改进城市Thi Thu Ha Pham引用此版本：ThiThu Ha Pham。改进城市现象的制图表现其他[cs.OH]。东巴黎大学，2017年。法语。NNT：2017PESC1229。电话：01763129HAL ID：电话：01763129https://theses.hal.science/tel-01763129提交日期：2018年HAL是一个多学科的开放存取档案馆，用于存放和传播科学研究论文，无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构，也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire数学与信息与通信科学与技术博士学院通信法国运输科学技术研究所，规划和网络获得博士学位的论文专业：计算机科学10月30日提交并支持Thi Thu Ha Pham改进的地图表示法城市现象陪审团Anne RUAS（博士，HDR），COSYS-LISIS实验室，IFSTTAR论文主任Thérèse LIBOUREL（博士，HDR），蒙彼利埃联合主任Gilles Gesquiere（博士，HDR），里昂第二卢米埃尔大学报告员Paule-Annick Davoine（博士，HDR），格勒诺布尔阿尔卑斯报告员Sidonie Christophe（博士，HDR），COGIT实验室，IGN检查员Pierre GAUTREAU（博士），巴黎第一大学先贤祠-索邦分校检查员谢谢你有人告诉我，这篇论文绝不是一项孤独的工作。事实上，我感到非常幸运，总是有这么多人的支持，首先，我衷心感谢我的论文导师Anne Ruas，感谢她在整个论文过程中对我的支持、指导和鼓励。我想告诉他，我非常感谢他对我的信任和耐心。我还要感谢我的联合主任Thérèse Liburel，她提供了宝贵的建议，特别是在第三年。我要感谢陪审团的每一位成员，先生。Gesquière，Davoine夫人，Christophe夫人，和M.Gautreau我还要感谢COSYS实验室的整个团队，感谢他们的友好和善意：Léa、Jean-Luc、Gonzague、Pierre、Julien、Rachida、Eric、Stéphane、Patrice、Sylvie、Emmanuel、Philippe。非常感谢Laura和Janelle在一起度过的所有时光，感谢你们的友谊，这让感谢一直在我身边的朋友们，特别是迪普-明和亨-明，感谢你们的陪伴和支持，你们就像我在法国的第二个家庭。最后但并非最不重要的是，我要感谢我的家人。感谢我的父母、姐姐和侄女，他们总是给我爱和勇气。谢谢你从河内到巴黎的长途旅行来支持我。摘要现在世界上一半以上的人口生活在城市里。法国的这一比例为77.5%。城市人口的高密度造成了许多环境问题，如噪音、城市热浪、化学污染或磁污染。在一个城市里，人们可以通过信息技术基础设施以及技术服务和公民之间的信息共享来获得有关这些现象的信息。如果说智慧城市的目标之一是改善水和电等资源的管理，那么另一个目标是通过收集当地信息并将其发布在公共门户网站上，能够每天监测城市中发生的气候和污染情况。但这些信息通常以图表或地图的形式传达，并不容易解释。L’objectif decettethèseestdeproposerdessolutionspouraméliorerlareprésentationcartographique de phénomènes urbains dans leur contexte géographique afin que celle-ci soit facile à comprendre aussi bien pour les services techniques, que pour le grandpublic non spécialistes de ces为了使现象地图更容易感知，我们提供了不同细节级别的表示、地图空间的各种选择、简单且适合现象的符号以及特定区域的自动识别。对于细节级别，我们根据不同的细节级别（数据库中的准备性优化）和当前的可视化比例（动态和交互式优化）调整图形密度。对于地图空间的选择，可以在建筑物集合、街道或用户输入的任何几何结构上表示现象。最后，对于特定区域的自动识别，我们识别超过危险阈值的极值或具有显著值的高度分散的区域，以允许用户快速定位它们。我们还建议为此，我们首先构建了一个概念架构来组织数据，然后提出了一个优化过程，逐步指定数据库中要完成的工作。为了实现这一点，我们提出了一个软件体系结构，以改善基于不适合制图的源数据的Web上2D现象的表示。我们还选择了第二种软件架构来改进桌面GIS软件（如QGIS）中的现象可视化。为了简化优化过程我们通过两个案例研究测试了我们的建议的有效性：供水网络中的水流和城市热浪，其中每种现象都带来了特殊的困难。这两个案例研究使我们能够在数据模式和功能方面从概念上巩固我们的建议。我们的实验结果实现了我们为自己设定的主要目标：可视化现象及其地理背景和不同的细节水平，提出适当和适应的符号化;根据当前的可视化（观察位置）调整3D现象（热浪）通过这样做，我们希望参与到GIS工具中现象的最佳表示中，GIS工具在其他地方被广泛使用，但没有提供许多功能来可视化这类摘要世界上一半以上的人口现在生活在城市里。法国的这一比例为77.5%。城市人口的高密度造成了许多环境问题，如噪音、城市热浪、化学污染或磁污染。在一个城市里，居民可以通过计算机基础设施和公民之间的信息共享获得所有的信息。如果智慧城市的目标之一是改善水和电等资源的管理，那么另一个目标是通过收集当地信息并在公共制图门户网站上绘制地图，能够每天控制城市在气候和污染方面发生的事情。虽然公民服务之间的联系、人民和政府机构之间的互动非常重要，但通常以图形或地图表示的相关信息并不容易让所有人理解和解释。因此，本文的目的是提出解决方案，以改善城市现象的表现与其地理背景和不同程度的细节，使其易于理解的一般公众。为了促进对现象图的感知，我们提出了从最一般到最详细的不同细节级别的表示，并根据细节级别调整图形密度。（数据库中的准备性优化）和当前可视化规模（与用户进行动态交互优化）地图空间的各种选择，例如，现象可以在一组建筑物或街道上表示，或者在用户选择的任何几何结构上表示;简单且适应于现象的符号;自动识别特定区域：具有极值、超过危险阈值或具有广泛的分散性，这允许用户在整个可视化过程中快速定位感兴趣的区域。我们还建议添加观察者的概念，并根据观察者的位置调整可视化，以减少现象的不同高度级别的3D表示之间的重叠，当它根据高度变化时（并且这些数据是可用的）。为了做到这一点，我们首先建立了一个概念方案来组织数据，然后提出了一个优化过程，该过程指定了要在数据库中逐步完成的工作。对于实现，我们提出了一个软件体系结构来优化表示来自不适合映射的源数据的Web下的2D现象。我们还选择了一个软件架构来优化和可视化桌面GIS（如QGIS）中的现象。为了简化优化过程，我们在Python中开发了一个QGIS插件，允许从QGIS接口在PostGIS中执行SQL查询。我们通过两个案例研究测试了我们的方法的功能：水网络中的流动和城市热浪，其中每种现象都带来了特殊的困难。这两个案例研究使我们能够巩固我们对数据模式和功能的建议。我们的实验结果实现了我们为自己设定的主要目标：在不同的细节水平上可视化现象及其地理背景，提出适当和适应的符号化;根据当前的可视化（观察位置）调整3D现象（热浪），但仍有一些方面需要改进。材料表第一章：导言18现象：定义和特征18如何感知一种现象？.......................................................................................................................18我们为什么要对城市现象感兴趣？...............................................................................................18不适合表示现象的表示和工具19我们研究的目标21计划22第二章：制图原则和标准列报工具241. 制图学与图形符号学241.1 卡241.1.1. 什么是卡片？................................................................................................................................241.1.2. 卡片的内容是什么？....................................................................................................................241.1.3. 卡的用途是什么？........................................................................................................................251.1.4. 我们的基本问题是，如何设计城市现象地图？........................................................................251.1.5. 发展251.2 图形符号学261.2.1 一般原则261.2.2 视觉变量28A. 表格29B. 颜色311.2.3 综合：视觉变量的性质332. 地理信息的表示...........................................................................................................................2.1. 要表示的数据342.1.1 数据矢量352.1.2 光栅数据372.2. 视觉限制382.2.1. 传统阈值38a. 感知阈值38b. 分离阈值39c. 差异阈值392.2.2 卡片的可读性.................................................................................................................................a. 影响可读性的因素40图形密度40角度分离41视网膜分离41b. 风险图的易读性（Chesneau 2007）413. IG 42的多级表示.........................................................................................................................3.1 详细级别，分析级别.............................................................................................................3.2 多级表示434. 地理数据的标准软件444.1 基于设计方法和建模形式的工具454.1.1. 软件工程的一般方法454.1.2. 专门用于地理数据的更具体方法474.2. 用于表示现象的GIS工具484.2.1 GIS一词是什么意思？................................................................................................................... 484.2.2 GIS工具 48a.桌面GIS（桌面GIS）49GIS 3D 50GvSIG及其扩展3D 50历史性503D扩展51WebGL 51b.空间DBMS52c.GIS扩展、插件和API 534.2.3 GIS领域之外的可视化科学工具 535. 提高地图显示的可见性545.1. 提高地图可读性的颜色对比度研究数据建模55对颜色知识进行建模，以计算和对比度分析55提案的制定565.2. 帮助设计个性化和原创字幕：5.3. 评估和提高地理地图可读性的模型.................................................................................... 586. 关于标准表示工具部分的结论59第三章：原则621. 目标和办法622. 一些定义和缩写642.1. 细节级别LoD 642.2. 城市现象642.3. 空间支持642.4. 支撑空间的几何形状和类型................................................................................................2.5. 参考尺寸663. 现象表示的网格和平面图673.1. 网格673.2. 矩阵设计................................................................................................................................4. 数据结构化705. 整个过程735.1. 步骤1：数据分析745.1.1. 决定如何在其支持空间上表示现象745.1.2. LoD数量 765.2. 步骤2：为每个LoD 775.2.1. 描述LoD和标度的属性775.2.2. 研究区域........................................................................................................................................5.2.3. 描述数据密度的属性785.3. 第三步：根据观测现象的尺度和位置调整数据第四章：执行情况811. 81进程的实施1.1. 步骤2a：数据提取811.2. 步骤2b：将数据密度调整为LoD 831.2.1. 调整环境空间中网格的数据密度................................................................................................1.2.2. 如何调整线性支持空间的数据密度？........................................................................................851.3. 步骤2c：计算新几何体的值881.3.1. 通过归纳法批准数据881.3.2. 数据的插值891.4. 步骤2d：为足够的图形密度建立适当的几何结构901.4.1. 如何选择符号？............................................................................................................................90a. 符号90的形式b. 符号实现的类型............................................................................................................................. 90问题：点符号不解决方案：将点符号替换为曲面符号91c. 符号大小92表示标量数据的圆92箭头表示矢量数据93d. 颜色系列中每个符号的颜色951.4.2. 如何为每种类型的地图空间创建几何结构................................................................................95a. 环境空间中的结构..........................................................................................................................网格95的类型96计划b. 网络上的结构（道路、管道）971.5. 步骤2：对值进行排序981.6. 步骤2f：关键区域和热点的位置991.6.1. 临界区991.6.2. 99个热点1.7. 步骤3：动态优化1001.7.1. 将CVD值字段调整为...................................................................................................................1.7.2. 调整全局2D 101中的.................................................................................................................1.7.3. 根据观察者模式101进行2. 计算机工具1032.1. 3D可视化工具的选择.........................................................................................................2.2. 所用工具的描述1052.2.1. 月食1052.2.2. PostgreSQL/PostGIS 1062.2.3. 地理服务器1062.2.4. OpenLayers 1072.2.5. 带有扩展名qgis2threejs 107的QGIS.........................................................................................2.3. 所用工具的一般架构1072.3.1. Web地图工具体系结构1082.3.2. 桌面GIS软件可视化的工具体系结构：PostGIS中的数据库和QGIS109中2.3.4.符号化的特殊情况.......................................................................................................................1103. PostGIS 112中的数据结构3.1. 初始表1123.1.1. 表现象112集3.1.2. 状态表1123.1.3. 表初始字段值1133.1.5.城市数据表...................................................................................................................................1133.2. 已创建的表1133.1.4.表空间支撑和表几何空间支撑...................................................................................................1143.2.1. 表列表_CVC 1143.2.2. 映射的字段值表1153.2.3. 热点表1163.2.4. 关键区域表1163.2.5. 表符号1173.2.6. 颜色表1174. 开发4.1. 功能1174.2. QGIS 118中的界面和输入菜单5. 案例....................................................................................................................................................5.1. 供水网络.....................................................................................................................................5.1.1. 上下文1215.1.2. 源数据描述121a. 描述网络几何形状的数据122b. 122号线c. 初始网格123d. 流量数据..............................................................................................................................................123的速度123号线水压......................................................................................................................................氯的浓度1245.1.3. 目标1255.1.4. 难度1255.1.5. 执行情况125a. 用于信息模拟的HBDS数据模式........................................................................................................b. 详细数据图127c. 水压力的图形表示..............................................................................................................................d. 水流速度的表示..................................................................................................................................e. 氯133的流动图...................................................................................................................................f. 网络服务和结论1345. 2.第135章5.2.1. 上下文1355.2.2. 数据的目的和描述1375.2.3. 外部温度138a. 步骤1：分析数据以定义最大详细程度138b. 热点143c. 步骤3：根据可视化条件调整数据144d. 使用道路网表示室外温度1465.2.4. 内部温度1475.2.5. 室内和室外温度图1495.2.6. 关于热浪150第五章结论和展望1521. 一般结论1522. 前景155出版物和专题介绍清单159第159章会议和研讨会159表161表162参考书目169第一章：引言18第一章：引言现象：定义和特征在康德看来，根据拉鲁斯词典，现象是一个自然的事实，可以进行科学研究，并可以成为一个实验的主题。我们谈论现象是为了限定我们感知到的东西，在地理学中，我们用"现象"一词来表示所有的事物，物理世界中与时空变化有关的事实，如化学污染、气候、噪音等。如何感知一种现象？大多数现象都是通过视觉来理解的，但也有一些现象是不可观察的，它们是通过我们的感官或使用仪器来感知的。例如，我们看不到热，但我们能感觉到它，空气污染现象就在我们周围，但大多数现象都很我们为什么要对城市现象感兴趣？今天世界上一半以上的人口生活在城市。在发达国家，这一比例上升到80%。城市人口的高密度造成了许多环境问题，如噪音、城市热浪、化学污染或磁污染。作为公民，我们想知道我们每天呼吸的空气中是否如果城市的目标之一第一章：引言19一个聪明的方法是改善水和电等资源的管理，另一个聪明的方法是能够控制城市中每天发生的气候和污染。不适合表示现象的有关这些现象的信息涉及城市的技术服务和居民;通常以图表或地图的形式提供，不幸的是，并非所有人都容易解释这些信息。地图表示可能过于简单（在这种情况下，可能会遗漏关键细节非专家比有经验的用户需要更长的时间来理解地图，他们无法解释地图的部分原因是不适当的图形表示。事实上，有时它会叠加现象及其地理背景，或者它不提供地理背景信息（图1）。如果没有背景信息，解释图1：
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