GIS與地圖信息綜合基本模型與算法

　　《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家自然科學基金項目、國家測繪局科研項目和教育部高校博士學科點專項基金項目等地圖綜合問題研究成果的集成，書中研究的僅是在地圖數(shù)據(jù)庫或GIS空間數(shù)據(jù)庫中存儲的地圖空間信息。主要研究內(nèi)容如下： 1．綜合的DLM（數(shù)字景觀模型）觀因為綜合子過程多種多樣，我們可把它們“再綜合”為兩類，DLM類和DCM類。第一類包括信息變換算子；第二類包括圖形再現(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，我們可把核心問題集中于研究改變地圖內(nèi)容及其細節(jié)的第一類算子。所謂的模型綜合、數(shù)據(jù)庫綜合與DLM綜合，它們是完全等價的。綜合的對象是DLM，而不是表示它們的符號DCM本身。 2．地圖數(shù)據(jù)庫對自動綜合的支持地圖數(shù)據(jù)庫對自動綜合的支持體現(xiàn)在：綜合對象的支持——DLM（數(shù)字景觀模型），它是地圖數(shù)據(jù)庫的用戶觀點；數(shù)據(jù)關(guān)系支持——語義關(guān)系，空間關(guān)系和拓撲關(guān)系；為綜合所需的基于布爾集合運算的多準則數(shù)據(jù)檢索；綜合結(jié)果（多尺度，多文件）結(jié)果的存儲與管理。 3．非線性綜合思想的提出非線性綜合的思想體現(xiàn)在以下兩個主要問題中：（1）在結(jié)構(gòu)化綜合中，地圖載負量的變化是遵循s形（非線性）模型，它是一種受限生長模型或邏輯斯蒂（Logistic）模型；（2） 作者提出了擴展分維模型及其在綜合中的應用，其中強調(diào)指出了通常分維（線性，常量，單參數(shù)和自相似）與擴展分維（s形，函數(shù)，雙參數(shù)和非自相似）的本質(zhì)差別。作者的觀點是，綜合在宏觀上應遵循非自相似原則，即非線性原則。自相似猶如函數(shù)的導數(shù)或曲線的切線那樣，只存在于函數(shù)或曲線的無窮小鄰域。關(guān)鍵問題是如何建立多分辨率與多比例尺之間的合理的對應關(guān)系。4．結(jié)構(gòu)化地圖綜合GIS與地圖信息的結(jié)構(gòu)化綜合通過三級結(jié)構(gòu)模式來實現(xiàn)：（1）總體構(gòu)思子模型，它執(zhí)行項目的設(shè)計任務，遵循國家系列比例尺地圖載負量變化的一般非線性（邏輯斯蒂）規(guī)律確定地圖的載負量，其主要問題是要確定在新設(shè)計地圖上要表示“多少物體”。（2）結(jié)構(gòu)實施子模型，它的任務是要確定用“哪些物體”來構(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義關(guān)系、幾何關(guān)系和拓撲關(guān)系等，即通過結(jié)構(gòu)關(guān)系來選定所需數(shù)量的物體，或者說這是一個由多種關(guān)系來制導的過程。（3）實體塑造子模型，它的任務是以已選定物體個體為對象，對其細節(jié)進行綜合，把原物體雕塑成具有新面貌的新對象。5．上述綜合原理在四類幾何形體綜合中的體現(xiàn) 上述綜合原理已在下述四類幾何形體中得到初步實現(xiàn)：點群目標綜合的實現(xiàn)步驟為：（1）生成凸殼層的多層嵌套；（2）通過層數(shù)的減少或合并進行全局結(jié)構(gòu)上的綜合；（3）最后對位于各層（多邊形）上的點狀物體進行取舍，這一步驟猶如進行一般的曲線綜合一樣，因此，此方法的實現(xiàn)，意味著方法論上的變換，即將點群目標（面狀目標）的綜合轉(zhuǎn)換為殼層（線狀目標）上點狀物體（曲線上的頂點）的綜合。 線群目標（以河系為例）綜合的實現(xiàn)步驟為：（1）建立河系的等級樹（非自然樹）結(jié)構(gòu)；（2）根據(jù)各條河流在樹結(jié)構(gòu)中的地位和它所擁有匯水面積來確定它的重要性，匯水面積可作為統(tǒng)計意義上的河系線狀目標的Voronoi圖來建立。面群目標（以居民地建筑物為例）綜合的實現(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)面的形狀特點進行不同方式的合并。地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)化綜合的實現(xiàn)步驟為：（1）生成地貌骨架線（山脊線與谷底線）的等級樹結(jié)構(gòu)；（2）猶如河系綜合那樣，此處對谷底線按其在樹結(jié)構(gòu)中的地位和它所擁有的統(tǒng)計匯水面積來確定它的相對重要性，從而決定取舍。因為這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，作者對下述與空間對象的分析和表達有關(guān)的問題也進行了研究：（1）斜軸拋物線光滑插值，它確保曲線的最大曲率點（結(jié)構(gòu)點，轉(zhuǎn)彎點）位于原始數(shù)據(jù)點上；（2）S形分布的數(shù)據(jù)擬合數(shù)學模型研究；（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，這里有四種實現(xiàn)途徑：最小二乘法、五特征點法、五分段和值法以及基于給定結(jié)點的插值法。二次有理方法的優(yōu)點是：多項式次數(shù)低（二次）、計算簡單和自由度高（五度）。當然，不可忘記，它是不便于駕馭的?！禛IS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、測繪、石油、環(huán)境保護、資源開發(fā)、管理與規(guī)劃等部門的專業(yè)人員參考應用，同時，也可作為地圖和GIS相關(guān)專業(yè)的本科生、碩士研究生與博士研究生的學習參考書。當前，各國又在大力上馬“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已經(jīng)成為熱點，本書對此也有參考價值。

　　毋河海，男，武漢大學教授（博士生導師），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)莫斯科測繪工程學院地圖學系，獲（蘇）地圖制圖工程師稱號。1979—1981年，在聯(lián)邦德國法蘭克福應用測量研究所進行自動化地圖制圖與地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（CDBMS）研究。1988年被武漢市科協(xié)評為武漢科技新秀，被國家人事部授予國家有突出貢獻的中青年專家稱號。自1991年起享受政府特殊津貼。白l993年起擔任國家科技獎勵委員會特邀評委。2002年被湖北省科協(xié)評為湖北省科技精英?！≡诘貓D學領(lǐng)域中，相繼提出了下述理論和方法：l965年發(fā)表《地勢圖高度表選擇的原理與方法》，推導出變距高度表視覺變形“數(shù)值”評估公式。1978年提出與實現(xiàn)“斜軸拋物線光滑插值”，它能自動調(diào)節(jié)曲線松緊，無需人工干預，具有自適應性。l981年在原西德測繪雜志上發(fā)表《地貌形態(tài)自動綜合的原理與方法》（Prinzipund Methodeder Automatischen Generalisierung der Reliefformen），首次提出并初步實現(xiàn)了基于地貌結(jié)構(gòu)線的地貌形態(tài)自動綜合。國際制圖協(xié)會自動綜合委員會主席R．Weibel（1987）認為該文所述的是真正的地貌形態(tài)綜合，適應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；原西德學者W.Weber（1982）認為該文所提出的方法是用二維的“線”實現(xiàn)三維“體”的綜合。此外，WanningPeng、MoracotPilouk、KlausTempfli（1996）等專家也做了類似的評價。