测绘科学技术

面向多重空间冲突解决的移位场模型

周启，艾廷华，张翔

摘要：目的：本文旨在发展一种基于物理学“场论”思想的目标移位地图综合算法，在制图综合的过程中能够解决多源空间冲突，并顾及目标集群的空间分布模式与空间关系。方法：主要思路是建立空间邻近关系和移位场模型，并考虑移位（力）在场中的传播机制。首先，利用约束Delaunay 三角网建立地理要素的类Voronoi 图空间剖分结构，并利用图论和“格式塔”原则对特定目标群组和排列模式进行识别，群组目标可在后续处理中进行统一移位操作。其次，通过空间邻近关系探测目标间的空间冲突（通视距离小于用户设定阈值），作为场中的斥力发生源，并依据剖分单元距斥力发生源的拓扑邻近距离，在空间剖分结构上围绕各发生源建立独立的斥力传播“等势线”。源斥力的大小由发生源内目标间的最小距离和用户设定的制图最小可视距离之间的差决定，并沿“等势线”向外传播。斥力传播到特定目标的大小与该目标到发生源的拓扑邻近距离成反比，方向与该目标所在的上级“等势线”局部切线方向垂直。最后，对移位场中所有斥力发生源由传播产生的力（矢量）进行求和并映射为各目标获得的最终位移矢量，完成移位过程。此外，本方法还对可能产生二次冲突的目标之间增加适当的内部排斥力。结果：实验表明，在只考虑由外部单一力源（如街道拓宽对街区空间的挤压）导致的移位中，由于只考虑了街道拓宽产生的“外力”作用，移位后可能产生次生冲突并破坏街区内部地理要素分布结构的完整模式；而考虑了多重斥力发生源，并顾及空间群目标统一性后，本模型能够有效地避免绝大部分次生冲突，在制图综合过程中较好的保持空间目标的分布模式。移位前后目标分布密度的强相关性（R2＝0.88）表明，本模型良好地保持了空间目标的分布密度，维持了空间目标的相对位置关系。此外，用户可通过控制不同斥力发生源的可传播范围以平衡内外力对最终移位效果的影响。结论：本文建立空间移位场，模拟外力与内力在空间场中逐级衰减传递以确定其强度与方向，该方法比较好地将多种空间冲突一次性集成考虑，避免顾此失彼，较好地保持空间目标的局部分布模式与整体分布特征，实现了满足以上条件的制图综合自动移位。更一般的，利用本文“场论”思想，可以很好模拟特定变量在地理空间中的“传递性”与“衰减性”效应，提高现有“场模型”对地理现象与过程的建模能力。

来源出版物：测绘学报, 2013, 42(4): 615-620

入选年份：2017