一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法技术

建筑物是大比例尺地图中的重要要素，其自动化简是制图综合领域的重要研究内容。针对当前化简方法仅侧重于某一方面的问题，本发明专利技术提出一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法。首先，对建筑物进行冗余点删除、尖角去除等预处理操作；然后对需要化简的短边进行分类识别，针对不同的类型采用不同的化简操作，在化简的过程中采用阈值逐渐增大的渐进式确定方法，直到满足化简要求为止；最后对化简结果进行评估，对不合理的化简实体进行调整修改。以OpenStreetMap数据为例进行实验，并与其它化简方法进行对比，实验结果表明，本发明专利技术的方法可以有效保持建筑物的面积、形状、直角等基本特征，可以实现建筑物的自动连续化简，具备一定的通用性。定的通用性。定的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法


[0001]本专利技术涉及一种用于地图的建筑物化简方法，属于地理信息数据处理
，尤其涉及一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法。

技术介绍

[0002]居民地作为一种重要的基础地理信息数据，与人类的生活密切相关，是地图表达的重要内容。居民地综合是尺度变换、数据融合集成、数据挖掘等的重要手段，在综合过程中应该正确表示其几何特征(位置、形状等)、语义特征，处理好居民地与其他要素的关系，同时保持不同区域的密度对比和分布特征。居民地综合应遵循的基本原则是“表达主要的、舍其次要的”，常用方法包括选取、化简、降维、合并和典型化等，其中化简是最为常用的方法之一。在大比例尺数据中，居民地通常以建筑物多边形的形式存在，因此建筑物的综合一直是重点研究的问题，建筑物化简的实质是对构成边界的点进行删除或者移位，以更简单的多边形对原始图形进行抽象表达，同时要保持建筑物的基本特征。
[0003]建筑物化简可分为传统方法和智能方法，传统方法主要包括最小二乘法、邻近四点法、递归回归方法、模板匹配方法、渐进式化简方法以及图像化简方法等。最小二乘方法是在点分组的基础上，利用平差模型对多边形点进行拟合，进而实现建筑物的化简和直角化，但该方法对化简阈值的设置较为敏感；邻近四点法将多边形上邻近的四点作为基本处理单元，对建筑物的不同局部结构进行化简处理，但存在局部算法的不足；递归回归方法采用递归分割策略对化简进行迭代处理，该方法仅适用于正交型建筑；模板匹配方法通过典型的模板对建筑物进行化简，该方法过度依赖于模板库的完备性；图像化简方法需要将建筑物转化为栅格图像再进行化简，转换过程中易造成失真。
[0004]智能方法包括机器学习方法、深度学习方法等，现有技术中有如下方案：利用BP神经网络进行样本训练，进而实现建筑物化简；利用图卷积神经网络对建筑物形状进行深度识别，建立形状表达与化简算法之间的映射关系，实现建筑物的自动化简；从质量评估的角度出发，通过构建神经网络对同一建筑物实体的不同化简方法进行评估，进而得到最优的化简结果。智能方法过度依赖于样本的选择，而且化简结果不具备可解释性。
[0005]通过以上分析可以看出，现有的方法能够在一定程度上解决建筑物化简问题，但是都有各自的局限性，没有顾及多种特征的约束，导致通用性不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，用以解决现有技术中建筑物化简各自存在上述局限，没有顾及多种特征的约束，导致通用性不足的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0008]本专利技术的一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法的技术方案，包括如下步骤：
[0009]1)根据建筑物的几何形状数据得到建筑物几何形状的各边边长；
[0010]2)根据建筑物几何形状的各边边长，以及预设的化简阈值，找出长度小于所述化简阈值的待化简边；
[0011]3)根据与待化简边相邻的两个邻边与待化简边之间的位置关系，对待化简边所在位置进行复杂结构的类型识别；
[0012]4)根据复杂结构的类型，对应的移动和/或删除关联节点，以消除对应的待化简边；所述关联节点为，两个邻边与待化简边之间的两个内节点，和分别位于两个邻边外侧的两个外节点。
[0013]本专利技术通过对小于化简阈值的短边进行识别，然后将短边和短边相邻的邻边归为一组形成一个复杂结构，依次对待化简建筑物的各个复杂结构，根据复杂结构的类型，进行复杂结构中的短边消除，消除过程通过移动或者删除短边和邻边相关的节点，也即通过对复杂结构中短边和邻边的变形实现建筑物复杂结构的化简，化简过程保证建筑物的正交性，以区别于非人造自然物体的形状。
[0014]本专利技术的化简过程基于短边所在位置的结构特点，化简过程中能够最大程度的保持建筑物的特征。
[0015]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型包括Z型结构，所述Z型结构的两个外节点分别位于对应待化简边所在直线的两侧；
[0016]所述步骤4)中，通过如下方法消除Z型结构的待化简边：删除两个内节点，并且平移至少一个外节点，使平移前后的几何形状的由节点构成的多边形面积相等。
[0017]针对阶梯装的Z型复杂结构，本专利技术根据化简前后面积不变的原则，消除了阶梯之间的短边。
[0018]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括U型结构，所述U型结构的两个外节点位于对应待化简边所在直线的同一侧；
[0019]所述步骤4)中，通过如下方法消除U型结构的待化简边：判断由两个邻边与待化简边构成的凸出部分或凹进部分的U型面积；
[0020]若所述U型面积小于设定面积，则删除对应凸出部分或填补所述凹进部分；
[0021]若所述U型面积小于设定面积，则至少移动两个外节点，或者至少移动一个外节点和一个内节点，使凸出部分或凹进部分形成一个面积等于所述设定面积的正方形。
[0022]本专利技术针对凹进或凸出的U型复杂结构，根据U型部分的面积，对于小面积则做删除对应U型部分的处理，对于较大面积则将其形状进行规则化，且规则化后的尺寸达到阈值面积对应的尺寸。
[0023]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括非直角结构，所述非直角结构的待化简边与两个邻边的夹角均为钝角，且两个邻边延长线的夹角为直角；
[0024]所述步骤4)中，通过如下方法消除非直角结构的待化简边：分别沿着对应的邻边所在的直线平移两个内节点，直至两个内节点重合于两个邻边所在直线的交点。
[0025]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括第一复杂拐角，所述第一复杂拐角为两个待化简边相邻；此时两个待化简边互为对方的一个邻边；
[0026]所述步骤4)中，通过如下方法消除第一复杂拐角的待化简边：删除两个待化简边的公共节点，然后对于任意一个待化简边，沿着对应的邻边所在直线的方向移动其剩余的一个内节点，以及沿着另一邻边外侧的相邻边所在直线的方向移动另一邻边一侧的外节
点，直至两个节点重合于对应邻边和所述相邻边所在直线的交点。
[0027]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括第二复杂拐角，所述第二复杂拐角为两个待化简边之间间隔有一条边；间隔的一条边为两个待化简边所共有的一个邻边；
[0028]所述步骤4)中，通过如下方法消除第一复杂拐角的待化简边：删除两个待化简边的所有内节点，移动两个待化简边所剩余的两个外节点中的至少一个，使平移前后的几何形状的由节点构成的多边形面积相等。
[0029]对于由短边构成的拐角，通过延长拐角两侧的长边，实现小拐角复杂结构的消除。
[0030]进一步地，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括阶梯状结构，所述阶梯状结构为至少三个待化简边，其中有一个待化简边的两个邻边分别为与另外两个外侧待化简边所共有的邻边，且三个待化简边分别形成Z型结构；
[0031]所述步骤4)中，通过如下方法消除阶梯状结构的待化简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据建筑物的几何形状数据得到建筑物几何形状的各边边长；2)根据建筑物几何形状的各边边长，以及预设的化简阈值，找出长度小于所述化简阈值的待化简边；3)根据与待化简边相邻的两个邻边与待化简边之间的位置关系，对待化简边所在位置进行复杂结构的类型识别；4)根据复杂结构的类型，对应的移动和/或删除关联节点，以消除对应的待化简边；所述关联节点为，两个邻边与待化简边之间的两个内节点，和分别位于两个邻边外侧的两个外节点。2.根据权利要求1所述的顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，所述步骤3)中，复杂结构的类型包括Z型结构，所述Z型结构的两个外节点分别位于对应待化简边所在直线的两侧；所述步骤4)中，通过如下方法消除Z型结构的待化简边：删除两个内节点，并且平移至少一个外节点，使平移前后的几何形状的由节点构成的多边形面积相等。3.根据权利要求2所述的顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括U型结构，所述U型结构的两个外节点位于对应待化简边所在直线的同一侧；所述步骤4)中，通过如下方法消除U型结构的待化简边：判断由两个邻边与待化简边构成的凸出部分或凹进部分的U型面积；若所述U型面积小于设定面积，则删除对应凸出部分或填补所述凹进部分；若所述U型面积小于设定面积，则至少移动两个外节点，或者至少移动一个外节点和一个内节点，使凸出部分或凹进部分形成一个面积等于所述设定面积的正方形。4.根据权利要求3所述的顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括非直角结构，所述非直角结构的待化简边与两个邻边的夹角均为钝角，且两个邻边延长线的夹角为直角；所述步骤4)中，通过如下方法消除非直角结构的待化简边：分别沿着对应的邻边所在的直线平移两个内节点，直至两个内节点重合于两个邻边所在直线的交点。5.根据权利要求4所述的顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括第一复杂拐角，所述第一复杂拐角为两个待化简边相邻；此时两个待化简边互为对方的一个邻边；所述步骤4)中，通过如下方法消除第一复杂拐角的待化简边：删除两个待化简边的公共节点，然后对于任意一个待化简边，沿着对应的邻边所在直线的方向移动其剩余的一个内节点，以及沿着另一邻边外侧的相邻边所在直线的方向移动另一邻边一侧的外节点，直至两个节点重合于对应邻边和所述相邻边所在直线的交点。6.根据权利要求5所述的顾及多特征约束的建筑物组合化简方法，其特征在于，所述步骤3)中，复杂结构的类型还包括第二复杂拐角，所述第二复杂拐角为两个待化简边之间间隔有一条边；间隔的一条边为两个待化简边所共有的一个邻边；所述步骤4)中，通过如下方法消除第一复杂拐角的待化简边：删除两个待化简边的所有内节点，移动两个待化简边所剩余的两个外节点中的至少一个，使平移前后的几何形状
的由节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：马京振，孙群，徐青，李少梅，周炤，温伯威，朱新铭，张付兵，吕峥，孙士杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：