基于自发地理信息的空间数据变化发现与更新方法研究

发布时间：2018-10-08 13:12

【摘要】：随着互联网技术的不断发展,公众越来越多地参与到互联网信息的共享中,用户创建内容(User-generated Content, UGC)成为互联网信息中的重要内容。同时,带有GPS功能的移动终端的广泛应用和地理信息知识的普及也为公众用户自主创建的地理信息进行共享提供了良好的环境。自发地理信息(Volunteered Geographic Information, VGI)正是在这样的环境中诞生的,这种以大众用户网络协作和数据贡献为核心的地理信息,不但为普通人提供了操作和使用地理数据的权利,而且可以用来维护动态更新的开放地理数据库。近年来,基于用户自主创建、公众贡献的自发地理信息网站和应用如雨后春笋般涌现,如维基地图、Google Map Maker以及OpenStreetMap等,其平台以良好的用户使用体验和丰富的数据迅速积累了大量用户,这些数据因为具备更新速度快,语义信息丰富,细节翔实的特点也被各研究机构和行业所广泛应用。自发地理信息的优势在于其更新迅速,可以作为指导专业地理信息数据更新的数据来源之一。自发地理信息来源于公众贡献,专业设备和专业知识的缺乏使得VGI数据采集和制作中可能会带来数据质量问题。传统专业化测绘基于野外实测和遥感影像数据提取的内外业相结合的更新作业方式,其更新数据标准要求严格,但时效性和更新周期受限,缺乏较丰富的语义细节信息。本文的研究重点在于如何将自发地理信息作为专业测绘部门发现变化和数据更新的有效数据来源。基于以上认识,本研究从空间数据变化快速发现、提取与及时更新的目的出发,针对自发地理信息中变化数据的发现、提取、有效性验证和多库更新关联等环节存在的问题,探索基于VGI数据的空间数据变化发现与更新方法和关键技术。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 1、对目前国内外主流VGI项目的平台发展历程、运作机制和现有的专业测绘部门更新模式进行了深入分析,归纳总结自发地理信息数据类型与特点,研究了自发地理信息作为专业测绘部门的更新来源和依据所存在的数据有效性等问题,提出了基于自发地理信息的空间数据变化发现与更新框架。 2、分析了现有的矢量数据同名要素匹配的方法,针对自发地理信息矢量数据中城市路网数据的特点,提出了矢量要素多层次蔓延匹配算法,用于及时发现自发地理信息中的变化数据。通过语义特征得到初始的蔓延单元,结合道路弧段和结点的语义、几何和空间拓扑信息,进而蔓延到整个道路网,直到所有道路弧段被标记,充分顾及了数据之间的互相匹配的关系。 3、分析了城市路网矢量数据和高分辨影像中存在的特征知识,提出以获得的VGI更新数据为先验知识,快速捕获变化区域,以从VGI数据中获得的变化地物和现势的高分辨率影像中特征知识为指标,基于模糊推理的置信度计算验证数据有效性。 4、根据专业测绘生产部门的实际需求,基于传统生产部门更新机制和数据库组织结构,对在分布式协同环境下多数据库联动更新问题深入分析,提出了基于更新规则的多库联动更新方法,制定多数据库之间的更新规则,实现VGI变化数据从入库、对象化到发布的增量数据更新。 5、根据本文提出的基于自发地理信息的空间数据变化发现与更新方法,构建原型系统,对其中用于VGI数据的矢量要素多层次蔓延匹配算法、基于高分辨率影像的VGI数据有效性验证和基于更新规则的多库联动更新方法进行了实现,并在城市路网场景进行了实证研究。基于本文提出的方法,探索了自发地理信息作为专业测绘部门数据更新来源的可能。自发地理信息作为一种有别于传统测绘与遥感的专业地理采集数据,汇聚公众用户的知识,现势性高,细节丰富,在交通、灾害应急等行业具有很大的应用价值。在之后的研究中,我们将根据自发地理信息的特点,关注于数据质量,分析基于公众的数据有效性验证,实现变化数据从识别到验证的一体化,从而构建更为有效的空间数据更新体系。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P208

【参考文献】