信息學界的研究焦點之一。當前，地圖多尺度表達的研究熱點從單個地物簡化轉向整體地圖簡化，從幾何算法逐漸轉向驅動幾何算法的規則。而多尺度表達規則的制定，則不僅要考慮統計信息，也要顧及幾何、專題、拓撲、結構等多類型信息。本研究強調利用結構信息來幫助更好地實現地圖多尺度表達，從空間結構信息度量指標體系的構建、地圖結構特徵隨尺度變化的規律和顧及空間結構特徵的地圖多尺度表達三方面展開研究。 針對空間結構信息度量指標體系的構建，團隊首先系統探討了地圖資訊理論的發展歷程、全面評估了現有的基於香農熵的信息度量指標；然後，針對矢量地圖，定義了拓撲結構緊湊性、拓撲異質性信息熵及不同尺度地圖拓撲結構信息熵指標；接著，針對柵格影像地圖，歷史性地解決了配置信息熵——玻爾茲曼熵——的計算問題。最終形成了空間結構信息度量指標體系。 針對地圖結構特徵隨尺度變化的規律，團隊仔細梳理了近30年來地理信息科學中尺度問題的研究，明確其發展趨勢和難點；評估了變形地圖表達的有效性；系統研究了地表覆蓋圖上各種要素表達隨比例尺變化的規律，構建了尺度效應預測模型；挖掘了不同空間尺度交通網路的結構特性，揭示出地圖複雜性隨空間尺度的變化規律。 針對顧及空間結構特徵的地圖多尺度表達，團隊重點關注了以捷運網和道路網為代表的網狀地圖變比例尺生成方法和要素選取問題；提出了網狀變比例尺地圖簡化原則及多種地圖生成方法；創立了顧及結構特性的道路選取以及多尺度的聚類理論。 團隊順利完成了申請書中提出的三個研究目標。共發表論文28篇（含錄用4篇），其中SCI/SSCI和EI論文分別為13和4篇。培養了21名研究生，作會議報告24次，其中特邀/主題報告10次。 有些成果不僅對地圖領域，而且對生態景觀等領域也極具參考價值。正如來自景觀生態學的學者指出的那樣，玻爾茲曼熵計算的突破，“邁出了將梯度理論與景觀熵相結合的重要的第一步”，“為探索景觀結構和構成對景觀可持續性的影響提供了一種可行的方法”。