基于多属性决策层次分析法的道路选取方法

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地图综合是空间信息处理的热点研究问题。它旨在将空间信息进行概括、抽象,从而实现地图从大比例尺向小比例尺的综合。由于空间信息的复杂性和其中无法用数学模型描述的模糊性问题,地图综合一直以来是现代制图学研究中的难点。地图中地物对象的选取是地图综合的算子之一。相比于点和面要素的选取,线要素的选取是最具挑战性的。道路网是地图中的主要线要素。道路选取是对道路选择性删除的过程,目的是保留反映道路基本特征和分布的较重要道路,实现不同比例尺下的道路综合。本研究旨在将道路网从大比例尺(1:5万)向小比例尺(1:20万)自动综合。在现有的道路选取方法中,中心性方法最适用于面向小比例尺的道路选取,但该方法存在的一些欠缺使之无法满足各方面的制图要求,其中包括:(1)指标的集成策略无法反映实际的制图经验;(2)对影响道路重要性的上下文因素考虑不足;(3)未能保持综合后道路网的密度分布;(4)综合后的道路网没有全域连通。针对此,本文提出一种基于层次分析法(AHP)的道路选取方法。(1)在POI数据的辅助下描述和构建道路上下文特征指标,基本思路是将POI重分类并利用德尔菲法评价不同类别POI的重要性,利用道路一定缓冲区内POI的类别重要性和数量信息反映道路的上下文特征。(2)建立以道路重要性为主题的AHP模型。首先在AHP的准则层整合道路的中介中心性、度中心性、长度和上下文特征指标,并结合制图经验为各指标赋予权重,然后在方案层分析比较不同道路的指标信息。最后整合不同层的结果计算道路的重要性;(3)以道路的交叉点和端点的密度为依据反映道路的分布密度,基于Voronoi图对道路网进行密度分区,为每个分区内的道路设定重要性阈值干预选取过程。首先建立道路交叉点和端点的Voronoi图,统计每个Voronoi图的面积。然后利用冷热点分析工具~*提取一定置信度下的Voronoi单元的面积的高值和低值聚集区,这些聚集区合并起来即为道路网的密度分区。最后为不同分区内的道路设定重要性阈值来控制是否选取道路;(4)定义道路网对偶图中边的权重进行连通性保持。首先利用AHP模型中计算得到的节点重要性定义边的权重,然后基于最小生成树的思想在加入节点数量最少的前提下得到边权重最大的图,即为最后的选取结果。采用比例尺为1:5万的武汉市汉口区道路网及POI数据验证本方法的有效性。从目视与定量两个方面比较是否采用AHP的选取效果,结果表明采用AHP能更好地保持原始路网的结构特征。然后比较了引入道路上下文特征指标前后的选取结果,表明本文方法较好地顾及了道路周边设施点和居民地的特征,提高了在人们认知中具有较高地位的道路被保留的几率,从而使选取结果更加合理。另外,以人工选取的结果作为标准与本方法的选取结果进行对比,结果表明本文方法与人工选取的结果具有较高的一致性。虽然本文方法能改善传统中心性方法的选取效果,但本文方法依然需要有经验的制图专家手动干预,而且综合后的道路网并未在所有方面达到理想的效果。未来的研究要能够更加细化道路选取中的问题,提出更全面更自动化的选取策略。
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