Grid generalisation based on cellular automata theory

• Autorzy: Olszewski R.

Warianty tytułu

PL

Generalizacja kartograficzna z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Several theoretical methodological and problem orientations exist in contemporary cartography; the most important role is played by communication and cognitive concepts. Communication orientation is focused on information function of a map, whereas cognitive orientation considers cartography as a science, which deals with projection and investigation of phenomena, which occur in the geographic space, with respect to their location, properties, relations and changes. Development of the theory of cartographic modelling is the achievement of cognitive orientation. In this concept, map editing has been equalised with a process of modelling of real conditions, of the level of generalisation corresponding to the map objectives and destination. Due to limited information content of a map at a given scale, it is necessary to generalise spatial information in the process of cartographic presentation. The most essential feature of the generalisation process is maintenance of the basic structure and nature of geographic data. The complexity and multi-aspect nature of the cartographic generalisation process result in difficulties related to definition of this problem by means of a normalised set of algorithmic rules. Due to the complexity of the problem, the majority of performed investigations mainly concern automation of selected components of the generalisation process, such as development of operators of simplification of linear objects. Therefore, one of the most important demands of contemporary cartography is determination of objective rules and the attempt to develop the complex model of the generalisation process, based on those rules. Investigations which have been performed by the author justify utilisation of methods of the, so-called, artificial calculation intelligence, as utilisation of cellular automata as a complex method of cartographic modeling of source data. The essence of cellular automata is discretisation of the geographic space and iterative processing of source data with maintenance of rules of the local nature. Cellular automata are characterised by the ability to develop global; formulae and spatial behaviour of high complexity, based on simple rules of changes of local range and on the knowledge concerning single cells. Therefore, basing on the cellular automata theory, a model of the cartographic generalisation process may be developed, which would combine features of quantitative generalisation of the map content and form with qualitative generalisation. Results achieved by the author also proved, that, in the process of generalisation of surface objects, cellular automata may play a role of operators of selection and aggregation, as well as simplification and smoothing of borders of areas.

PL

We współczesnej kartografii istnieje kilka teoretycznych orientacji metodologicznych i problemowych, spośród których najważniejszą rolę odgrywają koncepcje komunikacyjna i poznawcza. Orientacja komunikacyjna kładzie nacisk na informacyjną funkcję mapy. Orientacja poznawcza natomiast traktuje kartografię jako naukę zajmującą się odwzorowywaniem i badaniem zjawisk występujących w przestrzeni geograficznej z punktu widzenia ich rozmieszczenia, właściwości, współzależności i zachodzących zmian. Osiągnięciem orientacji poznawczej jest opracowanie teorii modelowania kartograficznego. W koncepcji tej redakcja mapy została utożsamiona z procesem modelowania konkretnego stanu rzeczywistości o stopniu uogólnienia adekwatnym do celu i przeznaczenia mapy. Ze względu na ograniczoną pojemność informacyjną mapy w danej skali, w procesie przekazu kartograficznego istnieje konieczność uogólnienia informacji przestrzennej poprzez generalizację. Najistotniejszą cechą procesu generalizacji jest zachowanie podstawowej struktury i charakteru danych geograficznych. Złożoność i wieloaspektowość procesu generalizacji kartograficznej sprawia, że zagadnienie to niezwykle trudno zdefiniować w postaci zestawu reguł algorytmicznych. Ze względu na złożoność problemu, większość prowadzonych badań dotyczy wyłącznie automatyzacji wybranych elementów składowych procesu generalizacji np. opracowania operatorów upraszczania obiektów liniowych. Jedną z najważniejszych potrzeb dzisiejszej kartografii jest zatem określenie obiektywnych reguł oraz próba skonstruowania w oparciu o nie całościowego modelu procesu generalizacji. Prowadzone przez autora badania wskazują na celowość zastosowania metod tzw. sztucznej inteligencji obliczeniowej, np wykorzystania teorii automatów komórkowych jako całościowej metody modelowania kartograficznego danych źródłowych. Istotą automatów komórkowych jest dyskretyzacja przestrzeni geograficznej i iteracyjne przetwarzanie danych źródłowych z zastosowaniem reguł o charakterze lokalnym. Automaty komórkowe cechuje zdolność do tworzenia bardzo złożonych globalnych wzorów i zachowań przestrzennych na podstawie prostych reguł zmian o zasięgu lokalnym oraz wiedzy o pojedynczych komórkach. W oparciu o teorię automatów komórkowych można zatem zbudować model procesu generalizacji kartograficznej łączący w sobie cechy generalizacji ilościowej treści i formy oraz generalizacji jakościowej. Uzyskane przez autora wyniki wskazują ponadto, iż automaty komórkowe mogą spełnić rolę operatorów selekcji i agregacji oraz upraszczania i wygładzania granic obszarów podczas generalizacji obiektów powierzchniowych.

Słowa kluczowe

EN

cartography; map; geographic space

PL

kartografia; mapa; przestrzeń geograficzna

• Wydawca: Komitet Geodezji PAN
• Czasopismo: Geodezja i Kartografia
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 52, z. 2
• Strony: 57--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.,rys., tab.

Twórcy

autor

Olszewski R.

• Institute of Photogrammetry and Cartography Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Baranowski M., Ciołkosz A., Nowa mapa użytkowania ziemi w Polsce jako pochodna danych „ CORINE Land Cover” (A New Land Use Map of Poland as a derivative of the CORINE Land Cover Data”), Polski Przegląd Kartograficzny Tom 29, nr 4 (1997).
• [2] Brassel K., Weibel R., A review and conceptual framework of automated map generalization, International Journal of Geographical Information Systems, 2 (3) (1988).
• [3] Chrobak T., Badanie przydatności trójkąta elementarnego w komputerowej generalizacji kartograficznej (Testing the usefulness of an elementary triangle in computerised cartographic generalisation), praca habilitacyjna, AGH, 1999.
• [4] Ciołkosz A., Kęsik A., Teledetekcja satelitarna (Satellite remote sensing), PWN, Warszawa, 1989.
• [5] Coveney P., Highfield R., Granice złożoności (Limits of complexity), Prószyński i S-ka, Warszawa, 1997.
• [6] Iwaniak A., Paluszyński W., Żyszkowska W., Generalizacja map numerycznych - koncepcje i narzędzia (Generalisation of digital maps - concepts and tools), Polski Przegląd Kartograficzny, 1998.
• [7] Kułakowski K., Automaty komórkowe (Cellular automata), Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie, Ośrodek Edukacji Niestacjonarnej, Wydawnictwo ,jak”, Kraków, 2000.
• [8] Makowski A., Na obrzeżach cybernetyki (At the edges of cybernetics), w: Mapa w systemach komputerowych, Materiały XXVIII Ogólnopolskiej Konferencji Kartograficznej, Szczecin, 2001.
• [9] Markus M., Hess B., Nature, 347 (56), (1990).
• [10] McMasterR. B., Conceptual frameworks for geographical knowledge, In: Map generalization: Making rules for knowledge representation, Red. B. Buttenfield, R. B. McMaster. Longman, London, 1991.
• [11] Meyer U., Computer assisted generalisation of buildings for digital landscape models by classification methods, Proceedings ICA Conference, Morelia, 1987.
• [12] Olszewski R., Generalisation of a coast line a multi-fractal approach, Geodezja i Kartografia, t. LI, z. 4, (2002).
• [13] Olszewski R., Automaty komórkowe a generalizacja kartograficzna (Cellular automata versus cartographic generalisation), Magazyn Geoinformacyjny „Geodeta” 97, Warszawa, 2003.
• [14] Ratajski L., Metodyka kartografii społeczno-gospodarczej (Methodology of social-and-economic cartography), PPWK, Warszawa - Wroclaw, 1989.
• [15] Saliszczew K. A., Kartografia ogólna (General cartography), PWN, Warszawa, 1998.
• [16] Shea K. S, McMaster, R. B., Cartographic generalisation in a digital environment: When and How to generalise, Proceedings Auto Carto 9, Ninth International Symposium on Computer-Assisted Cartography, Baltimore, Maryland, 1989.
• [17] Weibel R., Amplified intelligence and rule-base systems, In: Map generalisation: making rules for knowledge representation, Red.: B. Buttenfield, R. McMaster, Longman, London, 1991.
• [18] Weibel R., Map generalisation in the context of digital systems, Cartography and GIS, vol. 22, no. 4 (1995).
• [19] J Wilkinson G., Using cellular automata to generalise satellite-derived raster data for GIS input, Materiały Konferencji Międzynarodowej Asocjacji Kartograficznej, Pekin, 2001.
• [20] Wolfram S., Cellular Automata as Models of Complexity, Nature, 311 (1984).
• [21] Wolfram S., 2002, A New Kind of Science, Wolfram Media Inc., Winnipeg, 2002.