基于复杂网络的道路网拓扑结构信息度量.pdfVIP

第33卷 第 2期 地 理 与地 理 信 息 科 学 Vo1．33 No．2 2017年 3月 GeographyandGeo-InformationScience March2017 doi：10．3969／j．issn．1672—0504．2017．02．001 基于复杂网络的道路网拓扑结构信息度量 张 红 ，何 晶 。，杨 婕 ，吴荣光 ，曾映敏 ，吴 殉 (1．西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川I成都 611756；2．南宁市国土测绘地理信息中心，广西南宁530021) 摘要：地图是空间信息传输的重要工具，地图拓扑结构信息的有效度量对地图更新、多尺度表达、制图综合等十分 重要。信息熵已被用于描述地图信息，但对地图拓扑结构信息熵的研究多局限于单一层次或尺度 ，缺乏系统、多层 次、多尺度刻画地图结构复杂性的方法。该文以道路网为例，基于复杂网络理论 ，从整体与局部两个层次，考虑网 络的集聚性、连通性、可达性及邻域完整性特征，构建地图拓扑结构信息熵指标 ，将其用于不同模式道路网及其对 应同等规模的随机网络的结构特征定量描述。结果表明该方法能揭示道路网内在的小世界与无标度网络结构特 征，并可有效刻画不同模式道路网的结构差异，可用于制图综合 、多尺度表达、地图更新设计等。 关键词：道路网；拓扑结构；信息熵 中图分类号：P208 文献标识码 ：A 文章编号：1672--0504(2017)02--0001--06 发展方向_1J。 0 引言 经过近 50年的发展，地图信息论已成为现代地 地图是空间信息传输的重要工具，也是对现实 图学的一个核心研究领域。遗憾的是，当前对地图 世界的抽象再现。地图要素的选择及其组合方式在 信息的研究多局限于语法层次 (即地图上地物或现 某种程度上决定了地图所传达的信息量的多少[1]。 象的时空状态与组合的存在方式)，而对于其语义信 地图有时还需不断更新 以满足用户对现势性的要 息(即此种组合存在方式 的含义)的研究涉及较 求。而何时更新、怎样更新以及更新结果是否满意 少[1]。同时，现有对地图信息的探讨多局限于单一 等问题均依赖于对地图所含信息量的准确测度_2J。 尺度或层次，缺乏系统、多层次、多尺度描述地图信 分形可有效描述随观测尺度的变化，地理要素 息的指标或方法。本文使用复杂网络分析方法，从 宏观结构的动态变化，以及地理要素本身细节的微 全局与局部两个层次，综合考虑网络的连通性、可达 结构动态变化，因此，分形学已被用于地图信息定量 性、邻域完整性及集聚性特征，构建地图拓扑结构信 评估及 自动化制图综合[3]。除分形以外，Shannon 息层次化度量指标，用于区分不同网络。 所提出的信息熵[4]，也被广泛用于地图综合效果的 1 地图拓扑结构信息的组成与度量指标 评估[5]。但该方法仅统计了符号数量，忽略了地图 最本质的空间位置特征信息。随后，Neumann提出 1．1 地图拓扑结构信息的构成分析 了基于地图符号邻接关系的拓扑信息熵_6]。gioke 地图的拓扑结构特征可从全局和局部两个层次 进一步考虑了地图符号的邻近关系、分布位置和顺 进行刻画。在全局层次上，重点关注网络的集聚性 序等特征，提出了拓扑、几何与位置信息熵[7]。Li 特征，因其直接反映出地图要素两两间关联或邻近 等[8]认为地图信息既包括统计信息，也包括几何信 的程度 ；在局部层次上，地 图拓扑结构特征可通过节 息、拓扑信息和专题信息，进而提出了基于Voronoi 点的连通性、可达性和邻域完整性特征来刻画。它 图的地图信息熵度量方法。这也是现有的对地图信 们分别对应于与某要素直接关联或邻近的要素数 息的最佳量测方法 ]。刘慧敏、Mohajeri、韦丽丽等 目、某要素在给定范围内(通常取 3步长范围)能关 将其分别应用于等高线、道路网、城市地图的信息度 联到的其它要素的数 目、某要素的邻域间彼此关联 量中[1 ]。颜言等[j贝0探讨了不同性别地图使