測繪科學(xué)技術(shù)

面向多重空間沖突解決的移位場模型

周啟，艾廷華，張翔

摘要：目的：本文旨在發(fā)展一種基于物理學(xué)“場論”思想的目標(biāo)移位地圖綜合算法，在制圖綜合的過程中能夠解決多源空間沖突，并顧及目標(biāo)集群的空間分布模式與空間關(guān)系。方法：主要思路是建立空間鄰近關(guān)系和移位場模型，并考慮移位（力）在場中的傳播機(jī)制。首先，利用約束Delaunay 三角網(wǎng)建立地理要素的類Voronoi 圖空間剖分結(jié)構(gòu)，并利用圖論和“格式塔”原則對特定目標(biāo)群組和排列模式進(jìn)行識別，群組目標(biāo)可在后續(xù)處理中進(jìn)行統(tǒng)一移位操作。其次，通過空間鄰近關(guān)系探測目標(biāo)間的空間沖突（通視距離小于用戶設(shè)定閾值），作為場中的斥力發(fā)生源，并依據(jù)剖分單元距斥力發(fā)生源的拓?fù)溧徑嚯x，在空間剖分結(jié)構(gòu)上圍繞各發(fā)生源建立獨(dú)立的斥力傳播“等勢線”。源斥力的大小由發(fā)生源內(nèi)目標(biāo)間的最小距離和用戶設(shè)定的制圖最小可視距離之間的差決定，并沿“等勢線”向外傳播。斥力傳播到特定目標(biāo)的大小與該目標(biāo)到發(fā)生源的拓?fù)溧徑嚯x成反比，方向與該目標(biāo)所在的上級“等勢線”局部切線方向垂直。最后，對移位場中所有斥力發(fā)生源由傳播產(chǎn)生的力（矢量）進(jìn)行求和并映射為各目標(biāo)獲得的最終位移矢量，完成移位過程。此外，本方法還對可能產(chǎn)生二次沖突的目標(biāo)之間增加適當(dāng)?shù)膬?nèi)部排斥力。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)表明，在只考慮由外部單一力源（如街道拓寬對街區(qū)空間的擠壓）導(dǎo)致的移位中，由于只考慮了街道拓寬產(chǎn)生的“外力”作用，移位后可能產(chǎn)生次生沖突并破壞街區(qū)內(nèi)部地理要素分布結(jié)構(gòu)的完整模式；而考慮了多重斥力發(fā)生源，并顧及空間群目標(biāo)統(tǒng)一性后，本模型能夠有效地避免絕大部分次生沖突，在制圖綜合過程中較好的保持空間目標(biāo)的分布模式。移位前后目標(biāo)分布密度的強(qiáng)相關(guān)性（R2＝0.88）表明，本模型良好地保持了空間目標(biāo)的分布密度，維持了空間目標(biāo)的相對位置關(guān)系。此外，用戶可通過控制不同斥力發(fā)生源的可傳播范圍以平衡內(nèi)外力對最終移位效果的影響。結(jié)論：本文建立空間移位場，模擬外力與內(nèi)力在空間場中逐級衰減傳遞以確定其強(qiáng)度與方向，該方法比較好地將多種空間沖突一次性集成考慮，避免顧此失彼，較好地保持空間目標(biāo)的局部分布模式與整體分布特征，實(shí)現(xiàn)了滿足以上條件的制圖綜合自動移位。更一般的，利用本文“場論”思想，可以很好模擬特定變量在地理空間中的“傳遞性”與“衰減性”效應(yīng)，提高現(xiàn)有“場模型”對地理現(xiàn)象與過程的建模能力。

來源出版物：測繪學(xué)報, 2013, 42(4): 615-620

入選年份：2017