中国地图制图学与地理信息工程进展报告(2019—2023)

本报告根据2019年以来中国在地图学与地理信息技术方面的进展状况,对地图学理论、数字地图制图与出版技术、国家基础地理信息数据库更新、地理信息技术和产业发展、地理信息应用与服务、地图集编制出版、新型在线地图等方面所取得的成就和进展进行总结,报告最后对中国地图学与地理信息工程发展趋势进行了展望。

智慧国土的基本内涵与发展方向

当前,国家大力推动数字化转型和高质量发展,对自然资源与国土空间的数字化发展与应用提出了更高要求。虽然近些年国土空间数字化发展取得了很大成绩,但对标数字化转型和高质量发展的迫切要求,尚存在着与业务融合不深、技术支撑不够、整体合力不强、发展动能不足等问题,突出表现为高质量信息供给不足、高层次分析能力不强、高层次赋能手段短缺。因此,应以智慧国土为抓手,统筹数字化发展,推进智慧化应用。本文分析了智慧国土的基本内涵,提出以数据—信息—知识为主线,统筹国土空间的数字化发展,实现一体化建模、集成化管理及知识化服务;从全面动态感知、系统精准认知及全域智慧管控的角度,提升自然资源管理和国土空间治理各项工作的智慧化应用水平,实现在实景三维空间研判、用时空信息说话、凭时空知识决策。为了切实地构建国土空间治理的数字化生态、促进国土空间治理体系和治理能力现代化,今后还要加强顶层设计,推动科技创新,开展试点示范,加快专业改革。

基于新型智慧城市视角的地质灾害监测——以广州市为例

新型智慧城市建设为广州地质灾害监测提供了新机遇、新思路。笔者结合近年来地灾监测的科学研究和工程实践,从感知、调度、共治的角度浅谈对于广州地灾监测的一些思考。感知方面:广州市地貌结构复杂,北部丘陵台地作为地灾易发区,建议构建重点区域天-空-地三查体系,及时识别潜在风险源。预警调度:广州市地灾的发生与降雨有很强的时间相关性和空间耦合性,建议在广州市雨窝、降雨集中区构建精细化气象预警网格,提高监测预警精准度;针对地灾监测预警存在的重监测、轻预警现象,建议构建基于数据-知识双驱动的预警模型,实现高精度可解释的地灾预测建模;针对疑难边坡,建立专家研判系统,实现精准“把脉”,精准“治疗”。共建共治:加强跨部门跨层级合作,加强新建工程项目地灾评估,消减地灾存量,控制地灾增量。

《资源信息学》产教融合项目体验式教学探索

产教融合建设新工科是企业岗位能力需求与高校课程质量提高深度融合的新形态,专业课程成为落实产教融合的基本载体。归纳了专业课程产教融合面临的教学资源统筹、教学过程组织、教学评价互动等方面的问题,设计了面向产教融合的专业课程项目体验式教学模式,提出了产业型项目构建和体验式教学实施的途径,并将该教学模式应用于《资源信息学》教学中。该教学模式有助于增强产业和教学之间的互动,提高教学效果,培养高质量专业人才。

城市院前急救医疗服务点空间特征分析及优化

院前急救医疗服务一直是城市医疗公共服务建设的重要内容,其城市院前急救医疗站点空间分布合理与否,直接影响急救医疗服务的效用。本文综合利用地理国情数据、交通大数据和统计数据,提出了以出行便利度、均等度、人口覆盖度和人口协调度4个空间测度,对急救医疗站点的空间分布特征进行分析的方法,用于识别现有站点布局存在的问题。针对存在的问题,结合现有站点和潜在站点,研究了全局和局部优化方法。以合肥市为例进行验证,结果表明站点空间特征分析方法能够有效识别现有站点布局存在的问题,站点布局优化的结果能够有效提高服务效用。

学科竞赛驱动的大学生创新创业人才培养模式构建

学科竞赛已成为培养大学生创新创业能力的一种重要途径。通过学科竞赛培养测绘专业创新创业人才需要5个方面的联动:一是构建促使大学生参加学科竞赛的人才培养方案,推动学生参加各类学科竞赛;二是制订促进创新创业人才培养的学科竞赛规则,培养学生创新思维和创业能力;三是建立促进创新创业人才培养的竞赛指导团队,引导学生进行创新创业实践;四是科学开展竞赛培训,通过实习、实验、实践等方式培养创新创业能力;五是对具有创新创业能力的获奖者给予赛后支持与扶助,鼓励学生将创新成果通过各种方式转化为现实生产力。

面向土地立体化管理的二三维地籍数据联动技术研究

城市化进程的加快和人口的爆炸式增长,造成城市土地资源日趋紧缺,人地矛盾逐渐凸显,推动城市由外延式扩张向纵向立体化发展转变,逐渐显现土地立体化利用的形态。本文分析了从规划选址阶段、土地审批阶段、土地供应阶段、不动产登记阶段等建设工程全周期的土地立体化管理所面临的技术挑战,研究并分别提出对应升维的建设思路,满足三维确权的不动产登记要求,为二维平面向三维立体转变提供建设性参考,有效支撑土地立体化管理。

基于混合智能的街景影像知识提取方法

针对街景影像目标的智能化提取难题,本文提出了一种基于混合智能的街景影像知识提取方法(K-CAPSNet)。首先,在现有全景分割网络的基础上,同时关注街景影像的通道信息和空间信息,发展了一种联合注意力机制的全景分割网络,以提高目标分割精度;其次,将人们在生产、生活中形成的街景知识融入街景影像认知过程,借助先验知识设置目标标记阈值,对分割结果进行优化;然后,进一步根据街景影像先验知识验证街景目标之间的拓扑关系并利用深度信息进行空间关系知识挖掘;最后,采用语义模板对街景目标类型、数量及空间关系进行描述和表达。试验表明,相较于基线网络,本文方法在全景分割质量和识别质量方面都有明显提升,较好地实现了对街景影像知识的提取与表达。

多模式室内地图自适应转换系统设计与实现

室内地图作为室内导航定位及信息服务的载体,受到了学者们的广泛关注。针对目前室内地图表现形式单一和场景转换不够智能等问题,从用户行为需求出发,分析了用户行为与空间需求之间的映射关系,提出了室内地图的3种表达模式;制定了3种模式间的转换策略和响应机制;采用Android Studio平台设计开发了室内地图自适应转换的原型系统,验证了转换策略的可行性,对推动室内地图的发展具有一定的意义。

利用转移矩阵模型研究江苏省长江岸线变化

开展长江生态环境监测,推动长江经济带发展是关系国家发展全局的重大战略,是加快推进生态文明建设的客观需要。以2015-2021年江苏省沿江2 km岸线范围内土地利用数据为研究对象,利用转移矩阵模型计算研究区域内各时间节点的转移矩阵表,分析生态、生活和生产空间用地的转入转出以及增减情况;再采用高斯-赛德尔迭代法绘制三生空间流转的桑基图,对江苏省长江岸线变化进行定量分析,为长江经济带(江苏段)的生态监测提供技术支持。

图像语义信息在视觉SLAM中的应用研究进展

视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术以相机为主要传感器采集图像数据,基于多视几何、状态估计等算法原理获取载体的位置和姿态,同时构建一张用于导航定位的地图。视觉SLAM是自动驾驶、AR(augmented reality)、VR(virtual reality)、MR(mix reality)、智能机器人、无人机飞控中的关键技术。近年来,随着各个产业对智能导航定位的需求日渐增多,原本以几何测量为主的视觉SLAM逐渐融入对环境的语义理解。语义信息是指能够被人类直观感受和理解的概念,而图像语义信息是指图像中物体的轮廓、类别、显著性等信息。相比于图像中的几何特征,语义信息更具时空一致性,且更贴近人类感知的结果。将图像语义信息引入视觉SLAM,既能促进系统各个模块的性能,还能够提升视觉SLAM的智能感知能力,形成集几何测量、定位定姿、环境理解等多种功能的视觉语义SLAM。本文根据图像语义信息的应用方式,对视觉语义SLAM经典方案和最新研究进展进行归纳梳理。在此基础上,本文总结了视觉语义SLAM的现存问题与挑战,指出该领域未来的研究方向,以推动其面向智能导航定位进一步发展。

时空异常探测:从数据驱动到知识驱动的内涵转变与实现路径

时空异常探测是地理空间数据挖掘的核心技术之一,可为深层揭示地理过程演化机理提供关键突破口。在大数据与人工智能技术的推动下,从数据驱动向知识驱动转变是地理大数据时空异常智能探测的发展趋势。本文系统梳理了时空异常探测研究的发展历程与主流研究思路,剖析了数据、信息与知识间的辩证关系,并从“地理变量、空间基底、时空关系、知识类型”四位一体的视角构建了时空知识的统一描述框架。进而,结合案例阐述了时空知识与时空异常的“双向驱动”内涵,提出了“时空知识关联建模→时空异常智能识别→时空知识动态更新”的时空异常智能探测实现路径,支撑时空异常可靠探测与时空知识可信服务。

滚动球变换支持下的TIN-DDM地形特征线自动提取方法

针对传统规则格网数字高程模型地形特征线提取方法中存在阈值难以定量调控、连接方式无法自适应调整以及地形特征线类型不完整的问题,将滚动球变换模型应用于不规则三角网数字水深模型(triangulated irregular network digital depth model,TIN-DDM)地形特征线的自动提取,在构建临界滚动球半径关联的地形特征点定量识别判定准则基础上,引入地形形态边界点概念,采用逆向工程的建模思路,建立了以剖分单元为基础的地形特征线自动提取模型,结合地形类型判定准则的多尺度表达特性及顾及水深数值的地形特征优化模型,提出了可多尺度表达且类型完整的地形特征线自动提取方法。试验结果表明:相比于经典地表流水模拟方法,该方法可实现完整、连续且细分的TIN-DDM地形特征线自动提取及多尺度表达,且提取的地形特征线具有更高的地形重构精度。

基于GIS空间分析的城市抗震韧性评估方法研究

“韧性城乡”是《国家地震科技创新工程》四大计划之一,合理可靠的城市抗震韧性评估模型是开展地震安全韧性城市建设的前提。文章基于空间韧性提出了城市空间抗震韧性的理念。在明确韧性目标和特征并构建最不利灾害场景的基础上,以城市二级防灾分区为评估对象,从健壮性、适应性、恢复性三个维度建立了城市空间抗震韧性评估指标体系。

江西赣方言地理信息系统构建与应用

语言资源的保护开发已上升为国家战略,为满足国家和地方对方言保护的迫切需求,亟须采用信息技术保护和传承方言。针对现有的方言地理信息系统在音像图文一体化管理、语情监测和自动化制图等方面存在的不足,该文构建了首个江西赣方言地理信息系统,从系统架构、系统功能、系统数据库等方面进行系统设计,使用GIS二次开发组件ArcGIS Engine和插件式开发方法构建系统,主要实现了多模态方言数据集成管理、方言资源统计、方言查询与定位、语情监测、方言特征自定义分类、方言特征制图、地理特征分析等特色功能,有助于江西方言的研究、保护与开发,同时对其他区域方言地理信息系统建设具有参考价值。

交叉学科视角下的“人文社会GIS”课程教学探索

人文社会地理信息系统(geographical information system, GIS)源于人文科学、社会科学和地理信息科学等多个学科的交叉融合,属于自然科学与人文社会科学的学科交叉领域.本文依托南京师范大学长期开展地理信息科学与人文社会科学交叉融合的科研和教学成果,系统分析了人文社会GIS的交叉学科特性,提出了人文社会GIS的内涵和知识体系,设计了“人文社会GIS”课程的创新教学模式,形成了有代表性的学科交叉课程教学实践案例,对于开展“新工科”和“新文科”背景下的交叉学科研究和复合型人才培养具有较好的参考价值.

自然资源“三全”调查监测技术体系研究与实践

为统筹整合遥感数据源,统一实施地类变化信息提取,优化各项调查监测和业务管理的业务流,探索建立“全范围地类监测、全流程变化跟踪、全业务数据支撑”的“三全”调查监测体系。整合“天空地网”多源协同数据获取、变化监测要素智能提取、三维时空场景建模与管理、自然资源监测智能化服务平台等关键技术,形成标准统一、手段智能、业务联通、先进实用的自然资源统一调查监测技术体系,更有力地支撑生态文明建设和自然资源管理。

融合生成对抗网络与SRTM的ASTER GDEM数据重建

航拍死角、匹配偏差、点位不足、云雾遮盖等易使数字高程模型(DEM)存在数据异常。鉴于光学立体摄影测量获得的ASTER GDEM受天气因素影响大,雷达测量得到的SRTM DEM受地形起伏因素影响大,为提高ASTER GDEM数据的质量,该文构建一种多源多尺度残差连接门控卷积生成对抗网络(Multi-Source and Multi-Scale Residual-Connected Gated Convolutional Generative Adversarial Network, MSSRGC-GAN),利用SRTM DEM数据辅助重建ASTER GDEM中异常数据,并以实验区范围内多组不同地貌的ASTER GDEM样本数据重建为例,对模型进行定量评价。结果显示:重建数据RRMSE小于0.06,R~2大于0.9,PSNR大于60,SSIM在0.999 5以上,优于反距离插值法和SRTM镶嵌法等传统方法以及无门控卷积模型和无空洞卷积模型等深度学习方法。

非均匀格网下的耕地集中连片等级划分方法

耕地细碎化导致农业生产成本高、效率低,为了提高耕地利用效率,需实现耕地集中式管理。针对均匀网格在对耕地面积进行表达时数据量冗余和格网尺度选择问题,本文提出了根据斑块平均面积和面积表达误差确定格网最适宜起始和终止尺度的方法,构建基于四叉树的非均匀格网,建立了耕地集中连片分析规则、评价指标体系和技术流程,实现非均匀格网下的耕地集中连片等级划分。以江苏省徐州市为试验区开展耕地集中连片分析。结果表明:①与均匀网格相比,非均匀格网减少了43.8%数据冗余,实现了耕地面积最小误差表达,适用性更强。②徐州耕地连片区域占耕地总面积88.6%,其中50%耕地集中连片等级处于中等偏上水平。③连片区域中有21.4%耕地集中连片等级处于中等以下水平,应将其作为提高区域整体连片等级优先优化的耕地。

基于POI数据的杭州市公共服务设施空间分布研究

基于杭州市六类公共服务设施的POI数据,采用最近邻指数、标准差椭圆和核密度分析等地理空间分析方法,分析了杭州市公共服务设施的空间分布特征,得出以下结论:(1)杭州市六类公共服务设施均有在主城区高度集聚的特征。(2)六类设施布局方向均为西北-东南向,公共交通设施的辐射范围最广,方向性最突出。(3)公共服务设施分布均存在明显的中心-边缘结构特征,但不同类设施分布存在差异。