南京理工大学:l:1程硕士论文 基手M表示的数字;的iliOiS图形庫建模及真实践
属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户,满足城市建设、企业管理 居民生活对空 「可信富、的变化,借動其独有的空间分析功能和可视化表达功能,进行各种辅助決策。
地理信患系统具有一下三个方面的特征「61 :
1)具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力,具有空问性和动态性.
2)以地理研究和地理决策为国的, 以地理模型方法为手段, 具有区載空「司分析、多要素综合分析和动态预测能力, 产生高层次的地理信息:
3)由计算机系统支持:进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法,作用于空间数1癌,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。
地理信息系线是从20世纪60年代开始逐渐发展起来的新技术。由于地球是人们赖以生存和发展的基石出,所以 GIS是与人类的生存、发展和进步密切美联的一门信息科学技术,受到人们愈来愈多的重视,其应用已涉及到各行各业。特别是i5:几年来, 由于全球信息化的·速发展、信息高速公路、 “数字地球″、 “数字城市''、 “虚組社区''理论的提出[5], (iIs产业受到了空前的关注,越来越多的人投身到 GIS的学习浪潮中 ,
20世纪80年代是 CIS普及和推广应用的阶段。由于计算机的发展,推出了图形工作站和 Pl;微机等性价比大为提高的新一代计算机, 计算机和空问信息系统在许多部l]广泛应用,计算机网络技术的应用, 使地理信息数据的长距离传输时效得到概大的提高。 GIS系统软件和应用软件的发展,使得 GIS的应用从解决基础设施的规划(如道時、输电线)转向更复杂的区域开.发和规划,例如i地的表业利用、城市化发展、人口規划与布局等,地理因素成为投費决策中不可缺少的依据。许多国家把 ,GIs作为有关部门的必各工具設入日常通转。 与一]:i星:超感技术想结合, (irS开始用于全球性问题研究,例如全球沙模化、全球可居住区的评价、 J9尔尼诺现象及酸兩、;該1i「散及核廣料以及金球变化与金球监测。 美国军方制作了全球 u00万空间数据库 1ocw, 原苏联制作了全球数字调和模型和数字正摄影像。20世纪80年代, GIs软件的;研制和开发也取得了很大的成绩,仅1989年市场上有銀·i1介的软件就达70多个,井且競現出了一些具有代表性的GIS商用软件,如Arc/Info, Mic:roStation, MGElntergraph, Auto C的/Aro CAI)等。
我国 (ilS的发展量然较晩,但发展势头迅猛,大体上经历 了4个阶段,即起步( 1970 -1980年)、准备(19,80-1935年)、发展(1985-1995年)、产业化(1995,年以后)阶段。 GIS已在很多部门和领域得到应用,并号l起了政府部l、1納高度重視。从应用方面看,地理
信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调査、交通、能源.地图测量、林业、房地产开发、自然灾審的监测和评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、違输与导航、llo报警系统、公共汽车调度等方面得到了具体应用 a国内 i有城市测结地理信息系统或测_结数据库正在适行或建
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i.引 宫 高京理工大学工1展l硬;i论文
设中 。一批地理信息系统软件已研制开发成功(如 GeoSTAR, CityStar, MapGis等) , 一批高等院校已设立了一些与 (;IS有关的专业或学科,一批专门从事 GIS产业活动的高新技术企;业相继成立。此外,还成立了“中国 ,〔iIS协会''和''中国 (iPS 技术应用协会'' 等组织。
进入2l世纪, 随者地理信息产业的建立和数字化产品的普及, GIS技术已深入到各行各业,成为政府部「]进行科学管理、快速决策及人们生活、生产、学习和工作中不可缺少的工具。 ·
l.2最字地国自动常合研究的童用现状
1.2.l GIS目形建a
数字地图自动综合的研究['2J是一个非常艰难的课题 。 从理论和1技术的角度讲, 建立制图综合的数学模型(数量一定额模型、结构模型、过程模型)是其必须解决的一个难题。目前这方面的研究虽然不少,但所取得的实际成果高实用要求还相差較通。
近年来, 空间信息多比例尺表达的自动制图综合方法开始引起人们的重视。此方法基于这样一种观点, 即 认为所需的各种中小比例尺数据信息应该包含在相应的大比例尺数据之中,因此,可以利用已有的基于单一比例尺的 GIS数据库中的基础地理数据, 通过自动制图结合生成多比例尺数据a 显然, 这种方法不但可以极大的減少多比例尺数据采集、存構,管理和更新的投入,而且可以扩大GIS基:f出数据库的服务面, 提高其措在的应用价值。
在过去 , 从地图中获取地理信息是非常昂贵的井且是高时耗的一項工作, 因为整幅地国的惰患输入借助于数字化仪由人工手动操作, 虽然它具有很高的数字压缩比以及较低的硬件损耗而且操作比较简单, 但是在当今这个信息録炸对聞要求较快的时代,它的制图周期太长,更新太慢,信息更換不及时的缺点暴露无疑,所以;l强为需要一个地图自动输入系_统a 近些年来, 已经出现从_纸质地图中提取地理信息的自动或是半自动的系统。
但是,自动制图综合方法的发展却不容乐观,在所面临的大量挑战中,自动化问題, 即如何在 GIs环境下自动地实现制图综合,是一个核心的定点。自动化的前提是模型化, 所以问题的关體是 (i,lS环境下自动制图综合模型的建立。 而大多数情形下, Gls图形数据信息都可用线状图形来表达,速就使得研究能焦点主要集中到线状要素自动,制图综合摸型的建立方面。对此,国内外学者进行了不少研究,并先后提出了十余个应用模型 。但经过探入
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分析不难发现,现有模型不少都是基于直;现而不是机理的, 操作性而不是分析性的 。它们很难解決综合程度的客观化控制, 1調值的自适应性选取, 地理特征的自动保持等一系列问题, 也很难从理论上保证综合结果的稳定性和收載
南京理工大学工程1iiil士i合:文 基子UML 表不的数字城市 Ci]1S 图形库連操及其实法
性. 究其原因, 一个带有根本性的问题是没有从数学机制上建立能够反映图形形状结构特征随比例尺变化的一般重現律的分析模型 。
小波理论是目前国际上公认的最新空间(时问)频率分析工具, 由于其“自适应性'' 和“数学显微镜性质”而成为许多学科共同关注的焦点 。特别是小波理论中的多分辨率分析(MRA) , 因其可提供在不同分辨率下分析表达信息的有效途径, 尤其受到地学领域学者的高度重视.但是,在 GIs图形数据多比例尺表达研究方面,尽管多分辦率分析与制图综合具有天然的联系, 目前还没有人真正把它应用到数据的多比例尺分析和自动制图综合研究中来。本课题将针对 (]IS图形建模的自动制图综合模型研究,从理论上探索多分辨分析在自动制图综合模型建立及其地理信息系统多比例尺数据表达中应用的新途径, 以及由此带来的 GIs
数据误差处理的方法进行讨论, 从而为自动综合的滤波功能添加新的算法l'2l 。 本文实验研究了基于人眼分辨率极限结合 B样条小波分析的等高线数据葡化,利用基于 B样条小波的变換可以保留原曲线的总体形态的特点,研究了地貌形态自动综合中等高线数据的簡化,理论和实验结果表明,基子 B样条小波分析的数据简化方法能保留原等高线的形状结构特征, 具有良好的效果。 对地貌形态自动综合是可行的。 对于等高线、西网等线状等不规则曲线, 提出了基于特征点数据的自然基小波和正交周期小波的数据简化以及相美的自动综合模型 a
1 .2.2 小波分新对eIS平面不规1■il 曲线的義報解
当前 GIs数据库,为了满足人们测览和利用空间数据集的不同需求,不得不存储多种来源、多种版本、多种空间分辨率或比例尺、多种详组程度的空间数据,构成多尺度的异构空问数据库(HeterogeneousSpatialDatabases) (E9enhOfe「, 1998) 。 同_空间实体的多种表示,共存于同一数据库中, 不仅产生大量的数据冗余和数据矛盾, 而且由于同一空间实体在多个尺度上的不同表示之问毫无联系, 给数据的维护和及时更新带来了很大困难。因此有必要建立起 (iIS数据的多尺度表达。利用小波的分辨率性质使用户能快速连续地通过一种紧致的表示,来获得 GIS数据的多尺度表达模型,不仅可保证图像(形)质量,且不同尺度模型之间无须建立几何形状过渡
(geomorphs) [?],具有很好的视觉主观感受。
本文实验研究了基于 B样条小波分析的等高线数据简化,利用基于 B样条小波的变换
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