地理国情监测数据变化信息自动识别方法研究

发布时间：2020-05-08

　　摘要:变化信息识别是地理国情监测数据处理中的一项重要内容，为提高其识别效率，降低人工误判率，本文提出了一种基于叠置分析和几何约束的变化信息自动识别方法。首先，对本底数据和监测数据进行数据预处理;然后，根据设定的检测容差进行叠置分析;最后根据空间数据的类型，结合变化信息填写规则，分别进行点、线、面要素变化信息的自动识别。本项技术成果已成功应用于2017年基础性地理国情监测的实际生产中，地表覆盖分类数据变化信息自动识别正确率达99%以上，地理国情要素数据变化信息自动识别正确率达85%以上。

　　关键词:地理国情;变化信息;检测容差;叠置分析

　　0引言

　　目前，随着地理信息技术的日益发展和地理信息数据应用领域的不断扩展，在基础性地理国情的监测过程中，地理要素变化信息的应用显得尤为重要[1-2]。可以对这些变化信息进行数据挖掘，为决策提供科学的数据支持，解决空间数据库的更新问题。要想快速准确地提取出各种地理信息数据中的变化信息，满足人们对这些变化信息的需求，就必须设计并实现一个能自动提取地理信息数据各种变化信息的变化检测方法。

　　矢量数据变化检测是基于计算机图像处理系统，对不同时段目标发生变化进行识别、分析的应用性，它是空间数据变化检测的一项重要内容。当前矢量数据变化检测技术面临着诸多挑战，国内外研究学者对此进行了大量研究。唐炉亮、杨必胜等通过研究空间数据变化与相似度的关系，实现了基于线状图形相似性认知的道路数据变化发现与提取[3]。沙玉坤等利用三元组的变化检测模型，自动检测出线状矢量数据的新增、消失、延长、缩短、形变等5种变化类型的检测结果[4]。但是两位学者只限于线状要素的研究。万远、李霖等针对地理信息数据变化的需求，能检测出不同时期地理数据之间的变化信息[5]，徐文祥研究并制定了一种仅与要素自身相关的空间特征码，并基于该空间特征码实现了各类矢量要素的快速变化检测[6]。虽然学者们考虑了多种矢量要素，但是关于国情特有的地表覆盖要素变化检测的研究比较少见。杜晓等针对数据实际现状问题和困难，通过变化信息检测技术研究和提取过滤相关规则设计，构建基于空间匹配的变化检测整体方案[7]，但仍不能满足地理国情监测数据变化信息的填写规则。国外学者还有从匹配的角度研究本底数据和监测数据两者之间的变化，例如，Beeri等人针对独立点状地物，依据模糊集理论，提出了一种通过计算可信度值来对点要素进行匹配检测的方法[8]。Liu等提出了语义相似度的计算方法，并利用模糊层次聚类的方法得出匹配的最终结果[9]，但是在实际生产中的处理效率有待提升。

　　综上，当前矢量数据变化检测还存在检测数据类型单一、设计规则不完善、效率和准确度不高等问题，而地理国情监测数据不仅数据量大、数据类型多，根据GQJC01—2017基础性地理国情监测数据技术规定和GQJC03—2017基础性地理国情监测内容与指标等国家规定可知，它还有着严格的变化信息填写规则。因此，研究地理国情监测数据变化信息自动识别方法具有重要的意义。

　　1基本思路

　　针对地理国情监测数据数据量大、类型多、规则严格等特征，本文依据相关国家标准和规定构建填写规则，同时考虑空间和属性的双特性，利用叠置分析和几何约束等关键技术，提出了一种地理国情监测数据变化信息自动识别的方法。该方法首先对本底数据和监测数据进行数据预处理，然后根据设定的检测容差进行叠置分析得到中间分析数据，进而根据空间数据的类型进行几何约束，结合变化信息填写规则，分别进行点、线、面要素变化信息的自动识别，基本思路如图1所示。

　　2变化信息自动识别

　　2.1叠置分析

　　要素变化信息的自动识别，关键就是通过一种方法获取其在空间和属性上的双特性，以便于在本底和监测数据间建立一种链接关系。叠置分析是地理信息系统提取空间隐含信息的常用手段之一。它与位置查询不同，通过叠置分析可生成新图层，而且输入图层的部分要素会被叠加图层的边界所分割[10]。叠置分析产生的新数据图层综合了原始两个或多个图层要素的所有属性，不仅生成了新的空间关系，而且对所有图层的属性关系进行了更新。变化要素提取的关键就是这种方法在空间和属性双重叠置的特性。

　　2.3地理国情要素数据变化信息自动识别

　　2.3.1点状地理国情要素数据变化信息自动识别

　　点状地理国情要素变化信息自动识别的判断条件为:同一性叠置分析条件下CC<>CC_判断为新生;反向同一性叠置分析条件下CC<>CC_判断为删除;除判断为新生和删除的点状地理国情要素外全部进行字段间的属性判断，如发生除图层自带字段外的属性改变的确定为属性改变。

　　3方法应用

　　以海安县、泗阳县、盱眙县和洪泽区等4个测区2017年地理国情监测数据生产为例，利用本文提出的变化信息自动识别方法进行测试。

　　地表覆盖分类变化信息自动识别的结果见表1。从表1可以看出，4个测区的总变化率在30%—40%之间，耗时在18—34min之间，总体保持在30min之内，处理时间较短。在地表覆盖处理参数为0.008的条件下，将处理好的数据利用国家下发的质检软件进行检查，结果见表2。从表2中可以看出，本文提出的方法具有较高的正确率。

　　地理国情要素变化信息自动识别的结果见表3。根据表3可以发现，某一测区各图层检测时间基本控制在2min内，说明利用本文提出的方法能够快速地实现地理国情要素变化信息的识别。对自动填写的信息进行人工核实，总的来说，本算法的正确率较高。分析见表4，其中，面状要素正确率高达97%;线状要素的正确率达到了88%;点状要素的正确率也达到了85%。

　　4结束语

　　针对数据量大、类型多、规则严格的地理国情监测数据，本文依据相关国家标准和规定构建填写规则，同时考虑空间和属性的双特性，利用叠置分析和几何约束技术，提出了一种地理国情监测数据变化信息自动识别的方法。利用海安、泗阳、盱眙和洪泽4个测区的地理国情监测数据进行生产验证，结果表明，该方法流程清晰、原理简单、操作性强，可加快生产，提高工作效率，对于国情监测数据生产等应用领域具有实用意义。本文提出的变化信息自动识别方法不仅可以进行数据挖掘，为政府的决策提供科学的数据支持，而且对空间数据库的增量式更新有着重要意义。但本文实验数据有限，对于点状数据变化信息的自动识别仍需进一步检验。

　　地理国情监测数据变化信息自动识别方法研究相关期刊推荐：《测绘与空间地理信息》(月刊)创刊于1978年，由黑龙江省测绘学会主办。反映测绘学科及地理空间信息科学前沿理论和技术并指导地理信息工作者从事科研、开发、生产的技术性、知识性刊物，主要刊载测绘高新技术、地球空间信息和地理信息系统的前沿理论与技术;地理信息系统工程建设的技术总结与经验交流;测绘行业管理与改革的先进经验;测绘生产技术交流、科研成果推广及教学经验介绍等;测绘学和地理信息学中的理论探讨;国内外地理信息学术动态及测绘科技报道与介绍;测绘科普知识;测绘仪器最新发展等。