卷积神经网络支持下的建筑物选取方法

建筑物选取是地图综合的关键步骤,需要考虑目标大小、方向、形状、密度等多种上下文因子进行重要性评价与选取决策。现有方法大多考虑单一或少数几个因子,通过人工设置选取规则与参数,导致选取模型适应性不强。本文构建一种数据驱动的图卷积神经网络选取方法,该方法利用Delaunay三角网将建筑物目标组织为图结构,节点表示建筑物中心点,连接边体现建筑物之间的邻近关系,并计算建筑物的大小、方向、形状、密度特征作为对应节点的描述特征;然后叠加多个图傅里叶卷积运算构建图学习模型,并采用半监督学习方式训练模型,使之具备决策单个建筑物保留与否的能力。试验表明,本文方法能从少量的标注样本中有效地学习建筑物选取知识,在保留重要个体目标的同时也能较好地保持原有空间分布密度关系,克服传统方法在规则定义与参数设置方面的难题且不依赖于大量人工标注,为建筑物综合选取的智能化实施提供潜在的技术途径。

联合SIFT-GPU和整体平差法的隧道影像拼接研究

针对当前隧道影像拼接过程中效率低、累积误差大的问题,研究提出一种联合SIFT-GPU(scale-invariant feature transformgraphics processing unit)协同处理算法和整体平差法的隧道影像拼接技术。首先,基于车载移动测量技术获取隧道内部的影像和点云数据,利用点云数据和共线方程对原始影像进行纠正处理,并先后使用MASK匀光算法和Wallis滤波匀光法对影像进行匀光匀色;然后,融合SIFT匹配算法和GPU-CPU(central processing unit)协同处理技术加速提取所有待拼接影像特征点,使用RANSAC(random sample consensus)算法剔除误配点;最后,使用平移旋转缩放变换模型对400张影像进行拼接,采用整体平差算法对拼接结果进行误差补偿,利用GDAL(geospatial data abstraction library)分块处理技术输出拼接成果。研究结果表明:1)相较于原始的SIFT匹配算法,研究使用的SIFT-GPU协同处理算法使影像匹配效率提高了3~25倍;2)整体平差算法较好地解决了随着待拼接影像的增加而引起的误差累积问题,相较于传统算法,误差降低至原来的1/3。

一种形状多级描述方法及在多尺度空间数据几何相似性度量中的应用

利用多级弦长函数和中心距离函数从全局整体到局部细节逐级描述几何形状,建立通用多尺度空间数据几何相似性度量模型。基于高斯概率统计模型改进传统的Hausdorff距离,引入信息检索中的相关反馈技术解决相似度量模型中各指标阈值的确定问题。最后将相似度量模型分别应用于不同比例尺数据匹配和空间目标化简前后的相似度量,试验表明,基于该描述方法的相似度量模型可有效实现不同比例尺水域数据的匹配和相似度量。

基于地图信息传输理论的数据采集与处理模型研究

传统的地图信息传输理论仅仅是在宏观上研究了地图信息传输和控制的一般过程,而对于数字条件下地图信息传输的体系结构研究甚少,理论与实践结合不是很紧密。本文提出了数字条件下地图信息传输的体系结构,将地图信息的传输过程分为物理层、逻辑层、概念层和现实层,探讨了层次之间的协议、接口和服务。最后将理论运用于实践,建立了地图数据采集与处理系统的参考模型和信息传输过程中的各种控制协议,给出了信息损失和失真的具体解决方案。该参考模型在实际的数据采集与处理系统中取得了较好的效果。

手绘地图开域空间方向关系检索法

为满足智能化检索地理信息的需求,提出一种基于开域空间方向关系的手绘地图检索方法。首先设计了一种适用于手绘地图检索的开域空间方向关系描述模型。该模型通过开域既能自适应精确描述,又可通过松弛化策略模糊描述手绘对象间方向关系。提出基于开域空间方向关系的手绘地图检索流程,建立了R树空间索引和方向关系相似度计算模型,给出了输出结果的评价方法。采用实际数据的试验结果表明,该方法可在较大范围地图场景中有效检索到排名靠前的结果。

面向空间数据主动更新的地理事件模型研究

为提高空间数据更新的自动化水平,提出"地理事件-条件-操作"规则驱动下的空间数据主动更新机制,主动更新的关键是对地理要素时空变化过程进行完整有效地建模和表达。以地理事件作为描述地理要素动态变化和动态处理的概念实体,在概念模型和谓词表达式的基础上重点研究了面向空间数据主动更新的地理事件模型,设计了地理事件模型的数据库逻辑表达框架和事件的检测与存储流程。居民地和道路建模实例表明该模型可有效描述更新过程中实体的动态时空语义,同时兼具历史回溯功能。最后,给出主动更新的应用实例,结果表明该机制可以提高更新的效率。

面向地理空间数据更新的数据同化

针对目前地理空间数据整合与持续高效更新存在的问题,将"数据同化"这一概念和思想引入地理空间数据的更新,目的是提高空间数据质量和空间数据库更新的效率。着重论述了"地理空间数据同化"的概念、内涵和关键技术。最后提出了"地理事件-条件-操作GECA(Geographical Event-Condition-Action)"规则驱动下的基于数据同化的地理空间数据更新机制。

一种基于启发式算法的等高线局部内插方法

在基于启发式内插等高线算法的基础上提出了一种局部内插方法。首先利用Douglas-Peucker算法提取等高线的特征点,根据特征点判断等高线之间的相似性程度,找出导致等高线出现异常的特征点;然后将相似性程度很低的两条等高线自动分解为若干简单等高线再进行内插。有效地解决了局部弯曲很大、马鞍型地貌等复杂等高线的内插问题。算法已经在以Microstation为平台的数字制图系统中实现并逐渐实用化。

空间数据几何相似性度量理论方法与应用研究

相似性是人类感知、判别、分类和推理等认知活动的基础。空间数据相似性度量不仅是地理信息数据融合更新、空间数据检索和相似查询、空间聚类和异常探测、电子地图导航等技术的核心和基础,而且也是从更深层次探寻地理实体在不同历史时期的相似形成、演变与差异性规律,进而进行动态相似推理、相似预测和知识发现的关键。本文主要研究多源多尺度、多时相空间数据几何相似性度量理论方法及其应用，所做的主要工作及取得的成果有：

GECA规则驱动下的地理空间数据主动更新

为了提高地理空间数据更新的自动化水平,将ECA规则和主动数据库的理念和技术引入数据更新。对各种地理事件的定义与描述做了重点研究,建立了地理事件逻辑表达模型。对更新条件与更新操作进行分类与描述,提出了GECA(Geo-Event-Condition-Action)规则驱动下的地理空间数据主动更新的执行模型。结果表明:该方法可以提高空间数据更新的自动化水平。

矢量曲线的视觉清晰度及在网络地图综合中的应用

互联网用户参与的地图制图容易出现视觉冲突、压盖、拥挤等地图表达问题,需要引入地图自动综合协助解决。网络地图中由于原图比例尺和综合后比例尺均难以准确量化,常规地图自动综合基于“原图比例尺-综合后比例尺”判断是否需要综合的方法已不再适用。矢量数据在可视化后会产生视觉粘连,视觉粘连越明显,地图表达效果越差,综合的需求也越强烈。基于此规律,本文提出对视觉粘连进行定量描述并据此判断是否需要综合。首先,从人类视觉感受出发,结合栅格化思想设计了矢量曲线视觉粘连的量化指标——视觉清晰度。然后,基于“金字塔式”的尺度空间计算曲线在多个比例尺表达的清晰度,并拟合了清晰度的变化函数。最后,将该函数应用于众源地理数据的网络地图综合决策。试验结果表明,本文方法可准确判断每条矢量曲线是否需要综合,能有效解决地理数据尺度异质性带来的可视化难题。同时,清晰度变化函数将曲线的尺度描述由静态数值扩展到连续函数,有望更好地支持多尺度空间数据处理及网络地图综合等问题。

一种线-线拓扑关系识别算法及其应用

线-线拓扑关系的识别与检测是空间关系研究的热点与难点。本文改进了平面交点算法，简化了维度扩展的9交集矩阵，建立了线线之间局部拓扑关系的索引文件，通过搜索和组合得到了线-线之间整体而又详细的拓扑关系；利用研究成果对道路数据进行关系处理，对地理要素间关系进行冲突探测。实验结果表明，该算法具有高效、准确识别线-线详细拓扑关系的优点。

基于KL特征的空间点群相似匹配算法研究

当前对空间目标的几何匹配研究主要侧重干线目标和面目标匹配，对空间点群目标的相似匹配研究较少，主要采用位置差异度和结构相似度来进行匹配，匹配的成功率不高且易受噪声影响。本文提出一种基于KL特征的空间点群相似匹配算法，首先提取点群的基本关系特征，在此基础上进行点群的KL特征提取，然后再进行点群匹配。实验表明：对等距变换而言，基于距离的KL特征提取的匹配方法最为有效，且不易受到噪声影响。

顾及尺度差异的复合空间对象方向相似度定量计算模型

介绍了一种顾及尺度差异的复合空间对象的方向关系表达模型,及基于该模型的方向相似度度量方法。该方向关系模型对方向关系矩阵模型进行改进,根据空间对象的形状定量描述空间对象之间的方向关系。采用分解思想,借鉴平衡传输问题的优化方法计算复合方向矩阵间最小转换代价,即方向矩阵间的距离,从而量化方向对间的差异,最终获得不同尺度下的复合对象的方向相似度并对其进行比较。对不同尺度复合空间对象的方向相似性的试验表明,该方法简单可行且不失精度,结果符合人类认知。

数字地图制图中地形图整饰的自动实现

地图整饰是数字地图制图的基本要求,能帮助地图使用者迅速、准确地判读地理信息。以中小比例尺地形图为例,阐述建立地形图数学基础的基本原理,介绍地图整饰中辅助要素的实现方法,总结实现地图整饰的技术思路。通过利用MicroStation软件所提供的二次开发功能,提高地图整饰模块开发的效率。

一种从彩色扫描图像上提取等高线的方法

针对基于滑动窗口分割及序贯跟踪的彩色地图矢量化存在的不足,通过试验改进由灰度较低的像素导致跟踪出现失败或错误的情况。实践表明,改进后的算法可以避免误追踪、追踪死循环等情况。

多尺度矢量地图数据关联自动更新研究

多级比例尺矢量地图数据库一旦建成以后,数字制图的核心就从数据生产转为数据更新。小比例尺矢量地图数据库建库时必须依靠大量人机交互从大比例尺数据派生,但更新时再采取各比例尺分别独立更新的策略显然就不合时宜,既消耗大量人力和财力,又不能保证不同尺度数据之间的一致性。提出一种多尺度矢量地图数据关联自动更新方法,对于已经建成的多级比例尺矢量地图数据库系列,只需要更新一个较大比例尺数据库,再通过逐级关联的方式自动化更新所有其它小比例尺地图数据库。

点位信息度量模型及其在曲线化简中的应用

曲线点位信息的度量在空间数据综合和多尺度表达方面有着重要的作用,提出一种点位信息度量模型,并将其应用于曲线化简过程中。实践表明,该模型可有效地识别数字曲线上对曲线精度和形态保持起重要作用的特征点。

地理信息可视化新技术综述与分析

随着技术的发展,新的地理信息可视化技术不断涌现。本文对目前地理信息可视化技术研究中较热点的四种地理信息可视化新技术进行了介绍,并分析了各技术的不足,希望能对相关的研究有所裨益。

地理信息全息显示技术探讨

全息技术是当前最为重要的显示技术,它与地理信息可视化相结合将为地理信息数据表达提供一种全新的方式。本文通过研究全息显示的基本原理,论证了地理信息全息显示的可行性,并设计了相应的系统软硬件构成。