地图变化信息量评价模型在地图更新中的应用

韦丽丽 ，罗绍辉

(南宁市勘察测绘地理信息院，广西 南宁 530022)

1 引 言

随着城市的发展，地图作为信息传达的载体成为人们日常生活中的重要工具［1］，能使人们一目了然地了解一个城市的政治、经济、文化等各方面信息。随着时间的推移，社会的发展，地图的信息量会发生变化，地图的现势性变得越来越差。地图老化到什么程度需要更新，这是地理信息的管理和生产部门非常关心的事情。用地图变化信息量评价模型可定量地确定地图的老化程度，为地理信息管理部门决策提供科学的依据。

2 地图变化信息量评价模型

2.1 地图变化信息量的确定

地图是传输城市地理信息的工具。作为城市地理信息的载体，正确计算地图的信息含量是研究地图更新的关键［2］。一般而言，反映某类制图要素多样性、差异性、重要性和复杂性的特征值主要有4 个:地物变化总个数△N，地物变化级数△m，地物变化的平均复杂程度△p，地物变化的平均重要程度△q。

地图要素主要是由地物符号和注记组成的。地物符号变化信息量为

式中，△N 表示地物变化数;

Ni表示i 维地物类数;

△Nij表示Ni类地物的变化数;

i 表示维数，i =0 为点状地物，i =1 为线状地物，i=2为面状地物;

△m= |m' －m|，表示地物的变化级数，m'是现在地物分级数，m 是原来地物分级数。当该数多且面积互不相等时，变化分级数m 的确定方法如下:

先按地物面积由小到大一次排列:

则s1，s2，…，si，

依此类推，可得分级数。

△p= |p' －p|，表示地物平均复杂程度的变化数，p 值为确定地图符号形状所需的最少点数。

△q= |q' －q|，表示地物的平均重要程度变化数。

上式中，ri为i 级地物的重要程度权值，一般取最低一级地物权值r=1，最高一级地物权值r =m。ui为地物点的个数。对于线状地物，通常采用1 cm长度折算成一个地物点的办法进行统计;对于面状地物，通常采用1cm2面积折算成一个地物点的办法进行统计。

为了方便起见，记:

注记变化信息量为

式中，△n 表示注记总的变化数，△s 表示注记字体变化数，△t 表示注记字级变化数。

2.2 原图信息量的确定

为了确定地图信息量的变化程度，还需要计算原图信息量。原图地物信息量:

式中，N 表示总地物数;

Ni表示i 维地物类数;

Nij表示Ni类地物数;

i 表示维数，m 表示地物分级数，p 表示地物平均复杂程度，q 表示地物的平均重要程度。为了方便起见，记:

注记信息量为:

式中，n 表示注记总数，s 表示注记字体数，t 表示注记字体数。

2.3 地图信息变化程度的确定

地图信息变化程度即地图老化程度，可用下式确定:

式中，△I=△I1+△I2，△I 表示地图变化信息量;I=I1+I2，I 为原图信息量。

当F ＞35%，全图需要更新;35% ＞F ＞20%，需要更新一部分要素;F ＜20%，则全图不需要更新。对于地图单要素信息变化，一般认为，Fi＞30%则需要更新;Fi＜30%，则不需要更新［3］。

3 实例验证

本文选用同一地区、不通年代的两幅地图，即2010年和2012年出版的南宁市城区地图，提取指定范围进行量测。2010年版地图为原图，从2012年版地图获取变化信息量。

如图1、图2所示，分别从2010年和2012年南宁市城区地图中提取以南宁市快速环道为中心，向外辐射5 km范围内的主要地理要素。

图1 2010年南宁市城区地图截图

图2 2012年南宁市城区地图截图

3.1 点状地物变化信息量的确定

所谓“变化”，不仅包括新增的或消失的地物，还包括形状、位置等发生变化的地物。形状变化主要是原有的状况与现状发生变化，需要修正［4］。现以居民地为例，量测数据如表1所示。

表1 点状居民地量测数据

据式(1)可得点状居民地变化信息量:

△I=20 061．19 bit

据式(6)可得点状居民地原图信息量:

I=54 641．46 bit

同理，可求得独立地物、桥梁等点状地物变化信息量和原图信息量，如表2所示。

从表2可以看出，独立地物变化信息量很大，这是由于在这几年里新建了许多与人们生活密切相关的设施，例如桥梁等。

表2 点状地物变化信息量计算分析表

3.2 线状地物变化信息量的确定

线状地物变化信息量的确定与点状地物变化信息量确定的区别在于要将线状地物的长度换上成个数。现以指定范围内规划道路为例，量测数据如表3所示。

表3 规划道路量测数据

据式(1)可得规划道路变化信息量:

△I=141．42 bit

据式(6)可得规划道路原图信息量:

I=565．78 bit

同理，可求得线状道路的变化信息量和原图信息量，如表4所示。

表4 线状地物变化信息量计算分析表

3.3 注记变化信息量的确定

地图的注记更新不是简单删除替换，而是在更新的同时要记录历史［5］。地图注记是城市变迁的重要载体，在地图中有较大的覆盖度，是地图信息量中不可缺少的部分。现以该指定范围内公园绿地注记为例，来说明注记变化信息量的确定。由原图上统计出5 条注记，即n=5。

字体和字级均为1，而在新图上又出现了7 条新注记，字级数也为1。同地物变化一样，注记的变化不仅包括注记的增加或减少，还包括字级、字数、名称的改变。在原图中的5 条注记都发生了变化，再加上新图中出现的7 条注记，有△n =12，△t、△s 均为0。因此，该范围内公园绿地注记变化信息量:

△I=12bit

其公园绿地注记原图信息量:

I=15．85bit

同理，可求得该指定范围内其他注记的变化信息量，如表5所示。

表5 注记变化信息量计算分析表

3.4 地图各要素变化信息量的确定

考虑到地图更新方案的多样性，从实际应用出发，还需要计算各要素的变化信息量。现以该指定范围内的道路为例来说明要素变化信息量的确定。道路的变化信息量由点状地物中桥、线状地物中道路和注记的变化信息量组成。从表2、表3、表4可得:

△I道=△I道(线)+△I道(注)+△I桥(点)=3 660．98bit

同样，可得道路的原图信息量:

I道=I道(线)+I道(注)+I桥(点)=7 391．56bit

3.5 信息变化程度分析

求得了变化信息量，就可对信息变化程度进行分析，确定如何更新地图。以上述道路要素变化信息量，据(9)式可得:

F=49．50%

由以上算例分析可看出，此分析结果＞30%，该提取范围道路要素需要更新。

4 结 论

地图各要素所包含的变化信息量是可以评价的。对地图变化信息量的评价，是改进地图更新的有效途径［6］。本文介绍了地图变化信息量评价模型，提出了将地图变化信息量评价模型用于地图要素的更新。通过《南宁市城区地图》要素更新工作实例的验证，验证了该方法准确、可靠，具有很强的实用性，说明此模型用于地图要素的更新是可行的。

［1］程思聪，王祥．论城市公益地图的信息组织策略——以《武汉市公益版地图》为例［J］．城市勘测，2011(4):129～132．

［2］陈惠荣，谭美景，郑义东等．基于变化信息量的海图改版需求评估［J］．海洋测绘，2010(3):67 ～69．

［3］何宗宜．地图数据处理模型的原理与方法［M］．武汉:武汉大学出版社，2004:120．

［4］范明华．日本都市地图更新流程及经验体会［J］．现代测绘，2008(3):44 ～45．

［5］刘勖，蔡先华，高勇．数据增量探测技术在电子地图更新中的应用［J］．电脑与信息技术，2007(4):60 ～62．

［6］祝国瑞．地图学［M］．武汉:武汉大学出版社，2003:25．