基于圖形數(shù)據(jù)差的居民地變化信息提取方法研究

姬存?zhèn)?，蘇志軍，陳 蕾

(西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054)

基于圖形數(shù)據(jù)差的居民地變化信息提取方法研究

姬存?zhèn)?，蘇志軍，陳 蕾

(西安測(cè)繪總站，陜西 西安 710054)

作為空間數(shù)據(jù)庫更新的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，變化信息的提取直接關(guān)系著整個(gè)更新工作的效果。居民地是空間實(shí)體中變化頻率較高的要素，成為空間數(shù)據(jù)庫更新的關(guān)注重點(diǎn)。文中針對(duì)當(dāng)前提取方法尚未關(guān)注空間實(shí)體具體變化的問題，提出一種基于圖形數(shù)據(jù)差的居民地變化信息提取方法。根據(jù)圖形數(shù)據(jù)差的分類，實(shí)現(xiàn)變化信息的歸類，繼而通過圖形數(shù)據(jù)差的判別方法，達(dá)到居民地變化信息提取的目的。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

圖形數(shù)據(jù)差；居民地；變化信息；分類；提取

當(dāng)前，地理空間信息在日常生活中作用日漸突出，人們對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求也越來越高，因此數(shù)據(jù)更新工作已取代數(shù)據(jù)獲取生產(chǎn)工作成為當(dāng)前空間數(shù)據(jù)建設(shè)的核心任務(wù)[1-3]。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，各類開發(fā)區(qū)、CBD等層出不窮，居民地要素作為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中變化最為劇烈的部分，也與人們生活最為息息相關(guān)。因此，迫切需要將居民地要素的變化情況反映出來，即進(jìn)行居民地要素的空間數(shù)據(jù)更新工作[4]。變化信息提取是空間數(shù)據(jù)更新中一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是研究難點(diǎn)，同時(shí)也是自動(dòng)化程度最低的一個(gè)部分。因此，變化信息提取的準(zhǔn)確與否，直接影響著空間數(shù)據(jù)更新效率。

空間數(shù)據(jù)包括幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，變化信息也包括幾何變化信息和屬性變化信息。當(dāng)前，各類空間數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)的一致性較低，同時(shí)針對(duì)屬性數(shù)據(jù)的匹配方法和變化信息發(fā)現(xiàn)等研究還處于起步階段。因此，本文針對(duì)幾何數(shù)據(jù)展開變化信息提取研究，針對(duì)幾何數(shù)據(jù)的變化信息提取已有一定的研究：萬遠(yuǎn)等提出一種對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測(cè)的地理信息系統(tǒng)解決方案[5]；應(yīng)申等提出一種基于版本數(shù)據(jù)庫的變化信息提取方法[6]。上述方法雖然都提取得到相應(yīng)的變化信息，但都是通過變化前后實(shí)體整體對(duì)比得出變化信息，尚難以提取出空間實(shí)體變化的具體數(shù)據(jù)差，這也是人們較為關(guān)注的地方。因此，本文以居民地要素為例，提出一種基于圖形數(shù)據(jù)差的變化信息提取方法，在圖形數(shù)據(jù)差分類的基礎(chǔ)上，對(duì)變化信息進(jìn)行歸類，在匹配關(guān)系建立的基礎(chǔ)上，通過對(duì)不同圖形數(shù)據(jù)差的判別實(shí)現(xiàn)變化信息的提取。

1 圖形數(shù)據(jù)差及變化信息的分類

1.1 圖形數(shù)據(jù)差的概念及分類

幾何數(shù)據(jù)作為地理數(shù)據(jù)中的主體部分，描述地理實(shí)體的空間位置和幾何形狀[7]。圖形數(shù)據(jù)差通過記錄地理實(shí)體新舊時(shí)期的幾何變化情況，可以直觀反映地理實(shí)體究竟發(fā)生了怎樣的幾何變化[8]。

本文根據(jù)變化前后空間實(shí)體幾何圖形增減情況將圖形數(shù)據(jù)差分為正圖形數(shù)據(jù)差和負(fù)圖形數(shù)據(jù)差，為了方便對(duì)應(yīng)更新操作設(shè)計(jì)，提高更新效率，以空間實(shí)體變化前后與圖形數(shù)據(jù)差的空間關(guān)系及維數(shù)差異為劃分標(biāo)準(zhǔn)，再對(duì)圖形數(shù)據(jù)差進(jìn)行細(xì)分[9]，如圖1所示：①將新增或消失的居民地實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)差稱為目標(biāo)差，其中新增的為正目標(biāo)差，消失的為負(fù)目標(biāo)差；②若同一實(shí)體幾何圖形變化前后的空間關(guān)系為相離，則圖形數(shù)據(jù)差稱為整體差，其中新居民地實(shí)體圖形為正整體差，舊居民地實(shí)體圖形為負(fù)整體差；③若同一實(shí)體幾何圖形變化前后的空間關(guān)系為相交，則圖形數(shù)據(jù)差稱為部分差，其中新居民地實(shí)體圖形與相交部分的差值為正部分差，舊居民地實(shí)體圖形與相交部分的差值為正部分差；④居民地實(shí)體在空間數(shù)據(jù)中以點(diǎn)狀或面狀圖形表示，若同一實(shí)體幾何圖形變化前后出現(xiàn)維數(shù)變化，則圖形數(shù)據(jù)差稱為維數(shù)差，其中點(diǎn)變成面引起的維數(shù)差異為正維數(shù)差，面變成點(diǎn)引起的維數(shù)差異為負(fù)維數(shù)差。

圖1 圖形數(shù)據(jù)差類型劃分

1.2 基于圖形數(shù)據(jù)差的變化信息分類

變化信息包括圖形數(shù)據(jù)差、變化信息的屬性數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)差即變化信息的幾何數(shù)據(jù)，是變化信息中人們最關(guān)注的部分，可直接將空間實(shí)體在不同時(shí)間的幾何變化情況呈現(xiàn)出來[10]。因此本文借助圖形數(shù)據(jù)差類型劃分對(duì)變化信息進(jìn)行分類。

圖形數(shù)據(jù)差包括正圖形數(shù)據(jù)差與負(fù)圖形數(shù)據(jù)差兩大類型，對(duì)應(yīng)將變化信息劃分為正變化信息和負(fù)變化信息兩大類型。正圖形數(shù)據(jù)差包括正目標(biāo)差、正整體差、正維數(shù)差及正部分差，這些類型的圖形數(shù)據(jù)差所對(duì)應(yīng)的變化信息則歸類于正變化信息，負(fù)圖形數(shù)據(jù)差包括負(fù)目標(biāo)差、負(fù)整體差、負(fù)維數(shù)差及負(fù)部分差，這些類型的圖形數(shù)據(jù)差所對(duì)應(yīng)的變化信息則歸類于負(fù)變化信息，如圖2所示。

圖2 基于圖形數(shù)據(jù)差的變化信息分類

2 基于圖形數(shù)據(jù)差的變化信息提取方法

2.1 同名實(shí)體匹配

變化信息提取需要建立新舊數(shù)據(jù)同名實(shí)體之間的匹配對(duì)應(yīng)關(guān)系[11]。同名實(shí)體匹配就是通過相似性評(píng)價(jià)指標(biāo)將不同時(shí)期、不同來源數(shù)據(jù)中同一實(shí)體識(shí)別出來，同名實(shí)體匹配主要相似性評(píng)價(jià)指標(biāo)有[4]：

1)位置鄰近度。不同時(shí)間、不同來源空間數(shù)據(jù)中同一實(shí)體幾何位置應(yīng)是相近的，空間實(shí)體距離越近，位置鄰近度越高，匹配可能性就越高。

2)形狀相似度。形狀是實(shí)體基本的特征，同一實(shí)體在不同空間數(shù)據(jù)中應(yīng)是相似的，通過形狀描述計(jì)算實(shí)體間形狀相似度，形狀相似度越高，匹配可能性越高

3)其他相似性評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括面積重疊度、方向相似度、屬性相似度等。

2.2 圖形數(shù)據(jù)差的判別

根據(jù)上述圖形數(shù)據(jù)差的類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，本文基于匹配關(guān)系、維數(shù)差異、空間關(guān)系設(shè)計(jì)了圖形數(shù)據(jù)差的判別方法，判別流程如圖3所示，包括3個(gè)步驟：

第一步：基于匹配關(guān)系判別。通過對(duì)新舊空間數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理建立新舊數(shù)據(jù)空間實(shí)體之間的匹配關(guān)系，依據(jù)匹配關(guān)系結(jié)果判別目標(biāo)差；

第二步：基于維數(shù)差異判別。通過比較同一空間實(shí)體變化前后之間的維數(shù)屬性，判別出維數(shù)差，根據(jù)維數(shù)的變化情況判別維數(shù)差的正負(fù)；

第三步：基于空間關(guān)系判別。通過建立新舊同一空間實(shí)體之間的空間關(guān)系，若空間關(guān)系為相離，則判別出存在整體差；若空間關(guān)系為相交，則存在部分差。

圖3 圖形數(shù)據(jù)差判別流程

2.3 變化信息的提取流程

通過上述論述可知，在建立實(shí)體匹配關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)差判別，設(shè)計(jì)基于圖形數(shù)據(jù)差的變化信息提取方法，提取流程如圖4所示。

1)將舊版數(shù)據(jù)與新版數(shù)據(jù)疊加，以位置、形狀、方向、屬性等作為相似性評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立新舊數(shù)據(jù)中同名實(shí)體匹配關(guān)系，從舊版數(shù)據(jù)中選取未被提取的空間實(shí)體S。

2)基于匹配關(guān)系的變化信息提取。根據(jù)匹配關(guān)系判斷新版數(shù)據(jù)中是否存在與實(shí)體S相匹配的居民地實(shí)體，若不存在，則判別出負(fù)目標(biāo)差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的負(fù)變化信息，將實(shí)體S標(biāo)記為已提取；若存在匹配對(duì)象，進(jìn)行基于維數(shù)差異的變化信息提取。

3)基于維數(shù)差異的變化信息提取。判斷實(shí)體S與匹配對(duì)象維數(shù)是否相等，若不相等，則可判別出維數(shù)差，如果實(shí)體S的維數(shù)大于匹配對(duì)象的維數(shù)，則判別出負(fù)維數(shù)差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的負(fù)變化信息，將實(shí)體S標(biāo)記為已提??；如果實(shí)體S的維數(shù)小于匹配對(duì)象的維數(shù)，則判別出正維數(shù)差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的正變化信息，將實(shí)體S標(biāo)記為已提取。若相等，進(jìn)行基于空間關(guān)系的變化信息提取。

4)基于空間關(guān)系的變化信息提取。分析實(shí)體S與匹配對(duì)象之間的空間關(guān)系，若空間為相離，則判別出正、負(fù)整體差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的正、負(fù)變化信息，將實(shí)體S標(biāo)記為已提??；若空間為相交且圖形不同，則判別出正、負(fù)部分差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的正、負(fù)變化信息，將實(shí)體S標(biāo)記為已提取。

5)判斷舊版數(shù)據(jù)中實(shí)體是否全部提取，若沒有，則選擇舊版數(shù)據(jù)中未提取的空間實(shí)體；若已全部提取，則基于匹配關(guān)系判斷新版數(shù)據(jù)中是否存在未匹配的實(shí)體，如果存在，判別出正目標(biāo)差，繼而提取出對(duì)應(yīng)的正變化信息，提取工作結(jié)束；如果不存在，提取工作結(jié)束。

3 試驗(yàn)與分析

根據(jù)上述分析，借助Visual C++ 6.0編程平臺(tái)，建立“居民地要素變化信息提取”試驗(yàn)平臺(tái)。測(cè)試數(shù)據(jù)為西北地區(qū)某城市新舊版本居民地要素?cái)?shù)據(jù)，如圖5所示。圖5(a)是1∶10 000該城市舊版居民地要素矢量數(shù)據(jù)，圖5(b)是新版居民地要素矢量數(shù)據(jù)，圖5(c)是新舊數(shù)據(jù)疊加圖。

圖5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理，提取出對(duì)應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)差。圖6是實(shí)驗(yàn)提取得到的正圖形數(shù)據(jù)差，其中圖6(a)是提取得到的正目標(biāo)差，圖6(b)是提取得到的正整體差，圖6(c)是提取得到的正部分差；圖7是實(shí)驗(yàn)提取得到的負(fù)圖形數(shù)據(jù)差，其中圖7(a)是提取得到的負(fù)目標(biāo)差，圖7(b)是提取得到的負(fù)整體差，圖7(c)是提取得到的負(fù)部分差。

圖6 試驗(yàn)提取得到的正圖形數(shù)據(jù)差

圖7 試驗(yàn)提取得到的負(fù)圖形數(shù)據(jù)差

基于圖形數(shù)據(jù)差對(duì)變化信息進(jìn)行分類得到對(duì)應(yīng)的正、負(fù)變化信息，圖8為提取得到的正變化信息及其屬性信息，圖9為提取得到的負(fù)變化信息及其屬性信息。

圖8 變化信息提取-正變化信息(233個(gè))

圖9 變化信息提取-負(fù)變化信息(105個(gè))

經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，本方法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1)從變化信息提取效果來看，常規(guī)方法只通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)發(fā)生變化的實(shí)體整體，但是具體的變化數(shù)據(jù)難以檢測(cè)提取出來，本方法利用圖形數(shù)據(jù)差，在實(shí)現(xiàn)變化信息提取的同時(shí)直觀反映出具體幾何變化情況。

2)本方法提取得到的空間變化信息是基于圖形數(shù)據(jù)差實(shí)現(xiàn)的，通過圖形數(shù)據(jù)差分類可實(shí)現(xiàn)變化信息的進(jìn)一步分類，在空間數(shù)據(jù)更新過程中，根據(jù)不同的變化信息類別可設(shè)計(jì)不同的更新操作，從而大大地提高后續(xù)變化信息更新發(fā)布的效率。

4 結(jié)束語

本文提出一種基于圖形數(shù)據(jù)差的居民地變化信息提取方法，其特點(diǎn)是基于圖形數(shù)據(jù)差的分類將變化信息進(jìn)一步歸類，在匹配關(guān)系建立的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)差判別方法實(shí)現(xiàn)變化信息的檢測(cè)提取。與常規(guī)變化信息提取方法相比較，本方法在實(shí)現(xiàn)變化信息提取的同時(shí)，可直觀反映具體的變化情況，同時(shí)還根據(jù)圖形數(shù)據(jù)差的分類實(shí)現(xiàn)變化信息的分類，從而設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的更新操作方法，繼而提高后續(xù)空間數(shù)據(jù)更新發(fā)布的效率。下一步將針對(duì)空間數(shù)據(jù)更新服務(wù)等實(shí)際需求，進(jìn)一步研究語義變化信息的提取，為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)以及工程化應(yīng)用提供必要的理論支撐。

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[責(zé)任編輯：張德福]

An extracting method for settlement change informationbased on data delta

JI Cunwei，SU Zhijun，CHEN Lei

(Xi’an Division of Surveying and Mapping, Xi’an 710054,China)

As a key content of spatial database updating, the extracting of change information is directly related to the effect of updating. The settlement is the element with relatively high change frequency among spatial entities, and has become the focus of spatial database updating. For that the problem of the current extraction method can not pay attention to the detailed change of spatial entities, the extracting method for settlement change information based on data delta is proposed. According to the classification of data delta, the clustering of change information is completed. Then through the determination of data delta, the purpose of the extracting of settlement change information is reached. The feasibility and validity of the method are provd through the practice.

data delta; settlement; change information; classification; extracting

著錄：姬存?zhèn)?，蘇志軍，陳蕾.基于圖形數(shù)據(jù)差的居民地變化信息提取方法研究[J].測(cè)繪工程，2017，26(7)：47-51.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.07.010

2016-10-29

姬存?zhèn)?1988-)，男，助理工程師，碩士.

P208

A

1006-7949(2017)07-0047-05