2020年 第45卷 第9期
2020, 45(9): 1319-1327.
doi: 10.13203/j.whugis20200010
摘要:
川藏铁路广域范围内实体要素粒度差异大、语义繁杂，多学科多专业空间信息数据多源异构，时空基准与数据格式不统一，难以高效集成管理与融合分析。为构建川藏铁路时空信息统一表达的认知共享概念体系，提出地理、地质、设施、气象、生态、灾害、人员7大实体要素类型，并对其几何、尺度、拓扑、属性、行为特征及相互作用关系等进行刻画，将要素类型进行实体化分类，制定了川藏铁路实体要素的统一编码规则以及扩充方法，对高位分类（门类、亚门类、大类和中类）以及低位分类（一、二、三级小类）进行扩充与删减，形成共包含2个门类、6个亚门类、27个大类和87个中类的高维分类体系。在此基础上，建立川藏铁路实体要素分类体系，并对每一个实体要素进行编码，赋予其唯一的、无歧义的身份标识，实现川藏铁路多维动态时空信息与实体要素之间的精准映射，为数字孪生川藏铁路建设奠定坚实基础。
川藏铁路广域范围内实体要素粒度差异大、语义繁杂，多学科多专业空间信息数据多源异构，时空基准与数据格式不统一，难以高效集成管理与融合分析。为构建川藏铁路时空信息统一表达的认知共享概念体系，提出地理、地质、设施、气象、生态、灾害、人员7大实体要素类型，并对其几何、尺度、拓扑、属性、行为特征及相互作用关系等进行刻画，将要素类型进行实体化分类，制定了川藏铁路实体要素的统一编码规则以及扩充方法，对高位分类（门类、亚门类、大类和中类）以及低位分类（一、二、三级小类）进行扩充与删减，形成共包含2个门类、6个亚门类、27个大类和87个中类的高维分类体系。在此基础上，建立川藏铁路实体要素分类体系，并对每一个实体要素进行编码，赋予其唯一的、无歧义的身份标识，实现川藏铁路多维动态时空信息与实体要素之间的精准映射，为数字孪生川藏铁路建设奠定坚实基础。
2020, 45(9): 1328-1333.
doi: 10.13203/j.whugis20200080
摘要:
以欧氏几何为基础的信息框架对地理信息科学的发展起着重要作用。然而，由于欧氏空间对地理信息系统（geographic information system，GIS）中地理对象和现象的表达依赖于坐标系统以及对象具体坐标，使得基于欧氏空间的地理对象表达、计算和分析难以形成多维统一的运算规则和运算框架，增加了GIS算法的复杂度，降低了GIS分析效率。几何代数是一种以维度运算为基础的结合代数，在几何代数中，空间被定义为向量集合间的运算，空间维数直接由运算法则确定，可实现高维几何计算和分析的统一。基于几何代数统一的计算与分析框架对现有GIS进行构造，能够更好地对高维对象进行表达与分析，提升对复杂地理对象与动态地理现象的表达、时空多尺度分析以及不同尺度地理模型耦合集成的能力，有助于奠定GIS向实时动态、虚实融合、全视角、全要素、全内容表达的全息地图方向发展的理论基础。
以欧氏几何为基础的信息框架对地理信息科学的发展起着重要作用。然而，由于欧氏空间对地理信息系统（geographic information system，GIS）中地理对象和现象的表达依赖于坐标系统以及对象具体坐标，使得基于欧氏空间的地理对象表达、计算和分析难以形成多维统一的运算规则和运算框架，增加了GIS算法的复杂度，降低了GIS分析效率。几何代数是一种以维度运算为基础的结合代数，在几何代数中，空间被定义为向量集合间的运算，空间维数直接由运算法则确定，可实现高维几何计算和分析的统一。基于几何代数统一的计算与分析框架对现有GIS进行构造，能够更好地对高维对象进行表达与分析，提升对复杂地理对象与动态地理现象的表达、时空多尺度分析以及不同尺度地理模型耦合集成的能力，有助于奠定GIS向实时动态、虚实融合、全视角、全要素、全内容表达的全息地图方向发展的理论基础。
2020, 45(9): 1334-1343.
doi: 10.13203/j.whugis20200211
摘要:
信息通信技术（information and communications technology，ICT）等的发展使现代地图面临着机遇和挑战：地图趋向数字虚拟空间方向发展，地图学的研究方法、主题与传统地图学大相径庭，地图虚拟空间的理论还有很大的发展空间，同时互联网技术（internet technology，IT）领域的学科跨界迫使地图逐渐发展成为互联网产品的附属物，内忧外患的双重夹击使得地图学亟待完善和更新理论。地图学发展的难题促使学者向其他领域进行探索。计算机游戏通常具有明显的地理意义，“数字+文化”的发展将游戏推向高新技术的前列，游戏地图则是现代ICT技术和地图的合体。以游戏地图的结构为研究对象，以游戏地图的维度、交互性、叙事探索性和文化传播性来探究虚拟空间的特点、本质及对现实物理世界的启示，发掘其对地图理论的扩展，从而完善ICT时代地图学的知识和理论，促进地图学的发展。
信息通信技术（information and communications technology，ICT）等的发展使现代地图面临着机遇和挑战：地图趋向数字虚拟空间方向发展，地图学的研究方法、主题与传统地图学大相径庭，地图虚拟空间的理论还有很大的发展空间，同时互联网技术（internet technology，IT）领域的学科跨界迫使地图逐渐发展成为互联网产品的附属物，内忧外患的双重夹击使得地图学亟待完善和更新理论。地图学发展的难题促使学者向其他领域进行探索。计算机游戏通常具有明显的地理意义，“数字+文化”的发展将游戏推向高新技术的前列，游戏地图则是现代ICT技术和地图的合体。以游戏地图的结构为研究对象，以游戏地图的维度、交互性、叙事探索性和文化传播性来探究虚拟空间的特点、本质及对现实物理世界的启示，发掘其对地图理论的扩展，从而完善ICT时代地图学的知识和理论，促进地图学的发展。
2020, 45(9): 1344-1355.
doi: 10.13203/j.whugis20200047
摘要:
中国自然灾害发生频繁，受自然灾害的威胁极大，防灾减灾、抗灾救灾是人类生存发展的永恒课题。在自然灾害应急领域中，相关数据骤增而应急关键知识明显匮乏，存在“数据-信息-知识”转化能力不足的问题，由此提出了自顶向下和自底向上相结合的自然灾害应急知识图谱构建方法。围绕自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法4个要素，自顶向下构建模式层，通过本体建模形成知识图谱的概念框架；自底向上构建数据层，通过数据获取、知识抽取、融合、存储建立实体间关联关系。以洪涝灾害应急知识图谱为例进行实验验证，结果表明，该方法能够对自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法4要素的概念层次关系及要素属性、要素间语义关联关系进行形式化表达，实现了从多源数据到互联知识的转化。
中国自然灾害发生频繁，受自然灾害的威胁极大，防灾减灾、抗灾救灾是人类生存发展的永恒课题。在自然灾害应急领域中，相关数据骤增而应急关键知识明显匮乏，存在“数据-信息-知识”转化能力不足的问题，由此提出了自顶向下和自底向上相结合的自然灾害应急知识图谱构建方法。围绕自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法4个要素，自顶向下构建模式层，通过本体建模形成知识图谱的概念框架；自底向上构建数据层，通过数据获取、知识抽取、融合、存储建立实体间关联关系。以洪涝灾害应急知识图谱为例进行实验验证，结果表明，该方法能够对自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法4要素的概念层次关系及要素属性、要素间语义关联关系进行形式化表达，实现了从多源数据到互联知识的转化。
2020, 45(9): 1356-1366.
doi: 10.13203/j.whugis20190346
摘要:
空间数据关系中的异质性或非平稳性特征是近期空间统计或相关应用领域的研究热点之一，而局部空间统计分析技术的提出与发展是其关键环节。地理加权回归分析技术（geographically weighted regression，GWR）通过关于位置的局部加权回归分析模型求解，以随着空间位置不同而变化的参数估计结果，量化反映空间数据关系中的异质性或非平稳性特征。GWR技术已在众多领域内广泛应用，逐渐成为重要的空间关系异质性建模工具之一。针对GWR模型解算、结果解读、模型检验等基础技术环节进行了系统总结，分别分析回顾了其对应的相关研究进展以及应用过程中存在的问题。同时，系统梳理了近年来GWR技术的主要拓展与延伸，重点阐述了其在采用灵活的距离度量选择、参数的多尺度估计以及时空数据建模方面的GWR技术扩展研究。此外，还简要介绍了现有的主要GWR技术软件工具，以期为读者和用户提供相对全面的GWR技术信息参考与知识总结。
空间数据关系中的异质性或非平稳性特征是近期空间统计或相关应用领域的研究热点之一，而局部空间统计分析技术的提出与发展是其关键环节。地理加权回归分析技术（geographically weighted regression，GWR）通过关于位置的局部加权回归分析模型求解，以随着空间位置不同而变化的参数估计结果，量化反映空间数据关系中的异质性或非平稳性特征。GWR技术已在众多领域内广泛应用，逐渐成为重要的空间关系异质性建模工具之一。针对GWR模型解算、结果解读、模型检验等基础技术环节进行了系统总结，分别分析回顾了其对应的相关研究进展以及应用过程中存在的问题。同时，系统梳理了近年来GWR技术的主要拓展与延伸，重点阐述了其在采用灵活的距离度量选择、参数的多尺度估计以及时空数据建模方面的GWR技术扩展研究。此外，还简要介绍了现有的主要GWR技术软件工具，以期为读者和用户提供相对全面的GWR技术信息参考与知识总结。
2020, 45(9): 1367-1377, 1437.
doi: 10.13203/j.whugis20200175
摘要:
已有的战场环境仿真模型缺乏作战实体与地理实体和地理现象之间相互影响及交互作用的语义表达，难以反映时空条件下地理环境实体的动态变化规律。提出了一种面向仿真事件的战场地理环境时空过程模型，实现时空过程语义的一体化描述以及结构化存储，从语义角度表达时空对象之间的相互作用和影响关系。该模型采用本体的方法集成描述仿真事件、环境实体及其行为过程的时空语义和属性语义，基于面向对象的方法构建具有层次结构的时空过程语义逻辑关系，按照数据模型的语义特征建立时空过程数据的组织与存储结构。基于该模型设计战场环境仿真平台组件并在仿真系统中应用，实验表明, 与传统仿真模型相比，该模型能更好地记录和表达时空过程语义变化信息。
已有的战场环境仿真模型缺乏作战实体与地理实体和地理现象之间相互影响及交互作用的语义表达，难以反映时空条件下地理环境实体的动态变化规律。提出了一种面向仿真事件的战场地理环境时空过程模型，实现时空过程语义的一体化描述以及结构化存储，从语义角度表达时空对象之间的相互作用和影响关系。该模型采用本体的方法集成描述仿真事件、环境实体及其行为过程的时空语义和属性语义，基于面向对象的方法构建具有层次结构的时空过程语义逻辑关系，按照数据模型的语义特征建立时空过程数据的组织与存储结构。基于该模型设计战场环境仿真平台组件并在仿真系统中应用，实验表明, 与传统仿真模型相比，该模型能更好地记录和表达时空过程语义变化信息。
2020, 45(9): 1378-1385.
doi: 10.13203/j.whugis20200091
摘要:
对公众展开滑坡灾害教育，可以提升公众的灾害风险意识。目前的灾害教育主要针对学生与救护人员，其教育方式集中于课本教学及专业培训，内容专业性较强，且教育者与公众之间缺乏有效的沟通渠道，公众难以对滑坡灾害有直观认知。针对上述问题，提出一种面向公众教育的滑坡灾害可视化视觉表征方法，重点研究动静结合的视觉表征框架以及滑坡灾害知识图解与概念图实例化等关键技术，以实现对滑坡过程的整体描述与外在因果的表现。选择2017年6月24日发生的6·24茂县叠溪特大山体滑坡开展案例实验分析，实验结果表明，该方法能够有效地构建滑坡灾害知识的视觉内容，快速地帮助公众了解滑坡灾害知识。
对公众展开滑坡灾害教育，可以提升公众的灾害风险意识。目前的灾害教育主要针对学生与救护人员，其教育方式集中于课本教学及专业培训，内容专业性较强，且教育者与公众之间缺乏有效的沟通渠道，公众难以对滑坡灾害有直观认知。针对上述问题，提出一种面向公众教育的滑坡灾害可视化视觉表征方法，重点研究动静结合的视觉表征框架以及滑坡灾害知识图解与概念图实例化等关键技术，以实现对滑坡过程的整体描述与外在因果的表现。选择2017年6月24日发生的6·24茂县叠溪特大山体滑坡开展案例实验分析，实验结果表明，该方法能够有效地构建滑坡灾害知识的视觉内容，快速地帮助公众了解滑坡灾害知识。
2020, 45(9): 1386-1394.
doi: 10.13203/j.whugis20190409
摘要:
应急疏散标识是逃生人员能否安全逃生的关键因素之一，但其布局的合理性需要进一步的定量优化研究。以办公楼为实验区，借助虚拟眼动实验，分析了实验区指向型应急疏散标识布局的不合理之处；同时设计有效的修改优化方案，提升了应急疏散标识的指向作用。设计了两组虚拟眼动疏散实验，每组实验由两个实验构成，其中实验组1使用真实疏散标识布局，实验组2作为验证实验，使用修改后的疏散标识布局。对比实验结果可得，实验组2的两个实验较实验组1的疏散时间分别缩短了30.28%和30.99%，期望疏散距离分别缩短了42.67%和40.06%，疏散时间和期望疏散距离均明显改善。实验结果与数据分析证明了实验区域内指向型应急疏散标识修改方法和修改方案的有效性。同时创建了一套新的指向型应急疏散标识布局优化方法和流程。
应急疏散标识是逃生人员能否安全逃生的关键因素之一，但其布局的合理性需要进一步的定量优化研究。以办公楼为实验区，借助虚拟眼动实验，分析了实验区指向型应急疏散标识布局的不合理之处；同时设计有效的修改优化方案，提升了应急疏散标识的指向作用。设计了两组虚拟眼动疏散实验，每组实验由两个实验构成，其中实验组1使用真实疏散标识布局，实验组2作为验证实验，使用修改后的疏散标识布局。对比实验结果可得，实验组2的两个实验较实验组1的疏散时间分别缩短了30.28%和30.99%，期望疏散距离分别缩短了42.67%和40.06%，疏散时间和期望疏散距离均明显改善。实验结果与数据分析证明了实验区域内指向型应急疏散标识修改方法和修改方案的有效性。同时创建了一套新的指向型应急疏散标识布局优化方法和流程。
2020, 45(9): 1395-1402.
doi: 10.13203/j.whugis20200203
摘要:
在开放式Web环境中，模型服务化共享促进了陆地碳循环模型的发展，然而海量的计算数据导致模型计算缓慢，现有模型服务化方案难以满足其计算需求。为了解决这一问题，提出了一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法。该方法主要思想是基于现有模型服务化方案，通过增加计算节点的方法以缓解陆地碳循环模型计算压力，主要包括陆地碳循环模型服务准备和陆地碳循环模型分布式运行两个步骤。基于此设计了任务分割和派发策略将复杂计算任务离散化并派发至计算节点进行运算。将设计的方法应用到3个典型陆地碳循环模型的计算中，验证了该方法的可行性，提高了陆地碳循环模型的计算速度。
在开放式Web环境中，模型服务化共享促进了陆地碳循环模型的发展，然而海量的计算数据导致模型计算缓慢，现有模型服务化方案难以满足其计算需求。为了解决这一问题，提出了一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法。该方法主要思想是基于现有模型服务化方案，通过增加计算节点的方法以缓解陆地碳循环模型计算压力，主要包括陆地碳循环模型服务准备和陆地碳循环模型分布式运行两个步骤。基于此设计了任务分割和派发策略将复杂计算任务离散化并派发至计算节点进行运算。将设计的方法应用到3个典型陆地碳循环模型的计算中，验证了该方法的可行性，提高了陆地碳循环模型的计算速度。
2020, 45(9): 1403-1411.
doi: 10.13203/j.whugis20190394
摘要:
在虚拟战场环境中，时空数据的高效组织是动态描述战场关键要素、实时分析军事行动计划的前提。首先对经度、纬度、时间进行同步层次嵌套细分来构建规则的多分辨率时空网格，然后基于Hilbert曲线设计时空格元编码，进而根据虚拟战场环境时空数据与时空格元Hilbert码的对应关系，提出一种基于Hilbert码的时空数据索引方法。在此基础上设计实验, 比较格元编码的时空邻近性、索引构建效率以及查询效率。结果表明，Hilbert码方法在邻近性上优于Morton码，索引构建速度满足大规模时空数据处理需要，且查询效率优于直接基于经度、纬度、时间查询和基于Morton码查询的方法，可作为虚拟战场中作战计划推演、战场环境要素可视化与分析等时空操作的基础。
在虚拟战场环境中，时空数据的高效组织是动态描述战场关键要素、实时分析军事行动计划的前提。首先对经度、纬度、时间进行同步层次嵌套细分来构建规则的多分辨率时空网格，然后基于Hilbert曲线设计时空格元编码，进而根据虚拟战场环境时空数据与时空格元Hilbert码的对应关系，提出一种基于Hilbert码的时空数据索引方法。在此基础上设计实验, 比较格元编码的时空邻近性、索引构建效率以及查询效率。结果表明，Hilbert码方法在邻近性上优于Morton码，索引构建速度满足大规模时空数据处理需要，且查询效率优于直接基于经度、纬度、时间查询和基于Morton码查询的方法，可作为虚拟战场中作战计划推演、战场环境要素可视化与分析等时空操作的基础。
2020, 45(9): 1412-1421.
doi: 10.13203/j.whugis20190456
摘要:
虚拟地形的动态形变是提升虚拟地理环境动态适应性，使其能够支撑灾害模拟、作战仿真等的重要研究内容，也是研究人地交互作用的重要支撑。以弹坑动态生成为例，从爆炸物理作用力和弹坑形态几何拟合入手，探索虚拟地形形变模型构建方法，提出耦合地质特性的弹坑形态模型计算方法，相比现有成果，该方法同时耦合多种炮弹参数，便于引入地质特性参数，可有效解算不同弹种在不同入射角下对不同地质环境的爆炸效果。同时，改进现有弹坑区域纹理生成方法，新方法考虑了弹坑区域多介质组成情况下纹理贴图的混合问题。使用Unity进行验证，结果表明，建立的弹坑模型可体现不同炮弹入射角、爆炸当量和地质特性的影响，弹坑形变状态与实际较为相似，弹坑区域贴图可反映不同地质纹理影响，研究结果能够为虚拟战场环境中炮弹触地爆炸产生弹坑这一动态变化过程的模拟提供支撑。
虚拟地形的动态形变是提升虚拟地理环境动态适应性，使其能够支撑灾害模拟、作战仿真等的重要研究内容，也是研究人地交互作用的重要支撑。以弹坑动态生成为例，从爆炸物理作用力和弹坑形态几何拟合入手，探索虚拟地形形变模型构建方法，提出耦合地质特性的弹坑形态模型计算方法，相比现有成果，该方法同时耦合多种炮弹参数，便于引入地质特性参数，可有效解算不同弹种在不同入射角下对不同地质环境的爆炸效果。同时，改进现有弹坑区域纹理生成方法，新方法考虑了弹坑区域多介质组成情况下纹理贴图的混合问题。使用Unity进行验证，结果表明，建立的弹坑模型可体现不同炮弹入射角、爆炸当量和地质特性的影响，弹坑形变状态与实际较为相似，弹坑区域贴图可反映不同地质纹理影响，研究结果能够为虚拟战场环境中炮弹触地爆炸产生弹坑这一动态变化过程的模拟提供支撑。
2020, 45(9): 1422-1428.
doi: 10.13203/j.whugis20190477
摘要:
地理信息可视化分析是灾害研究的重要手段，而移动增强现实（mobile augmented reality，MAR）为可视化注入了新的活力。灾害MAR可视化通常会涉及到多源数据的处理，这对移动设备的性能提出了挑战。为实现灾害移动增强可视化场景的流畅稳定加载，提出了一种基于流的场景加载优化方法。该方法利用多细节层次模型（level of detail，LOD）构建基础场景，拆分压缩后存储于服务器。客户端按照需要向服务器请求数据，然后依据传输策略控制数据的调度，并采用缓存机制缓解加载时的计算压力。同时搭建了一个原型系统用于测试方法的性能。实验结果表明，提出的优化方法可以实现灾害MAR可视化场景的快速加载，突破了Microsoft HoloLens设备的数据量限制，并在不同数据量的情况下表现稳定。
地理信息可视化分析是灾害研究的重要手段，而移动增强现实（mobile augmented reality，MAR）为可视化注入了新的活力。灾害MAR可视化通常会涉及到多源数据的处理，这对移动设备的性能提出了挑战。为实现灾害移动增强可视化场景的流畅稳定加载，提出了一种基于流的场景加载优化方法。该方法利用多细节层次模型（level of detail，LOD）构建基础场景，拆分压缩后存储于服务器。客户端按照需要向服务器请求数据，然后依据传输策略控制数据的调度，并采用缓存机制缓解加载时的计算压力。同时搭建了一个原型系统用于测试方法的性能。实验结果表明，提出的优化方法可以实现灾害MAR可视化场景的快速加载，突破了Microsoft HoloLens设备的数据量限制，并在不同数据量的情况下表现稳定。
2020, 45(9): 1429-1437.
doi: 10.13203/j.whugis20190470
摘要:
对三维建筑物模型进行合理的几何简化，可以在保持视觉效果一致性的前提下，降低其结构复杂度，减小数据规模，从而降低图形渲染压力，改善场景交互体验。三维建筑物模型简化是虚拟地理环境的热点问题之一。介绍了三维建筑物模型简化的重难点问题。根据简化方法特点，从面向几何特征的角度将方法分为基于投影特征的简化、符号化表达、结构特征的简化；从多因素约束的角度将方法分为纹理、语义、用户理解及感知约束下的简化。对不同简化方法的优缺点进行了分类归纳。以构建连续细节层次模型为目标，讨论了三维建筑物模型简化研究的发展方向。
对三维建筑物模型进行合理的几何简化，可以在保持视觉效果一致性的前提下，降低其结构复杂度，减小数据规模，从而降低图形渲染压力，改善场景交互体验。三维建筑物模型简化是虚拟地理环境的热点问题之一。介绍了三维建筑物模型简化的重难点问题。根据简化方法特点，从面向几何特征的角度将方法分为基于投影特征的简化、符号化表达、结构特征的简化；从多因素约束的角度将方法分为纹理、语义、用户理解及感知约束下的简化。对不同简化方法的优缺点进行了分类归纳。以构建连续细节层次模型为目标，讨论了三维建筑物模型简化研究的发展方向。
2020, 45(9): 1438-1447.
doi: 10.13203/j.whugis20180053
摘要:
交通流量是反映城市道路重要性以及城市道路在交通运输中发挥现实作用的重要指标。结合人类出行轨迹数据和路网数据，在充分考虑道路的几何特征(即长度、拓扑连接、分布密度、接近中心性和中介中心性)、属性特征（即道路等级）的基础上，进一步考虑道路长周期的周平均交通量这一衡量道路重要性的语义特征指标，提出了一种顾及道路交通流量语义信息的路网选取方法。首先，根据格式塔准则的连续性和方向一致性构建道路选取的基元——stroke单元；在此基础上，统计这些stroke单元的几何特征、属性特征指标，并结合移动轨迹数据计算各stroke单元的周平均日交通量作为道路选取的语义特征指标。然后，探测不同特征指标的熵值变化以确定不同道路选取指标的权重，并定义道路重要性评价的综合指标，对城市路网进行综合选取。最后，采用武汉市路网数据和出租车轨迹数据对该方法进行验证。实验表明，该方法能够保持原始路网的连通性和整体路网骨架，同时选取结果能够刻画出发挥重要职能的路段，反映人们的出行规律特征。此外，该方法可以发现道路网中设计等级较高但是实际中使用率却很低的路段，可为道路网的评价与规划等应用提供参考。
交通流量是反映城市道路重要性以及城市道路在交通运输中发挥现实作用的重要指标。结合人类出行轨迹数据和路网数据，在充分考虑道路的几何特征(即长度、拓扑连接、分布密度、接近中心性和中介中心性)、属性特征（即道路等级）的基础上，进一步考虑道路长周期的周平均交通量这一衡量道路重要性的语义特征指标，提出了一种顾及道路交通流量语义信息的路网选取方法。首先，根据格式塔准则的连续性和方向一致性构建道路选取的基元——stroke单元；在此基础上，统计这些stroke单元的几何特征、属性特征指标，并结合移动轨迹数据计算各stroke单元的周平均日交通量作为道路选取的语义特征指标。然后，探测不同特征指标的熵值变化以确定不同道路选取指标的权重，并定义道路重要性评价的综合指标，对城市路网进行综合选取。最后，采用武汉市路网数据和出租车轨迹数据对该方法进行验证。实验表明，该方法能够保持原始路网的连通性和整体路网骨架，同时选取结果能够刻画出发挥重要职能的路段，反映人们的出行规律特征。此外，该方法可以发现道路网中设计等级较高但是实际中使用率却很低的路段，可为道路网的评价与规划等应用提供参考。
2020, 45(9): 1448-1454.
doi: 10.13203/j.whugis20180125
摘要:
地标提取是空间认知与空间知识组织领域的研究热点之一。显著度量模型作为地标提取的主要方法, 其原理是地物外观、结构与语义的加权评价。顾及地物的空间分布形态和几何特征, 从地物Voronoi图出发, 提出复合Voronoi生长元高度、Voronoi k阶邻域缝隙及Voronoi k阶邻域可视性特征的地标提取方法, 意在探索从个体到邻域的地标几何特征反映。设计实验并与已有方法的提取结果进行对比分析, 验证了方法的有效性；相对于地物属性特征, 由Voronoi图蕴含的几何特征能够有效地表征地标, 降低地标特征选择复杂度。
地标提取是空间认知与空间知识组织领域的研究热点之一。显著度量模型作为地标提取的主要方法, 其原理是地物外观、结构与语义的加权评价。顾及地物的空间分布形态和几何特征, 从地物Voronoi图出发, 提出复合Voronoi生长元高度、Voronoi k阶邻域缝隙及Voronoi k阶邻域可视性特征的地标提取方法, 意在探索从个体到邻域的地标几何特征反映。设计实验并与已有方法的提取结果进行对比分析, 验证了方法的有效性；相对于地物属性特征, 由Voronoi图蕴含的几何特征能够有效地表征地标, 降低地标特征选择复杂度。
2020, 45(9): 1455-1460.
doi: 10.13203/j.whugis20180268
摘要:
地表沉降监测是预防地质灾害发生的有效方法, 时间序列模型是进行地表沉降预测的主要模型。传统AR(autoregression)模型参数估计算法没有顾及模型系数矩阵中的元素含有观测误差的情况。为同时顾及模型观测向量与系数矩阵中的元素均含有观测误差的情况, 应用变量中含有误差(errors-in-variables, EIV)的参数估计模型改进基于时间序列的地表沉降预测模型。为提高AR模型参数解的收敛速度与精度, 应用先验信息构建具有不等式约束的EIV模型, 将建立的附有不等式约束EIV模型参数估计问题转化为非线性模型的二次规划问题, 结合中位函数建立参数估计迭代算法。为论证所建立算法的有效性与可行性, 通过实验分别对AR模型参数估计的最小二乘算法、EIV模型参数估计算法与该算法进行比较。实验证明, 所建立算法具有较高的精度和效率, 是一种可行的方法。
地表沉降监测是预防地质灾害发生的有效方法, 时间序列模型是进行地表沉降预测的主要模型。传统AR(autoregression)模型参数估计算法没有顾及模型系数矩阵中的元素含有观测误差的情况。为同时顾及模型观测向量与系数矩阵中的元素均含有观测误差的情况, 应用变量中含有误差(errors-in-variables, EIV)的参数估计模型改进基于时间序列的地表沉降预测模型。为提高AR模型参数解的收敛速度与精度, 应用先验信息构建具有不等式约束的EIV模型, 将建立的附有不等式约束EIV模型参数估计问题转化为非线性模型的二次规划问题, 结合中位函数建立参数估计迭代算法。为论证所建立算法的有效性与可行性, 通过实验分别对AR模型参数估计的最小二乘算法、EIV模型参数估计算法与该算法进行比较。实验证明, 所建立算法具有较高的精度和效率, 是一种可行的方法。
2020, 45(9): 1461-1468.
doi: 10.13203/j.whugis20180261
摘要:
针对传统多波束测深系统从误差源进行平差的后处理方式受声速误差等因素影响较大的应用局限, 提出了以相邻条带中央波束构建的每ping海底地形趋势线作为先验信息, 利用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)对声速整体误差影响下的测深数据系统性误差进行改正的方法。首先, 提取测深数据准确性相对较高的相邻条带的中央波束数据, 对多波束每ping测深点所在的区域海底地形构建大致走向的趋势线; 其次, 利用检测线中央波束与主测线交叉重叠部分的数据, 得到观测值的偏差和所构建海底地形趋势线的偏差; 最后, 结合得到的偏差, 以构建的趋势线作为先验信息对测深数据利用卡尔曼滤波进行改正, 并对改正后的数据进行精度分析与评估。实验表明, 对于声速整体误差引起的海底地形畸变, 利用卡尔曼滤波能够对边缘波束的系统性误差进行有效的改正。
针对传统多波束测深系统从误差源进行平差的后处理方式受声速误差等因素影响较大的应用局限, 提出了以相邻条带中央波束构建的每ping海底地形趋势线作为先验信息, 利用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)对声速整体误差影响下的测深数据系统性误差进行改正的方法。首先, 提取测深数据准确性相对较高的相邻条带的中央波束数据, 对多波束每ping测深点所在的区域海底地形构建大致走向的趋势线; 其次, 利用检测线中央波束与主测线交叉重叠部分的数据, 得到观测值的偏差和所构建海底地形趋势线的偏差; 最后, 结合得到的偏差, 以构建的趋势线作为先验信息对测深数据利用卡尔曼滤波进行改正, 并对改正后的数据进行精度分析与评估。实验表明, 对于声速整体误差引起的海底地形畸变, 利用卡尔曼滤波能够对边缘波束的系统性误差进行有效的改正。
2020, 45(9): 1469-1477.
doi: 10.13203/j.whugis20180278
摘要:
对室内场景进行实时高质量的三维重建是机器人、增强现实等领域关注的重点。目前基于RGB-D传感器的三维重建方法存在局部模型重建效果差、点云模型包含孔洞等问题。而影响三维模型重建效果的主要因素有两个, 一是由点云配准解算出的位姿参数精度, 二是闭环检测准确程度。对此, 在保证算法实时性的基础上, 通过改进迭代最近点算法(iterative closest point algorithm, ICP)中匹配点的选取策略, 提升模型重建效果。并利用径向基函数构建隐式曲面的方式对点云模型中的孔洞进行事后修补。选用ICL-NUIM等公开数据集进行实验验证, 结果表明, 改进后的算法在模型重建效果以及相机轨迹估计方面均有显著提升。
对室内场景进行实时高质量的三维重建是机器人、增强现实等领域关注的重点。目前基于RGB-D传感器的三维重建方法存在局部模型重建效果差、点云模型包含孔洞等问题。而影响三维模型重建效果的主要因素有两个, 一是由点云配准解算出的位姿参数精度, 二是闭环检测准确程度。对此, 在保证算法实时性的基础上, 通过改进迭代最近点算法(iterative closest point algorithm, ICP)中匹配点的选取策略, 提升模型重建效果。并利用径向基函数构建隐式曲面的方式对点云模型中的孔洞进行事后修补。选用ICL-NUIM等公开数据集进行实验验证, 结果表明, 改进后的算法在模型重建效果以及相机轨迹估计方面均有显著提升。
2020, 45(9): 1478-1484.
doi: 10.13203/j.whugis20180129
摘要:
针对传统病态非线性最小二乘求解不稳定且可靠性低的特点, 基于测距定位方程最小二乘解性质, 提出了一种Frozen-Barycentre迭代法。该方法将萨玛斯基应用于重心迭代法, 实现了内迭代和外迭代的转换, 通过减少导数计算量节省运算时间, 提高重心迭代法的收敛效率。并采用模拟数据和水下定位实测数据, 验证了该方法的数值收敛解优于线性化平差估计解, 收敛效率优于重心迭代法。
针对传统病态非线性最小二乘求解不稳定且可靠性低的特点, 基于测距定位方程最小二乘解性质, 提出了一种Frozen-Barycentre迭代法。该方法将萨玛斯基应用于重心迭代法, 实现了内迭代和外迭代的转换, 通过减少导数计算量节省运算时间, 提高重心迭代法的收敛效率。并采用模拟数据和水下定位实测数据, 验证了该方法的数值收敛解优于线性化平差估计解, 收敛效率优于重心迭代法。
2020, 45(9): 1485-1492.
doi: 10.13203/j.whugis20180483
摘要:
海岸线的动态变化监测对于海岸带保护和开发有着重要意义。结合多源合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和光学卫星遥感影像, 利用基于规则的面向对象信息提取, 结合人工目视校正, 提取了2000—2018年每5 a左右的胶州湾海岸线长度及胶州湾水域面积变化信息。结果表明, 近20 a来胶州湾海岸线长度增加了近43.5 km, 胶州湾面积缩小了24.9 km2, 海岸线变迁主要受到近海养殖活动、港口建设等人为因素以及河流泥沙堆积和潮汐作用等自然因素的影响。胶州湾北岸红岛、西岸黄岛和东岸青岛3个重点区域的岸线变迁表明, 胶州湾岸线变迁主要受到人为因素影响。
海岸线的动态变化监测对于海岸带保护和开发有着重要意义。结合多源合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和光学卫星遥感影像, 利用基于规则的面向对象信息提取, 结合人工目视校正, 提取了2000—2018年每5 a左右的胶州湾海岸线长度及胶州湾水域面积变化信息。结果表明, 近20 a来胶州湾海岸线长度增加了近43.5 km, 胶州湾面积缩小了24.9 km2, 海岸线变迁主要受到近海养殖活动、港口建设等人为因素以及河流泥沙堆积和潮汐作用等自然因素的影响。胶州湾北岸红岛、西岸黄岛和东岸青岛3个重点区域的岸线变迁表明, 胶州湾岸线变迁主要受到人为因素影响。
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