顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型

本发明涉及地图信息论领域，具体涉及一种可用于多种场景的顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型。

背景技术：

1、地图是人类认识客观世界的有力工具。地图的核心功能是承载和传输空间信息。自20世纪60年代地图学界引入信息论，地图信息论已成为现代地图学的一个核心研究领域，国内外学者针对地图信息量计算这一核心目标已经开展了大量的理论与制图实践研究工作。但是这些研究都集中在地图输入的直接信息，对地图输出信息的度量则相对较少。地图输出信息属于地图可读性问题，这关系到地图使用者能否有效获得地图上提供的信息。在移动终端与互联网在线地图广泛应用的今天，对地图可读性的度量尤为重要。因此，本发明研究地图可读信息量及其度量模型。

2、在信息论中认为输出的信息量通常等于或小于输入的信息量。为了发挥地图信息传输功能，地图符号尽量简单明了、通俗易懂和形象直观。但是，绝对判断的广度和即时记忆的广度严重限制了地图用户能够接收、处理和记忆的信息量。如果地图用户的绝对判断相当准确，那么几乎所有的输入信息都将被传输，并且可以从他的响应中恢复。如果地图用户犯了错误，那么读取的信息可能比输入的信息少得多。因此，可将地图可读信息量定义为地图输入信息量与地图误解信息量的差值。地图输入的直接信息是地图上图形符号所直接表示的信息，可用基于符号频率的统计信息熵来度量，也可用基于地图空间信息的几何信息量、拓扑信息量和专题信息量来度量。地图误解信息量是基于地图符号解译错误的概率来度量的，地图符号解译错误的概率由地图符号相似性转换而来。由此可见，地图符号的相似性是计算地图可读信息量的关键。

3、地图符号之间是否相似主要是由地图用户的视觉感受决定，视觉变量是影响符号视觉感受的基本要素。地图符号等相似性模型直接给出了相似度，没有给出相似性度量依据，也与地图符号间有差别的相似度并不吻合。在图形图像、地理信息科学等领域，建立了大量相似性评价指标或度量模型来量化图形或地理实体的相似性，这些相似性模型是从不同角度定义的图形描述子或图形距离。因此，本发明借鉴相似性图形距离模型来构建基于视觉变量的地图符号相似性度量模型。用基于视觉变量的地图符号相似性计算地图误解信息量(并用地图复杂度进行修正)，进一步计算地图可读信息量及其相对数量，以此指导地图符号设计和地图质量评估。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型。

2、为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，设地图x有n个制图单元，分成m个地图组块，令x＝{x1,x2,…,xn}为地图x的制图单元集合、c＝{c1,c2,…,cm}为地图x的组块划分,地图组块ci与cj基于形状、方向、尺寸、亮度、密度、结构和色相的相似性分别表示为ush(i,j)、udi(i,j)、usi(i,j)、uv(i,j)、ude(i,j)、ust(i,j)和uhu(i,j)；

4、定义地图可读信息量的相对数量表示地图使用者正确解译地图输入信息量的程度，即：

5、

6、其中r为地图可读信息量，具体为地图输入信息量与地图误解信息量的差值：

7、r＝h(x)-hf(x|c)

8、地图输入的直接信息量h(x)＝log2 n，hf(x|c)为复杂度模型误解信息量；

9、进一步地，复杂度模型误解信息量hf(x|c)＝c(f)·h(x|c)；

10、其中c(f)为地图复杂度，用合并同类一阶邻近制图单元后的制图单元个数与合并前制图单元个数的比值来表示，h(x|c)为相似性模型误解信息量。

11、进一步地，相似性模型误解信息量地图组块cj的误解信息量

12、地图组块ci与cj的标准化相似性值

13、式中，u*(i,j)为ush(i,j)、udi(i,j)、usi(i,j)、uv(i,j)、ude(i,j)、ust(i,j)、uhu(i,j)中的任意一个，具体选取对象由地图符号有差别的视觉变量来决定。

14、进一步地，所述ush(i,j)及ust(i,j)的取值为1或者0，在相比较的两个地图符号相同时取1，不相同时取0；

15、

16、

17、ude(i,j)＝1-|dei-dej|

18、式中，di为方向值，尺寸si指符号的大小，用直径、宽度、高度、面积或者体积来表示，密度de用百分比表示；

19、uhu(i,j)、uv(i,j)采用rgb加权欧几里德颜色距离来构建，δci,j为rgb加权欧几里德颜色距离，

20、

21、式中，δri,j＝ci,r-cj,r，δgi,j＝ci,g-cj,g，δbi,j＝ci,b-cj,b；ci,r、ci,g和ci,b分别为地图组块ci在r、g、b三个颜色通道上的分量，cj,r、cj,g和cj,b分别为地图组块cj在r、g、b三个颜色通道上的分量。

22、本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

23、本发明用基于视觉变量的地图符号相似性计算地图误解信息量(并用地图复杂度进行修正)，进一步计算地图可读信息量及其相对数量。基于视觉变量的地图符号相似性度量模型是借鉴相似性图形距离模型来构建的。这是将地图符号相似性应用于地图解译中的一次尝试。实验结果表明，用该方法进行地图可读信息量的量测与实际情况非常接近。通过降低地图符号的相似性，可以有效提高地图的可读性，是改进地图符号设计的有效方法，同时也可以用于地图质量评估。后续还可以引入动态地图、三维地图、三维模型的视觉变量相似性研究动态地图、三维地图、三维模型的可读信息量，并研究地图可读信息量指导下的地图符号设计与地图质量评估。

24、下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

技术特征：

1.顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，其特征在于：复杂度模型误解信息量hf(x|c)＝c(f)·h(x|c)；

3.根据权利要求2所述的顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，其特征在于：所述ush(i,j)及ust(i,j)的取值为1或者0，在相比较的两个地图符号相同时取1，不相同时取0；

技术总结本发明涉及一种顾及地图符号相似性的可读信息量度量模型，本发明用基于视觉变量的地图符号相似性计算地图误解信息量，进一步计算地图可读信息量及其相对数量。基于视觉变量的地图符号相似性度量模型是借鉴相似性图形距离模型来构建的。这是将地图符号相似性应用于地图解译中的一次尝试。实验结果表明与实际情况非常接近。通过降低地图符号的相似性，可以有效提高地图的可读性，是改进地图符号设计的有效方法，同时也可以用于地图质量评估。后续还可以引入动态地图、三维地图、三维模型的视觉变量相似性研究动态地图、三维地图、三维模型的可读信息量，并研究地图可读信息量指导下的地图符号设计与地图质量评估。技术研发人员：徐丰,牛继强,林昊,沈毅,姚高伟受保护的技术使用者：信阳师范学院技术研发日：技术公布日：2024/5/8