CN104598553A - 一种复合式的地质图制图自动综合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式的地质图制图自动综合的方法。该方法具体为：在源地质图结构分析阶段，依据地质图制图综合的用途、类型、比例尺、制图区域和地质数据等特点，以及实际工作流程，形成确定图面地质要素类、要素群及其空间、语义关系的A类约束；在源地质图制图综合阶段，遵循A类和B类约束形成多个智能体，对不同层次的地质图对象采用不同的操作和算子，进行地质图的综合操作；在目标地质图格式标准化阶段，按照C类约束对制图综合阶段得到的地质图数据进行标准化处理，得到符合制图标准、视觉表达良好的地质图。本发明有效的解决了地质图制图自动化综合中兼顾几何形态与语义信息难题，有效地提高了地质图制图综合的速度、效率和精度。

Description

一种复合式的地质图制图自动综合的方法

技术领域

本发明涉及地质信息技术领域，尤其涉及一种复合式的地质图制图自动综合的方法。

背景技术

    地质图制图的自动综合技术是中小比例尺地质图编绘的核心技术，是地质学研究和各类地质勘查领域的研究热点和前沿课题。目前普通地图制图自动综合的技术较为成熟，但地质图制图自动综合的技术依然在探索中。

由大比例尺地质图，到中比例尺地质图，再到小比例尺地质图的制图过程，是一个信息提取和综合的过程，简称为地质图制图综合过程。传统的地质图制图综合，采用手工作业方式，周期长、效率低、精度低、劳动强度大。随着计算机辅助设计（CAD）技术和地理信息系统（GIS）技术的发展，地质图的生产方式发生了巨大变化，特别是地质图数据库和国家空间数据基础设施的相继建立，使得地质图制作和更新的速度和效率大大提高。然而，能实现数字化环境下的地质图制图自动综合，缩短关联图幅的不同尺度地质图的生产周期，实现多种尺度的地质图数据库一体化快速更新的技术至今仍未见到，许多探索性成果还不具备实用价值。

鉴于以上情况，申请者从地质图及地质图综合的特点出发，基于工作流和多智能体技术，探索并设计出了一种具备实用价值的地质图自动制图综合的概念模型，以及基于该模型的地质图自动制图综合新方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种复合式的地质图制图自动综合的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合式的地质图制图自动综合的方法,包括以下3个阶段：

1）源地质图结构分析

首先对地质图自动综合的数据源进行结构分析，根据地质图制图综合的用途、类型、比例尺、制图区域和地质数据，如断层和岩性单元，并以地形图作为底图；采用工作流系统管理下的人机交互工作方式，形成确定图面地质要素类、要素群及其空间、语义关系的A类约束；所述A类约束是指源地质图结构分析阶段得到的一系列的制图综合规则和数据目录，包括研究区域内在制图综合过程中需要予以保留的地质对象、各类对象的优先级和具体的制图综合操作；A类约束一方面是从研究区域的地质特点、地质要素类的空间和语义关系进行合理的推断得到，另一方面通过与地质专家的反复沟通获取。该类约束主要作用于接下来的地质图综合阶段。

第一阶段输出的结果是要素类目录，即形成对下一阶段制图综合的A类约束，包含了要保留的要素类信息及要素的分类方案。这一阶段采用知识应用的人机交互工作方式，并采用工作流系统对交互式操作进行管理。

2）源地质图制图自动综合

第一阶段分析结果的基础上，使用来自第一阶段的数据(地质图制图综合的用途、类型、比例尺、制图区域和地质数据)，确定每类地质要素具体的制图综合算子，采用附加的降维目录，来决定对象最小清晰度的阈值并考虑比例尺要素之间的最小距离，遵循B类约束和A类约束并将地质要素作为智能体，采用多智能体技术实现图面地质要素的综合。通过反复的实验，来决定对象最小清晰度的阈值和顾及比例尺的要素之间的最小距离，逐步完成地质图制图的自动综合，最终得到清晰的、比例尺缩小一个档次的地质图。

所述B类约束指地质图综合阶段的几何降维约束、拓扑约束、过程约束（如算子的执行顺序、算法选择和参数的取值）和语义约束，这些约束主要通过几何、语义分析及反复的试验得到；

3）目标地质图格式标准化

在完成源地质图的制图综合的基础上，对所得到的小一个档次比例尺的目标地质图，基于C类约束进行文本符号标注、颜色和花纹的确定，以及图面的可读性检查，并制定文本符号目录、点和线符号目录、多边形的颜色和花纹目录，以及相关的显示规则；所述C类约束指目标地质图格式化过程中要遵循的几何要素符号化规则、文字标注规则、衡量图面负载量的规则、基于视觉平衡和图件主题的面要素赋色规则等、基于地质图类别的页面布局规则。

C类约束对得到符合地质图表达习惯且视觉效果良好的地质图至关重要。该类约束主要从现有的地质图制图规范、互联网地质图制作标准等规范性文件中得到。

按上述方案，在上述各个阶段中，都采用工作流的管理方式，实现与决策支持算法交互式结合；采用智能化方式把地质专家和制图专家的知识结合起来，基于多智能体系统实现地质图制图综合的自动化。

按上述方案，所述第一阶段中，A类约束采用工作流系统管理下的人机交互工作方式得到：一方面从研究区域的地质特点、地质要素类的空间和语义关系进行推断得到，另一方面通过地质专家的指导获取。

按上述方案，所述第二阶段中，B类约束通过对来自第一阶段的数据进行几何、语义分析及有限次的试验得到。

按上述方案，所述第三阶段中，C类约束从现有的规范性文件中得到，规范性文件包括地质图制图规范、互联网地质图制作标准。

按上述方案，在第二阶段还包括对每一步（次）的综合结果进行评估的步骤，用于保证制图综合的几何形态、语义信息和图示效果的正确性。

按上述方案，在第二阶段中采用多智能体技术来解决制图冲突，并用违背约束最少的状态作为最终的地质图结果。

按上述方案，在第二阶段中在进行基于降维目录的地质要素综合时，引入了点符号并对其拓扑关系进行明确定义，用于防止点对象在综合后出现与多边形边界交叉或者移出多边形。

本发明产生的有益效果是：本发明有效的解决了地质图制图自动化综合中兼顾几何形态与语义信息难题，有效地提高了各种地质图制图综合的速度、效率和精度。根据本发明方法生成的概念模型和技术，可以在各种地质图的制图综合专业软件中推广应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程示意图；

图2是本发明关于面向过程与面向对象的复合式地质图自动综合概念模型；

图3是本发明第二阶段基于约束的面向对象的自动综合方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的地质图制图自动综合的方法是：通过源地质图结构分析、原地质图制图综合和目标地质图格式标准化三个阶段，实现地质图制图过程的自动综合。

其具体操作步骤和操作内容如下，如图1所示：

1.源地质图结构分析阶段

在这个阶段，输入的数据一般是地质专题数据，例如断层和岩性单元，并以地形图作为底图。这个阶段输出的结果是要素类目录，包含了要保留的要素类信息及要素的分类方案。在进行要素分类时，所采用的数据分析方法，可以是逐步优化的算法，也可以是熵测量的聚类算法。在进行多边形综合时，应当依据优先级的聚合，对重分类和已删除要素的空间进行再分配。该阶段的两种输出结果(要素类目录和要素分级)都需要专家的介入来决定合并的模式，因此在本阶段强调知识驱动下的人机交互作业方式，并且采用了工作流系统对所涉及的交互式操作进行管理。所输出的结果(要素类目录和要素分级)，将成为地质图制图综合的A类约束。

2.源地质图制图综合阶段

在这个阶段，所使用的数据来自第一个阶段的输入和输出，并采用了A类约束中的模式和群组约束，以及B类约束中的基于目标比例尺的几何降维约束、拓扑约束、过程约束（如算子的执行顺序、算法和参数的选择）和语义约束等，来决定地质对象的最小清晰尺度阈值、比例尺要素之间的最小距离，以及断层和地层单位综合的最小单位。同时，采用了多智能体技术。所谓智能体，是指激活后的对象和对象组。智能体以一系列约束为特征，其中包含选择一个或多个算法来解决制图冲突，并按照约束对每一步骤的结果进行验证。如果冲突已解决，则将该状态保存下来；如果冲突依然存在，则选择并执行新的方案。该过程循环反复直到得到满意的结果，或者所有的方案都已经尝试过。如果是后者，则用违背约束最少的状态作为最终结果(如图3所示)。经过这个阶段，就可以得到清晰的、比例尺缩小一个档次的地质图。

在制图综合阶段通过定义一系列要素类目录，来选择数据确定参数；引入了点符号并对其拓扑关系进行明确定义，来防止点对象在综合后出现与多边形边界交叉或者移出多边形。

3.目标地质图格式标准化阶段

在这个阶段，主要任务是对综合后所得的小一个档次比例尺的地质图，进行文本符号标注、颜色和花纹的确定，以及图面的可读性检查等。工作基于C类约束进行，即采用文本符号目录、点和线符号目录、多边形的颜色和花纹目录等。这些目录大多可以通过现有的制图规范得到，如果不存在预定义的目录，可以使用符号制作器和颜色制作器来制定。同时，在整个格式标准化过程中，还采用面向过程的工作流分析和设计方法，把人机交互和自动算法结合起来。

在上述各个阶段中，都采用工作流的管理方式，实现与决策支持算法交互式结合；采用智能化方式把地质专家和制图专家的知识结合起来，基于多智能体系统实现地质图制图综合的自动化。同时，在制图综合阶段还对每一步的综合结果进行评估，以便保证制图综合的几何形态、语义信息和图示效果的正确性。

使用本方法，可以获得基于面向流程与面向对象的设计相结合的概念模型，如图2所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合式的地质图制图自动综合的方法,包括以下3个阶段：

第一阶段：源地质图结构分析

首先对地质图自动综合的数据源进行结构分析，根据地质图制图综合的用途、类型、比例尺、制图区域和地质数据，并以地形图作为底图，形成确定图面地质要素类、要素群及其空间、语义关系的A类约束；所述A类约束是指源地质图结构分析阶段得到的一系列的制图综合规则和数据目录，包括研究区域内在制图综合过程中需要予以保留的地质对象、各类对象的优先级和具体的制图综合操作；

第二阶段：源地质图制图自动综合

在第一阶段分析结果的基础上，使用来自第一阶段的数据，确定每类地质要素具体的制图综合算子，采用附加的降维目录，来决定对象最小清晰度的阈值并考虑比例尺要素之间的最小距离，遵循B类约束和A类约束并将地质要素作为智能体，采用多智能体技术实现图面地质要素的综合；通过实验，决定对象最小清晰度的阈值和比例尺的要素之间的最小距离，逐步完成地质图制图的自动综合，最终得到清晰的、比例尺缩小一个档次的地质图；

所述B类约束指地质图综合阶段的几何降维约束、拓扑约束、过程约束和语义约束；

第三阶段：目标地质图格式标准化

在完成源地质图的制图综合的基础上，对所得到的小一个档次比例尺的目标地质图，基于C类约束进行文本符号标注、颜色和花纹的确定，以及图面的可读性检查，并制定文本符号目录、点和线符号目录、多边形的颜色和花纹目录，以及显示规则；所述C类约束指目标地质图格式化过程中要遵循的几何要素符号化规则、文字标注规则、衡量图面负载量的规则、基于视觉平衡和图件主题的面要素赋色规则等、基于地质图类别的页面布局规则。

2.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，所述第一阶段中，A类约束采用工作流系统管理下的人机交互工作方式得到：一方面从研究区域的地质特点、地质要素类的空间和语义关系进行推断得到，另一方面通过地质专家的指导获取。

3.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，所述第二阶段中，B类约束通过对来自第一阶段的数据进行几何、语义分析及有限次的试验得到。

4.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，所述第三阶段中，C类约束从现有的规范性文件中得到，规范性文件包括地质图制图规范、互联网地质图制作标准。

5.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，在第二阶段还包括对每一步的综合结果进行评估的步骤，用于保证制图综合的几何形态、语义信息和图示效果的正确性。

6.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，在第二阶段中采用多智能体技术来解决制图冲突，并用违背约束最少的状态作为最终的地质图结果。

7.根据权利要求1所述的自动综合方法，其特征在于，在第二阶段中在进行基于降维目录的地质要素综合时，引入了点符号并对其拓扑关系进行明确定义，用于防止点对象在综合后出现与多边形边界交叉或者移出多边形。