[00876294]基于小波理论的多尺度空间数据处理与表示研究

该项目研究的主要技术经济指标是通过该课题的理论研究和实验，提出一个基于小波理论的多尺度空间数据处理模型。其成果形式为有关研究内容的研究报告和说明，以及实施该模型的关键算法和演示程序。该项目研究的关键技术在于以现代数学理论--小波分析为工具，围绕开发空间数据的多尺度处理模型进而实现尺度依赖空间数据模型而展开的理论与方法研究。主要在于以下五个方面：(1)空间数据的尺度特性的理论分析和形式化描述。从分析地理空间和地理信息空间的基本概念与特征入手，提出并阐明了GIS地理信息空间是集空间、时间和尺度为一体的多维空间的观点。重新定义了地理空间数据的基本概念，并从空间、属性、时间和尺度等四个方面描述了其基本特征和变化域。提出并研究了广义尺度理论框架及其空间认知。提出了广义尺度下空间数据的语义模型以及相应的实现智能化空间数据多尺度表达的流程。这部分研究是所提出的基于小波理论的多尺度空间数据处理模型的理论基础。分析研究和形式化描述空间数据的尺度特征，进而提出尺度依赖的空间数据处理模型是该项目研究的创新之处。(2)开拓性地研究并提出了一个面向地理实体的尺度依赖空间数据模型，基于该模型开发的GIS具有尺度维的分析处理和表达能力。提出并阐述了新的实现多尺度空间数据自动更新的原理和实施步骤。分析研究了多尺度空间数据库的一致性维护问题。这是该项目研究的第二个创新点。(3)基于小波理论，提出了满足尺度依赖空间数据模型要求并与之相配套的空间数据多尺度处理模型。提出了相应的尺度依赖的综合程度评估模型和多尺度一致性维护模型，以及空间数据结构特征的知识发现方法。这是该项目研究的第三个创新点。(4)应用小波理论，对线状特征和场数据的多尺度表达模型进行了详细研究和实验验证，实现了河系、道路网和地貌数据的尺度依赖空间数据模型。主要包括：分析研究了面向小波变换的线状特征数据的多种表达与计算方法。提出了基于小波变换来实现线状特征多尺度表达的一般模型和实现方法。提出并实现了基于线状特征多尺度表达的自动综合方法。研究了获取多尺度上的数据近似表示(即综合表示)，以及通过阈值的设置来补充相应的细节信息以获取介于两级尺度之间的补充近似表示，从而实现无级表示的方法。提出了实现线状特征数据多尺度一致性约束的模型。以地貌数据为研究对象，建立了基于小波分析的场数据多尺度表达模型，研究了多尺度DEM表达序列空间的构建方法，提出了多尺度DEM一致性表达模型。提出了基于多尺度DEM模拟模型实施地貌自动综合的基本思想，研究了自适应DEM综合中获取过渡细节信息从而建立自适应的综合表示的方法。研究了通过阈值的设置来补充相应的细节信息从而实现具有连续过渡特征的多尺度DEM。提出了基于多尺度DEM模型实现地貌发育过程动态模拟的方法。这是该研究的又一创新之处。(5)以小波变换为核心技术，研究了一套实现上述模型的关键算法的程序，并提请有关生产单位进行了试用。本基金项目的支持下共发表了五篇学术论文和完成了一篇地图制图学与地理信息工程专业工学博士论文，其中《武汉大学学报(信息科学版)》(原《武汉测绘科技大学学报》)一篇，国际会议论文集两篇和全国性学术讨论会论文集两篇。该项目研究的论文在国内外学术会议上均被列为大会报告论文，其中《基于小波理论的空间数据多尺度处理模型及其应用》一文，在广州第五届全国地图学大会上被评为十篇优秀论文之一。《A Study on the Scale-Dependent Representations of Relief Based on Wavelet Analysis》入选作为2002年7月Ottawa"空间数据多尺度表达"ISPRS与ICA联席专家会议的论文。所完成的博士论文《地理空间数据的多尺度处理与表示研究》全面分析和总结了国内外相应研究的动态和成果，提出了关于空间数据多尺度表达领域的一系列新的原理和方法，并对其中的关键技术开发了相应的算法程序，利用实际的生产数据进行了实验验证。该项目研究在学术界引起了较大反响，对同类研究起了很大的推进作用，完成了预定的研究计划和任务。居同类研究的国际领先水平。该项目研究意在通过对空间数据尺度本质的理论分析和形式化描述，基于小波理论提出一个能适应多级比例尺变化的多尺度空间数据处理模型，并研究其相应的数据处理与表示方法，使表示某一地理现象的空间目标可以随着应用层次的不同，依尺度变化而随之自动改变，从而使所反映的地理现象的详略程度作相应的自然过渡，并尽量减少数据的冗余和维护空间数据的一致性，从而实现尺度依赖的空间数据模型，使基于该模型开发的GIS具有尺度维的分析处理和表达能力。这对多比例尺GIS数据库的建设和数字地图的智能化、自动化处理有着极其重要的科学意义，对推动地理信息产业的进一步发展有着重要的实用价值，是实施数字地球战略，建设多尺度、多层次、多分辨率国家空间数据基础设施(NSDI)的基础。由于空间数据的多尺度处理与表示是当前地理信息科学研究的前沿课题之一，因此该项目的研究对于空间数据的智能化处理和集成有非常重要的学术价值，对进一步推进测绘科技的进步有着积极的意义。该研究成果有着广泛的应用前景，主要在于以下四个方面：(1) 从一个基础空间数据集自动派生多个尺度的空间数据集，并能保持空间数据的一致性。因此，在建立多尺度空间数据库时可以大量节省成本，同时易于维护空间数据库的一致性；(2)作为动态的和自适应的空间数据可视化的关键技术；(3)作为构造无级比例尺GIS和实现数字地球、数字中国、数字省区的核心技术；(4)用于多尺度空间数据库的自动更新。通过在一个基础比例尺上空间数据的更新，增量式的传递至其它尺度上，从而实现多个比例尺空间数据的自动更新。