空间点集自动选取的最优化方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 彭唬 |
| 答辩日期 | 2005-08-26 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 池天河 ; 齐清文 |
| 关键词 | 空间点集 自动选取 Delaunay三角网 Voronoi多边形 模糊聚类 最优化方法 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 空间点是空间信息的重要表现形式之一，它广泛存在于地理空间中，能够使用空间点表示的事物很多，例如：居民点、工矿点、旅游景点、病例等等，可以 说，它是构成地理空间不可缺少的部分之一。在地理信息系统、地图制图系统中，空间点集是组成某个信息主题不可缺少的图层文件。在数字环境下，通常点状地理特征的大小、形状不具有实际意义，研究者的研究兴趣点不在点单体的大小、形状上，而关心的是空间点集群体分布所隐含的空间结构化信息。为描述群点目标所隐含的空间结构信息，对群点空间分布特征参量进行定义与操作成为空间点集自动选取的重要研究内容之一。 论文在归纳、总结和吸收已有空间点集自动选取方法的基础上，把最优化控制方法引入到空间点集自动选取中，设计出空间点集自动选取的最优化方法。论 文的总体设计思路是：首先剖析了已有的空间点集自动选取方法，归纳出空间点集自动选取需要考虑目标的空间结构性因素；其次从视觉认知和视觉感知的角度对空间点集的空间分布结构进行了剖析，并以此对构成空间点集的空间点进行了类别划分；第三，从空间点集系统演化的规律出发，设计了空间点集自动选取的最优化方法；最后，分别选取东北平原区、西南山区和江浙河网密布区的居民点集进行了最优化选取实例研究。论文主要包括以下内容： 论文在第一部分对空间点集自动选取的方法进行了评述，对其中的方法进行了简要的评论。认为空间点集自动选取的关键问题是对空间点集所表达的空间分 布结构的保持，想法的出发点是基于空间点集的纯几何思维。这一点从早期的简单几何级自动选取方法到后期的计算几何方法的发展可以清晰的看出来，空间结构的保持是空间点集自动选取几何方法发展的趋势之一。 论文的第二部分从理论方法上对空间点集自动选取本质、特征和存在价值进行了分析，并在自动选取理论的指导下，初步设计了空间点集自动选取的最优化 方法。空间点集的最优化方法是基于空间点集的空间结构来设计的，在这一章从系统论的角度出发，简要的从空间点集系统的整体性、层次性和结构性对空间点集进行了类别划分，把空间点集划分为边界点、聚集中心点和内部点。认为空间点集内部点是在边界点和中心点作用力共同作用下稳定存在的，并以此构建了最优化方法的目标函数。 论文的第三部分讨论了空间点集边界点的确定和自动选取。首先从视觉认知的角度出发，详细探讨了空间点集边界效应以及边界点在空间点集空间结构保持 上的贡献。空间点集边界点的求算方法采用了经典的计算几何理论——Delaunay三角网方法，关于边界点的自动选取，论文提出了边界点的局部选取方法——以边界点连线夹角、边界点连线比值为条件，获得空间点集的特征点——边界点。 论文的第四部分讨论了空间点集聚集子系统的确定，以及聚集中心的求算。运用模糊聚类分析方法，对空间点集系统进行了聚集子系统的划分，并探求了空 间点集聚集中心。从视觉感知和视觉认知的角度出发，认为空间点集的分布中心是其聚类中心，引入模糊聚类分析方法求算空间点集的分布中心。论文的第五部分详细设计了空间点集内部点的最优化选取方法。论文认为空间点集自动选取的过程是其系统演化的过程，演变过程的约束条件是空间点集空间结构的保持。从系统论的角度出发，认为内部空间点在边界点外力和聚集中心点内力共同作用下保持均衡。利用最优化理论，把空间点集内部点的自动选取构建为最优化控制问题，设定最优化方法的常量和变量，其中空间点之间的距离和空间点的Voronoi多边形面积作为常量，空间点之间的作用力作为变量；以内部 点在边界点和中心点作用下稳定演化为依据，构建了内部点自动选取的最优目标函数，实现内部点自动取舍最优化方法的设计。 论文的第六部分是实例部分。使用本文提出的空间点集最优化选取方法分别对东北平原地区、西南山区和江浙一带河网密布区的居民点进行了自动选取实验 研究，实验结果表明空间点集的边界范围和聚集中心保持得很好，这主要是由于对这两个特征点进行了单独确定和单独选取，而对于内部点，不同区域的情况有所不同，（1）东北平原区有个别的居民点，尤其是Voronoi多边形面积较大的内部点被舍掉了，稍稍影响了空间点集的结构，但总体上表现得还比较好；（2）西南山区居民点由于受地形地貌的强烈影响，居民点集大部分都聚集在山谷区里，总的来说，山区居民点的最优化选取效果在三个样区里的效果是最好的，不仅在分布范围、而且内部结构上基本上都保持的比较完好，只有一两个点效果较差，但并不足以影响到空间点集的整体性、结构性；（3）河网区的居民点分布的聚集性比较弱，基本上呈随机分布，但也采用了最优化方法对其进行了自动选取。除了整体的分布边界保持了，其他选取的效果比较差，在空间点集内部出现了几个较大的空洞。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/36]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭唬. 空间点集自动选取的最优化方法研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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