一种基于骨架的地理地图重构方法技术

一种基于骨架的地理地图重构方法，包括：(1)提取地理地图边界数据；(2)采用Douglas

【技术实现步骤摘要】
一种基于骨架的地理地图重构方法


[0001]本专利技术涉及一种基于骨架的地理地图重构方法。

技术介绍

[0002]空间可视化在信息可视化和可视分析领域一直是一个重要的研究方向。尤其是地图，它是可视化空间数据的媒介，帮助用户更容易理解和分析空间信息。地图可视化在地理信息系统(GIS)、城市规划、交通管理、环境监测等多个领域都有广泛应用。
[0003]地理地图在促进视觉探索方面具有巨大价值，它提供了诸如拓扑，形状和面积等关键自然特征，这些固有的特征有助于理解空间关系和模式。然而，原始的地理地图视觉友好性方面往往不足，同时在美学和简洁性上也存在挑战。因此，直接在地图上创建可视化较为少见，而且也会对热图、嵌入式条形图或饼图等高级技术的利用较有限。
[0004]地理地图的重建方法大致分为两类：基于变形的方法和基于图块的方法。基于变形的重建方法在视觉上改变区域边界从而表达相关的统计信息，也就是说，基于变形的地图重建通过根据统计参数调整区域大小来扭曲地图边界，重建后的地图仍然保持可识别性。基于图块的重建方法利用规则图块比如正方形或六边形，将原始地理地图转换为基于网格的的方法来表示，该方法在一定程度上增强了地图可读性。上述两种方法都是通过“由外而内”的策略来改变边界。
[0005]现有的重建算法无论是为了表达统计信息还是美化边界，在其重建过程中都没有充分考虑到原始地图的全部属性。为了展示区域统计信息等额外数据，若过度将区域图形化则会导致地图的真实性和可识别性降低，也有一些采用圆弧来绘制地图区域边界的轮廓，这样很容易导致相邻区域之间的重叠。由此可见，地理地图的重建是一个多准则优化问题。
[0006]地图重建在众多领域有着广泛的应用。在方法论应用方面，通过结合六边形网格图和信息层，以一种更新颖的方法来探索和分析零售数据；在技术实现方面，将视觉参数空间分析扩展到空间域时，在考虑地理特征的同时，从多个变量中能够选择有效表征复杂实体的变量；在技术迁移方面，地图重建的可视化技术可以应用于其他分析任务，例如以自我为中心的信息扩散模式可视化，分析主题层次，以及隐喻传达信息转发过程。

技术实现思路

[0007]为了克服原有地理地图重构技术中的难题，本专利技术提出了一种基于骨架的地理地图重构方法，提取地图边界数据并简化地图，获得简化地图的骨架结构，对骨架结构进行合并、删除、正则化操作后得到最终的骨架结构，通常为两点构成的线段结构或三点构成的直角结构。基于上述骨架结构对其边界进行生长扩充，直至各个区块之间无空白区域，该方法采用了一种“由内而外”的策略来重建地图，既保留了原始地图的形状，又在保证拓扑一致性的同时保证了边界规律性。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下的技术方案：
[0009]一种基于骨架的地理地图重构方法，所述算法包括以下步骤：
[0010]步骤1、提取地理边界数据：提取地图的边界数据，确保由本专利技术提供的算法生成的地图形状与现实中的区域对应位置相同；
[0011]步骤2、地图简化：通过Douglas
‑
Peucker算法获得简化的地图，以减少原始地图数据中的扭曲点，简化地图边界线路由一系列关键点和连接它们的线段组成；
[0012]步骤3、地图骨架提取：采用基于角平分线的骨架提取算法来提取简化后地图骨架，过程如下：
[0013]首先在简化地图上获取到其边界，对于边界上的像素点集合，使用角点检测来识别边界上的角点，角点是边界的转折点或交叉点，对于每个角点找到与其相邻的两个角点，计算它们之间的角平分线，连接角平分线上的线段，线段的交点就是骨架的节点，连接的线段代表地图的骨架结构。
[0014]步骤4、骨架正则化：将不规则的骨架转换为标准形式：根据上述提取的地图骨架结构，首先循环合并骨架中相邻且距离最近的两个节点；然后删除不必要的叶节点；对于删除叶节点后的骨架再循环合并两个相邻且距离最近的节点，直到最后骨架结构只剩下两个节点或三个节点。
[0015]步骤4.1、循环合并骨架节点中相邻并且距离最近的两个节点：遍历链接列表l
l
，从骨架节点列表l
n
中得到对应的节点坐标，计算两个节点P(x1,y1)、Q(x2,y2)之间的距离d。若这两个连接的节点距离是所有链接节点中最小的，则将这两个节点合并为一个节点R，并从原列表节点中删除P、Q，新节点R的横纵坐标为原两个节点横纵坐标的中间值，具体公式为：
[0016][0017]迭代上述过程，直到剩余节点数量为原始骨架节点的50％。更新节点列表l
n
为l
nn1
、链接列表l
l
为l
ln1
。
[0018]步骤4.2、删除不必要的叶节点：遍历l
ln1
，若某节点有且仅有一个节点与之相连，那么该节点为叶节点，根据公式(2)记录该节点与相连节点的距离；根据叶节点距离从小到大进行删除，直到剩余节点数量为删除前节点数量的50％。
[0019]步骤4.3、循环合并骨架节点中相邻并且距离最近的两个节点：遍历l
ln1
，从l
nn1
中得到对应的节点坐标，计算两个节点之间的距离，然后根据公式(1)对节点进行合并。迭代上述过程，直到剩余节点数量为小于等于3时停止。更新节点列表l
nn1
为l
nn2
、链接列表l
ln1
为l
ln2
。
[0020]步骤4.4、矫正骨架：
[0021]如果剩余骨架节点数为2，计算这两个节点P1(x
p1
,y
p1
)、P2(x
p2
,y
p2
)的Δx和Δy。若两点的y值保持不变，x均取该两点在水平方向上的中间值，形成一条垂直方向上的线段；若两点的x值保持不变，y值均取该两点在垂直方向上的中间值，形成一条水平方向上的线段，公式如下：
[0022][0023]如果骨架节点数为3，分别为P1(x
p1
,y
p1
)、P2(x
p2
,y
p2
)、P3(x
p3
,x
p3
),根据公式(4)计算中间节点到两侧节点的Δx
k
和Δy
k
。若两点的y值保持不变，x均取该两点在水平方向上的中间值，形成一条垂直方向上的线段；若方向上的中间值，形成一条垂直方向上的线段；若两点的x值保持不变，y值均取该两点在垂直方向上的中间值，形成一条水平方向上的线段。组合上述形成的线段，构成一个直角骨架结构。总结公式如下，其中P
a
、P
b
代表P1、P2、P3中的任意相邻两点。
[0024][0025]步骤5、基于骨架的边界生长：在骨架的基础上对边界进行生长，将提取到的骨架放置在二维网格中，骨架线段之间保持相对大小和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于骨架的地理地图重构方法，其特征在于，所述算法包括以下步骤：步骤1、提取地理边界数据：提取地图边界数据；步骤2、地图简化：通过Douglas
‑
Peucker算法获得简化的地图，地图边界线路由一系列关键点和连接它们的线段组成；步骤3、地图骨架提取：采用基于角平分线的骨架提取算法来提取地图骨架结构，过程如下：首先在简化地图上获取到其边界，对于边界上的像素点集合，使用角点检测来识别边界上的角点，角点是边界的转折点或交叉点，对于每个角点找到与其相邻的两个角点，计算它们之间的角平分线，连接角平分线上的线段，线段的交点就是骨架的节点，连接的线段代表地图的骨架结构；步骤4、骨架正则化：将不规则的骨架转换为标准形式：根据上述提取的地图骨架结构，首先循环合并骨架中相邻且距离最近的两个节点；然后删除不必要的叶节点；对于删除叶节点后的骨架再循环合并两个相邻且距离最近的节点，直到最后的骨架结构只剩下两个节点或三个节点；步骤5、基于骨架的边界生长：在骨架的基础上对其边界进行生长扩充，将提取到的骨架放置在二维网格中，骨架线段之间保持相对大小和相对位置关系；对每个骨架线段以最初位于的单元格为起点，进行上、下、左、右四个方向上的生长扩充，扩充的单元格代表该骨架线段所占领的区域，重复上述生长过程，直到所有区块之间没有空白区域，即可得到重构后的目标地图；步骤6、上述操作之后，原地理地图上的每个区域被转换成由矩形或直角矩形组成的块，不同区块填充不同颜色，以便视觉区分。2.根据权利1所述的一种基于骨架的地理地图重构方法，其特征在于，所述步骤4中的骨架正则化具体包括以下步骤：步骤4.1、循环合并骨架节点中相邻并且距离最近的两个节点：遍历链接列表l
l
，从骨架节点列表l
n
中得到对应的节点坐标，计算两个节点P(x1,y1)、Q(x2,y2)之间的距离d；若这两个连接的节点距离是所有链接节点中最小的，则将这两个节点合并为一个节点R，并从原列表节点中删除P、Q，新节点R的横纵坐标为原两个节点横纵坐标的中间值，具体公式为：迭代上述过程，直到剩余节点数量为原始骨架节点的50％；更新节点列表l
n
为l
nn1
、链接列表l
l
为l
ln1
；步骤4.2、删除不必要的叶节点：遍历l
ln1
，若某节点有且仅有一个节点与之相连，那么该节点为叶节点，根据公式(2)记录该节点与相连节点的距离；根据叶节点距离从小到大进行删除，直到剩余节点数量为删除前节点数量的50％；步骤4.3、循环合并骨架节点中相邻并且距离最近的两个节点：遍历l
ln1
，从l
nn1
中得到对应的节点坐标，计算两个节点之间的距离，然后根据公式(1)对节点进行合并；迭代上述过程，直到剩余节点数量为小于等于3时停止；更新节点列表l
nn1
为l
nn2
、链接列表l
ln1
为l
ln2
；步骤4.4、矫正骨架：
如果剩余骨架节点数为2，计算这两个节点P1(x
p1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国道，彭德玲，王云超，朱子昊，陈玲，梁荣华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：