多尺度空间目标相似性度量研究

发布时间：2020-06-02 21:49

【摘要】：随着空间数据获取手段和技术的飞速进步,一大批基础地理数据库逐步建成并投入使用,已有空间数据与瞬息变化的现实世界之间的矛盾——空间数据现势性问题日益突出。当前地理信息学界普遍认同多尺度地图数据联动更新技术是提高空间数据现势性的一种重要手段,其关键就是目标匹配,即建立不同尺度地图同名空间目标之间的对应关系。不同尺度、不同来源的地图上同一目标通常具有一定的差异性,为了评价目标匹配结果需要对匹配目标对中不同尺度的空间目标进行相似性度量。已有的相似性度量方法主要有紧致度法、正切空间函数法、双参数法、傅立叶描述子法、形状多级描述法等,但这些方法都只考虑了目标总体特征或者局部特征。为此本文结合分形理论中的分形维数对形状的描述特性,具有旋转、平移和尺度不变性,建立了基于分形维数的多尺度地图数据相似性度量模型。对于线目标,基于分形维数的相似性度量方法以分形维数刻画线目标的几何形状特征,结合线目标之间的距离等信息对多尺度同名线目标之间的相似性进行定量度量。对于面目标,基于分形维数的相似性度量方法同样是以分形维数来刻画面目标的几何形状特征,结合其空间位置、大小和分布模式等信息对多尺度同名面目标之间的相似性进行定量度量。该方法既考虑了目标的局部结构特征,又兼顾了目标的整体分布特性。最后将该方法应用到点群目标相似性度量当中,并取得了较好的效果。分形理论的研究内容是不规则的几何形体和自然界中广泛存在的无序而又自相似性的系统,其中自相似性是该理论中的重要概念,即整体缩小后会与局部相同,局部放大后会与整体相同。分形维数是分形理论中最核心的概念与内容,它能够较好地表达直观上的形态特征,并能为研究不规则的复杂要素提供很好的数学方法。依据分形维数的特征,它本身顾及目标局部结构和整体自相似性,与人的视觉感知较为一致,是一种用来度量形状相似度的较好方法。因此本文将分形维数引入到多尺度空间目标相似性度量模型当中,并通过实验验证了基于分形维数的相似性度量模型的实用性。论文通过对多尺度空间目标相似性度量方法的研究,为空间数据质量评价和对比分析了提供依据,促进了空间数据的质量的改善,同时也能提高数据库自动更新的效率等。
【图文】：

距离计算,方法,空间目标

邋Ｂ）邋＝邋ｍａｘ｛＾４邋，ｓＢ｝逦（２．１０）逡逑根据不同空间目标类型，图２．１给出了邋４种情形下的空间目标间Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离计算逡逑方法１４５１。逡逑Ｉ逦￣逦￣逦｜逦￣逡逑＾逦￣＼Ｐ逦逦逦ｎ逡逑Ａ邋Ｂ邋Ａ邋Ｂ＇逦／邋＇Ｂ逦—逦＾邋办逡逑Ａ逦Ａ逡逑ａ）邋Ｗｔ点、白勺十青形逦邋ｂ）邋—个点与一条线的情形逡逑ｆ－｜逡逑Ｃ）两条线的情形逦ｄ）邋—条线与一个面的情形逡逑图２．１邋Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离计算方法丨４５丨逡逑邓敏等人在Ｃｈｅｎ空间要素的Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离度量方法基础上％，提出的广义逡逑Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离度量模型和中位数Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离度量Ａ并通过研宄发现，采用广义逡逑Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离模型对空间目标位置相似性度量的结果与人眼的判断结果更一致，得到的逡逑结果更稳定。逡逑２．４方向相似度逡逑空间目标多尺度表达前后并不完全匹配，但又存在一定的相似性，方向关系相似度逡逑便可以与描述这种空间关系＂。１。空间方向关系即两个空间目标之间的相对方向关系，空逡逑间上两个目标ｄ和５，，当ｄ相对于５发生移动时，两目标的空间方向关系相对于移动前逡逑也就发生了改变，也就产生了差异性。与之相对的也就有了相似性，这也是地图数据空逡逑间关系维护的重要内容。Ｇｏｙａｌ最先提出了空间方向相似性的定义

面目标,方向关系,对象

逑利用投影法可以获得空间方向关系矩阵模型。其主要思想是Ｈ７１：以空间目标对象为逡逑参考将其所在的空间分为九个独立的方向片，各方向片表示如图２．２所示，中心方向片逡逑为＜９，其它外侧的八个方向片依次表示为？？北（ＡＯ、南（Ｓ）、西（ＷＯ、东（五）、逡逑东北（ＡＷ）、东南（见）、西北（ＡＷ邋）和西南）。通过记录目标对象在参考逡逑对象方向片间的移动，刻画空间方向的变化。逡逑Ｎｆｆ逦Ｎ逦ＮＥ逡逑ｗ逦ｅ逡逑ＳＮ逦Ｓ逦ＳＥ逡逑图２．２参考对象空间方向分区［４６１逡逑图２．３给出了方向变化示例，以图２．３邋（ａ）作为参考，图２．３邋（ｂ）、图２．３邋（ｃ）是逡逑方向发生变化之后的情形，在计算方向相似性时，都与图２．３邋（ａ）比较。逡逑Ｅ］逦0□逡逑二翌＝逦二翌＝逦二公＝逡逑￣｜逦｜逦ｑａ逡逑ａ）逦ｂ）逦ｃ）逡逑图２．３面目标Ａ和Ｂ间的方向关系（Ａ为参考对象）逡逑根据图２．２的方法可对空间划分为九个不同的方向片，以ｄ作为参考对象，可得到逡逑方向关系矩阵为：逡逑ｄｉｒ（Ａ，Ｂ）＝邋Ａｌｖｆ］Ｂ邋Ａａｆ］Ｂ邋ＡＥＣ＼Ｂ逦（２．１１）逡逑Ａｓｆ］Ｂ邋４邋门邋Ｓ逡逑方向关系矩阵中元素有两种取值，即交集为空（用0表示）和交集为非空（用１表逡逑示）
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P208

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