顾及上下级空间关系相似性的道路网联动匹配方法_刘闯

道路匹配属于 线 要 素 匹 配，目 前 国 内 外 学 者 对线要素匹配方法 研 究 大 致 分 为 以 下 ３ 类：① 利 用缓冲区增长 方 法 进 行 匹 配［２－４］，简 单 易 行，是 线 要素匹配的常用 方 法；② 利 用 曲 线 自 身 几 何 特 征 进行匹配 ，主 ［５－１１］ 要 是 通 过 道 路 弧 段 的 距 离 测 度 直接对道路弧段 匹 配，或 者 根 据 道 路 节 点 之 间 距 离 远 近 、拓 扑 结 构 相 似 性 等 对 道 路 节 点 匹 配 ，然 后 节点所对应道路 弧 段 匹 配；③ 综 合 运 用 多 个 评 价 指标，从 整 体 到 局 部 的 策 略 匹 配 ，主 ［１２－１６］ 要 运 用 道路网自身的空间结构特征进行匹配。
１３７２
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１６ Ｖｏｌ．４５ Ｎｏ．１１ ＡＧＣＳ

ｈｔｔｐ：∥ｘｂ．ｓｉｎｏｍａｐｓ．ｃｏｍ
随着我国城 市 化 进 程 的 加 快，城 市 地 物 发 生 了 翻 天 覆 地 的 变 化 ，特 别 是 道 路 要 素 ，其 变 化 周 期 越 来 越 短 ，变 化 程 度 越 来 越 大 ，使 得 城 市 道 路 数 据 面临着严峻的更新任务。道路网更新的目的是对 道路网中的变化 信 息 进 行 识 别 与 修 改，而 同 名 实 体匹配是解决这一问题的关键技术。其基本原理 是通过一系列相似度指标识别出不同来源地图数 据库中表 达 现 实 世 界 同 一 地 物 的 地 图 要 素 的 过 程 。 ［１］ 同名实体 匹 配 是 后 续 数 据 集 成、融 合 以 及 更 新 的 基 础 ，具 有 重 要 应 用 意 义 。 据 此 ，国 内 外 研 究学者围绕同名道路匹配进行了大量研究。
ＬＩＵ Ｃｈｕａｎｇ，ＱＩＡＮ Ｈａｉｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ，ＨＥ Ｈａｉｗｅｉ，ＣＨＥＮ Ｊｉｎｇｎａｎ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｓｐａｔｉａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２，Ｃｈｉｎａ
在生成道路 Ｓｔｒｏｋｅ过程中，对 数 据 进 行 拓 扑 处 理 ，去 除 数 据 中 存 在 的 伪 结 点 。 如 图 ２ 所 示 ，对 拓扑处理后的道 路 网 数 据 构 建 Ｓｔｒｏｋｅ，首 先 选 择 一条弧段作为种 子 弧 段，依 次 遍 历 与 该 种 子 弧 段 首、末结 点 关 联 的 其 他 弧 段，依 据 道 路 网 Ｓｔｒｏｋｅ 的判断标准，判断 是 否 存 在 与 该 种 子 弧 段 同 属 一 条 Ｓｔｒｏｋｅ的弧段。若存在，则以该弧 段 作 为 种 子 弧 段 继 续 寻 找 其 他 弧 段 ，依 次 不 断 循 环 ，直 至 找 不 到满足 Ｓｔｒｏｋｅ构建条件的弧段，由此生 成 了 一 条 道路。通过对现有 Ｓｔｒｏｋｅ生 成 算 法 的 分 析 ， ［１９－２１］ 本文依据属性一 致 性、方 向 一 致 性 和 趋 势 一 致 性 这 ３ 种 判 断 指 标，作 为 关 联 弧 段 是 否 同 属 一 条 Ｓｔｒｏｋｅ的 判 断 标 准 。
顾及上下级空间关系相似性的道路网联动匹配方法
刘 闯 ，钱 海 忠 ，王 骁 ，何 海 威 ，陈 竞 男
信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 ４５００５２
Ａ Ｌｉｎｋａｇｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｏａｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ Ｕｐｐｅｒ ａｎｄ Ｌｏｗｅｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｒｅｌａｔｉｏｎ
摘 要：现有道路网匹配方法中，大多利用道路自身结点和弧段特征进 行 匹 配，而 较 少 注 意 道 路 邻 域 要 素 在 道 路 网 匹 配 中 的 重 要 定 位 参 考 作 用 ，从 而 影 响 匹 配 效 率 和 正 确 率 的 进 一 步 提 高 。 针 对 上 述 问 题 ，本 文提出了一种顾及上下级空间关系相似性的道路网联动匹配方法 ，即模仿 人 在 读 图 时 通 过 特 征 地 物 和 空间关联寻找目标地物的思维过 程，将 匹 配 看 作 是 一 种 特 征 目 标 寻 找、信 息 关 联 传 递 的 推 理 过 程。 首 先，运用 Ｓｔｒｏｋｅ技术将复杂道路网进行 等 级 划 分。 其 次，通 过 道 路 骨 架 关 联 关 系 树 构 建 道 路 网 联 动 匹 配模型。最后，选取高等级骨干道路作为起始特征对象，计算道路间 的 上 下 级 空 间 关 系 相 似 性，逐 级 迭 代 使 匹 配 信 息 在 道 路 网 联 动 匹 配 模 型 中 传 递 ，从 而 得 到 匹 配 结 果 。 试 验 表 明 ，本 文 算 法 缩 小 了 待 匹 配 数 据的搜索范围，能够有效提高匹配正确率和效率，尤其在数据位移较大、存 在 非 系 统 性 几 何 位 置 偏 差 的 情况下优势明显。 关 键 词 ：联 动 匹 配 ；空 间 关 系 ；Ｓｔｒｏｋｅ技 术 ；信 息 传 递 中 图 分 类 号 ：Ｐ２０８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－１５９５（２０１６）１１－１３７１－１３ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （４１１７１３０５；４１５７１４４２）
下面研究如何构建道路网联动匹配模型。值 得注意的是，由于 道 路 网 琐 碎 的 离 散 弧 段 使 得 道 路 空 间 关 系 量 化 表 达 变 得 复 杂 。 本 文 借 鉴 Ｓｔｒｏｋｅ 技 术 平 ［１７－１８］ 滑 连 续 的 特 点，对 道 路 网 进 行 重 新 组 织 ，使 道 路 的 整 体 连 贯 性 得 以 保 持 ，更 加 符 合 人 类 的认知习惯。 １．１ 道路网 Ｓｔｒｏｋｅ提取及等级划分
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｍｏｓｔｌｙ ｕｓｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ’ｓ ｏｗｎ ｎｏｄｅｓ ａｎｄ ａｒｃｓ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｌｅ ｌｅｓｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍａｔｃｈｉｎｇ，ｔｈｕｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｍｉｔａｔｅｓ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｔａｒｇｅｔ ｏｂｊｅｃｔｓ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｒｅａｄｉｎｇ ｍａｐｓ，ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｓ ａ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｏａｌ ｆｅａｔｕｒｅ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｃｌａｓｓｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｓｔｒｏｋｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｏａｄ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｒｅｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｌｅｖｅｌ ｒｏａｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｙｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｄａｔａ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｒｏａｄ ｔｏ ｓｔａｒｔ ｍａｔｃｈｉｎｇ，ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｓｔｅｐ－ｂｙ－ｓｔｅｐ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｋｅ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｔｈｕｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｎａｒｒｏｗ ｔｈｅ ｓｅａｒｃｈ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｏ ｂｅ ｍａｔｃｈｅｄ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｃｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｎｏｎ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ；Ｓｔｒｏｋｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ：Ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏｓ．４１１７１３０５；４１５７１４４２）
第 ４５ 卷 第 １１ 期
２０ １６ 年 １１ 月
测 绘 学 报 Ａｃｔａ Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ ｅｔ Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ
Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１６
引 文 格 式 ：刘 闯 ，钱 海 忠 ，王 骁 ，等 ．顾 及 上 下 级 空 间 关 系 相 似 性 的 道 路 网 联 动 匹 配 方 法 ［Ｊ］．测 绘 学 报 ，２０１６，４５（１１）：１３７１－１３８３．ＤＯＩ：１０． １１９４７／ｊ．ＡＧＣＳ．２０１６．２０１６００６２． ＬＩＵ Ｃｈｕａｎｇ，ＱＩＡＮ Ｈａｉｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ，ｅｔ ａｌ．Ａ Ｌｉｎｋａｇｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｏａｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｏｆ Ｕｐｐｅｒ ａｎｄ Ｌｏｗｅｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ ｅｔ Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，４５（１１）：１３７１－１３８３．ＤＯＩ：１０．１１９４７／ｊ． ＡＧＣＳ．２０１６．２０１６００６２．