發(fā)布時間：2018-10-23 10:09

【摘要】：土地利用數(shù)據(jù)庫是對土地利用現(xiàn)狀進行詳細調查所獲得的專題型數(shù)字化成果數(shù)據(jù)庫。主要用于土地資源管理,以反映土地的地理位置、數(shù)量、質量、空間分布、土地利用類型、權屬和利用情況等。與一般的地理數(shù)據(jù)類似,土地利用數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分,其中,土地利用空間數(shù)據(jù)中的地類圖斑具有覆蓋整個空間區(qū)域無縫隙的特點,土地利用屬性數(shù)據(jù)蘊含豐富的語義信息和多層次類型劃分的專題特征。因此,土地利用數(shù)據(jù)庫制圖綜合有別于傳統(tǒng)的普通地圖數(shù)據(jù)庫制圖綜合,它是制圖綜合理論與技術在土地利用專題數(shù)據(jù)領域的典型性應用,其目的是為了提高地圖的可讀性和可理解性。在制圖綜合處理過程中,除了要考慮傳統(tǒng)的制圖理論因素外,還需要根據(jù)應用目標需求和制圖區(qū)域的特點,綜合考慮該區(qū)域地類圖斑分布模式、統(tǒng)計特征、語義、拓撲、圖形、精度等多種約束因素,按照綜合的先后約束順序進行系統(tǒng)化的綜合處理。目前,很多學者對土地利用數(shù)據(jù)制圖綜合進行了大量的研究,取得了一系列研究成果。但是,這些研究在綜合方式上主要還是以交互式綜合為主,智能化程度不高；在綜合算法上,由于實施多重約束的困難性,算法通常都只顧及了某種約束條件或側重于綜合的某一方面,導致顧此失彼,而土地利用數(shù)據(jù)制圖綜合是一個系統(tǒng)工程,需要從多個方面綜合考慮各種約束因素。因此,分析研究土地利用數(shù)據(jù)制圖綜合的多重約束因素,探討顧及多重約束條件的面向土地利用數(shù)據(jù)庫制圖綜合的自動綜合算法和研究智能化的綜合系統(tǒng)在理論和實際應用中都具有非常重要的意義。 本文主要以土地利用數(shù)據(jù)庫中的地類圖斑為研究對象,考察其在綜合過程中應遵循的合理綜合流程、被實施的主要綜合操作以及各種操作需要顧及的多重約束條件；按照綜合操作實施的先后順序,選取圖斑歸并綜合、狹長圖斑降維綜合和圖斑化簡綜合三種最常用的圖斑綜合操作,研究其在多重約束條件控制下的自動綜合方法,并構建智能化的土地利用數(shù)據(jù)庫綜合系統(tǒng),通過1：10000到1：50000的土地利用數(shù)據(jù)自動綜合實驗和對實驗結果進行評價分析,驗證本文提出的自動綜合算法的有效性和合理性以及智能化綜合原型系統(tǒng)的可行性和實用性。具體研究工作如下： 1)介紹了本文的研究目的和意義,總結了普通地圖制圖綜合的研究現(xiàn)狀和土地利用圖制圖綜合的研究現(xiàn)狀,指出了當前面向土地利用數(shù)據(jù)制圖綜合研究的不足,界定了本文的研究范圍及研究內容。 2)介紹了制圖綜合約束的基本概念和制約制圖綜合的因素,分析了土地利用數(shù)據(jù)的基本特征：多層的空間數(shù)據(jù)組織結構、地類圖斑全覆蓋和豐富的語義信息和專題特征；淺析了土地利用圖與普通地圖制圖綜合的區(qū)別；從尺度約束、結構約束、空間關系約束、語義約束、幾何約束、綜合過程約束六個方面構建了面向土地利用數(shù)據(jù)庫制圖綜合的約束控制知識體系,并分別闡述了各個約束的含義和意義;從綜合質量控制和綜合的完整性角度考慮,給出了幾種針對土地利用數(shù)據(jù)綜合結果進行整體評價的方法,分別是：面積變化率、語義相似度、結構相似性和布局穩(wěn)定性,以便檢查綜合結果是否合理,從而保證綜合質量。 3)針對地類圖斑自動歸并綜合,分析了圖斑歸并綜合需要顧及的多重約束條件以及各約束條件實施的先后順序,并根據(jù)圖斑間的拓撲關系進一步將圖斑歸并綜合劃分為聚合、合并和融合三種類型,分析了每種類型的含義及操作方式,并指出融合操作可視為合并操作的一種特殊情況,從而將整個歸并綜合分為聚合和合并兩大操作步驟,并分析指出聚合操作應先于合并操作實施；接著針對圖斑聚合綜合,提出了一種基于柵格與矢量數(shù)據(jù)模型的圖斑自動聚合綜合方法,該方法的思想是：先基于柵格數(shù)據(jù)模型對待聚合圖斑進行自動空間區(qū)域劃分及聚類分析,然后基于矢量數(shù)據(jù)模型對圖斑實施自動聚合綜合,從而很好的顧及了圖斑的空間分布約束、語義約束、圖形結構約束、精度約束等多種約束條件；針對圖斑合并綜合,給出了一種基于圖斑臨近關系分析的合并方法,其中,臨近關系的度量是關鍵,介紹了一種顧及拓撲鄰近和語義鄰近的度量方法,并在此基礎上,介紹了基于鄰近度量的圖斑合并方法以及各種地類合并應遵循的優(yōu)先順序;最后,給出了圖斑歸并綜合的一體化自動綜合流程與實驗結果。 4)針對狹長多邊形圖斑自動降維綜合,分析了狹長多邊形圖斑需要作降維綜合處理的原因以及降維綜合產(chǎn)生的不一致性問題,指出了現(xiàn)有研究的不足;介紹了一種基于CDT的狹長多邊形圖斑自動探測方法和圖斑局部狹長部分自動分割方法,在此基礎上,給出了狹長多邊形圖斑自動降維綜合的方法；接著針對狹長多邊形圖斑降維綜合后導致的拓撲不一致性和語義不一致性問題,分別給出了一致性自動改正方法,前者在狹長多邊形圖斑與其鄰近多邊形圖斑之間的拓撲關系的基礎上,將弧段分為三類,分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,并指出狹長多邊形圖斑降維綜合后的拓撲一致性改正就是保持Ⅰ類弧段不變,Ⅱ類弧段刪除,Ⅲ類弧段延長到中心線并相交打斷后局部拓撲重建的處理過程；后者在土地利用數(shù)據(jù)語義綜合規(guī)則的基礎上,對狹長多邊形圖斑的鄰近多邊形進行語義一致性改正；最后,給出了狹長多邊形圖斑自動降維綜合的實驗流程與實驗結果。 5)針對圖斑自動化簡綜合,在詳細分析各種約束因素對圖斑化簡綜合產(chǎn)生的影響基礎上,將圖斑按照所表達的地理要素特征分為自然地物和人造地物兩大類,并分析了兩類圖斑各自的特點以及化簡的優(yōu)先順序；接著針對人造地物圖斑化簡綜合,在現(xiàn)有基于最小二乘法平差原理的建筑物圖斑化簡算法基礎上,提出了一種適用于土地利用人造地物圖斑化簡綜合且顧及多重約束因素的改進型圖斑化簡綜合算法,該算法先對人造地物的形狀結構進行探測,然后對以共享邊存在的人造地物圖斑進行化簡前預處理,最后根據(jù)化簡綜合所需顧及的多重約束條件建立多個約束方程,聯(lián)立方程組進行最小二乘平差解算得到最終化簡結果。針對自然地類圖斑化簡,指出了拓撲關系、圖斑邊界彎曲特征和面積平衡保持是自然地類圖斑化簡時需要重點考慮的約束因素,并根據(jù)圖斑是否被其它圖斑包含,又將自然地類圖斑分為島狀圖斑和非島狀圖斑兩種,對于非島狀圖斑,提出了一種基于圖斑邊界彎曲特征分析并顧及多重約束條件的自然地類圖斑自動化簡方法,該方法先利用CDT對自然地類圖斑的共享邊界進行彎曲探測和識別,分析其凹凸特性,然后運用漸進式化簡綜合思想,對共享邊界進行凹凸交替式刪除化簡,使得在化簡過程中圖斑的面積盡可能的保持了平衡,最后利用夸大或刪除部分彎曲來平衡化簡積累的面積差,從而得到面積保持平衡的化簡結果;對于島狀圖斑,先用最小外包矩形對圖斑邊界實施分割,并對每一段按照非島狀圖斑的化簡策略實施化簡,從而在顧及面積與彎曲特征的約束基礎上,很好的顧及了圖斑主方向及整體形態(tài)約束特征。為了檢驗圖斑自動化簡算法的有效性,最后給出了圖斑自動化簡綜合的實驗流程與實驗結果。 6)針對土地利用數(shù)據(jù)庫制圖綜合的實際應用需求,進行了原型系統(tǒng)分析與設計,并在MapGIS K9平臺上用MS Visual Studio2005進行二次開發(fā),實現(xiàn)了滿足土地利用數(shù)據(jù)庫制圖綜合的原型系統(tǒng)Landuse-Gen:該系統(tǒng)采用工作流的設計思想,將綜合過程中所需的源數(shù)據(jù)、綜合算子、綜合參量、綜合知識、綜合規(guī)則以及其它所需資源視為綜合流程中的—個節(jié)點,存放在系統(tǒng)的功能倉庫中,制圖人員根據(jù)項目預先制定的綜合操作方案,將綜合過程中所涉及的流程節(jié)點通過系統(tǒng)提供的流程搭建工具搭建成綜合流程,每個流程針對—個特定的綜合應用需求,其構建的過程即是制圖專家綜合決策的體現(xiàn),因此,每個綜合流程在執(zhí)行時,即被賦予了人的部分知識、經(jīng)驗和決策能力,從而使得系統(tǒng)具備了一定的智能性。為了檢驗本綜合系統(tǒng)的可行性和實用性,詳細介紹了以廣西鐵山港區(qū)1：1萬土地利用數(shù)據(jù)為例進行的1：5萬的綜合試驗情況。
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【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P285

【參考文獻】

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本文編號：2288919