测绘学报 | 高晓蓉:多尺度地图空间居民地语义相似度计算方法
本文内容来源于《测绘学报》2022年第1期(审图号GS(2022)104号)
多尺度地图空间居民地语义相似度计算方法
高晓蓉1,2,3
1. 兰州交通大学测绘与地理信息学院, 甘肃 兰州 730070;
2. 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心, 甘肃 兰州 730070;
3. 甘肃省地理国情监测工程实验室, 甘肃 兰州 730070
基金项目:国家自然科学基金(41930101);兰州交通大学优秀平台(201806);甘肃省教育厅: 优秀研究生"创新之星"项目(2021CXZX-549)
摘要:地图综合的本质是一种空间相似变换,制图者在相似原则的指导下实施概括,读图者从包含相似性的地图中形成心象地图、重构现实世界。因此,多尺度地图空间中的相似关系研究非常重要。然而,由于相似的可计算性差,且其计算的目的在于揭示更深层次的信息,地图综合中相似关系尤其是语义相似关系的研究相对较少。针对这一问题,本文以语义功能区约束下的大比例尺街区式居民地合并(1∶1750至1∶4000)为例,基于匹配距离模型计算建筑物合并中的语义相似度,得到语义相似度在关键比例尺节点的值,并对结果进行分析、评价。试验表明,语义功能区约束下的建筑物合并符合读图者的地图认知需求,本文所述方法有助于地图更好地发挥信息传输载体的作用。
关键词:语义相似度 街区式居民地合并 地图综合 多尺度地图空间 匹配距离模型
GAO Xiaorong, YAN Haowen, LU Xiaomin. Semantic similarity measurement for building polygon aggregation in multi-scale map space[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(1): 95-103. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210074
图 1 本文的主要工作及研究方法 Fig. 1 The main work and strategy for building aggregation and its semantic similarity quantification and analyses |
图选项 |
1 语义功能区约束下的街区式居民地合并
1.1 居民地的语义信息
图 2 不同比例尺地图上同一建筑物的语义信息 Fig. 2 Semantic information of the same building on different scale maps |
图选项 |
1.2
大比例尺街区式居民地合并
图 3 语义功能区约束下的街区综合(试验区1) Fig. 3 City block generalization under the constraint of semantic function regions |
图选项 |
图 4 基于基础地理信息分类标准和地理国情要素数据规定的语义层次结构 Fig. 4 Hierarchical structure based on topographic maps classification and national geographical survey specifications |
图选项 |
2 基于匹配距离模型的语义相似度计算方法
2.1 MD(matching-distance)模型的原理
图 5 语义功能区内的建筑物 Fig. 5 Buildings in a semantic function region |
图选项 |
2.2 本体及模型参数的赋值方法
表 1 实体类组成部分、功能、属性各分量构成 Tab. 1 Similarity values for parts, functions and attributes of the class two or more buildings and class single building
实体类型 | 组成部分 | 功能 | 属性 |
街区(两幢以上房屋) | 单幢房屋/高层房屋/… 地基 屋顶 墙 | 依据是否处于功能区确定 | 名称;面积;包含的单幢房屋数;包含各房屋的ID |
单幢房屋 | 地基 屋顶 墙 | 依据是否处于功能区确定 | 名称;面积;类型;(地上)层数;(地下)层数;结构类型 |
小区 | 单幢房屋/高层房屋/… 场院 | 与位于其中的居民地类相似度为1 | 等级;名称;面积;类型;归属;建筑年代;包含的单幢房屋数;包含各房屋的ID |
居民地 | 单幢房屋/高层房屋/… 街道 绿地 | 作为整体的居民地与单幢房屋的功能差别较大 | 名称;面积 |
表选项
2.3
功能区约束下合并过程语义相似度计算
3 试验与分析
图 6 试验区2地图综合中的语义变化 Fig. 6 Semantic changes of experimental city block 2 in map generalization |
图选项 |
图 7 试验区3地图综合中的语义变化 Fig. 7 Semantic changes of experimental city block 3 in map generalization |
图选项 |
3.1
实体类相似度
表 1、表 2分别为实体类3个相似度分量赋值及各类之间的相似度。
表 2 街区与单幢房屋相似度计算分量 Tab. 2 Similarity values for two or more buildings and single building in Fundamental geographic information features-General survey of geographical condition data ontology
语义相似度分量 | α(c1, c2) | Sp(c1, c2) | Sf(c1, c2) | Sa(c1, c2) | St(c1, c2) |
c1(目标):街区 c2(参照物):单幢房屋(功能区内的) | 0 | 1 | 1 | 0.333 3 | 0.770 0 |
c1(目标):街区 c2(参照物):单幢房屋(不位于功能区内的) | 0 | 1 | 0.6 | 0.333 3 | 0.638 0 |
c1(目标):小区 c2(参照物):单幢房屋 | 0 | 0 | 1 | 0.500 0 | 0.495 0 |
c1(目标):居民地 c2(参照物):单幢房屋 | 0 | 0 | 0.3 | 0.333 3 | 0.209 0 |
表选项
3.2
综合前后街区相似度
图 8 图 3(a)—图 3(b)综合后语义变化 Fig. 8 Semantic changes of buildings in Fig. 3(b) compared with buildings in Fig. 3(a) |
图选项 |
3.3
试验结果分析
表 3为3个街区的语义相似度计算结果,图 9为折线图。由表 3、图 9可知:
表 3 试验街区语义相似度计算结果及变化率统计 Tab. 3 Semantic similarity values for experiment blocks at different scales and change ratio statistics
比例尺缩小倍数 | 街区1 | 街区2 | 街区3 | |||||
语义相似度 | 变化率 | 语义相似度 | 变化率 | 语义相似度 | 变化率 | |||
1 | 1 | - | 1 | - | 1 | - | ||
3/4 | 0.860 3 | - | 0.974 4 | - | 0.903 8 | - | ||
1/2 | 0.791 3 | 20.87% | 0.883 1 | 11.69% | 0.840 6 | 15.94% | ||
1/4 | 0.466 4 | 41.09% | 0.431 4 | 51.15% | 0.341 0 | 59.43% | ||
1/8 | 0.209 0 | 55.19% | 0.288 4 | 33.15% | 0.275 | 19.36% | ||
注:表3中语义相似度的变化率是以1、1/2、1/4、1/8为节点计算的。例如,街区3在1/2比例尺下的变化率为(1-0.840 6)/1=15.94%,在1/4比例尺下相对于1/2比例尺的变化率为(0.840 6—0.341 0)/0.840 6=59.43%等。 |
表选项
图 9 3个试验区不同比例尺节点的语义相似度 Fig. 9 Semantic similarities of the three experimental city blocks at different scales |
图选项 |
表 4 试验街区功能区内建筑物数占比 Tab. 4 The proportion of building numbers in function units of whole experimental blocks
试验街区 | 功能区内建筑物数目占比 |
街区1 | 0.85 |
街区2 | 0.777 8 |
街区3 | 0.461 5 |
表选项
表 5 试验街区保留的功能区内建筑物数占比 Tab. 5 The proportion of building numbers in function units reserved in experimental blocks
试验街区 | 保留的功能区建筑物数目占比 |
街区1 | 0 |
街区2 | 0.277 8 |
街区3 | 0.269 2 |
表选项
3.4 从地图信息论的角度评价本文方法
图 10 试验街区符号的专题信息熵计算示例 Fig. 10 Examples for the calcuation of thematic information |
图选项 |
4 结语
作者简介第一作者简介:高晓蓉(1983-), 女, 博士生, 研究方向为面向地图综合的空间相似关系理论。E-mail: 290119280@qq.com
通信作者:闫浩文, E-mail:yanhw@mail.lzjtu.cn
第一作者简介:高晓蓉(1983-), 女, 博士生, 研究方向为面向地图综合的空间相似关系理论。E-mail: 290119280@qq.com
通信作者:闫浩文, E-mail:yanhw@mail.lzjtu.cn
终审:金 君
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