[发明专利]一种道路与居民地协同化简方法

说明书

本发明涉及一种道路与居民地协同化简方法，属于数字制图技术领域。本发明首先利用Delaunay三角网提取毗邻的居民地轮廓片段，并提取居民地轮廓片段对应的道路片段；然后对提取的居民地轮廓片段和其对应的道路片段进行节点匹配；最后利用约束点化简道路，根据节点匹配结果将道路的节点取舍同步到对应的居民地轮廓，进行协同化简。本发明通过节点匹配建立道路与居民地在毗邻区域的节点级关联关系，将道路上的节点取舍同步至邻近的居民地轮廓，实现协同化简。相较于传统的道路与居民地化简方法，本发明能够有效保持要素间的形状相似性与拓扑一致性，能够大大减少拓扑冲突与形状冲突。

技术领域

本发明涉及一种道路与居民地协同化简方法，属于数字制图技术领域。

背景技术

广义而言，地图中违背逻辑关系与地学意义的现象均可称为空间冲突，不仅限于拓扑错误。形状相似性是线、面要素在邻近区域的重要特征，在空间认知、地物识别、相关性判断等方面具有重要价值。形状相似性是地理要素空间相关性在局部的具体体现，如地图上河流与道路间并不具备非常强的相关性，但在部分区域存在道路沿河修建的情况，此时道路与河流形态越相似，则两者在该区域的关联越紧密。居民地与道路是重要的社会经济要素，两者在地理成因、发育演变等方面息息相关。在城市区域，居民地整体形态化简与道路选取是综合的首要步骤，两种算子相互协同，控制着道路网与居民地群的整体格局，其中居民地整体形态化简的基本方法包括删除、合并、分割及夸大等。在确定道路网与居民地群的整体格局后，需要对各自的形状细节进行化简。部分居民地在整体形态化简后以面积较大的块状街区的形式存在，其轮廓往往与邻近道路有着较高的形状相似性，代表着街区与邻近道路间的强相关性。此时若分别对道路与居民地轮廓进行独立化简，易产生不可控的拓扑冲突与形状冲突，严重影响地图数据质量、视觉感受与空间相关性的表达。

地图要素间的空间关系在综合前后需要尽可能保持一致，否则会影响地图的准确性与可读性。随着比例尺缩小，建筑物逐渐被合并为较大的街区，正常情况下居民地与道路相切或相离，其靠近道路的轮廓往往与道路有着较高的形状相似性，如图1所示。道路与居民地间的强相关性是居民地轮廓与邻近道路形状相似性的根本原因，不同研究对形状相似性的定义与描述不同。距离是评价形状相似性的基本特征，空间距离越小越均衡则越相似。角度、节点曲率弯曲层次等也是形状相似性评价的常用特征。总体而言，形状相似的道路与居民地轮廓具有较小且均衡空间距离、相似的节点角度与曲率、相近的曲折程度与近似的平行关系。

地图上的线要素由节点与连接线段构成，化简算子会改变节点的数量与位置，进而改变线要素的空间位置及整体形状。分别化简毗邻且形状相似的道路与居民地轮廓时，两种要素各自的节点变化情况互不关联，很有可能造成要素间空间关系的改变。根据道路与居民地化简冲突涉及的关系类型，可以分为拓扑冲突与形状冲突，如图2a和图2b所示。其中，拓扑冲突存在拓扑错误，具体表现为“相离→相交”。形状冲突则主要是距离关系与方向关系的不一致，具体表现为“近似平行→显著不平行”。

化简冲突即执行化简算子所导致的空间冲突。目前，处理化简冲突的方法包括两类：一是先执行化简算子，然后探测空间冲突并通过移位等操作进行处理，常用的移位方法包最优化方法和几何方法。该类方法在化简时无法控制空间冲突的产生，探测和移位的原理和过程复杂，均需大量计算资源，且易产生新的冲突。二是在化简过程中尽量避免产生空间冲突，根据处理地理要素的种类可以分为面向单要素与面向多要素；面向单要素的化简冲突处理方法旨在处理要素内部的空间冲突，难以处理多要素间的空间冲突；面向多要素的空间冲突需要针对具体的要素进行设计，目前等高线与河流的协同化简研究较多，没有涉及道路与居民地的协同化简。

现有研究重在保持化简前后拓扑关系一致性，对毗邻线要素间的形状相似性关注较少，导致化简后的毗邻线要素存在形状冲突，进而影响整体的制图效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种道路与居民地协同化简方法，以解决目前道路与居民地协同化简过程由于没有考虑形状相似性导致形状冲突的问题。