基本信息

• 商品名：[正版图书]多尺度空间数据联动更新技术研究及其应用
• ISBN：9787030697417
• 定价：159
• 出版社：科学出版社
• 作者：张新长，等

参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2021-11-01
• 印刷时间：2021-11-01
• 版次：1
• 印次：1
• 包装：平装
• 开本：16开
• 用纸：胶版纸
• 页数：262
• 字数：340000

内容简介

《多尺度空间数据联动更新技术研究及其应用》总结了作者近年来在多尺度空间数据联动更新领域的研究成果。《多尺度空间数据联动更新技术研究及其应用》共分9章，详细介绍了多尺度更新信息建模与检测，阐述了矢量数据的自适应更新方法与过程。对单要素以及多要素的多尺度地理实体匹配进行了系统的探讨，并针对地图实体匹配的时空级联关系进行了研究。在此基础上，介绍了多尺度地图实体的联动更新方法与应用。

目录

目录
序
前言
□□章 绪论 1
1.1 空间数据更新 □
1.1.1 更新信息的建模 4
1.1.□ □化信息的检测 5
1.1.3 空间冲突的检测与处理 7
1.1.4 多尺度空间数据的联动更新 8
1.□ 空间数据匹配 11
1.□.1 匹配策略研究 11
1.□.□ 特征测度研究 14
1.3 制图综合 16
1.3.1 地图综合过程概念模式 17
1.3.□ 地图综合操作 18
1.3.3 基于智能化方法的自动综合 □1
1.3.4 协同综合 □3
1.4 机器学习 □4
1.4.1 机器学□□理论与方法 □4
1.4.□ 机器学习方法在地理空间数据更新中的应用 □8
参考文献 □9
第□章 多尺度更新信息特征空间建模 39
□.1 地理空间数据的多尺度表达 39
□.1.1 居民地的概念与分类 39
□.1.□ 城市居民地的计算机表达与形态特征 40
□.1.3 城市居民地表达的尺度差异性 4□
□.□ 地理空间实体□化分析 47
□.□.1 城市居民地生命周期分析 47
□.□.□ 城市居民地实体的几何特征□化分析 49
□.□.3 城市居民地实体的语义特征□化分析 55
□.3 更新信息特征空间的构建 60
□.3.1 特征空间 60
□.3.□ 基于图层-实体-图元结构的更新信息特征空间 60
□.3.3 更新信息特征指标的提取 61
□.4 本章小结 64
参考文献 64
第3章 基于机器学□□更新信息检测 66
3.1 □化区域的快速定位 66
3.1.1 现有的□化要素检索方法 66
3.1.□ 基于四叉树的□化区域检索 69
3.1.3 交互迭代的新旧要素匹配方法 71
3.1.4 □化特征指标计算与归一化处理 73
3.□ 基于人工神经网络决策树的更新信息识别方法 74
3.□.1 算法的基本思路 74
3.□.□ 人工神经网络决策树结构 75
3.□.3 参数训练方法 78
3.□.4 更新信息识别方法 80
3.3 算法实现与分析 81
3.3.1 实现环境与数据预处理 81
3.3.□ □化区域快速定位实验分析 84
3.3.3 更新信息检测实验分析 84
3.4 跨比例尺新旧居民地目标□化分析与决策树识别算法及实现 85
3.4.1 多尺度新旧地图目标□化分析 85
3.4.□ 决策树支持下的□化信息识别模型构建 88
3.4.3 实验分析及评价 9□
3.4.4 结论 96
3.5 融合像元和目标的高分辨率遥感影像建筑物□化检测算法及实现 97
3.5.1 建筑物□化检测模型构建 97
3.5.□ 实验数据及结果 101
3.5.3 结果分析与讨论 104
3.6 本章小结 107
参考文献 108
第4章 矢量数据自适应增量更新 110
4.1 矢量数据自适应增量更新技术路线 110
4.□ 空间对象□化检测与增量更新 111
4.3 接边匹配度计算与自适应的接边策略 11□
4.3.1 接边匹配度计算 11□
4.3.□ 自适应接边的算法 114
4.4 基于约束规则的空间冲突检测与处理 115
4.5 应用案例分析 115
4.6 本章小结 118
参考文献 119
第5章 单要素多尺度地理实体匹配 1□1
5.1 多尺度地理空间实体特征分析 1□1
5.1.1 居民地特征差异 1□□
5.1.□ 道路特征差异 1□4
5.1.3 道路引起的居民地特征□化 1□5
5.1.4 造成空间实体表达差异的其他因素 1□6
5.□ 单要素匹配方法的设计 1□7
5.□.1 基于动态权重模型的多尺度道路匹配 1□8
5.□.□ 基于RVM与主动学□□多尺度面状居民地匹配 137
5.3 实验与分析 146
5.3.1 多尺度道路匹配实验 146
5.3.□ 多尺度居民地匹配实验 15□
5.4 本章小结 159
参考文献 159
第6章 多要素辅助下的地理空间实体匹配 16□
6.1 道路网约束下的多尺度居民地全□自适应匹配 16□
6.1.1 道路网眼的构建 16□
6.1.□ 潜在匹配对象的获取 163
6.1.3 基于整数规划的全□优化匹配方法 165
6.□ 地标辅助下的多尺度居民地匹配 166
6.□.1 适应不同坐标系的居民地匹配策略 167
6.□.□ 居民地公共地标的自动获取 167
6.□.3 地标辅助居民地匹配 173
6.3 实验与分析 175
6.3.1 道路网约束下的多尺度居民地全□自适应匹配实验 175
6.3.□ 地标辅助下的多尺度居民地匹配实验 180
6.4 本章小结 18□
参考文献 183
第7章 地图实体匹配的时空级联关系构建 185
7.1 地图要素的时空级联关系 186
7.1.1 多尺度要素级联关系 186
7.1.□ 地图要素时空级联模型 187
7.□ 时空级联关系的管理与应用 188
7.□.1 基于格网的更新信息快速提取 188
7.□.□ 多时态要素关联关系管理与应用 191
7.□.3 多尺度级联关系在数据更新中的应用 193
7.3 实验与分析 197
7.3.1 □化信息快速定位实验 197
7.3.□ 多尺度要素级联更新应用 199
7.4 本章小结 □04
参考文献 □04
第8章 建筑物多尺度□换 □06
8.1 建筑物群组模式 □06
8.1.1 建筑物群组模式定义 □06
8.1.□ 建筑物群组模式分类 □07
8.□ 空间关系计算 □08
8.3 基于随机森林的建筑物群组模式识别 □11
8.3.1 基于图的分割的潜在群组模式获取 □11
8.3.□ 基于随机森林的建筑物群组模式判别 □1□
8.3.3 建筑物群组模式特征描述 □13
8.3.4 实验与分析 □15
8.4 基于地图综合的建筑物多尺度□换 □□3
8.4.1 渐进式地图综合方法 □□4
8.4.□ 综合结果与评价 □□6
8.4.3 建筑物多尺度表达分析 □3□
8.5 本章小结 □35
参考文献 □35
第9章 多尺度城市居民地数据联动更新 □39
9.1 更新信息传递的基本思路 □40
9.□ 更新信息传递的输入数据 □4□
9.□.1 大比例尺更新信息 □4□
9.□.□ 对象匹配信息 □43
9.□.3 制图综合规则 □44
9.3 面向对象群的更新信息传递方法 □46
9.3.1 总体设计 □46
9.3.□ 匹配对象组合 □47
9.3.3 创建约束Delaunay三角网 □48
9.3.4 裁剪约束Delaunay三角网 □49
9.3.5 重建小比例尺对象 □50
9.4 更新后小比例尺对象重建方法 □50
9.4.1 重建过程描述 □50
9.4.□ 初始化解决方案 □51
9.4.3 重建小比例尺对象 □5□
9.4.4 邻域方案的获取机制 □54
9.4.5 邻域方案的评价 □54
9.4.6 禁忌表与终止准则的确定 □55
9.5 更新案例及传递误差分析 □55
9.5.1 联动更新算法的实现 □55
9.5.□ 更新信息传递的误差分析 □56
9.5.3 基于对象群的更新信息传递方法的优势 □59
9.6 本章小结 □60
参考文献 □61
彩图

精彩书摘

□□章 绪论
纵观世界，目前正经历着一场快速的城市化过程。根据联合国报告，从 □009年～□050年，预计全球的城市化水平将会从 50%上升至 69%。中国的城市化率，如果以城市人口数作为衡量的话，在 1978年～□01□年，已经从 17.9□%上升至53.73%(Deng et al.，□015)。城市化的进程从以工业化土地利用与城市开发度急剧增强为特征的传统城市化，进入以城乡统筹为特征、综合考虑生态环境要素的新型城市化过程。为实现城乡公共服务的匀质化，协调城乡之间的物质流、能量流、人口流，新型城市化通过物质代谢过程、能量传递过程、优化配置过程，培育区域的自组织、自学习与自适应能力(牛文元， □009)。其中，新型城市化的内在能量来源于科学与技术创新。通过信息流的快速反馈，达到城市信息的维护与城市建设同步。形成稳定的信息流，是实现数字城市与智慧城市的关键。其中，地理空间数据作为地表现象的抽象集合，其动态更新更是具有重要的实践意义。
《测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲要》提出了：需要不断地扩充基础地理空间要素的类型，缩短我国地理空间数据的更新周期，逐步推进各省市级基础地理空间数据联动更新机制的构建。我国已建成了大量数字城市地理空间框架项目，为保证数据的现势性与系统的运行效率，建立数字城市的数据更新机制显得非常重要(黄素丽， □015)。目前，数据的更新周期如表 1.1所示。
表1.1 我国数字城市地理空间框架数据更新周期(黄素丽， □015)
此外，在地理国情监测工程中同样需要综合利用各种数据获取与处理技术，进行地理要素的量测及其动态□化的发现、识别、提取与更新(李德仁等， □01□)。构建地理国情时空数据库，研究时空地理数据联动更新与数据质量维护技术，实现多源、多尺度的地理国情监测数据综合集成与管理，显得尤为关键(史文中等， □01□)。
地理空间数据更新非常复杂，需要经历长期的实践，其中包括了涵盖多个方面的理论与方法，例如，数据模型演化与动态建模、基础地理要素□化的及时发现与自动提取、主数据库更新的方法、客户数据库更新的模式与方法、多比例尺数据的系统更新等。为实现空间数据的现势性与尺度一致性的统一，多尺度空间数据的联动更新是其中的研究难点与热点(毋河海， □01□)。近年来，科研人员从数据模型构建(许俊奎等， □013a)、关键技术(应荷香， □01□)以及实施机制(王艳军和李朝奎， □014)等不同层面展开工作，并在多尺度□化信息检测、多尺度要素匹配、增量自动制图综合(Bobzien et al.，□005；许俊奎等， □013b)以及更新信息传递等研究方向取得进展。然而，由于受到“从图像中自动提取□化信息”以及“大比例尺数据向小尺度数据”转换等瓶颈问题的制约，完全自动化、无需人工干预的多比例尺空间数据级联更新仍然面临着巨大的挑战。有许多科技攻关难题有待突破，特别是在增量更新中，关于更新信息从大比例尺向小比例尺传递的影响机制、作用机理、质量评价方法以及在不同的更新场景之下误差的分布特征等方面的研究比较少见。
鉴于以上原因，本书以城市居民地、道路的多尺度联动更新作为切入点，重点研究更新信息从大尺度数据向小尺度数据转换的过程。由于同一地物在不同比例尺下的表达具有层次性与相似性，更新信息具有结构性与类别差异。作为对表征事物或现象模式进行自动处理和判读的方法和理论，模式识别的自适应、自组织特征能够更好地适应不同更新场景，实现参数的自动调整，减少人工的干预。本书结合模式识别基本理论与技术手段，构建多尺度城市居民地更新信息的特征空间，以同尺度更新信息的检测为立足点，研究更新信息在多尺度传递的方法、影响机制以及质量评价的方法。研究成果将有助于提高多尺度联动更新的智能化与自动化水平，为数据更新的质量评价及可靠性综合分析提供理论与方法支持，并促进空间数据动态维护能力的提高。
1.1 空间数据更新
地理空间数据是 GIS的“血液”，具有强现势性的空间数据更是保持 GIS活力的源泉。数据的现势性直接关系到 GIS的可持续应用和发展(李德仁， □00□)。随着多尺度基础地理数据库的建成，地理信息系统数据管理的焦点已从数据的生产转为更新。
空间数据更新也是国际学术组织感兴趣的课题，国际地图协会(International Cartographic Association，ICA)和国际摄影测量与遥感学会(International Society for Photogrammetry and Remote Sensing，ISPRS)在 1999年成立了“增量空间数据更新与数据库版本研究”联合工作组，并组织了专题委员会。此外， ICA中的 “Generalization and Multiple Representation”委员会中有不少报告是关于多尺度联动更新进展研究的讨论。
在数字城市地理空间框架、地理国情普查等重大工程建设需求的推动下，空间数据动态更新研究成为了 GIS的一个新热点，受到了越来越多研究人员的关注，表1.□为国家自然科学□□资助的与空间数据更新研究相关的项目。
表1.□ 与空间数据更新相关的国家自然科学□□项目
与此同时，研究者在空间数据更新的理论模型、关键技术与方法、实施机制等方面进行了研究。在中国期刊网上进行论文搜索，从 □001年～□014年，已发表与空间数据更新的论文数超过 □80篇。其中专门讨论空间数据多尺度联动更新的论文在 □011年后出现，并逐渐增多。中国知网上关于空间数据更新相关的论文数量统计如图 1.1所示。
图1.1 □00□年～□014年国内与空间数据更新有关的论文数统计
1.1.1 更新信息的建模
在信息化环境下实现空间数据的自动更新，首先必须界定可能存在的更新类型，明确各更新类型的区别与特征，并在此基础上确定更新信息的表达方式与存储结构。
其中，从数据专题内容的角度进行考虑，更新信息的建模包括：从地理空间数据本身的特征出发，构建具有普适性的概念模型。 Cooper和 Peled(□001)提出了以□□的标识符记录新增、删除的更新信息，并以此为基础进行更新版本管理及并发处理，也有以(D，R，M，C)四元组的方式从语法和语义两个层面描述更新信息的表达方式。基态修正模型是常用的增量更新模型，通过设置版本空间数据库与增量信息的存储方式，实现存储空间的节省以及增量信息的动态集成(林艳等， □01□)。从地理时空数据存储与实践的角度，提出复合型的基态修正时空模型(杨海兰等， □013)、逆基态修正模型(刘校妍等， □014)等改进模型，以提高数据更新及历史数据检索的效率。时空□化分类作为地理信息建模与更新的关键，对于增量信息采集、□化信息发布产生重要的影响(陈军等， □01□b)，需要进行明确的定义，并进行形式化描述。朱华吉等(□013)提出了增量时空□化信息的计算模型，通过进行基本增量时空□化信息的组合，分别描述单个或多个空间目标的时空□化情况。此外，对于多尺度空间数据，□化分类模型还需要考虑由制图综合处理而产生的“伪□化”(简灿良等， □014)。
从专题应用的角度出发，结合□更事件特征(安晓亚等， □01□)、专题数据特殊的拓扑关系与几何约束，构建专题数据更新信息模型。地籍数据具有持续增量更新的需要，结合地籍管理业务的特点，地籍时空数据更新模型需要突出地籍要素、土地利用要素与房屋的关联性(张丰等， □010)。因此，在确定□化类型方面，要综合考虑空间对象的匹配关系、拓扑关系以及属性特征(Fan et al.，□010)。对于居民地数据更新，姬存伟等(□013)提出了基于空间□化类型、动态更新操作和图形数据差的居民地增量信息表达模型，并以此为基础进行增量信息的提取。从多尺度联动更新的角度，居民地的更新建模还需要考虑相邻比例尺同名居民地的关联关系(许俊奎等，□013a)。在道路更新方面，则可以通过具体地分析道路更新的空间事件与属性事件，定义道路的增量□化信息(张求喜等， □009)。此外，研究人员还探讨了土地利用、森林资源(高心丹和谭跃， □013)、地下管线等专题数据的时空更新信息模型的构建方法。
此外，从计算机实现的角度，学者还探讨了更新信息的数据存储结构与传输方式。Badard和 Richard(□001)以 XML为基础设计更新信息的描述方式，并实现了基于 C/S架构下各数据库更新信息的传输与交换。朱华吉(□007)提出了以资源描述框架为基础的空间□化信息记录方法，以统一的方式实现了地形数据库增量信息的建模与描述。考虑多源矢量空间数据的特征，何榕健等(□013)采用 GML数据作为载体，应用 Socket编程技术，实现增量更新信息的传递。
由此可见，更新信息建模研究已从基于多版本管理的增量更新策略的角度，发展到顾及拓扑特征与事件驱动的时空数据表达模型的构建(张新长等， □01□)，并逐步考虑多尺度要素之间的关联。然而，在多尺度空间数据更新模型方面，主要从单个对象的角度进行考虑，较少顾及要素组合以及图层间的关系。此外，由于更新场景的多样化，制图综合方法应用的灵活性，多尺度更新信息模型需要具有更大的普适性，以满足不同的更新场景与更新事件。
1.1.□ □化信息的检测
□化信息的检测是空间数据更新的基础。由于目前采取的主要是增量更新的方法，找到□部□化的要素，进行新增、删除或者替换的处理，以达到保证数据现势性的目的。由于地理空间数据采集与共享的方式不同，□化信息检测方法也是多样化的，主要可以从遥感影像数据、外业测量数据、业务专题数据、自发地理信息等数据源中获取□化信息，具体如图 1.□所示。
在□化信息的检测中，研究人员综合应用了几何指标评价、拓扑关系检测以及概率统计、动态规划等多种数学计算方法。以下分别从矢量数据、遥感影像、自发地理信息等三个方面论述□化信息检测方面的研究进展。
(1)从矢量数据中检测与提取□化信息。通过比较不同时期采集的矢量数据，综合考虑其几何特征、属性特征与拓扑特征，识别出具体的□化对象与□化类型是其中的关键(郭泰圣等， □013)。中心点距离、节点 Hausdorff距离、紧凑度等几何指标常用于实现同名要素匹配与□化检测(Huang et al.，□010；Revell and Antoine，□009)。
图1.□ □化信息的数据来源
结合概率理论，融合多种匹配指标进行实体匹配概率的计算(童小华等， □007)，从而识别同名实体是一种可行的□化检测方法。为适应不同的更新场景，提高□化检测的智能化水平，人工神经网络等(许俊奎等， □013b)智能算法在□化信息检测中也得到了应用。对于小比例尺空间数据的更新，为节省外业测量的成本，常使用同一地区较新的大比例尺地图数据进行□化信息的检测。在这种情况下，□化信息的检测需要区分是由实际地物的□化还是受到制图综合处理的影响。
(□)从遥感影像中检测与提取□化信息。遥感影像采集的周期短、更新速度快。利用遥感影像进行□化信息的检测与地物提取(Holland et al.，□006)，并以此为基础，实现空间数据库的更新对于提高数据库的现势性具有重要的作用。因此，研究人员结合各种数学模型(万幼川等， □008；张剑清等， □010)，例如，整体优化计算、概率统计、动态规划、*小二乘模板匹配法、 Meanshift算法等，针对不同地物提出要素□化检测的方法，以提高地物提取以及□化检测的精度，满足数据更新的需求。 Zarrinpanjeh等(□013)利用高分辨率遥感影像，提出了一种基于蚁群算法的城市道路数据□化检测与更新的方法。 Qin(□014)则使用超高分辨率影像，综合使用马尔可夫随机场分析等方法检测建筑物数据的□化。 SAR影像(Cetinkaya and Basaran

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