居民地地图自动综合知识的分类及形式化描述

居民地地图自动综合知识的分类及形式化描述
温婉丽;王月亭
【摘要】在分析了知识的特点、已有地图综合知识分类和形式化描述的基础上,结合居民地地图的特点,提出了关于大比例尺居民地知识的分类和形式化方法,这种方法易于系统开发,便于同地图综合模型和空间数据管理相结合.
【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》
【年(卷),期】2011(029)003
【总页数】4页(P90-93)
【关键词】居民地地图综合知识;形式化;空间数据
【作者】温婉丽;王月亭
【作者单位】河北建筑工程学院数理系,张家口,075024;河北建筑工程学院数理系,张家口,075024
【正文语种】中文
【中图分类】P28
地图综合是科学与艺术相结合的产物之一，是地理信息领域中人工干预较强的决策过程，在很大程度上受人的认知水平的限制，即使是同一幅地图的综合，不同地图工作者很可能得到不同的综合结果.因为地图综合不仅要面对大量的空间数据，更需要大量的制图专家的知识和经验.一个地图综合系统的关键在于所包含的制图专家的知识的多少和质量的优劣，取决于地图综合知识形式化表示及其符合制图规律
的组织.
1 知识的一般特征的分析与分类
知识是人们对现实、现象和概念进行描述的最高层次，人们用它来解释、推测和交流；它是人们对信息分析、综合和抽象的结果.在不同的研究领域，站在不同的角度，人们都有不同的说法.我们在学习和解释知识过程中都有共同的体会，对于不同知识的学习和理解的难易程度是不同的，知识是有层次的，即知识＝事实＋概念＋规则＋启发式，这是知识由浅入深的四个层次，不同层次的知识在不同的领域所处的重要性不同，但它们都有以下共同的特性：
1）真实性，知识既然是客观事物及客观世界的反映，它必然具有真实性，它们应该经得起实践检验或用逻辑推理证明其真伪.
2）相对性，所谓真实性也是相对的，知识的存在往往是有条件和环境要求的.一般知识不可能都无条件的真或者是无条件的假，都具有“相对性”.
3）不完全性，现实中的知识往往是不完全的，其原因是由于客观世界中很多事物本身往往是表露不完全的，它反映在人们头脑中对该事物的认识也就不可能完全. 4）模糊性与不精确性，与知识的相对性与不完全性相关联的还有知识的“模糊性”.所谓模糊性在某种意义上可以认为是对客观事物描述的进一步现实化.因为现实中知识的真与假，一般来说并不总是“非真即假”，而是处于中间状态，模糊数学对客观事物的这种中间状态给予了恰当的描述.
5）可表示性，知识是客观事物的抽象和概括，但它本身并不是某种物质的东西，然而它应该可以用各种方式加以表示，即具有“可表示性”.
2 居民地地图自动综合知识的特征
居民地地图自动综合的知识无疑具有知识的一般特征，但其综合的对象是地图，因而又有其独特之处，最为明显的特征是空间特征.
地理知识是一切以地理空间目标的时间和空间数据为基础参考的知识，它是空间推
理和空间决策的基础；而地图综合的知识就是有关地理信息空间中的信息抽象、概括和特征化得知识与经验，是实现地图综合的源泉.其主要特征如下：
（1）层次性、系统性和树结构特征.地图所描述的地理信息本身具有层次性、系统性和树结构特征，层次性主要表现在地图要素的分类编码上，系统性主要表现在地理信息的关联性，树结构特征主要表现在地图图形的结构性和地图知识本身的关联性.如居民地可依据其类型、行政意义、人口数和位置特征划分等级层次；道路可以按类型、通行能力等划分等级层次；境界可以按其表示行政区域的等级划分等级层次；水库可以按其库容量等划分等级层次等等.
（2）量测性.很多规则是建立在要素量化的前提条件下，如“分界尺度”式规则.即决定物体取舍的最小尺寸.根据制图物体在实地的存在方式和在图上的特点归纳为以下4种形式：a.线形地图分界尺度；b.面积地图分界尺度；c.实地分界尺度；
d.线形地图分界尺度与实地分界尺度的组合形式；“阈值”式规则，主要用于轮廓形状化简与图形合并等问题的处理，凡是小于给定阈值的，轮廓图形的微小弯曲可以删除，相邻的图形（同类）可以合并.
（3）过程性.在地图综合中，综合的过程通常用算法来描述.地图综合的算法有两类，一类是面向目标（物体）的算法，如曲线化简算法等；另一类是面向过程的算法，如居民地的选取，首先确定选取目标，然后确定居民地的重要性等级，最后以等级的高低逐次选取，直至与计算的选取数相符.
（4）不确定性.地图综合过程中很多决策并非是客观的，某种程度上受地图编制者认识水平的影响.这也是地图编制过程中需要应用大量的视觉思维和灵感思维决定的.
（5）空间关联性.地图中所描述的空间关系在地图综合过程中必须保持，并认为这种“保持”实际上是空间关系的动态等价性转换.
（6）可视性.可视性知识是人们以视觉形式获取和表达的空间知识，地图综合规则
中经常提到的形状描述、结构特征等都是具有可视性的知识，例如树状河系、V形谷、U形谷，由等高线的起伏可以联想到实际地物的特征.
3 居民地地图自动综合知识的分类
地图综合知识的分类体系有多种.其目的都是为了地理知识的有效管理和应用，实
现地图综合的自动化.Dan Lee（1997）探讨了如何理解和提取地图综合规则的基
本思想，William A.Mackaness等（1993）专门讨论了图论在地图综合中的应用，根据算法的需要总结出了九条规则.
郭庆胜（2001）根据地图自动综合的算子以及地图自动综合系统的概念框架，将
地图自动综合知识分为［1］（1）有关地图综合外在条件方面的知识.主要是指比
例尺或精度的变化所产生的各种限制条件，使得地图综合不得不发生.它主要包括：（a）图形限制条件；（b）比例尺或精度限制条件等.（2）有关地图要素本身的
知识.主要包括单要素内部的几何结构知识和语法、语义知识，要素群内要素间的
空间关系及其语法、语义知识.（3）有关地图综合算子应用的知识.主要包括地图
综合算子使用条件和地图综合算子使用顺序方面的知识.（4）有关地图综合结果评价方面的知识.主要是指地图综合算子所产生的局部和总体效果是否符合制图规范
等方面的要求.这是目前为止对地图自动综合知识比较全面、科学的分类，本文便
是在此基础上，结合作者的研究和理解，加入以下几个方面详细的知识：
（1）综合模型的选取、合理参数的确定方面的知识.
（2）制图区域特点.即事实性知识，这方面的知识将对地图综合起关键性作用.
以上两点都是实际需要中的知识，针对不同的综合对象，将有不同的规则性结果.
4 居民地地图自动综合知识形式化描述的方法分析
地图自动综合知识的形式化是困扰地理信息科学研究者的问题之一.而地图自动综
合知识必须形式化，并转变成数据才能进行数据处理.地图自动综合知识形式化主
要包括地图自动综合知识属性与地图知识图像、图形两方面的形式化［4］.
4.1 地图自动综合知识属性的形式化
地图自动综合知识属性的形式化就是将定性描述的地图综合知识分解为独立因子（数据化），再将独立因子组合成因子团，使地图综合知识具有形式化的属性.地
图综合知识经过制图员长期的经验积累、总结、概括，已从片面的知识到全面的知识，形成了知识的系统，如前所述，虽有不同的分类方法，但已总结成体系.因此，首先要解决地图综合知识分解的可能性问题，再从独立知识因子中提取公共知识因子，对公共知识因子进行数据化.
4.2 地图综合知识图形、图像数据化
地图综合知识图形、图像只有知识提取的问题.图形、图像本身是直感的知识，存
储在计算机时，已经是数据化了的.现在也已解决了数据图像像元的采样问题.所以
此处形式化关键的问题就是分析清楚大比例尺居民地地图的成图特点.
4.3 自动综合知识形式化描述的方法
形式化方法很多，大致分为五类：
（1）基于模型的方法给出系统的状态和状态变换的显式操作，但不给出并发的显式表示，如Z和VDM.
（2）基于代数的方法通过联系不同操作之间的关系，来给出操作的隐式定义，但不定义状态，同样它也不给出并发的显式表示，如：OBJ和CL EAR.
（3）基于过程代数的方法给出并发过程的一个显式模型，并通过过程间的通信约束来表示行为，如：CSP、CCS.
（4）基于逻辑的方法用逻辑来描述系统的特性，包括程序行为的低级规范和系统时间行为的规范，如：时序逻辑法，实时区间逻辑法，直觉命题逻辑法，高阶逻辑法.
（5）基于网络的方法根据网络中的数据流，显式地给出系统的并发模型，包括网络中从一个结点流向另一个结点的条件，如：Petri网，谓词变换网等.
在实际应用中，往往是多种方法的混合使用，使用时多以集合论和谓词逻辑为基础，这些方法在技术上都有些相似，但在表达能力上却有不同.
4.4 大比例尺居民地地图的成图过程
通过作者的制图经验和对新版的大比例尺地形图图式的分析，大比例尺地形图成图在给定特定的地理区域范围，确定图幅大小的情况下，其成图过程如下图1.
图1 大比例尺地形图数据处理流程
上图中核心的部分是地图数据库的建立，且在建库过程中就应依知识的分类对数据分层存储，这样才有利于综合.综合过程中则需要通过建立面向对象的模型（选取
模型等），对数据进行综合处理.
本文重点分析了居民地地图知识的特点和形式化方法，并结合大比例地图图示特点，尝试将知识表达和形式化的逻辑表达相融合的，既是将面向对象方法和形式化方法的优点的相统一，从而使得领域之间的互补和借鉴更容易，使得居民地地图综合系统更易于开发和数据的有效利用.
参考文献
【相关文献】
［1］郭庆胜.地图自动综合理论与方法.测绘出版社，2002，80～99
［2］蔡自兴，徐光佑.人工智能及其应用（第2版）.北京：清华大学出版社，2002，105～110 ［3］GBT20257.1－2007《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》
［4］马蔼乃.地理知识的形式化.测绘科学，2001.4，8～12。