地圖變化信息量評價模型在地圖更新中的應(yīng)用

韋麗麗 ，羅紹輝

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530022)

1 引 言

隨著城市的發(fā)展，地圖作為信息傳達的載體成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾ぞ撸?］，能使人們一目了然地了解一個城市的政治、經(jīng)濟、文化等各方面信息。隨著時間的推移，社會的發(fā)展，地圖的信息量會發(fā)生變化，地圖的現(xiàn)勢性變得越來越差。地圖老化到什么程度需要更新，這是地理信息的管理和生產(chǎn)部門非常關(guān)心的事情。用地圖變化信息量評價模型可定量地確定地圖的老化程度，為地理信息管理部門決策提供科學(xué)的依據(jù)。

2 地圖變化信息量評價模型

2.1 地圖變化信息量的確定

地圖是傳輸城市地理信息的工具。作為城市地理信息的載體，正確計算地圖的信息含量是研究地圖更新的關(guān)鍵［2］。一般而言，反映某類制圖要素多樣性、差異性、重要性和復(fù)雜性的特征值主要有4 個:地物變化總個數(shù)△N，地物變化級數(shù)△m，地物變化的平均復(fù)雜程度△p，地物變化的平均重要程度△q。

地圖要素主要是由地物符號和注記組成的。地物符號變化信息量為

式中，△N 表示地物變化數(shù);

Ni表示i 維地物類數(shù);

△Nij表示Ni類地物的變化數(shù);

i 表示維數(shù)，i =0 為點狀地物，i =1 為線狀地物，i=2為面狀地物;

△m= |m' －m|，表示地物的變化級數(shù)，m'是現(xiàn)在地物分級數(shù)，m 是原來地物分級數(shù)。當(dāng)該數(shù)多且面積互不相等時，變化分級數(shù)m 的確定方法如下:

先按地物面積由小到大一次排列:

則s1，s2，…，si，

依此類推，可得分級數(shù)。

△p= |p' －p|，表示地物平均復(fù)雜程度的變化數(shù)，p 值為確定地圖符號形狀所需的最少點數(shù)。

△q= |q' －q|，表示地物的平均重要程度變化數(shù)。

上式中，ri為i 級地物的重要程度權(quán)值，一般取最低一級地物權(quán)值r=1，最高一級地物權(quán)值r =m。ui為地物點的個數(shù)。對于線狀地物，通常采用1 cm長度折算成一個地物點的辦法進行統(tǒng)計;對于面狀地物，通常采用1cm2面積折算成一個地物點的辦法進行統(tǒng)計。

為了方便起見，記:

注記變化信息量為

式中，△n 表示注記總的變化數(shù)，△s 表示注記字體變化數(shù)，△t 表示注記字級變化數(shù)。

2.2 原圖信息量的確定

為了確定地圖信息量的變化程度，還需要計算原圖信息量。原圖地物信息量:

式中，N 表示總地物數(shù);

Ni表示i 維地物類數(shù);

Nij表示Ni類地物數(shù);

i 表示維數(shù)，m 表示地物分級數(shù)，p 表示地物平均復(fù)雜程度，q 表示地物的平均重要程度。為了方便起見，記:

注記信息量為:

式中，n 表示注記總數(shù)，s 表示注記字體數(shù)，t 表示注記字體數(shù)。

2.3 地圖信息變化程度的確定

地圖信息變化程度即地圖老化程度，可用下式確定:

式中，△I=△I1+△I2，△I 表示地圖變化信息量;I=I1+I2，I 為原圖信息量。

當(dāng)F ＞35%，全圖需要更新;35% ＞F ＞20%，需要更新一部分要素;F ＜20%，則全圖不需要更新。對于地圖單要素信息變化，一般認為，F(xiàn)i＞30%則需要更新;Fi＜30%，則不需要更新［3］。

3 實例驗證

本文選用同一地區(qū)、不通年代的兩幅地圖，即2010年和2012年出版的南寧市城區(qū)地圖，提取指定范圍進行量測。2010年版地圖為原圖，從2012年版地圖獲取變化信息量。

如圖1、圖2所示，分別從2010年和2012年南寧市城區(qū)地圖中提取以南寧市快速環(huán)道為中心，向外輻射5 km范圍內(nèi)的主要地理要素。

圖1 2010年南寧市城區(qū)地圖截圖

圖2 2012年南寧市城區(qū)地圖截圖

3.1 點狀地物變化信息量的確定

所謂“變化”，不僅包括新增的或消失的地物，還包括形狀、位置等發(fā)生變化的地物。形狀變化主要是原有的狀況與現(xiàn)狀發(fā)生變化，需要修正［4］?，F(xiàn)以居民地為例，量測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 點狀居民地量測數(shù)據(jù)

據(jù)式(1)可得點狀居民地變化信息量:

△I=20 061．19 bit

據(jù)式(6)可得點狀居民地原圖信息量:

I=54 641．46 bit

同理，可求得獨立地物、橋梁等點狀地物變化信息量和原圖信息量，如表2所示。

從表2可以看出，獨立地物變化信息量很大，這是由于在這幾年里新建了許多與人們生活密切相關(guān)的設(shè)施，例如橋梁等。

表2 點狀地物變化信息量計算分析表

3.2 線狀地物變化信息量的確定

線狀地物變化信息量的確定與點狀地物變化信息量確定的區(qū)別在于要將線狀地物的長度換上成個數(shù)?，F(xiàn)以指定范圍內(nèi)規(guī)劃道路為例，量測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 規(guī)劃道路量測數(shù)據(jù)

據(jù)式(1)可得規(guī)劃道路變化信息量:

△I=141．42 bit

據(jù)式(6)可得規(guī)劃道路原圖信息量:

I=565．78 bit

同理，可求得線狀道路的變化信息量和原圖信息量，如表4所示。

表4 線狀地物變化信息量計算分析表

3.3 注記變化信息量的確定

地圖的注記更新不是簡單刪除替換，而是在更新的同時要記錄歷史［5］。地圖注記是城市變遷的重要載體，在地圖中有較大的覆蓋度，是地圖信息量中不可缺少的部分?，F(xiàn)以該指定范圍內(nèi)公園綠地注記為例，來說明注記變化信息量的確定。由原圖上統(tǒng)計出5 條注記，即n=5。

字體和字級均為1，而在新圖上又出現(xiàn)了7 條新注記，字級數(shù)也為1。同地物變化一樣，注記的變化不僅包括注記的增加或減少，還包括字級、字數(shù)、名稱的改變。在原圖中的5 條注記都發(fā)生了變化，再加上新圖中出現(xiàn)的7 條注記，有△n =12，△t、△s 均為0。因此，該范圍內(nèi)公園綠地注記變化信息量:

△I=12bit

其公園綠地注記原圖信息量:

I=15．85bit

同理，可求得該指定范圍內(nèi)其他注記的變化信息量，如表5所示。

表5 注記變化信息量計算分析表

3.4 地圖各要素變化信息量的確定

考慮到地圖更新方案的多樣性，從實際應(yīng)用出發(fā)，還需要計算各要素的變化信息量?，F(xiàn)以該指定范圍內(nèi)的道路為例來說明要素變化信息量的確定。道路的變化信息量由點狀地物中橋、線狀地物中道路和注記的變化信息量組成。從表2、表3、表4可得:

△I道=△I道(線)+△I道(注)+△I橋(點)=3 660．98bit

同樣，可得道路的原圖信息量:

I道=I道(線)+I道(注)+I橋(點)=7 391．56bit

3.5 信息變化程度分析

求得了變化信息量，就可對信息變化程度進行分析，確定如何更新地圖。以上述道路要素變化信息量，據(jù)(9)式可得:

F=49．50%

由以上算例分析可看出，此分析結(jié)果＞30%，該提取范圍道路要素需要更新。

4 結(jié) 論

地圖各要素所包含的變化信息量是可以評價的。對地圖變化信息量的評價，是改進地圖更新的有效途徑［6］。本文介紹了地圖變化信息量評價模型，提出了將地圖變化信息量評價模型用于地圖要素的更新。通過《南寧市城區(qū)地圖》要素更新工作實例的驗證，驗證了該方法準確、可靠，具有很強的實用性，說明此模型用于地圖要素的更新是可行的。

［1］程思聰，王祥．論城市公益地圖的信息組織策略——以《武漢市公益版地圖》為例［J］．城市勘測，2011(4):129～132．

［2］陳惠榮，譚美景，鄭義東等．基于變化信息量的海圖改版需求評估［J］．海洋測繪，2010(3):67 ～69．

［3］何宗宜．地圖數(shù)據(jù)處理模型的原理與方法［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2004:120．

［4］范明華．日本都市地圖更新流程及經(jīng)驗體會［J］．現(xiàn)代測繪，2008(3):44 ～45．

［5］劉勖，蔡先華，高勇．?dāng)?shù)據(jù)增量探測技術(shù)在電子地圖更新中的應(yīng)用［J］．電腦與信息技術(shù)，2007(4):60 ～62．

［6］祝國瑞．地圖學(xué)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2003:25．