空间尺度与语义尺度联合控制下的地理国情地图综合

殷红梅

中国测绘科学研究院，北京100036

地理国情数据具有精度高、数据量大、语义信息丰富的基本特征，是地图产品表达与服务应用的基础数据。为应对多层次服务、多领域应用、多粒度表达与分析的需求，在基础调查数据基础上，通过尺度变换获得多比例尺表达的数据版本很有必要。地理国情地图综合属于专题地图综合范畴，与以实现空间特征简化为目的的普通地图综合相比，其地图综合要更多地关注语义特征的概括，并强调综合结果语义特征的一致。因此，空间特征约束与语义特征约束联合控制将成为地理国情地图综合的主要特点。论文以现有地图综合理论及方法为基础，根据地理国情数据特点及综合需求，对专题地图综合理论和方法进行拓展，针对地理国情数据尺度变换的综合规则构建、综合操作算法设计、综合结果质量评价等问题进行研究，为工程化应用中快速、高效、准确地实施数据多尺度变换提供技术支撑。

(1) 总结归纳了针对地理国情数据尺度变换的专题地图综合理论与方法，在概念层上建立了空间、语义尺度联合的地图综合策略。

(2) 建立了空间特征与语义特征共同约束下的地图综合规则模型，提出了综合过程控制规则、综合要素排序规则、要素邻近度计算规则、九元组综合算子调用规则等系列综合决策推理与实施控制规则。针对综合过程控制，提出了由语义归并、图斑合并、狭长图斑降维、小图斑处理、边线化简等操作构成的综合过程控制规则；针对综合要素排序，提出了基于区域地类重要性的综合要素排序规则；针对邻近度计算，提出了基于语义层级与有序量联合的语义邻近度计算模型，解决了语义层次树中的横向不同类型间、纵向不同层次间语义差异的量化计算问题。并进一步与空间邻近度融合，建立了统一的图斑邻近度表达模型。针对综合算子调用，建立了基于数理逻辑的规则形式化表达的九元组模型，从综合对象、属性码、几何类型、操作类型、操作算子、指标项、指标临界值的上限、下限、语义关系等方面，对综合操作的对象、条件、操作及控制条件进行定义。在此基础上，顾及国内不同区域环境下地理国情特征差异，构建了由九元组模型构成的综合规则库。

(3) 提出了兼顾空间形态化简与面积平衡保持、语义一致保持的多边形图斑尺度变换算法。地理国情地图综合前后各类用地面积需要尽量保持平衡、语义特征应尽量保持一致，论文针对该难点问题，通过面积正向变化与负向变化的联合控制机制，设计一系列有效的尺度变换算法。针对狭长图斑探测，提出了基于滚球原理和基于单纯形的探测方法，并比较两者优劣；针对狭长图斑降维，设计了基于语义邻近度加权的狭长图斑降维剖分算法；针对小面积图斑的取舍归并，建立了不同空间与语义环境下由非邻近图斑合并、小图斑夸大、变点、剔除与剖分合并构成的小图斑综合处理策略；针对图斑间共享边界线化简，提出了基于包络圈的自然要素边界线化简方法，以及基于最小二乘法的人工要素边界线化简方法。

(4) 提出了兼顾空间特征评价与语义特征评价的地图综合质量评价指标，构建了质量评价模型。针对地图综合结果的地理结构特征和语义特征评价，分别构建了宏观、中观、微观不同空间层次下对应的质量评价模型。其中，地理结构特征评价方面，提出了要素面积平衡性、空间布局稳定性、分布特征保持性、格局优势度方面的评价模型；语义特征评价方面，提出了语义精确性、语义一致性、语义类型完整性、语义结构相似性方面的评价模型。