地理空间数据匹配关键技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 逯跃锋 |
| 答辩日期 | 2023-09 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 葛咏 |
| 关键词 | 矢量匹配 平曲线 栅格化 傅里叶变换 多尺度 手绘草图 矢栅配准 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 当前测绘地信遥感技术的快速发展使地理空间数据的获取更加快捷和方便，为地理空间数据的持续更新提供了强大的动力。相应地，对地理空间数据间自动匹配的要求也越来越高。本报告聚焦地理空间数据匹配关键技术研究，围绕矢量数据之间匹配、矢量数据与栅格数据匹配以及手绘草图与矢量数据匹配等方面展开，其主要涉及矢量数据间的线状和面状要素匹配、多尺度匹配及矢栅之间的匹配，主要内容如下：（1）线状矢量要素匹配方面：①本报告提出了基于欧氏距离与相对面积、类极坐标、平曲线的三种矢量道路数据匹配方法。基于欧氏距离与相对面积两个几何指标，针对线状实体进行匹配，实现简单，效率高，可作为初步判定的匹配工作，两个指标进行联合匹配可减少偶然误差，若道路有变化，通过匹配可知道道路数据变化的大体位置，但无法详细定位与判别变化类型。基于极坐标原理，通过极坐标系统中极径与极角的两个指标进行点位匹配，极径与极角联合可确定点位，点位能反映位置信息，在此基础上获得曲线形状相似度指标，相对于第一种方法，类极坐标方法实现更容易，能详细定位道路变化位置，但无法判别变动类型。前两种方法在一定程度上解决了联合匹配指标权值分配问题。基于道路平曲线的方法，无论道路复杂如何，其均由缓和曲线、圆曲线与直线组合构成，该方法直接从道路本质切入，利用曲率将道路分解为三种原始线元，针对三种线元曲率的分布特点进行匹配，并结合前两种方法与思想，可使匹配精度大幅提高，通过实验验证该方法可以确定道路变化的详细信息与相应变化类型。②提出了一种基于栅格化的线状矢量数据匹配方法，其主要思想是对线状矢量数据栅格化，利用SVM（support vector machine，SVM）算法提取出所要研究的数据，然后利用Harris算子提取特征点，用SIFT（scale-invariant feature transform，SIFT）算法计算特征向量并对其进行匹配，最后把匹配结果转换回矢量数据。结果表明该算法不受平移、旋转、缩放、明亮度变化等的影响，弥补了矢量匹配过程中因数据旋转等问题而无法匹配的不足，将矢量数据栅格化处理，使其数据结构更简单，操作容易，更易于算法的实现。（2）面状矢量要素匹配方面：在了解傅里叶变换及其形状描述子的基础上，提出了边界线上任一点的弯曲度和拱高概念；利用弯曲度和拱高分别与半径组合为复数形式，提出并详细阐述了两种新的傅里叶形状描述子，即基于弯曲度半径复函数的傅里叶形状描述子和基于拱高半径复函数的傅里叶形状描述子；继而利用所提出的新的形状描述子构建了综合空间相似度度量模型。在描述了匹配算法性能评估指标后，应用所构建的相似度度量模型分别进行了实验和分析，验证了本报告所提出算法的有效性与实用性。（3）多尺度矢量数据匹配方面：针对大比例尺与小比例尺数据集信息不对应的问题，本报告使用方向和距离的总和乘积（以下简称“SOD”），结合基于特征点向量的形状描述符、基于最小凸包的形状区域描述符和其他三个描述符，建立多个道路匹配模型，并通过实验选取结合SOD、角度、距离和长度的综合性道路匹配模型。在对比例尺为1：50000与1：10000的道路数据集进行匹配时，该模型的匹配结果的准确率、召回率以及F-score值分别达到了97.31%、94.33%和95.8%。在两数据集的比例尺相差不大的情况下，本报告认为该模型可用于大比例尺道路数据集之间的匹配。（4）矢量数据与栅格数据匹配方面：①针对基于矢量间配准进行矢量与影像数据配准的研究比较少的问题，提出了两种影像控制点自动选取方法：边界特征点法和边界特征点扩展法，并利用两种方法分别获取了实验数据上的控制点对。然后，通过叠加矢量化数据、矢量化数据中所获取的控制点及原始影像，获取到控制点在原始影像上的像元坐标，并利用现有矢量数据作为基准矢量数据，将原始影像中控制点像元坐标和基准矢量数据中查找的同名点组成控制点对文件，对原始影像进行了几何纠正，实现了现有矢量数据与影像数据的配准。最后利用多项式纠正模型对所选取的控制点进行了精度评价分析。②分析了手绘草图认知畸变的特征，得出手绘草图具有定性空间关系不变的特征，基于这个特征可以实现手绘草图与矢量地图的匹配。根据手绘草图与矢量地图匹配的特征，利用所有潜在匹配点对构建邻接矩阵，对邻接矩阵进行详细的特点分析后，借鉴N皇后求解过程实现手绘草图与矢量地图的匹配。在初始解选择和适应度函数的设计两方面对禁忌搜索算法进行改进，并进行了单一空间关系约束下的匹配和多空间关系约束下层次匹配。验证了改进邻接矩阵与改进禁忌搜索算法下的手绘草图与矢量地图匹配方法的可行性与有效性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 146 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199950]  |
| 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 | 逯跃锋. 地理空间数据匹配关键技术研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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