[发明专利]应用参数化设计模型化简数字地图居民地多边形的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及地图制图和地理信息工程领域，特别是数字地图和GIS(地理信息系统，下同)中一种应用参数化设计模型化简数字地图居民地多边形的方法。

二、背景技术

居民地多边形的化简与概括是地图综合研究的主要内容，并且在GIS多尺度表达中发挥着非常重要的作用。单个居民地多边形的化简，国内外学者做了大量的卓有成效的工作，从数据结构的角度看，比较有代表性的方法主要有：基于矢量数据结构的化简方法、矢量与栅格相混合的化简方法和基于栅格数据结构的化简方法。基于栅格数据结构的化简方法一般仅适用于大比例尺条件下典型直角化建筑物的轮廓化简，不适用于形状结构复杂或者中小比例尺条件下居民地多边形的化简。矢量与栅格数据结构相混合的方法结合了两种数据结构的优点，能对较为复杂的居民地多边形进行合理的化简，但实现起来困难，方法的稳定性不高。另外，频繁的矢量-栅格数据之间的转化，必然会导致数据精度的降低。

基于矢量数据结构居民地多边形化简方法是目前较为常用、研究成果较多的一类方法，但是在理论研究和实际应用过程中存在着以下不足：大多数化简方法是把居民地多边形的轮廓边界作为闭合的线串来处理，采用线的化简方法来对面进行化简，忽略了二维目标所特有的拓扑信息和语义信息结构；居民地多边形的化简要遵循一定的约束规则和知识，目前对这些规则和知识缺乏统一的标准和分类、约束规则和知识的定量化参数化表达能力差、居民地多边形图形几何特征和结构特征的识别效率不高，从而导致方法的自适应性和可重用水平较低。实际的数据情况千差万别，一种方法可能对一类或者某一个居民地多边形化简的效果较好，但可能并不适用于其它类型的居民地；图形的化简过程、约束建模过程和质量评估过程之间是线性、单项的过程，不能通过约束建模过程和质量评估过程中的隐含知识来反馈优化图形的化简结果，目前还没有一种数学模型能将整个过程精确化、定量化描述，并避免导致化简的效果较差的问题。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种应用参数化设计模型化简数字地图居民地多边形的方法，可有效解决通过数学模型将整个过程精确化、定量化，并保证化简效果好的问题，其解决的技术方案是，将居民地多边形的几何特征、结构特征和化简所遵循的约束规则参数化、变量化表示，从而建立相应的参数化设计模型，通过求解设计模型来达到多边形化简的目的，所谓参数化设计是指用一组参数约束几何图形的结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有对应关系，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动原几何图形达到新的目标几何图形，把上述产品设计的过程模型化的结果就是参数化设计模型；

在对居民地多边形的几何特征识别的基础上，首先设计化简的渐进式图形化简方法，然后对化简过程中所遵循的约束条件进行定性分析，并建立相应的定量约束模型，在此基础上建立居民地多边形化简的参数化设计模型，参数化设计模型主要包括超图模型和数学模型，最后通过求解超图模型和数学模型来达到最终的化简，具体步骤是：

1、给定初始阈值集合、根据数字地图生产规范给定数字模型对应的目标函数I_j(j＝1，2，3，4，5)的取值范围和根据对决定化简结果优劣贡献的大小权值b_j(j＝1，2，3，4，5)的取值；

2、识别居民地多边形的图形特征，利用坐标单调性判别方法来识别局部极值点和基本弯曲，利用相邻边矢量叉乘识别居民地多边形的方向及顶点的凸凹性；

3、利用渐进式图形化简方法对多边形进行一次化简，渐进式图形化简方法的步骤是：删除居民地多边形的冗余点、对凸顶点进行删除处理、对凸顶点进行直角化处理、对凹顶点进行删除处理、对凹顶点进行外扩和直角化处理；

4、构建相应的超图模型，并计算超图模型，得到模型中的各个约束边对应目标顶点的值；

5、利用参数化设计模型对应的数学模型对步骤3中得出的约束顶点进行约束分析，不断反复执行步骤2、3，直到数学模型对应的目标函数达到最小，由此，将多边形的化简问题转化为一个求解参数化设计数学模型的过程，将该数学模型设计为：