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[摘要]在数字化时代的今天，地理信息系统已成为空间信息分析应用的主要工具，但空间信息在GIS中的最好表示方式仍然是地图。本文以地图制图的理论为基础，提出了地图制图综合的几种方法，希望对相关人士有所帮助。
[关键词]地图自动综合 概念模型 模型算法
[中图分类号] G255.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-238-1
1前言
地图自动综合的研究从上世纪 60 年代就开始了。最初的研究内容是将地图目标看作简单的几何实体进行操作， 如 Douglas 和 Peucker 进行的线目标化简算法； Topfer 和 Pillewizer 的对点、面群目标的选取等。这些算法使得地图综合的问题得到简化，使得计算的运算量大大的减少；但同时也带来了一些不可忽视的问题，例如不能反映制图综合的约束条件以及不能完全满足基于 GIS 下的地图综合的需要。 此后，众多的制图学者进行了多方面的探讨，提出了许多有建设性的理论和方法。
2地图自动综合方法
2.1交互式综合
在交互式综合中，低层次的任务由软件执行，高层次的任务由人来实现和控制。交互式方法基于友好的用户界面，用户可以在系统选项中轻松地漫游，选择要被综合的对象和综合所用到的工具。一个交互式综合方法要成功，最重要的是它不仅仅代替了制图员的笔，而且真正使用户能够在一个高层次上对综合做出决策，也就是说，系统必须能够放大人类的智能。 因此这种方法又叫做“放大智能方法。”
2.2批处理式综合
地图自动综合主要批处理方法：面向信息综合、滤波法、启发式综合和分形学方法、小波分析法等。面向信息综合的基本思想：在原图上找出信息密度 （单位面积信息量） 太大且因此不能保证缩小后的地图的视觉易读性的位置。通过在该处改变制图目标，使目标概率增加，从而使信息量减少。面向信息的综合大都是研究地图的总体信息，甚至基本上只涉及关于一幅图的平均信息量，然而对于具体的综合操作来说，更为重要的是单个制图目标的信息。滤波是对以周期振动为特征的一种现象的一定频率范围的减弱或抑制。当低通滤波时，地图信息的局部高频被消除；当高通滤波时，地图信息的局部低频被消除。低通滤波方法仅适用于简单的曲线光滑处理，不适用于真正意义上的地图综合，因为它不能体现出“舍弃次要、 突出主要、区别对待”的思想。
2.3其他几种综合方式
启发式综合是把整个综合优化过程分解为若干个子过程来实现，并把它们分别地予以算法化。分形几何是用来描述难以用欧氏几何中的直线、光滑曲线、光滑曲面等来描述的具有多层嵌套的自相似结构，这种自相似性不随观察尺度的减小而消失 （具有细结构）。分形学在自动综合中的实际应用中存在一些问题：不同的分形体会有相同的分维数，即存在“一值多形”的问题，这将导致在综合前对地物的错误识别。小波分析是近年来发展的应用数学理论，是一种新的数学工具和信号处理方法，已被广泛应用于信号与图像处理、机器视觉、量子场论、地震预报、数值分析等众多领域。目前关于小波分析的研究主要是针对单条线段的综合试验，如何顾及物体的邻近环境，有待进一步考察。
2.4地图自动综合的基本算子
地图自动综合中需要将综合过程转化为一系列可执行的步骤，即“综合算子”，用来定义综合的各种变换。对于每个这样的算子来说，可以有多种综合算法，这些算法就是进行综合变换的工具。Shea 和 McMaster （1983） 提出了 12 种地图综合算子：（1）化简（simplification）： 去掉不重要的点或细小的弯曲以简化目标；（2）光滑（smoothing）： 用曲线函数拟合， 建立趋势线；（3）聚合（aggregation）： 将一组不同要素合并为一个更高阶的要素， 如用单个符号来表达区域性分布的点状要素群；（4）混和（amalgamation）： 强调面状要素的合并；（5）合并（merging）： 将同一类别的要素合并成为该类要素最大的成分， 但类的层次不变；（6）降维（collapse）： 降低要素的空间维度， 如将一个面状区域表示为点或者线；（7）精选（refinement）： 在强调特征的基础上更好的表达图形群落的图案特征。
3地图制图综合所面临的主要问题
（1）人类认知活动的具体过程还不完全清楚。地图作为人类信息传输的媒介，地图综合的根本目的就是增强地图信息的传输能力。（2）综合知识的理论表达的研究。长期以来，大多数的综合知识只是感性的总结。（3）地图制图综合智能化的数据结构和模型的限制。地图自动综合过程并不是一个完全结构化的过程，如模型化的数据结构进行自动综合研究，还无法完全表达所需要综合知识和信息。（4）综合数据评价体系的不完善对地图综合的影响。地图综合的评价是一个重要的考虑因素，没有一个标准，就没有办法评价结果的优劣。
4可用于地图制图综合的计算几何操作
地图自动综合总是离不开计算几何的理论知识，在我们进行地图自动综合的过程中总是不自觉的用到了一些计算几何操作，具体归纳如下：（1）线的简化：以某种原则减少线上的节点己达到对线进行化简的效果，如基于Douglas-Peucker 算法的线化简；（2）面的三角化：用互不重叠的三角形来对面进行剖分，同时保证面上的任何一点都在剖分的三角形内，即没有空白区域，该操作在 DEM 的构造上有着广泛的应用；（3）点在多边形内的判断：任意给定以点坐标和一多边形对象，判断该点是否在给定多边形内；（4）中轴线的提取：对面状对象提取中轴线，且该中轴线能够近似的表现原面状对象的几何特征，即二维对象向一维对象的转变；（5）凸壳：对于给点的一点集，求解出一个最小的多边形，使给定点集中所有的点都落在该多边形内，即为所求凸壳；（6）Delaunay三角网：给定一点集，对其按照 Delaunay 三角形空圆原则构造三角网， 该操作有利于构造高精度的 DEM；（7）Voronoi图：根据给定的点集合来切分这些点所在的平面区域，使得包含某源点的多边形内的任何一点到该点的距离小于它们到其他源点的距离；（8）三维空间曲线的生成：求解一三维面和一平面的交线；（9）多边形操作：判断多边形间是否相交、包含，并求解其交集、并集等；（10）空间聚类：按照一定的原则将原始点集划分成若干个较小的点群。
5结束语
自动综合的研究之所以富有挑战性，就因为它的复杂性，难以把握其制图综合的知识，也不易明白其“综合过程难以程序化。虽然实现自动综合虽然还有一段很长的路要走，但只要科研人员自始至终坚持在这一研究领域， 这个难题一定会得到最终解决。
参考文献
[1]黄瑶.Photoshop在园林设计后期处理中的运用[J].武汉生物工程学院学报，2006.
[2]尹朝阳.计算机编制城市规划图方法的探讨[J].实用技术，2007.
[关键词]地图自动综合 概念模型 模型算法
[中图分类号] G255.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-238-1
1前言
地图自动综合的研究从上世纪 60 年代就开始了。最初的研究内容是将地图目标看作简单的几何实体进行操作， 如 Douglas 和 Peucker 进行的线目标化简算法； Topfer 和 Pillewizer 的对点、面群目标的选取等。这些算法使得地图综合的问题得到简化，使得计算的运算量大大的减少；但同时也带来了一些不可忽视的问题，例如不能反映制图综合的约束条件以及不能完全满足基于 GIS 下的地图综合的需要。 此后，众多的制图学者进行了多方面的探讨，提出了许多有建设性的理论和方法。
2地图自动综合方法
2.1交互式综合
在交互式综合中，低层次的任务由软件执行，高层次的任务由人来实现和控制。交互式方法基于友好的用户界面，用户可以在系统选项中轻松地漫游，选择要被综合的对象和综合所用到的工具。一个交互式综合方法要成功，最重要的是它不仅仅代替了制图员的笔，而且真正使用户能够在一个高层次上对综合做出决策，也就是说，系统必须能够放大人类的智能。 因此这种方法又叫做“放大智能方法。”
2.2批处理式综合
地图自动综合主要批处理方法：面向信息综合、滤波法、启发式综合和分形学方法、小波分析法等。面向信息综合的基本思想：在原图上找出信息密度 （单位面积信息量） 太大且因此不能保证缩小后的地图的视觉易读性的位置。通过在该处改变制图目标，使目标概率增加，从而使信息量减少。面向信息的综合大都是研究地图的总体信息，甚至基本上只涉及关于一幅图的平均信息量，然而对于具体的综合操作来说，更为重要的是单个制图目标的信息。滤波是对以周期振动为特征的一种现象的一定频率范围的减弱或抑制。当低通滤波时，地图信息的局部高频被消除；当高通滤波时，地图信息的局部低频被消除。低通滤波方法仅适用于简单的曲线光滑处理，不适用于真正意义上的地图综合，因为它不能体现出“舍弃次要、 突出主要、区别对待”的思想。
2.3其他几种综合方式
启发式综合是把整个综合优化过程分解为若干个子过程来实现，并把它们分别地予以算法化。分形几何是用来描述难以用欧氏几何中的直线、光滑曲线、光滑曲面等来描述的具有多层嵌套的自相似结构，这种自相似性不随观察尺度的减小而消失 （具有细结构）。分形学在自动综合中的实际应用中存在一些问题：不同的分形体会有相同的分维数，即存在“一值多形”的问题，这将导致在综合前对地物的错误识别。小波分析是近年来发展的应用数学理论，是一种新的数学工具和信号处理方法，已被广泛应用于信号与图像处理、机器视觉、量子场论、地震预报、数值分析等众多领域。目前关于小波分析的研究主要是针对单条线段的综合试验，如何顾及物体的邻近环境，有待进一步考察。
2.4地图自动综合的基本算子
地图自动综合中需要将综合过程转化为一系列可执行的步骤，即“综合算子”，用来定义综合的各种变换。对于每个这样的算子来说，可以有多种综合算法，这些算法就是进行综合变换的工具。Shea 和 McMaster （1983） 提出了 12 种地图综合算子：（1）化简（simplification）： 去掉不重要的点或细小的弯曲以简化目标；（2）光滑（smoothing）： 用曲线函数拟合， 建立趋势线；（3）聚合（aggregation）： 将一组不同要素合并为一个更高阶的要素， 如用单个符号来表达区域性分布的点状要素群；（4）混和（amalgamation）： 强调面状要素的合并；（5）合并（merging）： 将同一类别的要素合并成为该类要素最大的成分， 但类的层次不变；（6）降维（collapse）： 降低要素的空间维度， 如将一个面状区域表示为点或者线；（7）精选（refinement）： 在强调特征的基础上更好的表达图形群落的图案特征。
3地图制图综合所面临的主要问题
（1）人类认知活动的具体过程还不完全清楚。地图作为人类信息传输的媒介，地图综合的根本目的就是增强地图信息的传输能力。（2）综合知识的理论表达的研究。长期以来，大多数的综合知识只是感性的总结。（3）地图制图综合智能化的数据结构和模型的限制。地图自动综合过程并不是一个完全结构化的过程，如模型化的数据结构进行自动综合研究，还无法完全表达所需要综合知识和信息。（4）综合数据评价体系的不完善对地图综合的影响。地图综合的评价是一个重要的考虑因素，没有一个标准，就没有办法评价结果的优劣。
4可用于地图制图综合的计算几何操作
地图自动综合总是离不开计算几何的理论知识，在我们进行地图自动综合的过程中总是不自觉的用到了一些计算几何操作，具体归纳如下：（1）线的简化：以某种原则减少线上的节点己达到对线进行化简的效果，如基于Douglas-Peucker 算法的线化简；（2）面的三角化：用互不重叠的三角形来对面进行剖分，同时保证面上的任何一点都在剖分的三角形内，即没有空白区域，该操作在 DEM 的构造上有着广泛的应用；（3）点在多边形内的判断：任意给定以点坐标和一多边形对象，判断该点是否在给定多边形内；（4）中轴线的提取：对面状对象提取中轴线，且该中轴线能够近似的表现原面状对象的几何特征，即二维对象向一维对象的转变；（5）凸壳：对于给点的一点集，求解出一个最小的多边形，使给定点集中所有的点都落在该多边形内，即为所求凸壳；（6）Delaunay三角网：给定一点集，对其按照 Delaunay 三角形空圆原则构造三角网， 该操作有利于构造高精度的 DEM；（7）Voronoi图：根据给定的点集合来切分这些点所在的平面区域，使得包含某源点的多边形内的任何一点到该点的距离小于它们到其他源点的距离；（8）三维空间曲线的生成：求解一三维面和一平面的交线；（9）多边形操作：判断多边形间是否相交、包含，并求解其交集、并集等；（10）空间聚类：按照一定的原则将原始点集划分成若干个较小的点群。
5结束语
自动综合的研究之所以富有挑战性，就因为它的复杂性，难以把握其制图综合的知识，也不易明白其“综合过程难以程序化。虽然实现自动综合虽然还有一段很长的路要走，但只要科研人员自始至终坚持在这一研究领域， 这个难题一定会得到最终解决。
参考文献
[1]黄瑶.Photoshop在园林设计后期处理中的运用[J].武汉生物工程学院学报，2006.
[2]尹朝阳.计算机编制城市规划图方法的探讨[J].实用技术，2007.