一种协同POI数据的道路选取方法与流程

本发明属于地图学与地理信息系统技术领域，是在地图自动综合时利用poi数据构建特征度量参量辅助进行道路选取的方法。

背景技术：

在当前的数字环境下，利用地图综合技术从大比例尺的地图或地理数据库中导出小比例尺的地图或地理数据库，仍然是困扰地图学领域的研究重点。道路，作为承载人类活动的重要地理要素，又是地图综合的主要对象之一。道路综合的过程包括道路目标的选取和道路目标的化简，道路目标的选取是化简的前提，是道路综合的重点。

道路选取包括“选多少”和“选哪些”两个过程。前者主要靠方根模型来解决，后者即是本文研究的重点，即通过科学的度量方法决定哪些道路需要保留。现有对于道路选取的方法主要有以下几类：基于语义等级的选取方法、基于stroke的选取方法、基于图论的选取方法、基于网眼密度的选取方法，以及由以上方法相互结合的复合方法。分析当前的研究，尚存在以下缺陷：（1）各种特征描述因子未能被全面综合考虑。现有的道路选取方法考虑了道路的几何特征（如道路长度）、拓扑特征（如道路连通性）、分布特征（如路网分布密度）和属性特征（如道路等级），但单一方法通常无法有效兼顾道路的多种特征，复合方法虽然能较全面的顾及道路的几何、拓扑和分布特征，却对属性特征的考虑仍旧不足。分析其原因：一是由于传统基于语义等级的选取方法仅考虑道路等级和类型等信息，选取结果难以满足要求；二是由于道路的属性数据的获取难度较大、数据完整性较差，影响了使用。（2）未能将与道路密切联系的居民地要素等上下文地物协同考虑。但一条道路的重要性不仅与其几何、拓扑、分布和属性特征有关，更重要的是与道路邻接的居民地（设施）有关。例如在商业专题地图的综合中，一条商业步行街的道路长度、道路连通性和道路等级或许都不是最高，但由于其两侧聚集了大量的商业场所，在综合的时候需要优先考虑保留。

技术实现要素：

本发明提出了一种使用poi位置数据来丰富道路属性特征度量的城市道路选取方法。能够更科学的反映道路的属性特征，并同时顾及了道路的其他特征，提高了道路自动综合的结果质量，保证了综合结果符合人类的认知。

本发明方法包括提出道路属性特征的三个度量参量和道路综合重要度指数。

道路属性特征的三个度量参量为设施点密度、重要设施比率和专题设施比率。计算步骤如下：以poi数据作为数据源，首先进行数据清洗与整理，随后根据城市用地分类的国家标准对poi点进行重分类；第二，根据规划控制线确定影响道路的缓冲区宽度，并以此宽度值构造道路的双侧缓冲区面；第三，统计落入每条道路缓冲区范围内的不同类型poi设施点，根据公式计算三个特征参量。

道路综合重要度指数由道路几何、拓扑、分布和属性特征的多个度量参量经归一化、权重划分后叠加计算得到。具体参量包括道路的长度、宽度、连接值、控制值、总深度值、全局集成度、分布密度、道路等级、设施点密度、重要设施比率和专题设施比率。

本发明一方面可以丰富道路的属性特征度量体系，另一方面，poi数据作为道路周边居民地（设施）要素的点状表示，在道路综合时协同考虑，能有效提高道路选取的质量。发明旨在提高道路自动综合的结果质量，使结果更符合人们的认知习惯。

附图说明

图1是待综合道路数据（原始道路数据）图

图2是道路双侧15m缓冲区范围内的poi设施分布图

图3（a）是道路属性特征度量图

图3（b）是道路拓扑特征度量图

图3（c）是道路几何和分布特征度量图

图4为是否考虑道路周边poi设施点的道路重要度结果对比图

图5是不同选取比例的选取结果图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的及所达到的效果，以下结合具体实施方式详细说明。

本发明的实施步骤可以概括为两个部分：道路几何、拓扑、分布和属性特征度量参量的计算和道路综合重要度的计算。下面对各实施步骤进行进一步的阐述。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行。

1.道路的几何特征参量计算，即道路长度和道路宽度的计算。

2.道路的拓扑特征参量计算，主要包括连接值、控制值、总深度值和全局集成度的计算：

（1）连接值：指空间系统中与一条道路相交的其他道路总数。连接值可以反映道路的重要性。其公式如下，式中ci表示道路i的连接值，k表示与道路i直接相连的其他道路总数

（2）控制值：表示一条道路对其邻接道路的控制程度或者说是影响程度。其公式如下，ctrli表示道路i的控制值；ni是与道路i直接相连的其他道路的集合；cj表示道路j的连接值

（3）总深度值：表示空间系统中某一节点到达其他所有节点所需要的最小步数总和（这里的步数是指拓扑空间的值，即两个邻接节点的距离为一步）。节点的总深度值越小其在空间系统中越便捷。其公式如下，其中tdi表示道路i的总深度值，n表示道路总数，dij表示道路i到道路j的最小步数

（4）全局集成度：反映一条道路与系统内所有其他道路联系的紧密程度，表现了在整个系统中某道路对其他道路的可达程度。公式如下，其中gi表示道路i的全局集成度，mdi表示道路i的平均深度值，n表示道路总数。

3.道路的分布特征参量计算：

步骤1：计算整个区域的线密度值，公式为

步骤2：提取每条道路的折点，将折点处的线密度值作为该折点的密度值，以该道路上所有折点的平均线密度值作为该道路的密度值。

4.道路的属性特征参量计算，此处即主要使用的本发明构建的3个度量参量，此外还有道路等级

步骤1：对poi数据进行清洗与整理，并依据城市用地分类的国家标准，分成表1所示的9类；

表1poi功能分类

步骤2:综合考虑城市规划原则和实际情况，统计道路双侧15m缓冲区范围内的poi设施类型及数量，分别计算设施点密度、重要设施比率、专题设施比率三个度量参量：

（1）设施点密度：度量了一条道路缓冲区邻域内所有poi设施点的密度，能够反映该道路周围居民地设施的数量分布情况。其公式如下，pdi表示道路i的设施点密度，tpi表示道路i缓冲区邻域内的所有poi设施的总数量，li表示道路i的长度

（2）重要设施比率：度量了一条道路上重要设施点占全区域重要设施点的比重。重点设施点指政府部门这类具有行政等级的poi设施。该类设施无论在普通地图还是专题地图里，都是必须要表示的，我们将其称为重点地理要素。其公式如下，式中ipri表示道路i的重要设施比率，ipi表示道路i缓冲区邻域内的重要poi设施的总数量，ip表示整个区域重要poi设施点的总数量

（3）专题设施比率：当面对不同制图需求时，地图上要着重考虑的地理要素不同。因此，此指标根据制图的专题需求来变化。例如，当制作教育专题地图时，此指标即指代学校等教育类poi设施的比率，当制作商业专题地图时，该指标即指代商业服务业poi设施的比率。在进行非专题地图的综合时，该度量指标可不予计算。其公式如下，式中spri表示道路i的专题设施比率，spi表示道路i缓冲区邻域内的专题poi设施的总数量，sp表示整个区域专题poi设施点的总数量。

5.道路综合重要度的计算

步骤1：计算完道路的的几何、拓扑、分布和属性特征的各项度量参量后，首先进行归一化操作，公式如下

步骤2：结合不同特征度量参量的权重，使用如下公式计算道路的综合重要度。

6.道路的选取。完成道路综合重要度的计算后，即可根据其值从大到小排序，根据选取比例或数量选择道路综合重要度值较大的道路，至此完成道路的选取。

综上所述，本发明使用poi数据构建了三个道路属性特征的度量参量，并在此基础上进一步结合连接值、控制值、总深度值等道路拓扑、几何、分布的其他特征参量构建道路综合重要度指数来进行道路选取。经实验，本发明能够提高道路自动综合的结果质量，使结果更符合人们的认知习惯，具有较好的效果。