绘制地图的系统、设备及方法
专利名称：绘制地图的系统、设备及方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及绘图法，更具体来说，涉及城市地区的地图绘制。
背景技术：
具体来说，二十世纪在全球经历了城市地区的指数增长，在其下半叶，城市周边的郊区的巨大发展受到高速公路以及以汽车为基础的社会的主导的推动。例如，大多数北美人现在住进具有低建筑密度和人口活动比率的郊区的这种状况一般无法经济地维持公共交通运输。居住、工作、购物和闲暇不仅密度低和高土地消耗，而且活动一般也是隔离和独立的。因此，当前存在对于这种依靠汽车的影响的普遍关注-在空气污染、极大增加的延误方面，在成本、时间和得到工作的困难上降低人们生活质量的不断增加的总旅程方面，以及在其它许多方面。已经推出一系列政策和实践来处理这种情况，共同发展土地使用和交通运输的形式，从而节省能源，使污染物的散发减至最小，鼓励可达性，同时尽量减少移动性-例如通过在公共运输节点附近发展密集活动中心。全球若干地区致力于把这些目标转换为区域策略发展构架。一般来说，随着全球人口越来越集中在城市地区，任何给定城市地区的生活质量都极大地受到城市地区配备支持本地居民需求的基础设施的良好程度的影响。城市规划是用于规划如何增加、更换和维护这种基础设施的众所周知的学科。城市规划还包含本领域的技术人员会想到的许多其它问题。至少在发达国家，大部分城市地区实现不同程度的城市规划。此过程往往受到政策因素的极大影响，因为围绕纳税和财产权的问题必定伴随着城市规划过程。最近在北美洲，存在朝“瘦身政府”政策的趋势，其中基于政府的集中城市规划在很大程度上被放弃，有利于允许城市地区以放任主义方式增长，相信自由市场是区域应当如何增长的最佳决定因素。其它管理机构仍然可能实行更激进的政策，包括大量集中规划，观点是政府控制的中央规划是适应当地居民的需求的最有效方式。当然，任何给定地区采用的方式通常处于这些极端之间。不管所选的方式如何，伴随先有技术城市地图绘制和数据采集技术的一个问题在于，极少存在可经过分析而对于如何可以最有效实现城市规划提供客观看法的硬数据。当今存在的、在某个地区不一致地收集的硬数据表明，更多数据、而且是正确种类的数据在城市规划中可能极为有效。例如，在2003年，大家知道多伦多市有地铁系统，它在很大程度上依靠投币箱来维持，而极少依靠政府津贴。假设造成这种现象的一个主要因素在于，存在地铁站附近生活(“居住区”)的大的人口密度，以及在同样处于地铁站附近、居民工作(“就业区”)的市区中心存在至少一个集中区域。在纽约可观察到类似现象。但是，生成支持这种假设的报告所需的工作是巨大、复杂、费时且昂贵的。作为一种方法，该工作可涉及收集多伦多的街道地图和地铁地图，然后在居住和就业区挨家挨户进行调查以证实人们事实上利用地铁去上班。最后，挨家挨户调查所收集的数据可与地图相关，从而最终得出具有支持该假设的结论的报告。但是，可以注意到，报告仅包含几组数据点，而并没有包括可能影响居住区和就业区的简单密度是否足以支持地铁路线的其它数据。这种报告也没有描述支配密度的建筑环境的结构。此外，这种报告不易于与其它城市地区如何处理从居住区到就业区的交通的情况进行比较，以便提供对于哪个城市地区最好地处理其交通运输需求的客观评估。本领域的技术人员会想到关于特定城市地区如何相对另一个地区进行运作的更复杂问题，并且解答这类问题的报告的生成将面临相似的障碍和复杂度。如前面所述，先有技术的城市地图在生成城市规划实践的上述类型的报告中是极有用的元素。先有技术的城市地图主要标识交通运输路线的物理特征，并且包括那些地图上的类似标识符的街道名称和站名。地图可包括关于特定区域是否更多地以居住、商业或工业活动为主的指示，但仅此而已。一般来说，这类地图对于在城市地区中导航很有用，但在尝试为城市规划生成复杂报告时只提供有限的信息。更新近的先有技术的城市地图提供可用于不只是在城市地区中导航的信息。这些地图至少部分采用从卫星、飞机等获取的遥感数据来生成。Baltsavia^Emmanuel P.和 A. Gruen.的“解决方案集中用于监测城市的航摄照片、LIDAR和IKONOS的比较”(Remotely Sensed Cities,编者Victor Mesev、Taylor 禾口 Francis, London, 2003 年)("Baltsavias") 是一个先有技术参考文献，它公开这样一种城市地图的实例。Baltsavias包括使用其中包括航空/数字正射成像、激光探测和测距(“LIDAR”)、IKONOS (每像素4米彩色和每像素 1米黑白光卫星图)在内的当前高分辨率遥感技术来提取例如下列地球空间信息的审查和评估1)数字地形模型(“DTM”，表示消除了自然和人造特征的地球裸露表面的高程模型)；2)数字表面模型(“DSM”，又称作“第一表面”模型，其中，在高程模型中捕捉人造和自然特征)；以及3)诸如建筑物、道路、植被等的城市对象的标识，以及诸如建筑物等的三维城市对象的重构。Baltsavias描述了开发三维城市模型的要求，并简述已经开发的两个商业应用，即InJECT，INPHO GmbH(Stuggard, Germany)的产品，以及 CyberCity AG (Bell ikon, Switzerland)推出的 CyberCityModeler(CC-Modeler)。Baltsavias 描述了原型系统、即 CyberCity空间信息系统(“CC-SIS”)，它是对于把三维城市模型与可能链接到外部地理信息系统(“GIS”)数据的关系数据库相结合的尝试。为了标识对象，用户手动标识屏幕上的点，只有在那时该应用才自动构建包括相关那些点以及标识对象所需的几何结构的拓扑。该应用要求使用数字正射投影像片，以构建城市模型所需的分辨率获取这些像片是昂贵的。此外，Baltsavias没有解释如何取得建筑物的用途或类型以及它与其邻近或者整个城市规模中的其它建筑物的关系。该应用不允许用户评估地区的运作方式或者与其它城市地区进行比较。一般来说，Baltsavias局限于如何提供对城市地区的构成和功能进行描述及可视化。增加的城市地图复杂性的另一个实例见于Barnsley、MichaelJ.、A.M. Steel和 S. Barr.的“通过分析以LIDAR和多谱图像数据标识的建筑物的空间构成确定城市土地用途”(Remotely Sensed Cities,编者Victor Mesev、Taylor&Francis, London, 2003 年) ("Barnsley") ο Barnsley采用每像素4米彩色卫星图的IK0N0S以及每平方米0. 4点采样密度的LIDARO米)图像数据的组合从其它周围对象、如树木或铺有路面的道路中提取建筑物对象的存在。提取的结果与基本数据进行比较以便保证结果的准确度。采用四个测试区域，其中主要土地用途是住宅或工业。给定数据集的限制，几个门限被施加到数据以改善结果。Barnsley发展了基于图形的模式识别系统，通过高度和结构配置来推断土地用途。在Barnsley中用于半自动提取建筑物对象以及标识建筑物的形态属性的差异和建筑形式模式的结构成分的技术和技巧在区别一般土地使用类型(例如住宅对工业)方面是成功的，但是在识别和表征这些一般土地使用类型中的独特模式时存在问题，给定所使用的测量技术，无法表征不同的住宅和工业模式。一般来说，Barnsley没有讲授如何对不同的住宅和工业用途的独特建筑形式进行分类和描述。提供更复杂的城市地图的仍未实现的尝试的一个实例见于Eguchi、Ronald, C. Huyck、B. Houshmand、D. Tralli和Μ. Shinozuka的“采用合成孔径雷达技术的建筑物详细清单的新应用，，(the 2nd Multi-Lateralfforkshop on Development of Earthquake and Tsunami Disasters Mitigation Technologies and their Integration for the Asia-Pacificregion，2000 年 3 月 1-2 日，Kobe，Japan) ( “Eguchi”)。采用干涉测量合成孔径雷达(IFSAR)航空技术、空中摄影和县税收评定数据，Eguchi尝试根据他们从遥感数据中提取的建筑物占地面积和高度来识别建筑物类型，并采用县税收评定数据来验证结果。Eguchi提供了所使用的技术的初步结果以及未来研究计划，从而打下努力完成他们可从其中测量建筑物密度和发展的整个城市规模的建筑物详细清单的基础。虽然已经打下基础，但是没有成功或者如何取得这种成功的指示。另一个实例是Mesev、Victor的“城市土地使用重构从地址点信息的图像模式识别，，(the International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences Conference, Regensburg, Germany,2003 年 6 月 27-29 日) (“Mesev”)。Mesev检查英国陆军测绘局采集的地址点数据的使用，以便检查英国布里斯托尔的发展的空间模式。地址点数据包含关于一般土地使用类型、住宅对商业的信息， 以及Mesev尝试根据各种空间索引/技术、即点的密度与最接近邻域分析，来识别相同土地使用类型的不同区域、如住宅#1和住宅#2之间的差异。来自这个空间识别系统的这种信息用于告知城市地区的多谱图像分类。Mesev引入对于称作Cities Revealed的公司(The GeoInformation Group, Telford House, Fulbourn, Cambridge, CBl 5HB, United KinRdom-http://www. crworld. co. uk)提供的高分辨率空中摄影所使用的一些初步结果。 对于大城市地区，Cities Revealed的遥感影像的取得相当昂贵。用于模式识别的数据是英国特有的，但不可用于所有地区，因为英国在很大程度上依赖英国陆军测绘局。同样，空间索引对于其它城市土地使用类不是完全成功的，例如对于商业和工业，其中关于建筑物特征的信息将比只是建筑物布局更有用。
发明_既述本发明的一个目的是提供一种绘制地图的新颖方法及系统，它消除或者减少先有技术的上述缺点中的至少一个。本发明的一个方面提供一种城市地区地图，其中包括第一组标记，表示所述地区的地貌特征；以及第二组标记，表示位于所述地区内的多个不同类型的建筑形式及其位置。 地图还包括第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式关联的人类活动的模式。本发明的另一个方面提供一种设备，它包括连接到计算机处理器的遥感设备。遥感设备采集有关城市地区的成像数据。计算机处理器解释成像数据以产生城市地区地图， 其中包括标识表示地貌特征的第一组标记、表示不同类型的建筑形式的第二组标记以及表示与地貌特征和建筑形式关联的人类活动的模式的第三组标记的表示。地图还可包括第四组标记，表示其它类型的标记中的至少一个出现的强度等级。附图概述现在参照某些实施例和附图、仅通过举例来说明本发明，附图包括
图1是包含多个城市地区的地理地域的一部分的表示；图2是被遥感的图1的地域中的某个城市地区内的区域的表示；图3是图2中执行的遥感的更详细表示；图4是图3中执行的遥感的更详细表示；图5是图2-4中检测的、输入到用于根据本发明的一个实施例生成地图的设备中的数据的表示；图6是图5的存储装置中存储的数据库的表示，它可用于解释图2-4中检测的原始数据；图7更详细地说明图6的数据库中的对象；图8是流程图，说明根据本发明的一个实施例生成地图的一种方法；图9说明表示根据图8的方法的执行被分析的地区内的某个区域的检测数据；图10说明图9所示的区域中的一小块；图11说明采用图8的方法生成的图10中的块的地图；图12说明为了产生不同的地图格式而采用图8的方法的变体生成的图11的地图；图13说明与图12的地图相同格式的地图，其中，地图表示图9中的区域；图14说明与图13的地图相同格式、扩展到地区级的地图；图15说明根据本发明的另一个实施例用于生成地图的设备；图16说明由图15的设备生成的图9中的区域的地图，它描述区域中的住宅密度；图17表示流程图，说明根据本发明的另一个实施例生成地图的方法；以及图18说明示范图表，它可在执行图17中的方法时产生。本发明的描述图1说明包含多个城市地区44的地域40。在图1的实例中，地域40是由美国-加拿大边界大致平分的北美洲的一部分，但要理解，这只是本文的理论可适用的地域的一个实例。因此，地域40中的城市地区44包括各个众所周知的城市地区，其中包括以41表示的多伦多、以442表示的底特律以及以443表示的纽约-其它区域只用参考标号44表示。应当理解，在本实施例中，区域44并不表示其行政意义，而是在地理意义上表明城市地区。 因此，例如多伦多41的区域表示大多伦多地区或整个“黄金马蹄”，跨越沿安大略湖的北海岸从汉密尔顿到Bowmanville的市区。类似地，底特律442和纽约443表示其各自的大城市区域。图1还示出两个遥感装置48，即通过地域40上方的飞机48i和卫星482。装置48包括成像设备，使装置48能够用于根据诸如空中摄影、航空/数字正射成像、LIDAR、IK0N0S、 RADAR之类的预期和适当遥感形态来遥感与城市地区44关联的数据。其它类型的装置48 及其相应的形态是本领域的技术人员会想到的。图2说明针对地区44(即多伦多44》内的特定区域52遥感数据的装置48(即飞机48)。一般来说，装置48可用于检测与特定地区44中的多个区域关联的数据，从而遥感包含整个地区44的数据。因此，要理解，为了说明本发明的各种实施例，作为实例来说明区域52。图3更详细地说明区域52，以及在本实施例中，区域52由装置48感测为照片。区域52 (和/或其部分和/或地区44的其它部分)可按照包括地貌形式、建筑形式、活动模式和使用强度的多个标记及其各个等级来表征。地貌形式包括区域52的自然物理特征，其中包括景观和物理对象，诸如地形、树木、河流和溪流。描述地貌形式的更具体术语方式可见于 Anderson, James R.、Ε· Ε. Hardy、J. Τ. Roach 和 R. Ε. Witmer 1976 年的“与遥感器数据配合使用的土地用途和土地覆盖分类系统”(Geological Survey Professional Paper 964)， 其内容通过引用结合于本文中。相比之下，建筑形式包括在地貌形式之上人工建造的任何事物，诸如道路、房屋、建筑物、公园、停车场、纪念碑等。(下表I提供可能的建筑形式类型的详细列表。)活动模式包括区域52中发生的人类活动的性质，并且可包括关于就业、居住、娱乐、工业、商业和/或其组合的信息。最后，使用强度是标识特定活动发生的程度或数量的度量。强度还可包括特定活动或者活动混合的程度，以便描述对于分类方案的活动标记的变化范围的可能性。下面将更详细地论述关于这些标记的其它详细情况。图4更详细地说明区域52的一小部分，装置48通过其上方并感测以树木56i和溪流5 的形式的地貌形式56、以及以房屋60i、办公大厦602和公寓大楼603的形式的建筑形式60。图5说明装置48感测的包括区域52的照片的数据64从装置48传送到设备68、 以便根据本发明的一个实施例绘制地图的传送。设备68—般可用于解释数据64，以便至少部分根据上述标记的部分或全部来生成区域52的地图。在本实施例中，设备68为服务器， 但也可以是台式计算机、客户机、终端、个人数字助理或其它任何计算装置。设备68包括连接到输出装置76以便向用户提供输出的塔式机72以及用于接收来自用户的输入的一个或多个输入装置80。在本实施例中，输出装置76是监测器，输入装置80包括键盘SO1和鼠标 SO20其它输出装置和输入装置是本领域的技术人员会想到的。塔式机72还连接到存储装置84、如硬盘驱动器或廉价磁盘冗余阵列(“RAID”)，它包含用于解释数据64的参考数据， 下面将提供它的更详细情况。塔式机72通常包含经由总线耦合到随机存取存储器的至少一个中央处理器(“CPU”)。在本实施例中，塔式机72还包括网络接口卡，并连接到根据需要可能是内联网、互联网或者用于互连多个计算机的其它任何类型的网络的网络88。设备 68可把设备68生成的地图输出到网络88，和/或设备68除了数据64之外还可接收用于至少部分根据上述标记的部分或全部来生成区域52的地图的数据。图6说明可存储在存储装置84中以帮助塔式机72中的CPU进行数据64的解释的数据库和表的种类的简化表示。图6中，存储装置84存储二维表92。表92包括由标记为“原始数据”的左栏96和标记为“解释”的右栏100组成的建筑形式数据。因此，表92中的每个记录在左栏96中包含与遥感数据64中可得到的原始数据对应的对象104，以及在右栏100中包含标识对象104的相应解释的对象108。更具体来说，对象KM1对应于房屋，对象1042对应于办公大厦，以及对象104n对应于公寓大楼。预计从数据64中得到的原始数据将包含多个人工产物和其它唯一标识符，以及表92将包含有关这类标识符的信息，以便为塔式机72中的CPU提供在区分数据64中包含的各种类型的建筑形式时使用的附加信息。图7更详细地说明对象104，以便提供可与表 92中的每个对象关联的标识符的种类的实例。例如，注意到，每个对象104包含阴影112。 注意，1122最长，阴影11 比阴影1122更短，以及阴影11 比阴影11 更短。从数据64 中得到的这种阴影长度可用来推断给定对象104的高度，因而可帮助塔式机72中的CPU来推断与从数据64中得到的给定对象关联的建筑形式的类型。通过确定数据64中的对象的相对高度，塔式机72中的CPU可进行关于要给予特定对象104的适当解释的相对判定。在这个实例中，阴影112用来确定给定对象的高度，但应当理解，更复杂的方式可用来推断高度-例如通过使用LIDAR。因此，当收集数据64时，可能希望采用感测形态、即摄影和LIDAR 的组合，以及组合那种感测数据以便推导关于区域52中的对象的更多信息和标识。这时应当理解，各种不同的标识符可用于塔式机72中的CPU执行的计算操作中， 以便进一步帮助区别区域52中找到的各种建筑形式。例如，对象104n的每端上两个正方形 116的出现表示电梯井的存在，以及对象104n的矩形结合电梯井的存在以及它比对象1042 更短的高度可用来确定对象104n是公寓大楼。作为附加实例，对象KM1包括其顶部的峰线 120，进一步指示对象KM1为房屋。作为标识符的另一个实例，类似对象KM1的数据64中的元素的闭合分组可用于进一步指示这种元素实际上是房屋60lt)作为标识符的又一个实例，在数据64所包含的给定元素附近所检测的大空地可表示停车场，从而消除了数据64中的给定元素实际上是房屋SO1的可能性。作为附加标识符，在某些地理区域，尤其是在北美洲，存在有限数量的重复建筑形式类型。由于这个有限数量，因此，除了诸如以上列示的标识符(或者例如可能时常被确定为有用的其它标识符)之类的标识符之外，还可采用概率公式表达来提高准确确定特定建筑形式类型的可能性。表I表示可伴随可用于存储装置84中的数据库中的每种类型(例如表92)并与塔式机72中运行的软件结合以便实际区别某些建筑形式类型与其它类型的这类建筑形式类型和标识符的列表。表 I建筑形式类型
权利要求
1.一种城市地区的地图，包括第一组标记，表示所述地区的地貌特征；第二组标记，表示位于所述地区内的多个不同类型的建筑形式及其位置；以及第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式。
2.如权利要求1所述的地图，其特征在于，还包括第四组标记，表示与所述标记组中至少一个关联的强度等级，表示所述标记出现的程度。
3.一种城市地区的地图，包含标识至少两个不同分区的表示，所述分区中的每个包括 第一组标记，表示所述地区的地貌特征；第二组标记，表示位于所述地区内的至少三种不同类型的建筑形式及其位置；第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式。
4.如权利要求3所述的地图，其特征在于，还包括第四组标记，表示所述标记组中至少一个出现的强度等级，以及其中所述标记组的所述至少一部分对于所述分区中的每个是不同的。
5.一种生成地图的方法，包括以下步骤接收表示地貌特征的城市地区的第一组数据； 接收表示建筑形式及其位置的所述城市地区的第二组数据；接收表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式的所述城市地区的第三组数据；为每个所述数据组确定实体的不同类型；以及产生用户输出，其中包含关于与所述确定的实体对应的每组数据的标记。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户输出采取包含多个分区的图形形式，所述分区中的每个根据具有预定义的一组公共标记的所述地区内的区域来形成。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括关联与每组标记关联的强度等级的步骤。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一组数据和所述第二组数据从遥感数据源获取。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三组数据从人口普查数据中获取。
10.一种用于生成地图的设备，包括至少一个输入装置，用于接收表示地貌特征的城市地区的第一组数据、表示建筑形式及其位置的所述城市地区的第二组数据、以及表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式的所述城市地区的第三组数据；微处理器，连接到所述输入装置，可用于为每个所述数据组确定实体的不同类型；以及用户输出装置，连接到所述微处理器，用于呈现关于与所述实体对应的每组数据的标记。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述标记以包含多个分区的图形形式来呈现，所述分区中的每个由具有预定义的一组公共标记的所述地区内的区域来定义。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括关联与每组标记关联的强度等级的步骤。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第一组数据和所述第二组数据从遥感数据源获取。
14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第三组数据从人口普查数据中获取。
全文摘要
本发明提供一种用于城市地区的地图绘制的新颖设备及方法。设备包括连接到计算机处理器的遥感设备。遥感设备采集有关城市地区的成像数据。计算机处理器解释成像数据以生成城市地区地图，其中包括标识表示地貌特征的第一组标记、表示不同类型建筑形式的第二组标记以及表示与地貌特征和建筑形式关联的人类活动模式的第三组标记的表示。地图还可包括第四组标记，表示其它类型的标记中至少一种出现的强度等级。
文档编号G09B29/00GK102169650SQ201110089090
公开日2011年8月31日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月18日
发明者M·L·伯奇菲尔德, T·C·库姆贝斯, W·盖尔 申请人:1626628 安大略有限公司
技术领域：
一般来说，本发明涉及绘图法，更具体来说，涉及城市地区的地图绘制。
背景技术：
具体来说，二十世纪在全球经历了城市地区的指数增长，在其下半叶，城市周边的郊区的巨大发展受到高速公路以及以汽车为基础的社会的主导的推动。例如，大多数北美人现在住进具有低建筑密度和人口活动比率的郊区的这种状况一般无法经济地维持公共交通运输。居住、工作、购物和闲暇不仅密度低和高土地消耗，而且活动一般也是隔离和独立的。因此，当前存在对于这种依靠汽车的影响的普遍关注-在空气污染、极大增加的延误方面，在成本、时间和得到工作的困难上降低人们生活质量的不断增加的总旅程方面，以及在其它许多方面。已经推出一系列政策和实践来处理这种情况，共同发展土地使用和交通运输的形式，从而节省能源，使污染物的散发减至最小，鼓励可达性，同时尽量减少移动性-例如通过在公共运输节点附近发展密集活动中心。全球若干地区致力于把这些目标转换为区域策略发展构架。一般来说，随着全球人口越来越集中在城市地区，任何给定城市地区的生活质量都极大地受到城市地区配备支持本地居民需求的基础设施的良好程度的影响。城市规划是用于规划如何增加、更换和维护这种基础设施的众所周知的学科。城市规划还包含本领域的技术人员会想到的许多其它问题。至少在发达国家，大部分城市地区实现不同程度的城市规划。此过程往往受到政策因素的极大影响，因为围绕纳税和财产权的问题必定伴随着城市规划过程。最近在北美洲，存在朝“瘦身政府”政策的趋势，其中基于政府的集中城市规划在很大程度上被放弃，有利于允许城市地区以放任主义方式增长，相信自由市场是区域应当如何增长的最佳决定因素。其它管理机构仍然可能实行更激进的政策，包括大量集中规划，观点是政府控制的中央规划是适应当地居民的需求的最有效方式。当然，任何给定地区采用的方式通常处于这些极端之间。不管所选的方式如何，伴随先有技术城市地图绘制和数据采集技术的一个问题在于，极少存在可经过分析而对于如何可以最有效实现城市规划提供客观看法的硬数据。当今存在的、在某个地区不一致地收集的硬数据表明，更多数据、而且是正确种类的数据在城市规划中可能极为有效。例如，在2003年，大家知道多伦多市有地铁系统，它在很大程度上依靠投币箱来维持，而极少依靠政府津贴。假设造成这种现象的一个主要因素在于，存在地铁站附近生活(“居住区”)的大的人口密度，以及在同样处于地铁站附近、居民工作(“就业区”)的市区中心存在至少一个集中区域。在纽约可观察到类似现象。但是，生成支持这种假设的报告所需的工作是巨大、复杂、费时且昂贵的。作为一种方法，该工作可涉及收集多伦多的街道地图和地铁地图，然后在居住和就业区挨家挨户进行调查以证实人们事实上利用地铁去上班。最后，挨家挨户调查所收集的数据可与地图相关，从而最终得出具有支持该假设的结论的报告。但是，可以注意到，报告仅包含几组数据点，而并没有包括可能影响居住区和就业区的简单密度是否足以支持地铁路线的其它数据。这种报告也没有描述支配密度的建筑环境的结构。此外，这种报告不易于与其它城市地区如何处理从居住区到就业区的交通的情况进行比较，以便提供对于哪个城市地区最好地处理其交通运输需求的客观评估。本领域的技术人员会想到关于特定城市地区如何相对另一个地区进行运作的更复杂问题，并且解答这类问题的报告的生成将面临相似的障碍和复杂度。如前面所述，先有技术的城市地图在生成城市规划实践的上述类型的报告中是极有用的元素。先有技术的城市地图主要标识交通运输路线的物理特征，并且包括那些地图上的类似标识符的街道名称和站名。地图可包括关于特定区域是否更多地以居住、商业或工业活动为主的指示，但仅此而已。一般来说，这类地图对于在城市地区中导航很有用，但在尝试为城市规划生成复杂报告时只提供有限的信息。更新近的先有技术的城市地图提供可用于不只是在城市地区中导航的信息。这些地图至少部分采用从卫星、飞机等获取的遥感数据来生成。Baltsavia^Emmanuel P.和 A. Gruen.的“解决方案集中用于监测城市的航摄照片、LIDAR和IKONOS的比较”(Remotely Sensed Cities,编者Victor Mesev、Taylor 禾口 Francis, London, 2003 年)("Baltsavias") 是一个先有技术参考文献，它公开这样一种城市地图的实例。Baltsavias包括使用其中包括航空/数字正射成像、激光探测和测距(“LIDAR”)、IKONOS (每像素4米彩色和每像素 1米黑白光卫星图)在内的当前高分辨率遥感技术来提取例如下列地球空间信息的审查和评估1)数字地形模型(“DTM”，表示消除了自然和人造特征的地球裸露表面的高程模型)；2)数字表面模型(“DSM”，又称作“第一表面”模型，其中，在高程模型中捕捉人造和自然特征)；以及3)诸如建筑物、道路、植被等的城市对象的标识，以及诸如建筑物等的三维城市对象的重构。Baltsavias描述了开发三维城市模型的要求，并简述已经开发的两个商业应用，即InJECT，INPHO GmbH(Stuggard, Germany)的产品，以及 CyberCity AG (Bell ikon, Switzerland)推出的 CyberCityModeler(CC-Modeler)。Baltsavias 描述了原型系统、即 CyberCity空间信息系统(“CC-SIS”)，它是对于把三维城市模型与可能链接到外部地理信息系统(“GIS”)数据的关系数据库相结合的尝试。为了标识对象，用户手动标识屏幕上的点，只有在那时该应用才自动构建包括相关那些点以及标识对象所需的几何结构的拓扑。该应用要求使用数字正射投影像片，以构建城市模型所需的分辨率获取这些像片是昂贵的。此外，Baltsavias没有解释如何取得建筑物的用途或类型以及它与其邻近或者整个城市规模中的其它建筑物的关系。该应用不允许用户评估地区的运作方式或者与其它城市地区进行比较。一般来说，Baltsavias局限于如何提供对城市地区的构成和功能进行描述及可视化。增加的城市地图复杂性的另一个实例见于Barnsley、MichaelJ.、A.M. Steel和 S. Barr.的“通过分析以LIDAR和多谱图像数据标识的建筑物的空间构成确定城市土地用途”(Remotely Sensed Cities,编者Victor Mesev、Taylor&Francis, London, 2003 年) ("Barnsley") ο Barnsley采用每像素4米彩色卫星图的IK0N0S以及每平方米0. 4点采样密度的LIDARO米)图像数据的组合从其它周围对象、如树木或铺有路面的道路中提取建筑物对象的存在。提取的结果与基本数据进行比较以便保证结果的准确度。采用四个测试区域，其中主要土地用途是住宅或工业。给定数据集的限制，几个门限被施加到数据以改善结果。Barnsley发展了基于图形的模式识别系统，通过高度和结构配置来推断土地用途。在Barnsley中用于半自动提取建筑物对象以及标识建筑物的形态属性的差异和建筑形式模式的结构成分的技术和技巧在区别一般土地使用类型(例如住宅对工业)方面是成功的，但是在识别和表征这些一般土地使用类型中的独特模式时存在问题，给定所使用的测量技术，无法表征不同的住宅和工业模式。一般来说，Barnsley没有讲授如何对不同的住宅和工业用途的独特建筑形式进行分类和描述。提供更复杂的城市地图的仍未实现的尝试的一个实例见于Eguchi、Ronald, C. Huyck、B. Houshmand、D. Tralli和Μ. Shinozuka的“采用合成孔径雷达技术的建筑物详细清单的新应用，，(the 2nd Multi-Lateralfforkshop on Development of Earthquake and Tsunami Disasters Mitigation Technologies and their Integration for the Asia-Pacificregion，2000 年 3 月 1-2 日，Kobe，Japan) ( “Eguchi”)。采用干涉测量合成孔径雷达(IFSAR)航空技术、空中摄影和县税收评定数据，Eguchi尝试根据他们从遥感数据中提取的建筑物占地面积和高度来识别建筑物类型，并采用县税收评定数据来验证结果。Eguchi提供了所使用的技术的初步结果以及未来研究计划，从而打下努力完成他们可从其中测量建筑物密度和发展的整个城市规模的建筑物详细清单的基础。虽然已经打下基础，但是没有成功或者如何取得这种成功的指示。另一个实例是Mesev、Victor的“城市土地使用重构从地址点信息的图像模式识别，，(the International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences Conference, Regensburg, Germany,2003 年 6 月 27-29 日) (“Mesev”)。Mesev检查英国陆军测绘局采集的地址点数据的使用，以便检查英国布里斯托尔的发展的空间模式。地址点数据包含关于一般土地使用类型、住宅对商业的信息， 以及Mesev尝试根据各种空间索引/技术、即点的密度与最接近邻域分析，来识别相同土地使用类型的不同区域、如住宅#1和住宅#2之间的差异。来自这个空间识别系统的这种信息用于告知城市地区的多谱图像分类。Mesev引入对于称作Cities Revealed的公司(The GeoInformation Group, Telford House, Fulbourn, Cambridge, CBl 5HB, United KinRdom-http://www. crworld. co. uk)提供的高分辨率空中摄影所使用的一些初步结果。 对于大城市地区，Cities Revealed的遥感影像的取得相当昂贵。用于模式识别的数据是英国特有的，但不可用于所有地区，因为英国在很大程度上依赖英国陆军测绘局。同样，空间索引对于其它城市土地使用类不是完全成功的，例如对于商业和工业，其中关于建筑物特征的信息将比只是建筑物布局更有用。
发明_既述本发明的一个目的是提供一种绘制地图的新颖方法及系统，它消除或者减少先有技术的上述缺点中的至少一个。本发明的一个方面提供一种城市地区地图，其中包括第一组标记，表示所述地区的地貌特征；以及第二组标记，表示位于所述地区内的多个不同类型的建筑形式及其位置。 地图还包括第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式关联的人类活动的模式。本发明的另一个方面提供一种设备，它包括连接到计算机处理器的遥感设备。遥感设备采集有关城市地区的成像数据。计算机处理器解释成像数据以产生城市地区地图， 其中包括标识表示地貌特征的第一组标记、表示不同类型的建筑形式的第二组标记以及表示与地貌特征和建筑形式关联的人类活动的模式的第三组标记的表示。地图还可包括第四组标记，表示其它类型的标记中的至少一个出现的强度等级。附图概述现在参照某些实施例和附图、仅通过举例来说明本发明，附图包括
图1是包含多个城市地区的地理地域的一部分的表示；图2是被遥感的图1的地域中的某个城市地区内的区域的表示；图3是图2中执行的遥感的更详细表示；图4是图3中执行的遥感的更详细表示；图5是图2-4中检测的、输入到用于根据本发明的一个实施例生成地图的设备中的数据的表示；图6是图5的存储装置中存储的数据库的表示，它可用于解释图2-4中检测的原始数据；图7更详细地说明图6的数据库中的对象；图8是流程图，说明根据本发明的一个实施例生成地图的一种方法；图9说明表示根据图8的方法的执行被分析的地区内的某个区域的检测数据；图10说明图9所示的区域中的一小块；图11说明采用图8的方法生成的图10中的块的地图；图12说明为了产生不同的地图格式而采用图8的方法的变体生成的图11的地图；图13说明与图12的地图相同格式的地图，其中，地图表示图9中的区域；图14说明与图13的地图相同格式、扩展到地区级的地图；图15说明根据本发明的另一个实施例用于生成地图的设备；图16说明由图15的设备生成的图9中的区域的地图，它描述区域中的住宅密度；图17表示流程图，说明根据本发明的另一个实施例生成地图的方法；以及图18说明示范图表，它可在执行图17中的方法时产生。本发明的描述图1说明包含多个城市地区44的地域40。在图1的实例中，地域40是由美国-加拿大边界大致平分的北美洲的一部分，但要理解，这只是本文的理论可适用的地域的一个实例。因此，地域40中的城市地区44包括各个众所周知的城市地区，其中包括以41表示的多伦多、以442表示的底特律以及以443表示的纽约-其它区域只用参考标号44表示。应当理解，在本实施例中，区域44并不表示其行政意义，而是在地理意义上表明城市地区。 因此，例如多伦多41的区域表示大多伦多地区或整个“黄金马蹄”，跨越沿安大略湖的北海岸从汉密尔顿到Bowmanville的市区。类似地，底特律442和纽约443表示其各自的大城市区域。图1还示出两个遥感装置48，即通过地域40上方的飞机48i和卫星482。装置48包括成像设备，使装置48能够用于根据诸如空中摄影、航空/数字正射成像、LIDAR、IK0N0S、 RADAR之类的预期和适当遥感形态来遥感与城市地区44关联的数据。其它类型的装置48 及其相应的形态是本领域的技术人员会想到的。图2说明针对地区44(即多伦多44》内的特定区域52遥感数据的装置48(即飞机48)。一般来说，装置48可用于检测与特定地区44中的多个区域关联的数据，从而遥感包含整个地区44的数据。因此，要理解，为了说明本发明的各种实施例，作为实例来说明区域52。图3更详细地说明区域52，以及在本实施例中，区域52由装置48感测为照片。区域52 (和/或其部分和/或地区44的其它部分)可按照包括地貌形式、建筑形式、活动模式和使用强度的多个标记及其各个等级来表征。地貌形式包括区域52的自然物理特征，其中包括景观和物理对象，诸如地形、树木、河流和溪流。描述地貌形式的更具体术语方式可见于 Anderson, James R.、Ε· Ε. Hardy、J. Τ. Roach 和 R. Ε. Witmer 1976 年的“与遥感器数据配合使用的土地用途和土地覆盖分类系统”(Geological Survey Professional Paper 964)， 其内容通过引用结合于本文中。相比之下，建筑形式包括在地貌形式之上人工建造的任何事物，诸如道路、房屋、建筑物、公园、停车场、纪念碑等。(下表I提供可能的建筑形式类型的详细列表。)活动模式包括区域52中发生的人类活动的性质，并且可包括关于就业、居住、娱乐、工业、商业和/或其组合的信息。最后，使用强度是标识特定活动发生的程度或数量的度量。强度还可包括特定活动或者活动混合的程度，以便描述对于分类方案的活动标记的变化范围的可能性。下面将更详细地论述关于这些标记的其它详细情况。图4更详细地说明区域52的一小部分，装置48通过其上方并感测以树木56i和溪流5 的形式的地貌形式56、以及以房屋60i、办公大厦602和公寓大楼603的形式的建筑形式60。图5说明装置48感测的包括区域52的照片的数据64从装置48传送到设备68、 以便根据本发明的一个实施例绘制地图的传送。设备68—般可用于解释数据64，以便至少部分根据上述标记的部分或全部来生成区域52的地图。在本实施例中，设备68为服务器， 但也可以是台式计算机、客户机、终端、个人数字助理或其它任何计算装置。设备68包括连接到输出装置76以便向用户提供输出的塔式机72以及用于接收来自用户的输入的一个或多个输入装置80。在本实施例中，输出装置76是监测器，输入装置80包括键盘SO1和鼠标 SO20其它输出装置和输入装置是本领域的技术人员会想到的。塔式机72还连接到存储装置84、如硬盘驱动器或廉价磁盘冗余阵列(“RAID”)，它包含用于解释数据64的参考数据， 下面将提供它的更详细情况。塔式机72通常包含经由总线耦合到随机存取存储器的至少一个中央处理器(“CPU”)。在本实施例中，塔式机72还包括网络接口卡，并连接到根据需要可能是内联网、互联网或者用于互连多个计算机的其它任何类型的网络的网络88。设备 68可把设备68生成的地图输出到网络88，和/或设备68除了数据64之外还可接收用于至少部分根据上述标记的部分或全部来生成区域52的地图的数据。图6说明可存储在存储装置84中以帮助塔式机72中的CPU进行数据64的解释的数据库和表的种类的简化表示。图6中，存储装置84存储二维表92。表92包括由标记为“原始数据”的左栏96和标记为“解释”的右栏100组成的建筑形式数据。因此，表92中的每个记录在左栏96中包含与遥感数据64中可得到的原始数据对应的对象104，以及在右栏100中包含标识对象104的相应解释的对象108。更具体来说，对象KM1对应于房屋，对象1042对应于办公大厦，以及对象104n对应于公寓大楼。预计从数据64中得到的原始数据将包含多个人工产物和其它唯一标识符，以及表92将包含有关这类标识符的信息，以便为塔式机72中的CPU提供在区分数据64中包含的各种类型的建筑形式时使用的附加信息。图7更详细地说明对象104，以便提供可与表 92中的每个对象关联的标识符的种类的实例。例如，注意到，每个对象104包含阴影112。 注意，1122最长，阴影11 比阴影1122更短，以及阴影11 比阴影11 更短。从数据64 中得到的这种阴影长度可用来推断给定对象104的高度，因而可帮助塔式机72中的CPU来推断与从数据64中得到的给定对象关联的建筑形式的类型。通过确定数据64中的对象的相对高度，塔式机72中的CPU可进行关于要给予特定对象104的适当解释的相对判定。在这个实例中，阴影112用来确定给定对象的高度，但应当理解，更复杂的方式可用来推断高度-例如通过使用LIDAR。因此，当收集数据64时，可能希望采用感测形态、即摄影和LIDAR 的组合，以及组合那种感测数据以便推导关于区域52中的对象的更多信息和标识。这时应当理解，各种不同的标识符可用于塔式机72中的CPU执行的计算操作中， 以便进一步帮助区别区域52中找到的各种建筑形式。例如，对象104n的每端上两个正方形 116的出现表示电梯井的存在，以及对象104n的矩形结合电梯井的存在以及它比对象1042 更短的高度可用来确定对象104n是公寓大楼。作为附加实例，对象KM1包括其顶部的峰线 120，进一步指示对象KM1为房屋。作为标识符的另一个实例，类似对象KM1的数据64中的元素的闭合分组可用于进一步指示这种元素实际上是房屋60lt)作为标识符的又一个实例，在数据64所包含的给定元素附近所检测的大空地可表示停车场，从而消除了数据64中的给定元素实际上是房屋SO1的可能性。作为附加标识符，在某些地理区域，尤其是在北美洲，存在有限数量的重复建筑形式类型。由于这个有限数量，因此，除了诸如以上列示的标识符(或者例如可能时常被确定为有用的其它标识符)之类的标识符之外，还可采用概率公式表达来提高准确确定特定建筑形式类型的可能性。表I表示可伴随可用于存储装置84中的数据库中的每种类型(例如表92)并与塔式机72中运行的软件结合以便实际区别某些建筑形式类型与其它类型的这类建筑形式类型和标识符的列表。表 I建筑形式类型
权利要求
1.一种城市地区的地图，包括第一组标记，表示所述地区的地貌特征；第二组标记，表示位于所述地区内的多个不同类型的建筑形式及其位置；以及第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式。
2.如权利要求1所述的地图，其特征在于，还包括第四组标记，表示与所述标记组中至少一个关联的强度等级，表示所述标记出现的程度。
3.一种城市地区的地图，包含标识至少两个不同分区的表示，所述分区中的每个包括 第一组标记，表示所述地区的地貌特征；第二组标记，表示位于所述地区内的至少三种不同类型的建筑形式及其位置；第三组标记，表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式。
4.如权利要求3所述的地图，其特征在于，还包括第四组标记，表示所述标记组中至少一个出现的强度等级，以及其中所述标记组的所述至少一部分对于所述分区中的每个是不同的。
5.一种生成地图的方法，包括以下步骤接收表示地貌特征的城市地区的第一组数据； 接收表示建筑形式及其位置的所述城市地区的第二组数据；接收表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式的所述城市地区的第三组数据；为每个所述数据组确定实体的不同类型；以及产生用户输出，其中包含关于与所述确定的实体对应的每组数据的标记。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户输出采取包含多个分区的图形形式，所述分区中的每个根据具有预定义的一组公共标记的所述地区内的区域来形成。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括关联与每组标记关联的强度等级的步骤。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一组数据和所述第二组数据从遥感数据源获取。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三组数据从人口普查数据中获取。
10.一种用于生成地图的设备，包括至少一个输入装置，用于接收表示地貌特征的城市地区的第一组数据、表示建筑形式及其位置的所述城市地区的第二组数据、以及表示与所述地貌特征和所述建筑形式都关联的人类活动的模式的所述城市地区的第三组数据；微处理器，连接到所述输入装置，可用于为每个所述数据组确定实体的不同类型；以及用户输出装置，连接到所述微处理器，用于呈现关于与所述实体对应的每组数据的标记。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述标记以包含多个分区的图形形式来呈现，所述分区中的每个由具有预定义的一组公共标记的所述地区内的区域来定义。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括关联与每组标记关联的强度等级的步骤。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第一组数据和所述第二组数据从遥感数据源获取。
14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第三组数据从人口普查数据中获取。
全文摘要
本发明提供一种用于城市地区的地图绘制的新颖设备及方法。设备包括连接到计算机处理器的遥感设备。遥感设备采集有关城市地区的成像数据。计算机处理器解释成像数据以生成城市地区地图，其中包括标识表示地貌特征的第一组标记、表示不同类型建筑形式的第二组标记以及表示与地貌特征和建筑形式关联的人类活动模式的第三组标记的表示。地图还可包括第四组标记，表示其它类型的标记中至少一种出现的强度等级。
文档编号G09B29/00GK102169650SQ201110089090
公开日2011年8月31日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月18日
发明者M·L·伯奇菲尔德, T·C·库姆贝斯, W·盖尔 申请人:1626628 安大略有限公司
最新回复(0)