基于城市骨架线网的同尺度矢量空间数据匹配方法研究

摘要

随着我国城市化进程加快，城市中道路以及居民地要素的变化周期越来越短，变化程度越来越大，给城市地图数据的现势性维护带来一定的挑战。空间数据更新是维护空间数据现势性的主要方法，而空间数据匹配则是解决数据更新问题的关键技术。本文选取道路以及居民地这两类城市地图中最为重要的要素，通过构建城市骨架线网，对同尺度的道路以及居民地矢量数据的匹配问题进行研究，解决了二者在匹配过程中仍旧存在的一些问题，其主要研究成果如下：
　　（1）总结并分析了当前道路及居民地数据匹配的研究背景和国内外研究现状，探讨了道路和居民地数据匹配过程中仍存在的一些问题，提出基于城市骨架线网的同尺度空间数据匹配新方法。通过构建城市骨架线网，并借助骨架线网眼建立了道路与居民地之间的关联关系。分析了城市骨架线网的构建意义及其在匹配过程中的优势，道路与居民地关联关系的建立为其各自的匹配过程增加了新的判断依据，有利于匹配正确率的提高。
　　（2）基于骨架线网眼的居民地匹配方法研究。针对存在位置偏差的居民地数据，通过骨架线网眼与居民地之间的一一映射关系将居民地匹配转化为骨架线网眼匹配；利用骨架线网眼之间的相接拓扑关系构建骨架线网眼对偶图，通过衡量对偶图节点中心性指标相似性得到骨架线网眼的匹配结果；利用映射关系将骨架线匹配结果进行转化得到居民地匹配结果，解决了存在位置偏差的居民地数据间的匹配问题。
　　（3）顾及邻域居民地群组相似性的道路网匹配方法研究。借鉴人类对陌生环境空间认知的原理和特点，以道路周边居民地分布状况相似度作为匹配衡量指标；利用城市骨架线网确定道路的邻域居民地群组，通过衡量居民地群组的空间关系和几何特征相似性得到道路匹配结果，解决了存在位置或旋转偏差的道路数据间的匹配问题。
　　（4）避免全局遍历的道路网匹配策略。提出一种利用道路拓扑分类技术的道路网层次迭代匹配方法；根据拓扑关系将道路划分为不同类型，并根据不同类型道路数量，划分匹配层和非匹配层，以此确保每个匹配层中只包含少量的道路；只在双方对应类型的匹配层中进行匹配，并通过动态划分道路类型的迭代过程进行循环，直至匹配结束；在匹配过程中避免了全局遍历，加快了匹配搜索速度，提高了匹配效率和正确率。
　　（5）设计并实现了基于城市骨架线网的空间数据匹配实验系统。以相同比例尺不同来源的大比例尺道路和居民地数据为匹配实验对象，对文中提出的理论和方法进行了科学性和有效性验证。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 论文研究内容与方法

1.4 论文组织结构

第二章 空间数据匹配基础理论

2.1 空间数据概述

2.2 同名实体匹配理论

2.3 同名实体匹配相似性衡量指标

2.4 本章小结

第三章 城市骨架线网构建原理与方法

3.1 城市骨架线网概述

3.2 城市骨架线网构建方法

3.3 道路与居民地关联关系构建

3.4 城市骨架线网在匹配中的优势分析

3.5 本章小结

第四章 基于骨架线网眼的居民地匹配方法

4.1 居民地匹配转化为骨架线网眼匹配

4.2 骨架线网眼匹配模型

4.3 实例验证及对比分析

4.4 算法优势分析

4.5 本章小结

第五章 顾及邻域居民地群组相似性的道路网匹配方法

5.1 顾及邻域要素相似性的匹配策略

5.2 道路邻域居民地群组确定方法

5.3 邻域居民地群组相似度计算

5.4 顾及邻域居民地群组相似性的道路网匹配

5.5 实例验证及对比分析

5.6 算法优势分析

5.7 本章小结

第六章 避免全局遍历的道路网匹配策略研究

6.1 全局遍历匹配搜索模式

6.2 利用道路拓扑分类的层次迭代匹配方法

6.3 实例验证及对比分析

6.4 算法优势分析

6.5 本章小结

第七章 原型实验系统的设计与实现

7.1 实验系统总体结构设计

7.2 实验系统环境及主要功能

7.3 系统核心功能展示

7.4本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 论文主要创新点

8.3 研究展望

致谢

参考文献

作者简历