顾及空间分布的改进薄板样条矢量数据几何精度降低方法

作     者：王敏璇 阳璇 查启航 孙睿 任娜 WANG Minxuan;YANG Xuan;ZHA Qihang;SUN Rui;REN Na

作者机构：虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学)南京210023 地理信息安全与应用湖南省工程研究中心长沙410000 

出 版 物：《地球信息科学学报》 (Journal of Geo-information Science)

年 卷 期：2023年第25卷第11期

页      面：2120-2133页

核心收录：

学科分类：081603[工学-地图制图学与地理信息工程] 081802[工学-地球探测与信息技术] 07[理学] 08[工学] 070503[理学-地图学与地理信息系统] 1205[管理学-图书情报与档案管理] 0301[法学-法学] 1101[军事学-军事思想及军事历史] 0708[理学-地球物理学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0705[理学-地理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 0835[工学-软件工程] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42071362、41971338) 国家重点研发计划项目(2022YFC3803600) 

主　　题：地理信息安全 几何精度降低 正则化 四叉树 薄板样条模型 矢量地理数据 拓扑保持性 非线性变换 

摘      要：随着测绘地理信息数据的共享应用成为趋势,地理数据的精度降低处理成为数据公开前不可缺少的环节。基于传统薄板样条插值的坐标偏移模型利用本身优势可以实现坐标变换从而降低数据的几何精度,但是该模型受控制点精确程度影响大,抗噪声能力弱,若控制点选取不合理则易产生要素形态畸变的问题,导致数据无法被使用。本文提出了一种顾及空间分布的改进薄板样条矢量数据精度降低方法,首先通过四叉树索引结构进行格网划分,分别在网格内选取控制点,使得选出的控制点对和原始矢量数据在空间分布特征和数量特征上一致。然后基于Tikhonov正则化思想在原始坐标偏移模型中添加正则化项,弱化控制点的约束作用,增强模型抗噪声能力。本文选取不同尺度、不同类型以及多图层数据进行精度降低测试,实验表明:(1)本文算法针对不同实验数据都可以满足自然资源部95号文公开地图精度不高于10 m的要求,模型普适性好且效率较高;(2)本文算法能有效提高模型的稳定性以及减少处理后坐标突变的问题。以南京市鼓楼区线数据为测试数据的计算结果表明,精度降低后数据空间方向一致性为99.62%,图形形态相似性为99.99%,均优于传统薄板样条模型与高斯基函数坐标偏移模型;(3)本文算法使精度降低后数据的偏移效果实现局部一致性以及全局随机性,精度降低后数据在明攻击或盲攻击的情况下精度仍能保持在10 m左右,说明坐标偏移结果不易被恢复。本研究证明提出的顾及空间分布的改进薄板样条精度降低模型兼顾处理后数据的安全性以及可用性,促进了矢量地理数据的社会化应用。