GIS與地圖信息綜合基本模型與算法

內(nèi)容概要

《GIS與地圖信息綜合基本模型與算法》是作者毋河海完成的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家測(cè)繪局科研項(xiàng)目和教育部高校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目等地圖綜合問(wèn)題研究成果的集成，書(shū)中研究的僅是在地圖數(shù)據(jù)庫(kù)或GIS
空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的地圖空間信息。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．綜合的DLM(數(shù)字景觀模型)觀
因?yàn)榫C合子過(guò)程多種多樣，我們可把它們“再綜合”為兩類(lèi)，DLM類(lèi)和
DCM類(lèi)。第一類(lèi)包括信息變換算子；第二類(lèi)包括圖形再現(xiàn)算子(數(shù)字／圖形轉(zhuǎn)換)，它原則上不涉及信息量的改變?；谶@一觀點(diǎn)，我們可把核心問(wèn)題集中于研究改變地圖內(nèi)容及其細(xì)節(jié)的第一類(lèi)算子。所謂的模型綜合、數(shù)據(jù)庫(kù)綜合與DLM綜合，它們是完全等價(jià)的。綜合的對(duì)象是
DLM，而不是表示它們的符號(hào)DCM本身。 2．地圖數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)自動(dòng)綜合的支持
地圖數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)自動(dòng)綜合的支持體現(xiàn)在：綜合對(duì)象的支持——DLM(數(shù)字景觀模型)，它是地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶(hù)觀點(diǎn)；數(shù)據(jù)關(guān)系支持——語(yǔ)義關(guān)系，空間關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系；為綜合所需的基于布爾集合運(yùn)算的多準(zhǔn)則數(shù)據(jù)檢索；綜合結(jié)果(多尺度，多文件)
結(jié)果的存儲(chǔ)與管理。 3．非線性綜合思想的提出
非線性綜合的思想體現(xiàn)在以下兩個(gè)主要問(wèn)題中：(1)在結(jié)構(gòu)化綜合中，地圖載負(fù)量的變化是遵循s形(非線性)模型，它是一種受限生長(zhǎng)模型或邏輯斯蒂
(Logistic)模型；(2) 作者提出了擴(kuò)展分維模型及其在綜合中的應(yīng)用，其中強(qiáng)調(diào)指出了通常分維(
線性，常量，單參數(shù)和自相似)與擴(kuò)展分維(s形，函數(shù)，雙參數(shù)和非自相似)的本質(zhì)差別。作者的觀點(diǎn)是，綜合在宏觀上應(yīng)遵循非自相似原則，即非線性原則。自相似猶如函數(shù)的導(dǎo)數(shù)或曲線的切線那樣，只存在于函數(shù)或曲線的無(wú)窮小鄰域。關(guān)鍵問(wèn)題是如何建立多分辨率與多比例尺之間的合理的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
4．結(jié)構(gòu)化地圖綜合
GIS與地圖信息的結(jié)構(gòu)化綜合通過(guò)三級(jí)結(jié)構(gòu)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)：(1)總體構(gòu)思子模型，它執(zhí)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)，遵循國(guó)家系列比例尺地圖載負(fù)量變化的一般非線性(邏輯斯蒂)規(guī)律確定地圖的載負(fù)量，其主要問(wèn)題是要確定在新設(shè)計(jì)地圖上要表示“多少物體”。(2)結(jié)構(gòu)實(shí)施子模型，它的任務(wù)是要確定用“哪些物體”來(lái)構(gòu)成已確定的“多少物體
”，此處可用的輔助手段是確定和利用必要的語(yǔ)義關(guān)系、幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系等，即通過(guò)結(jié)構(gòu)關(guān)系來(lái)選定所需數(shù)量的物體，或者說(shuō)這是一個(gè)由多種關(guān)系來(lái)制導(dǎo)的過(guò)程。(3)實(shí)體塑造子模型，它的任務(wù)是以已選定物體個(gè)體為對(duì)象，對(duì)其細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合，把原物體雕塑成具有新面貌的新對(duì)象。
5．上述綜合原理在四類(lèi)幾何形體綜合中的體現(xiàn) 上述綜合原理已在下述四類(lèi)幾何形體中得到初步實(shí)現(xiàn)：
點(diǎn)群目標(biāo)綜合的實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)生成凸殼層的多層嵌套；(2)通過(guò)層數(shù)的減少或合并進(jìn)行全局結(jié)構(gòu)上的綜合；(3)最后對(duì)位于各層(多邊形)上的點(diǎn)狀物體進(jìn)行取舍，這一步驟猶如進(jìn)行一般的曲線綜合一樣，因此，此方法的實(shí)現(xiàn)，意味著方法論上的變換，即將點(diǎn)群目標(biāo)(面狀目標(biāo))的綜合轉(zhuǎn)換為殼層(線狀目標(biāo))上點(diǎn)狀物體(曲線上的頂點(diǎn)
)的綜合。 線群目標(biāo)(以河系為例)綜合的實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)建立河系的等級(jí)樹(shù)(非自然樹(shù))結(jié)構(gòu)；
(2)根據(jù)各條河流在樹(shù)結(jié)構(gòu)中的地位和它所擁有匯水面積來(lái)確定它的重要性，匯水面積可作為統(tǒng)計(jì)意義上的河系線狀目標(biāo)的Voronoi圖來(lái)建立。
面群目標(biāo)(以居民地建筑物為例)綜合的實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)確定兩鄰近面狀物體的重心連線，并以此作為引力方向；(2)根據(jù)兩相向側(cè)面的形狀特點(diǎn)進(jìn)行不同方式的合并。
地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)化綜合的實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)生成地貌骨架線(山脊線與谷底線)的等級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)；(2)猶如河系綜合那樣，此處對(duì)谷底線按其在樹(shù)結(jié)構(gòu)中的地位和它所擁有的統(tǒng)計(jì)匯水面積來(lái)確定它的相對(duì)重要性，從而決定取舍。因?yàn)檫@里谷底線被看成是谷地的“替身”，所以它的取舍意味著與它相關(guān)的一組等高線彎曲的去留。因此，這里發(fā)生的是等高線彎曲的成組綜合。
最后，作者對(duì)下述與空間對(duì)象的分析和表達(dá)有關(guān)的問(wèn)題也進(jìn)行了研究：(1)斜軸拋物線光滑插值，它確保曲線的最大曲率點(diǎn)(結(jié)構(gòu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)彎點(diǎn))位于原始數(shù)據(jù)點(diǎn)上；(2)S形分布的數(shù)據(jù)擬合數(shù)學(xué)模型研究；(3)I)TM主要因子生成的密集窗口等高線束方法；(4)保留全部原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的不規(guī)則四邊形DEM生成方法；(5)二次有理插值與逼近，這里有四種實(shí)現(xiàn)途徑：最小二乘法、五特征點(diǎn)法、五分段和值法以及基于給定結(jié)點(diǎn)的插值法。二次有理方法的優(yōu)點(diǎn)是：多項(xiàng)式次數(shù)低(二次)、計(jì)算簡(jiǎn)單和自由度高(五度)。當(dāng)然，不可忘記，它是不便于駕馭的。
《GIS與地圖信息綜合基本模型與算法》可供地理、地質(zhì)、林業(yè)、水利、測(cè)繪、石油、環(huán)境保護(hù)、資源開(kāi)發(fā)、管理與規(guī)劃等部門(mén)的專(zhuān)業(yè)人員參考應(yīng)用，同時(shí)，也可作為地圖和GIS相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生、碩士研究生與博士研究生的學(xué)習(xí)參考書(shū)。當(dāng)前，各國(guó)又在大力上馬“數(shù)字地球”、“
數(shù)字城市”等，地理信息的多尺度或多分辨率表達(dá)已經(jīng)成為熱點(diǎn)，本書(shū)對(duì)此也有參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

　　毋河海，男，武漢大學(xué)教授（博士生導(dǎo)師），1933年12月26日出生于河南省靈寶縣，1962年2月畢業(yè)于蘇聯(lián)莫斯科測(cè)繪工程學(xué)院地圖學(xué)系，獲（蘇）地圖制圖工程師稱(chēng)號(hào)。1979—1981年，在聯(lián)邦德國(guó)法蘭克福應(yīng)用測(cè)量研究所進(jìn)行自動(dòng)化地圖制圖與地圖數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（CDBMS）研究。1988年被武漢市科協(xié)評(píng)為武漢科技新秀，被國(guó)家人事部授予國(guó)家有突出貢獻(xiàn)的中青年專(zhuān)家稱(chēng)號(hào)。自1991年起享受政府特殊津貼。白l993年起擔(dān)任國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)委員會(huì)特邀評(píng)委。2002年被湖北省科協(xié)評(píng)為湖北省科技精英。 　　在地圖學(xué)領(lǐng)域中，相繼提出了下述理論和方法：l965年發(fā)表《地勢(shì)圖高度表選擇的原理與方法》，推導(dǎo)出變距高度表視覺(jué)變形“數(shù)值”評(píng)估公式。1978年提出與實(shí)現(xiàn)“斜軸拋物線光滑插值”，它能自動(dòng)調(diào)節(jié)曲線松緊，無(wú)需人工干預(yù)，具有自適應(yīng)性。l981年在原西德測(cè)繪雜志上發(fā)表《地貌形態(tài)自動(dòng)綜合的原理與方法》（Prinzipund Methodeder Automatischen Generalisierung der Reliefformen），首次提出并初步實(shí)現(xiàn)了基于地貌結(jié)構(gòu)線的地貌形態(tài)自動(dòng)綜合。國(guó)際制圖協(xié)會(huì)自動(dòng)綜合委員會(huì)主席R．Weibel（1987）認(rèn)為該文所述的是真正的地貌形態(tài)綜合，適應(yīng)于更大的比例尺跨度，并把該文作為本研究領(lǐng)域的第一篇論文；原西德學(xué)者W.Weber（1982）認(rèn)為該文所提出的方法是用二維的“線”實(shí)現(xiàn)三維“體”的綜合。此外，WanningPeng、MoracotPilouk、KlausTempfli（1996）等專(zhuān)家也做了類(lèi)似的評(píng)價(jià)。

書(shū)籍目錄

第1章　模型與算法概述
　1.1　模型的概念
　　1.1.1　什么是模型
　　1.1.2　模型的形式分類(lèi)
　　1.1.3　模型的影響因素
　　1.1.4　主導(dǎo)因素模型
　　1.1.5　模型的作用
　　1.1.6　“替身”原理
　1.2　模型方法
　　1.2.1　模型的多態(tài)性
　　1.2.2　模型的功能分類(lèi)
　1.3　信息模型
　　1.3.1　概念層次上的信息模型
　　1.3.2　邏輯層次上的信息模型
　　1.3.3　物理層次上的信息模型
　1.4　處理模型
　1.5　模型化方法
　　1.5.1　演繹法
　　1.5.2　歸納法
　　1.5.3　混合法
　1.6　模型化的認(rèn)識(shí)論本質(zhì)
　　1.6.1　歸納推理
　　1.6.2　寅繹推理
　　1.6.3　歸納與演繹的相互關(guān)系
　　1.6.4　分析與綜合在建模中的作用
　1.7　數(shù)學(xué)模型的建立與應(yīng)用
　　1.7.1　模型的理想化
　　1.7.2　數(shù)學(xué)模型的選擇
　　1.7.3　數(shù)學(xué)模型中的量化與序化
　　1.7.4　數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造過(guò)程
　1.8　常用的數(shù)學(xué)模型函數(shù)
　　1.8.1　多項(xiàng)式函數(shù)
　……
第2章　GIS與地圖信息綜合概述
第3章　空間信息的典型代表——GIS與地圖信息
第4章　地圖自動(dòng)綜合的數(shù)據(jù)庫(kù)支撐
第5章　地圖自動(dòng)綜合的總體選?。?gòu)思）模型
第6章　擴(kuò)展分維模型與地圖內(nèi)容的總體選取
第7章　地圖自動(dòng)綜合的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)（構(gòu)圖）模型
第8章　空間數(shù)據(jù)處理中的插值問(wèn)題
第9章　地圖自動(dòng)綜合的實(shí)體綜合（塑造）模型
參考文獻(xiàn)
索引

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