多尺度地图空间信息定量度量的层次理论与方法

地图空间信息度量是现代制图学与地理信息科学领域的一个重要研究课题。当前相关研究主要基于经典的Shannon信息熵，考虑地图空间目标几何、专题和拓扑分布信息，而没有考虑空间目标本身几何形态复杂性和目标邻域结构特征差异性产生的信息，以及空间目标几何、专题、拓扑之间组合分布信息。为此，本项目基于地图空间结构认知，将复杂的地图空间信息度量问题分解为目标层次、邻域层次、类层次和地图层次，并分别研究各层次的多尺度地图空间信息定量度量模型与方法，主要包括：（1）地图空间结构特征描述方法；（2）结构特征多样性和差异性表达方法；（3）地图空间信息度量模型；（4）地图空间信息量尺度变化分析。本项目研究一方面将建立更准确、合理的地图信息度量模型与方法，揭示地图信息量随尺度的变化规律；另一方面，提出的理论与方法可延伸应用于地图综合选取标准与质量评价、移动地图服务与可视化、地图信息传输、多尺度地图级联更新等方面。

目前，世界各国已经建立了多种比例尺的地图数据库。地图空间信息度量是现代制图学与地理信息科学领域的一个重要研究课题。如何衡量这些多尺度地图产品的合格性和维护这些多尺度地图的现势性已成为两个迫切需要解决的问题。至于前者，虽然已有一些质量评价指标，如位置精度、属性精度、一致性等，但并没有从地图信息论的角度进行研究分析，并建立相关评价标准和指标。至于后者，在进行级联更新时需要判断什么类型的信息必须从较大比例尺中选取，以及计算信息量的变化程度。简而言之，这两个主要问题都需要计算每个尺度地图载负的信息容量以及描述不同尺度地图之间信息量的相互关系。因此，定量描述每一个尺度的地图信息以及不同尺度之间地图信息的变化对于多尺度表达和级联更新都具有十分重要的理论与应用价值。.本项目的主要研究内容包括：①研究了多尺度地图空间信息的本质特性和基本特点，对地图空间信息内容进行了分类，构建了地图空间信息量的度量准则；②提出了空间要素的结构特征识别方法，构建了空间要素的空间信息度量模型，分析了空间要素信息度量随尺度变化的基本规律；③发展了专题地图空间结构特征提取的层次空间聚类方法，构建了专题图空间信息量的层次度量模型和计算方法，进而分析了专题图空间信息量随尺度变化的基本规律；④将地图空间信息度量模型应用于地图信息传输和地图综合，发展了基于空间信息量的地图空间信息渐进性传输控制方法以及地图综合算法性能评价与质量评价方法，构建了相应的定量描述指标。.本项目研究成果的科学意义在于：揭示了地图空间信息量随尺度的变化规律，一方面可以为地图设计、地图分析评价提供依据，也为地图综合提供选取标准，通过研究不同比例尺地图上的最佳信息量, 控制地图综合的质量指标，实现尺度自适应选择；另一方面，从信息论的角度解决了地图综合过程中信息传递的协调或控制问题，也为地图综合算法的优化和定量评价提供了理论依据。