空间数据的多尺度特征与自动综合
海洋测绘Vol .24，No .4
l ，2004HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING
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第24卷第4期2004年7月
空间信息系统原理（四）
空间数据的多尺度特征与自动综合
王家耀，成
毅
450052）
（解放军信息工程大学测绘学院，河南郑州
摘要：尺度是地理现象、地理数据所共有的重要特征之一。就地理现象的多尺度描述和数据的多尺度特征进行了简要的分析，介绍了GIS 中空间数据多尺度特征的表示方法，并对空间数据自动综合的理论、方法问题进行了探讨。
关键词：地理信息系统；空间数据；尺度；多尺度表示；自动综合中图分类号：P208
文献标识码：B
文章编号：1671-3044（2004）04-0001-03
1引言3数据的多尺度特征
尺度是空间数据的重要特征，指数据表达的空
尺度是客体在其“容器”中规模相对大小的描述。在自然现象中，生物界及非生物环境中存在着各种尺度的变化；社会、经济过程和现象中同样存在着尺度特点。这种尺度一是来源于影响它的自然过程的尺度性，同时也受社会经济活动自身尺度性的制约。对于由地理现象的多尺度问题所引发的空间数据的多尺度特征及其表示方法的研究是地图学与GIS 所不能回避的问题。2
地理现象的多尺度描述
对地理现象的研究是通过对其描述的概念、量纲和内容的层次性来实现的，即将不同尺度的过程用特定的概念、量纲来抽象描述。
（1）概念尺度性
描述地理现象的概念有尺度的含义。空间数据实体的内容是复杂多变的，对于特定类型的空间数据也可以用有尺度含义的概念来反映数据的尺度。
（2）量纲多尺度
量纲尺度是指描述地理现象或空间实体的单位及两侧的数据量级别，其尺度的单位主要有空间距离单位和时间长度单位。
（3）内容（属性）多尺度
数据内容多尺度表现为属性变化的强弱幅度及内容的层次性。强弱幅度可以用单位时间内属性特征变化的值表示；内容的层次性是指数据描述过程中的级别可组合性。
间范围的相对大小和时间的相对长短，不同尺度所表达的信息密度有很大的差异。一般而言，尺度变大信息密度变小，但并不是等比例变化。地球系统是由各种不同级别的子系统组成的复杂巨系统，各种规模的系统都有尺度概念，作为描述各种尺度中地理特征的空间数据自然也有尺度特征。空间数据的多尺度可以从两方面说明。
（1）空间多尺度
空间数据以其表达的空间范围大小，分为不同的层次，即不同的尺度。这种特征表现在数据的可综合上，亦即根据数据内容表达的规律性、相关性及其自身规则，有相同的数据源形成再现不同尺度规律的数据。
（2）时间多尺度
时间多尺度指数据表示的时间周期及数据形成周期有不同的长短。从一定意义上讲，时间尺度与空间尺度是一致的，即较大的空间尺度往往对应于较长的时间周期。4
GlS 中空间数据的多尺度表达
由上述可知，“尺度”是地理现象相关的最基本但也是难以理解和容易混淆的概念之一，它有多种含义，在这里我们一般指信息被观察、表示、分析和传输的详细程度。由于不可能观察地理世界的所有细节，而多种地理现象和过程的尺度行为也并非按
收稿日期：2004-06-30
作者简介：王家耀（1936-），男，湖北武汉人，中国工程院院士，主要从事地图学与地理信息工程研究。
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海洋测绘第24卷
比例线性或均匀变化，因此需要研究地理实体的空间形态和过程随比例尺变化的规律，这是建立GIS 多尺度空间数据处理模型表示方法的基础。
由于地理信息的自动综合这个困扰地图学及当前的GIS 数GIS 界的国际性难题至今难以解决，
据库为了满足人们浏览空间数据集的不同需求，不得不存储多种比例尺、不同详细程度的空间数据，即同一空间实体的多种表示共存于同一个数据库中，因此会产生大量的数据冗余及相应的一系列弊端，合变成视觉可见的。显然，符号化的结果是否符合用图者的感受规律，将在很大程度上影响制图综合的效果。感受理论能够为制图数据的分类分级及其符号化、地物轮廓形状的化简，特别是地图注记的取舍与配置等问题提供理论依据和指导。就目前的研究现状而言，如何合理地安排注记与地图要素之间的关系，使多要素自动综合的表达效果最好，应该是感受理论要给予回答的问题。5.2
自动综合的主要方法
更重要的是在进行跨图幅综合分析时会产生一系列的问题。因此需要寻求合适的空间数据多尺度处理与表示方法，能够通过多尺度的操作，使之从一种表示完备地过渡到另一种表示。这种完备性包括保持相应尺度的空间精度和空间特征，保持空间关系的一致性以及维护空间目标语义的一致性。!
空间数据的自动综合
经过国内外学者的长期努力，自动综合这个难题在20世纪80年代中期以来取得了突破性进展。5.1
自动综合理论基础的研究
关于自动综合的理论研究可以概括为三个主要方面：
（1）基于地图信息和地图传输的地图综合理论由Kolacny （1969）和Ratajski （1973）首次提出，现已为大家所接受。按照这一思想，地图制图过程是一系列的信息转换过程，制图综合的目的和作用就是经过对制图对象的选取、化简、分类、分级和符号化的抽象过程，使地图使用者能更有效、更容易地通过地图获取尽可能多的信息。
（2）基于认知的地图综合理论
基于认知的地图综合理论认为，认知是地图综合赖以实现的基础。根据认知科学的原理，人类的认知过程包括感知、记忆和想象，天然的具有对所观察的图形进行再组织和再构建的能力和需要，而在地图综合过程中，根据人类认知特点与需要建立地图综合原则，将能较好地适应人类读图并解译、理解、记忆和使用地图信息的需要。但就目前的研究状况而言，基于认知的地图综合还远未形成可实际用于地图综合的体系，能解释以往的方法却不能指导现实的作业。这一理论的完善和实用化，尚需实验心理学提供更丰富的经验与理论解释。
（3）基于感受的地图综合理论
按照罗宾逊等人的观点，地图综合过程分为化简、分类、符号化和归并等四种类型，其中符号化是对简化和分类的结果赋予各种标志，从而使地图综
如何实施制图综合包含了大量的人类对地理数据进行处理、分析和决策的过程，制图综合的自动化首先需要理解制图员在综合地图时的各种行为，并将整个复杂的制图过程合理分解，用各种算子来代替或定义。
（1）算子分析
地图综合是一系列有序算子的集合，各个算子之间既有相互联系又有相对的独立性。根据自动综合的流程和应满足的条件可以将自动综合算子做以下划分，见图1
。
图1自动综合算子划分
除了上述九种制图综合算子外，与制图综合密切相关的算子还有数据转换、拼接、注记的选取与配置等。地图制图综合过程是一系列有序算子的联合，各个算子之间应既有联系，又有相对的独立性，既要考虑算子的需求性，还要考虑实现的可能性，完备的自动综合算子集合要涵盖整个地图综合过程。
（2）模型算法
第4期王家耀，等空间数据的多尺度特征与自动综合
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自动综合模型算法的研究一直非常活跃，而且随着基础科学研究和相关学科的不断发展，新的理论和方法也不断在自动综合领域得到应用。早期的研究成果主要有：用于确定地物选区数量的方根选取规律模型、回归模型等；用于结构选取的模糊综合评判模型和图论模型等。最新的研究成果有：主要用于开方根规律①分形理论及分维方法，
公式的分形扩展及其在地物选取方面的应用，以及等高线的自动综合等；
主要用于海图水深注记的②神经元网络方法，选取、岸线和等深线的自动综合，以及自动综合中知识的获取；
利用小波分辨率分析，主要③小波分析方法，用于线状目标的自动综合；
通过合理选择结构元④数学形态学滤波方法，
素，主要用于面状地物的合并及位移；研究地图综合⑤基于Agent 的自动综合算法，中的监控Agent ，即地图综合行为的监视器，设计了监控Agent 模型，对自动综合的操作过程进行全程监控；
主要用于点③基于遗传算法的自动综合算法，
状要素注记的整体最优配置及线划自动化简，这种在人工智能领域广泛应用的高效全局搜索算法，对于找到点要素注记的整体最优解及在保持线划要素的全局特征方面有着明显优势。
目前已经建立的地图综合模型由于受统计样本的限制，还很不完善，地域环境的普遍适应性较差，因此，自动综合的模型化问题，仍需要继续深入研究。6结束语
空间数据的多尺度表示是空间信息系统中必须解决的问题。解决这一问题的思路是实现空间数据
综合的自动化。为解决这一问题而进行的研究虽然已经取得了许多理论成果，也出现了一些实用系统，但问题还远未解决。这里除了自动综合的模型、算法、知识及其协同应用等许多问题还需进一步深入研究外，自动综合方法、过程控制及其如何满足空间数据多尺度现实的速度要求是一个更为复杂的问题。满足空间数据多尺度显示要求的自动综合，至少目前还是十分困难的。
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The Multiple Character of Spatial Data and Automated Generalization
WANG Jia-yao ，CHENG Yi
（Institute of Surveying and Mapping ，Information Engineering University ，Zhengzhou ，Henan ，450052）Abstract ：Scale is one of the common characters of geographic phenomenon and data . This paper analyses the multiple character of geographic phenomenon and the multiple representation of data ，introduceds the methods of the multiple character representation ，the theories and methods of automated Generalization .
Key words ：GIS ；spatial data ；scale ；multiple representation ；automated generalization
空间数据的多尺度特征与自动综合
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
王家耀， 成毅
解放军信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052海洋测绘
HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING2004,24(4)14次
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