地图综合的定义

第一节　地图综合的定义

从哲学范畴上看，综合不是地图学科与GIS所独有，而是科学认知的基本手段，因此，从宏观上看，地图综合就是抽象和概括(综合的同义语)这一认知方法在空间数据处理中应用的一个特例(毋河海，2000)。地图综合是地图数据处理所面临的最富智慧与技术性挑战的问题之一，目前国际上在建立国家(或区域性)地图数据库时仍然采用多比例尺地图建库方法就是一个有力的证明，例如，我国的国家基础地理数据库;德国的ATKIS(Amtliches Topographisch-Kartographisches Informations System)。

一、地图综合的必要性与目的

综合是人类获取知识的基础之一，没有综合，人类对周围环境的认识在时间和空间上就会是分散的、独立的。形状简化可以减少地图使用者的认知负担，Barkowsky等(2000)使用离散曲线演变(Discrete Curve Evolution)方法简化视觉感受形状特征，在不破坏地图制图实体之间的空间次序(Spatial Ordering)的基础上，把空间数据简化到用户所期望的抽象程度，并用该方法制作示意地图(Schematic Map)，该过程是地图示意化(Map Schematization)。毋河海(1999)认为，地图综合的基本动因是:大空间到小空间的映射;地理环境本质特征的揭示;多层次的决策支持;信息高度爆炸的基本对策;减轻空间信息的传输负荷;为数据分析提供基本信息。

Laser-Scan 2005年的技术报告“Clarity Technical Information:Map and Geodata Generalisation”中指出，用一个比例尺的地图数据来生产其他比例尺的地图数据，衍生出其他产品的主数据库的应用，以降低生产成本和劳动强度。

目前已建立了多级比例尺的地图数据库，似乎可以不用地图综合技术，其实不然，在地图数据库的建立过程中和将来空间数据更新中都可以发挥地图自动综合的巨大作用。在多级的地图数据库建立过程中应当按照地图综合规则建立不同比例尺空间目标之间的关系，也就是常说的多尺度空间数据库的建立。在数据更新阶段，其效用更明显，可以依据已建立的目标关系，利用地图综合手段进行多级比例尺的地图数据库的快速更新。Harric和Hellstroem(1999)研究了在不同比例尺的地图数据库之间如何利用主数据库的更新信息和一套综合算法来更新目标数据库的数据。

地图综合对多尺度空间数据库的建立也起非常重要的作用，在设计空间数据库时也需要考虑地图综合知识和详细程度LoD(Level of Detail)的应用限制。每增加一个额外的LoD就意味着额外的费用，不仅仅是建库的费用，也包括数据库更新的费用。因此地图综合的必要性表现在如下几个方面:

●经济:很多地理分析并不需要非常详细的空间数据，用综合后的空间数据可以节约大量的运算时间和经费，在多种比例尺地图数据库的建立和更新中需要地图综合来提高效率，节约成本。

●数据稳定性:因为空间数据越抽象，其更新频率就越低，更能反映地理空间的总体规律和总的趋势。

●多重目的:多层次多抽象程度的空间数据和地图产品的需要;允许用户以不同的详细程度任意开窗;能满足不同的显示分辨率、操作系统或应用软件;在网宽有限制的条件下，能在分布式系统中传输大量的空间数据。

从广义的角度来看，地图自动综合的目的如下:

●认识世界:把地图综合看成是一种获取地理知识的工具或思维方式，并用于概念性知识的认识，这一目的是人们在思考涉及“空间信息”的问题时所需要的，以便用不同的抽象程度描述客观世界，聚集必要的信息为一组。数字地球需要建立相应的数字地图金字塔，这就是用综合来处理数字地球海量数据，达到认识地球的目的。

●提高地图信息的传输效率:在给定比例尺的条件下，或在给定的显示空间和精度范围内，地图综合就是为了减少地图内容的复杂程度，维持其空间精度、属性精度和逻辑层次，使地图清晰，易于阅读，例如，多比例尺地图的生产、多尺度地理信息可视化等。

●选择数据:因用户只需要空间数据库中的部分内容，地图综合表现为简单的选取以及模型化空间数据库。

●提高网络传输效率:降低信息传输代价，去掉多余的信息，地图综合常表现为数据的压缩等。

●提高计算效率:在很多空间信息处理模型中，复杂的目标会影响其计算效率，此时就必须在精度许可条件下简化目标，甚至进行地理目标的高度抽象。地理分析有很强的区域性，例如全球性的地理分析就必须在很小比例尺的地图上进行，若以很大比例尺的地图为基础，其计算效率就很低，同时也与地理分析的要求相距甚远。

●维护数据:删除噪音，不仅仅是几何噪音，还有概念噪音或富余信息，增强必要部分。

二、地图综合的定义与分类

地图综合是根据地图的用途、比例尺和制图区域的特点，以概括、抽象的形式反映出地图制图对象的带有规律性的类型特征和典型特点，而将那些对该地图来说是次要的、非本质的物体舍掉，地图综合是一个创造性的过程，是艺术和科学的结合。在数字化空间信息处理中地图综合变成了地理信息系统建设和应用的一个步骤。

地图是描述地理空间信息的语言群落，随着科学技术的发展，地图的概念和地图综合的观念已发生变化，不同的空间信息表达环境应当有不同的地图综合手段。

毋河海(1999)认为，地图综合问题是一种最佳逼近的问题，是逼近理论应用的一个特殊领域，可以用一种数学优化模型来描述。在有限的图面上要反映庞大而复杂的空间信息，就不得不反映其主要的、本质性的方面，舍弃次要的、非本质性的方面，以确保地图的易读性。

Meng(1997)认为，地图综合是以改进地理数据应用和时空实体及其关系的高层次视觉感受为目的调整内容和图形的一个过程，前者是用户确定的，后者主要是考虑硬拷贝地图的比例尺、屏幕的分辨率和信息接受的认知能力等约束条件。在这些约束条件下，空间精度、属性精度、艺术精度和逻辑层次应当被保持。从理论上看，有6个理论基础问题需要区分:压缩复杂程度、维持空间精度、维持属性精度、维持艺术精度、维持逻辑层次、一致性地利用综合规则。从应用上看，地图综合必须考虑:特定的应用因素、地图用途和期望的用户、比例尺的合适性、清晰度的保持程度。从计算上需要考虑效率有效的算法、最大数据压缩、最小内存存储和外存需求。

地图综合的实质性对象是空间数据库中的地理信息，德国学者把它称为数字景观模型(Digital Landscape Model，DLM)，它用属性、坐标与关系来描述存储对象，没有规定用什么符号系统来具体表示，因而它又是独立于表示法的。这种以数字形式存储的抽象的地理实体和关系，概括了多种用户的共同需求，它把地形目标的信息存储与它们在图形介质的符号表示分离开来，提高了数据检索与图形表示的灵活性，随时可以由同一个DLM形成满足特殊需要的信息子集，必要时可按照特殊要求和专用图式输出专用地图，这一过程叫做数字制图模型(Digital Cartographic Model，DCM)(毋河海，2000)。

从地图综合的过程看，由于DLM是由实体信息和实体之间的关系构成，因此地图综合这一信息变换过程就体现为:根据一定的条件(目的、用途、比例尺等)，把初始状态下的实体集合和关系集合变换为在新条件下的实体集合和关系集合(毋河海，2000)。

地图自动综合是在新的技术条件下提出的，特别是随着测量的全数字化和地理信息的产业化，这种要求就更迫切，同时其含义也发生了变化。由于地图综合的形式和内容在数字环境下发生了变化，很多学者结合应用环境也提出了新的概念，如:地图制图综合(Cartographic Generalization)、地图综合(Map Generalization)、地图制图数据库的综合(Cartographic Data Base Generalization)、地图数据库综合(Map Database Generalization)、地理信息综合(Geographic Information Generalization)、空间数据综合(Spatial Data Generalization)、模型综合(Model-based Generalization)等。

很明显，地图自动综合不同于手工地图综合，目前有两种观点:纯粹模拟手工综合过程(从图形角度);强调模型综合和数据压缩。从一个源地理空间数据库得到一个比例尺更小的目标地理空间数据库的过程就是模型综合。

Schuurman(1999)从多个方面分析了模型综合和地图制图综合的差别，如表2-1所示。Meng(1997)分析了模型综合、地图综合和地图制图综合之间的关系，如图2-1所示。其实，在我国的教科书中也习惯把“地图制图综合”简称为“地图综合”。

表2-1　模型综合和地图制图综合的差别(Schuurman，1999)

图2-1　地图自动综合几个概念的关系(Meng，1997)

地图综合还可以按照其他方式分类，毋河海(2000)把地图在空间域上的综合分为面向信息的综合、滤波法综合和启发式综合。地图综合也可以分为比例尺(分辨率)驱动的综合和应用驱动的综合。比例尺驱动的综合就是地图比例尺的变化所产生的综合。应用驱动的综合就是从一个空间数据库提取专题信息，从一个地理空间数据库中利用地图综合可以得到不同比例尺的地图、专题地图、特种地图或特别的地图等。Molenaar(1998)认为地图综合包括几何驱动的综合(Geometry Driven Generalization)、分级驱动的综合(Class Driven Generalization)、函数式综合(Functional Generalization)、结构化综合(Structural Generalization)。也有学者把地图综合分类为目标综合(强调对真实世界的抽象，Object Generalization)、模型综合和地图制图综合。还可以把地图综合按照地图类型分类为普通地图综合和专题地图综合。普通地图综合的典型代表是系列比例尺地形图的综合。专题地图综合主要表现在属性数据的再分类和再分级，以及所涉及的空间图形的简化、合并、聚合等。