数字孪生村落:传统村落全要素智慧化营建新范式

工业与生态文明对传统农耕文明的不断侵蚀,导致了传统农耕文明的不断消亡。为了实现对传统村落全方位要素的保护目标,以数字孪生技术为驱动内核,就传统村落全要素保护的内涵与外延、体系架构、建设路径及关键技术等展开讨论。结果表明,数字孪生村落的全要素智慧营建是一项复杂的系统性工程,需要从顶层设计、标准体系、建设路径与示范应用四个维度进行深化研究;新型测绘耦合数字孪生技术为传统村落的全要素智慧化管控与运维奠定了数据与技术基础,结合实际保护需求与建设目标的“二阶段”体系划分,以期为传统村落的产学研用一体化保护、协同发展与综合利用提供方法借鉴。

多模式组合的居住区绿地对热环境影响的模拟研究

居住区作为城镇居民三生活动最主要的空间单元,其热环境质量直接决定了小区内居民的舒适感和幸福度.本文在归纳总结城镇居住区绿地组合模式的基础上,基于非静力流体力学技术和热力学原理,耦合有限差分及交替方向隐式算法对小区范围内不同模式结构组合的绿地生态系统进行热效应模拟研究,通过对比分析不同模式组合的绿地系统热环境效应特征,探寻多模式组合下的居住区绿地与局地热环境间的交互关系.结果表明:在相同的模拟条件下,“中心+宅间”绿地组合模式的热环境效应最好,“组团+宅间”模式次之,“宅间”模式热环境效应最差;模拟区域内三种绿地组合模式的最高最低温度差分别为2.36、2.31和2.34℃,且温度自西南向东北方呈现圈层式分布特征;多绿植类型的组合模式对局地热环境的改善效果依次为:草+灌+乔>草+乔>草+灌>草,灌木对绿地热环境舒适度的改善效果不显著.该研究能够为居住区绿地规划设计与实践提供科学参考.

藏式传统木结构民居解构与营造研究

文章采用ICP算法结合最优最小二乘法原理针对高度变形的藏式传统木结构民居展开定量化测绘,并利用逆向技术重构原生模型。结果表明:ICP算法结合最优最小二乘法原理可以有效提升多源点云数据融合精度,能够为藏式传统木结构民居研究提供可靠、真实的本底数据,实现了对藏式传统木结构民居的结构解析、实景复原、建筑形态与形制模式及要素特征等肌理阐释。该方法可为其他地区传统建筑的研究与全要素保护提供方法借鉴。

居住区绿地改造夏季热环境模拟与优化策略研究

为了定量分析绿地结构及其模式对夏日室外温湿度、风速的影响,综合运用三维非静力模式ENVI-met对住宅区绿地改造前后进行对比分析。结果表明:ENVI-met模拟结果与实况接近,能较好反映温湿度变化情况;“中心+宅间”绿地模式中,增加高大乔木及场地树阴,改造后温度平均降幅0.2~1.13℃;改造后相对湿度提升1.61%~5.87%,且上午较下午显著;改造后由于缺失通风廊道而导致风速降低。UTCI结果显示改造后的居住区热舒适下午改善效果较上午明显,平均降幅0.72℃。因此,基于现有场地约束性条件对小区内现存绿地的布局、形态结构、植被搭配及通风廊道的营造,是现阶段针对老旧小区人居热舒适提升的可行性方法。

平行系统支撑的林火仿真与协同灭火研究

为了能够为突发的森林火灾提供科学预案与精准决策,本文以时空大数据为基础,提出了以平行系统为骨架,以广域HLA协议为准则,在搭建林火发生、蔓延及灭火等全过程模拟与应急演练模型设计基础上,采用粒子系统和修正的Rothermel模型分别进行林火及其蔓延过程模拟,在对各对象类和交互类设计的基础上,完成了应急模拟与协同演练的原型系统开发,并以漳浦县为例,对该系统进行验证。结果表明,平行系统的引入与时空大数据的耦合可以很好地克服模拟场景与实时场景的关键脱节,实测应急响应模块的导入,能够为实时灭火决策提供高精准信息化服务,使得该协同模拟与应急演练更具实用性与推广性。

城市河道及周临用地对地表热环境的影响研究

水体作为城市生态系统的重要组成部分,对改善城市热岛效应和人居热环境具有重要的生态学意义。文章以多时相Landsat和SPOT为实验数据,提出了一种针对混合像元的支持向量机最优端元子集构建原理的地表比辐射率确定方法,采用单窗算法,以灞河及周临用地为研究对象,剖析了河道水体、周临用地与地表温度间的耦合关系。结果表明:①支持向量机的混合像元最优端元子集构建方法提取地表比反射率结果与MODIS LSE产品误差小于0.005(R=0.832),表明该方法精度较高,可用于地表比辐射率的提取;②1992—2019年27 a间灞河两岸用地类型与局地地表温度格局变化显著,建设用地急剧增加,变热趋势明显;不同时期河道周临用地类型对地表温度影响的幅度不同,建设用地、草地、水体及林地为影响灞河两岸热环境的主要用地类型,水体、林地、草地和耕地均表现为不同程度的降温效应,降温幅度依次为:水体>林地>草地>耕地;③同一时期灞河两岸用地类型对局地温度的影响存在空间差异。灞河以东水体、林地、草地和耕地降温效果显著,而灞河以西则为水体、林地及草地。该研究有助于正确认知城市河道对局地热环境的影响特征,能够为城市河道及其周临局地热环境改善提供科学参考。

陕西省传统村落时空格局演化及驱动力分析

为了定量揭示陕西省传统村落时空格局演化特征及其驱动力,基于时空格局和图谱认知,结合历史文献与中尺度遥感研究,从时间-空间视角对陕西省431个传统村落的时空格局演化及驱动力展开分析。结果表明:从重心移动轨迹来看,陕西省传统村落呈现由“中—北—南”的时间迁移特征;从空间来看,陕西省传统村落的分布具有典型的空间聚集性,热点区域分别出现在陕北榆林延安、关中渭南、陕南安康3个区域;从选址来看,陕西省传统村落大多分布在高原山地中地势较为平坦、临近水源、温度适宜的区域。陕西省区域经济不均衡与环境温度是决定传统村落选址与时空聚集的首要因素,而地域文化发展的差异最终导致了传统村落的非均衡性扩张。

酒泉市1990—2016年城市空间形态及驱动力分析

城市空间形态体现城市空间扩展过程,对城市可持续发展战略的制定具有重要的参考价值。利用遥感影像从城市空间扩展和城市外部形态的时空特征两方面,借助地理信息系统和遥感技术定量化分析酒泉城市空间形态演化规律,利用灰色关联方法对酒泉城市空间扩展驱动力进行探究。结果表明:城市空间扩展呈现整合式外延快速扩张过程,用地扩展和速度差异较大,用地扩展方向指向性明显;城市外部形态呈现不稳定的分散发展状态,重心转移向西南和西方向。城市建设用地空间扩展的主要驱动力为经济发展和建设投资。

陕北城镇体系结构分形特征研究

以2012年陕北非农业人口和陕西省交通地图为主要数据,借助分形理论对陕北城镇体系等级规模、空间结构和空间集聚特征进行量化研究。结果表明:延安和榆林城镇等级规模较为集中,分布较为均衡,中间位序城镇较多;陕北城镇之间交通通达性较好,各城镇之间具备开展经济协作的基础设施条件,两市的城镇体系在空间上分布比较集中,城镇主要分布于沟谷河流沿线,形成城镇体系的主要发展轴线;陕北城镇体系的空间分布从中心向四周密度递减,城镇体系呈现集聚分布状态。

基于CGA的建筑物程序化建模研究

CGA形状语法是一种新的模拟计算机图形的语言,能够程序化地产生高视觉效果和详细几何信息的建筑。它能够以很低的成本广泛地用于电脑游戏和电影等的建筑物建模。清晰的等级规则可以让用户方便地指定建筑物之间的层次关系。CGA形状语法表明它能够有效地产生大规模的具有非常详细程度的城市,能够解决以前大规模模型建立过程中在任意方向和形状方面的详细程度问题。

河西走廊历史城镇文脉时空演化机理研究——以文物保护单位为例

文脉是城镇灵魂所在,承载城镇的历史印记,在城镇绿色发展中具有不可替代的作用,扮演着重要的角色。该文以河西走廊文物保护单位为研究对象,利用GIS空间分析方法解析不同历史时期文物保护单位时空分布特征。河西走廊文物保护单位分布广泛,时间跨度大,各历史时期都表现出相似的空间集聚分布特性,显现为以酒泉为中心的多核心向以武威为中心的单核心空间格局。通过文脉时空演化机理的研究为历史城镇发展保护提供数据支持。

河西走廊城镇体系结构分形特征研究

以河西走廊城镇体系为研究对象,借助分形理论定量化分析城镇体系的等级规模、空间结构和空间集聚分形特性。结果表明:河西走廊城镇等级规模分散,城镇体系发育不成熟,中间位序城镇少,末位城镇多且集中;城镇之间交通网络发达,通达性强,交通完善度高,城镇主要沿交通干线集中分布,形成城镇发展主要轴线;城镇体系空间呈现向四周密度递减的分布状态,城镇空间集聚程度较高,整体空间结构较均衡,中心城镇带动辐射作用相当。

西安都市圈城镇体系空间分形特征研究

本文以西安都市圈城镇体系为研究对象,从城镇体系的等级规模、空间结构和空间集聚方面,借助分形理论定量化分析其分形特征。结果显示,各项分维数相关系数较高,西安都市圈城镇体系空间分形特征显著,具有等级规模分布不均、空间分布指向明显、空间关联性较弱、各城镇向中心集聚等基本特征与规律。针对上述存在的问题,提出西安都市圈城镇体系发展的相关建议。

基于Anudem建立精确三维地形方法研究

以陕北黄土高原区作为研究区,使用1:1000地形图,利用Anudem算法生成精确三维地形DEM。评价Anudem方法和TIN方法生成的DEM的精度。DEM精度评价包括数值指标、坡度、等高线回放和不同差值算法结果差异分析等。结果表明Anudem方法生成的DEM精度好,能很好的反应精确三维地形。

快速城镇化背景下城市热岛演变特征及成因分析

以快速城镇化为研究背景,以西咸一体化为样区,基于Landsat TM热红外波段数据,采用单窗算法反演地表温度,获得了1988、2000和2010年三个不同时相西咸地区热岛空间分布及演变特征,并借助主成分分析的方法探讨了西成一体化背景下城市热岛的演变成因,结果表明:①西咸一体化致使西咸地区热岛效应加剧,表现为22年间热岛区域面积累计增加95.79 km^2;②热岛区域面积的增加主要来源于强热岛区和常温区面积减少的流入;同时,绿岛区域是西成区域内变化仅次于常温区域的热岛类型,累计增加161.72 km^2;③22年间西成地区强热岛区域表现为由面及点的发展趋势,而热岛区域则呈现摊大饼式的面状扩展模式;④PCA分析表明:城市人口、建成区面积、人均道路面积、人均绿化面积、平均风速和降水量6个影响因子为西成一体化进程中城市热岛演变特征的主要影响因素.

西咸一体化驱动的咸阳市热力景观格局时空分异分析

以西咸一体化进程为驱动,以咸阳市1988~2019年热力景观格局时空分异演变特征为研究对象,以多时相、多源异构数据为支撑,采用单窗算法反演得到了多时相热环境数据,结合景观生态学理论,运用斑块总数等景观指数及空间格局移动轨迹方法对咸阳市31年间的热力景观格局时空演变特征进行了剖析.结果表明:(1)咸阳市31年间热力景观类型中常温区占主导地位,年均占有率为70.1%;(2)常温区景观类型变幅最大,31年间累计减少104.65 km^(2);其次是热岛区,31年间累计增加99.5 km^(2);变幅最小的是强绿岛区,31年间累计减少2.24 km^(2);(3)热力景观指数分析表明:31年间咸阳市整体热力景观斑块形状复杂度降低,斑块趋于规则化.究其原因是城市化进程导致城市用地类型占主导地位及大规模城镇化建设过程区域完成所致.(4)咸阳市热岛景观和强热岛景观整体呈现由西南向东北的方向走势.

基于CA-Markov模型的西安市热环境模拟研究

将元胞自动机理论和马尔可夫模型相结合，构造了可用于城市热环境模拟与预测分析的CA-Markov模型．以西安市为例，基于单窗算法反演了西安市2000年和2006年两个不同时相城市热环境数据，并利用构建的CA-Markov耦合模型，模拟分析了西安市2018年城市热环境格局分布特征．结果表明：（1）CA．Markov模型具有较高的模拟精度，可用于城市热环境的模拟研究；（2）2018年西安市不同热岛类型面积由高到低依次为：常温区〉绿岛区〉热岛区〉强热岛区〉强绿岛区，所占面积比例分别为：70．20％、13．06％、12．01％、3．67％、1．06％；2006~2018年12a间强热岛区、热岛区、常温区、绿岛区和强绿岛区的面积变化分别为：0-31％、-0．60％、1．2％、-0．84％、-0．08％；（3）2018年西安市热环境状况整体趋于良好，常温区占绝对优势，但局部地区热环境表现为小幅加剧的趋势．因此，建议西安城市规划建设中热环境规划作为一项重要内容予以考虑．

耦合遥感与地面监测的陕西省热环境时空分异及其影响因素研究

以陕西省1970—2013年60个地面气象观测数据为主,以MODIS数据为辅助,采用构建的热环境分异指数,进行陕西省44年间热环境时空分异特征研究;基于地理探测方法,从自然和社会经济两个方面展开陕西省热环境时空分异特征的成因分析.结果表明:(1)陕西省月平均温度,陕北变幅最大,关中次之,陕南最小.2000年后月平均温度较1990年前变化显著,60个观测台站中79.8%的月份为正增长.陕南、关中和陕北地区的四季平均气温变化呈现春秋两季增温显著,夏冬两季变幅最小.月平均最高温度表现为持续走高;冬季平均最低温度呈现走低的趋势,而其他三季则表现为缓慢上升.(2)1970—2013年典型年份的温度时空分布呈现由南向北、由东向西依次减弱的趋势,其中,关中地区变化最为显著,陕北次之,陕南最小.(3)关中地区热环境整体状况最差,陕北次之,陕南较好,整体呈现加剧的趋势;TD指数变化较大,呈现跌宕起伏的趋势,表明44年间陕西省不同地区的热环境分异因区位的不同而不同.(4)地理探测结果表明:影响陕西省大气温度变化的主要自然因素是海拔、蒸发量和相对湿度;主要社会经济因素是人均公园面积、绿化覆盖率和城市化率.

陕北地貌形态与城镇体系空间结构耦合方法

根据分形理论和维数合成法,可算出陕北地区城镇体系位序——规模分维数和城镇体系空间结构分维数。计算结果表明,陕北地区总人口分布相对合理,非农业人口分布不太合理,城镇人口分布和理想分布差距较大,而且这个差距具有变大的趋势。对此,可根据城镇体系空间结构分维数,构建对应的城镇体系空间结构分形模型;以城镇体系空间结构分形模型为基础,建立城镇体系发展的数字化规划模式,使陕北地区城镇发展模式与地貌形态、人口分布和经济结构相适应,促进社会和谐发展。

基于GIS的地图分形测度可视化模型

运用GIS技术的可视化模型编程方法进行地图分形测度迭代和递归计算问题研究,解决了由于GIS软件界面交互操作使地图计算繁杂冗长形成的分形计算过程的过度简化问题;并分析了地图数据在分形计算中的特征,提出了地图分形计算测度的上下界确定依据.