基于结构特征的网络地图自动示意化方法研究

The schematic network maps is generated by the simplification of network structure and the elimination of unnecessary map information as well as the neglect of spatial location.This improves the map clarity and readability. Current automated schematization methods are implemented by a gradual strategy, i.e. handling network lines one by one, and don not consider the network structural characteristics. The design in the existing automated schematization methods lacks still the professional thought of graphic designers. The automatically generated results thus appear less pleasing and elegant than the corresponding manual productions. Therefore, from the aspect of human spatial cognition, this project proposes a structure-based automated schematization method with consideration of network structural levels and the heterogeneity of spatial distribution. This project concludes that (1) an qualitative and quantitative analysis on the network structure of manual schematic maps; (2) an investigation on network structural and distribution pattern; (3) development of a structure-based automated schematization method. The proposed method has the ability to greatly improve the map clarity and aesthetics and flexibly realize the multi-scale representation. The schematized results can be widely applied in location based service, navigation, tourism, public transport, and so on.

在示意性网络地图设计中，舍弃了与地图主题无关的地图要素，忽略了地图的实际位置，对网络的形状和结构进行了简化，从而获得更加清晰简单的表达。现有的自动化示意化方法都是基于网络地图中的线状要素逐根简化移位来实现的，未考虑网络结构特征，在方法的设计思想上缺乏专业制图者的结构感和美观感理念，生成的示意性网络地图仍然与人工作品在视觉简洁度和美观度上有较大差距。因此本项目从人们空间认知的角度，基于网络结构的层次性和空间分布的异质性来创新性的提出基于结构特征的自动化示意化方法。研究内容包括：1）人工设计的示意性网络地图结构特征的定量和定性研究；2）网络地图的结构和分布模式的研究；3）提出基于网络结构的自动化示意化的方法。本项目的意义在于提出的自动化示意化方法能够改善示意性地图的简洁度和美观度及实现多尺度表达。示意化的结果能够广泛的应用于基于位置服务，导航，旅游以及公共交通等方面。

在示意性网络地图设计中，通过简化网络弧段的形状并优化网络结构特征，舍弃了与地图主题无关的信息，不仅改善了地图的清晰度，而且提高了读图效率。当前示意地图主要以人工设计和制作为主，该过程费时费力，并且所得到的示意化结果非常依赖于制图者的制图技能和美学素质。而当前大量关于自动示意化方法的研究仅仅考虑网络弧段的形状简化，而未顾及网络整体结构特征，导致所生成的结果图无论从清晰度，还是地图识别能力和效率都很难达到人工设计作品的效果。本课题题目为“基于结构特征的网络地图自动示意化方法研究”，主要目的是在网状地图示意化过程中考虑了网状地图整体特性，即网络结构特征，使生成的示意地图结果具有较好的可视化效果，例如更为清晰、更易认知、更易使用等特点。主要研究内容包括：（1）在对人工设计的示意地图和现有的自动示意化方法进行系统研究和归纳的基础上，使用度量指标对网络地图的结构和几何特征进行描述；（2）针对网络地图空间分布特征进行了深入细致的研究，并提出相应的自动化示意化方法；（3）面向不同尺寸的小显示屏幕电子移动设备的自动示意化方法研究，提出显示自适应的示意化方法，所生成的示意结果图具有高清晰度和可读性的特点；（4）对于示意地图多尺度表达也进行了初步探索。本课题科学意义主要在于：（1）通过对网络地图示意化表达进行了深入研究，提出新的自动示意化方法从而改善并推动了当前地图自动示意化研究进展；（2）本课题对于地图示意表达研究推动了地图实用性基础理论的深入和突破，并取得了地图可视化方法的改善和创新。.上述关于地图示意表达的研究成果已发表多篇国际和国内学术期刊论文，其中SCI期刊论文三篇，中文EI期刊论文一篇，中文核心期刊论文一篇。在本课题资助下，项目组成员根据参与自动示意化方法数学建模设计的经验，对现有最小二乘优化方法进行了改进，研究成果发表SCI期刊论文一篇，中文EI期刊论文二篇，中文核心期刊二篇。以上论文成果均已标注本课题感谢。