顾及多重分类与粒度划分的国土空间数据模型研究与应用

国土空间数据在分类分级、过程演化等方面都存在着分类、互依赖、组合构成和前后次序等高阶关系,现有的图层、面向对象、数据立方体等数据模型难以完全刻画全部关系.本文提出了基于有向超图的顾及多重分类与颗粒体系的国土空间数据模型,运用关联矩阵进行逻辑描述,基于超级图形数据库进行物理模型实现和国土空间演化过程的时空分析,解决了全域、全要素、全空间国土空间数据多重分类与颗粒体系表达的难题.相关成果在南京市国土空间基础信息平台得到了应用验证,增强了平台对复杂关系的运营效能,实现了多维关系数据的聚合,为平台实现数据资源自动分类和信息智能定向推送奠定了基础.

高校空间数据结构课程思政教学探索与实践

课程思政建设背景下,聚焦新时代高校师生专业理想与国家发展密切联系的需求,探索新时代高校空间数据结构课程教学与课程思政的有机融合。高校空间数据结构课程教学改革从课程教学目标、教学活动设计、双向教学评价三方面构建多元立体化教学模式。实践证明,多元立体化教学模式可以有效提升学生的专业素质与思想素养,推进高校课程思政建设。

基于GIS和多种机器学习算法的广东省森林火灾预测模型

森林火灾是严重的自然灾害,造成严重的森林资源破坏和社会经济损失。广东省是我国森林火灾高发区之一,针对该区域的森林火灾发生特点,准确预测可提供有效的防范措施。大多数森林火灾预测研究仅从气象因素或少数特征因素出发考虑,并未考虑到森林火灾的发生的复杂性以及预测准确率较低的问题。因此,本研究提出一种基于GIS和机器学习结合的高准确率的森林火灾预测方法,将XGBoost(eXtreme gradent boosting,XGB)、Light GBM(light gradient boosting machine)、CatBoost(categorical boosting)、深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)5种机器学习算法作为预测模型;基于气象数据、地形数据、植被数据、基础设施数据、社会和人类数据,选择了24个特征因素作为模型输入。从更多林火发生特征因素出发,构建广东省日尺度林火发生预测模型;同时引入基于Optuna框架的贝叶斯自动超参数优化方法,其自动超参数优化特性,在面对不同数据结构时可以自动优化参数组合,提升林火预测模型的准确率。结果表明,XGBoost模型最优,准确率为91.30%;利用2018年的数据验证林火预测模型,其验证准确率结果为87.81%;利用GIS绘制广东省森林火灾风险图,同时模型准确率明显优于其他研究的林火预测模型。本研究可为广东省林业防火提供科学参考。

基于气象水文水动力耦合模型的流域尺度洪水预报方法:以北江流域为例

针对中小流域目前径流和淹没预报难度较大且精度偏低的问题,以北江流域为研究对象,构建降雨径流-洪水淹没模型。在非耦合情况下,基于WRF-Hydro模式构建北江流域水文模型,通过对主要参数率定,优化了WRF-Hydro水文模型,模拟了流域的产流、汇流等水循环关键要素。在耦合情况下,将WRF-Hydro模式模拟的径流过程作为CaMa-Flood模型的边界条件,从而实现对整个流域的洪水淹没模拟。研究结果表明:在经过参数率定的WRF-Hydro水文模型中,针对验证期的5场典型洪水事件,皮尔逊相关系数均高于0.8,纳什效率系数在0.52~0.71,在预报期的三个洪水事件中,洪峰的平均误差为22.2%。在水文水动力模型耦合后,能够准确地捕捉洪水淹没与降雨强度、洪水流量变化之间的关系,进而提供洪水发生后洪泛区的淹没深度和范围等关键信息。本文构建的降雨径流-洪水淹没模型能够适用于地形复杂、降雨时空分布不均匀的北江流域,为类似半湿润流域的洪水预报提供了有益参考,同时也为水文水动力模型耦合的研究奠定了基础。

面向地质大数据应用的云平台管理系统建设及其应用

随着云计算、大数据、人工智能技术在地质领域不断地深入应用,以“地质云”为代表的综合性地质信息服务平台成为地质信息化建设的发展方向。建立一个面向地质大数据应用的云平台管理系统是构建该类平台的重要基础,可从云服务资源、环境部署创建、系统管理、大数据算法、数据统一服务等方面为地质相关应用提供支持。阐述了面向地质大数据应用的云平台管理系统在地质大数据综合应用系统中的作用,提出了系统的框架设计,讨论了在系统实现过程中所采用的关键技术,并介绍了该系统在郑州市城市地质大数据云平台中的应用。

基于BIM技术的房产三维测绘建模

分析了现有房产测绘分层分户成果中户实体和户产权实体的区别与联系,针对现有房产测绘成果难以满足房屋实体精细化管理需要的问题,从地理场景学的认知描述出发,将房屋实体划分为自然幢、逻辑幢、层、单元、户、间和构件等7个粒度。为适应新形势下的房产测绘,结合中国城市化发展的实际情况,提出了通过基于施竣工图纸进行建筑单体三维建模的Holo Architecture平台如何有效地辅助BIM技术在中国落地,同时支撑多层次、多场景、多维度的房屋实体应用,助力数字城市和数字中国的建设。

地质结构三维建模及其可视化方法研究

在对前人的研究成果进行了比较分析的基础上提出了一种地质结构三维建模与可视化方法。该方法从多源数据融合角度出发,融合基础地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据,利用空间插值技术构建三维空间数据场,采用三维硬件纹理直接体绘制技术进行体视化,以真三维形式表达了研究区域地层结构的空间分布特征与内部属性信息。与前人研究相比,该方法反映地质结构更加准确,数据场建立速度更快。

正二十面体球面菱形离散格网的编码模型及其映射方法

全球离散格网为全球尺度的空间数据组织与管理提供了基础环境,而全球离散格网的编码体系,则可屏蔽不同坐标参考框架下的坐标转换,减少空间分析的复杂度,有利于数据的多尺度表达和统一建模。相对于其他类型的全球离散格网,基于正二十面体所构建的球面菱形离散格网具有更均匀的几何性质,有利于球面空间数据的集成与表达。但基于正二十面体的球面菱形离散格网的初始菱形边线并不贴合经纬线,这导致相对于基于正八面体的球面菱形离散格网,其格网结构更为复杂。这对构建正二十面体球面菱形离散格网的层次编码模型和建立其与地理坐标间的映射关系转换带来了新的挑战。针对这一问题,本文基于Hilbert曲线构建了正二十面体球面菱形离散格网编码模型,并在此基础上设计了格网编码与地理坐标的相互转换方法。研究表明,利用球面菱形离散格网与平面规则格网的相似性,基于Hilbert曲线构建的正二十面体球面菱形离散格网编码模型能够隐式表达空间尺度与位置信息,且在地理坐标与格网编码转换方面兼具效率与精度,可以支持全球海量空间数据建模、集成管理以及各类空间分析。

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM(digital element model,数字高程模型)和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。

空间数据文件的实时版权保护

地理空间数据是国家重要的战略性信息资源,是经济、国防建设和社会发展的基础数据,因此,其版权保护问题至关重要。面向空间数据文件的版权保护的需求,本文在利用传统版权标记技术,特别是数字水印技术进行文件认证的基础上,通过文件系统过滤驱动技术及加密技术,实现了数据文件的动态加解密和版权标记的实时检测功能,形成了空间数据文件的实时版权保护方案。该方案有效弥补了目前版权标记技术仅用于认证的不足,可进一步实现对空间数据文件的内容保密、实时版权标记检测与访问控制,客观上降低了对版权标记嵌入容量及嵌入算法鲁棒性的要求。

基于OpenGL驱动的三维场景重构

基于Open GL环境,提出利用场景渲染结果即帧缓存数据(主要包括颜色缓存及深度缓存)进行局部三维场景重构的方法。根据投影变换原理和深度缓存特点研究了逆投影变换,得到了三维点元的重构方法。在此基础上,利用帧缓存数据重构每像素对应的三维点元,从而构成相机坐标系下的三维点云模型,即原始三维场景在当前相机视角下的离散采样,被定义为虚拟视模型。根据透视投影和帧缓存的特点,分析了虚拟视模型的点位精度,实验表明虚拟视模型具有较高的相对精度。提出的场景重构方法具有天然的多分辨特性,支持场景简化与流式传输以及独立于场景的具体表示形式,可采用拦截方式从一般三维软件中实时重构虚拟视模型,从而提供了一种获取三维数据的新方法。

GIS命令消息在实时协同GIS系统中的应用研究

为了有效降低网络传输量以满足GIS实时协作的要求,针对地理空间数据量大的特点,通过对协作者的GIS操作进行抽象与封装,提出利用消息传递机制构建实时协同GIS系统的解决方案。首先分析了基于消息传递的实时协同GIS的实现机制,给出了系统体系结构;重点讨论了GIS操作的划分粒度与基于XML的GIS命令消息的编码规范;最后对GIS命令消息库进行了介绍。

GIS虚拟现实化方法

分析了现有地理信息系统(GIS)与虚拟现实(VR)技术集成方法,将其分为黑盒集成和白盒集成2种模式。提出了通过改变操作系统软硬件行为方式,实现GIS与VR技术集成的灰盒模式。基于该集成模式,在不对现有GIS系统进行任何修改的前提下,探讨了基于帧缓存的双目立体显示方法和基于消息映射的多模式交互设备集成方法,实现了各类GIS软件与虚拟现实设备的集成。为构建集空间分析操作与虚拟现实表达、交互一体的VRGIS系统提供了理论与方法支撑。

基于Web与GIS的取水许可工作流审批系统研究

取水许可审批是取水许可制度实施过程中的一个重要环节,基于信息系统实现取水许可审批业务是取水许可审批工作发展的必然趋势。在分析取水许可审批流程的基础上,研究了基于W eb与GIS的取水许可工作流审批系统的体系结构,对基于W eb的取水许可工作流审批系统中客户端和服务端的功能模块进行了设计。同时,以取水许可工作流系统开发为主线,以组件式GIS技术为支撑,对基于W eb和工作流技术的取水许可审批系统中嵌入GIS功能的技术路线与实现方法进行了研究。

面向复杂地理场景的日照分析算法研究

在现实世界的复杂地理场景中进行日照分析模拟,必须考虑众多真三维地形/地物的遮挡因素,传统的日照分析方法难以得出高效、准确的结果。该文面向复杂地理场景的真三维地形/地物要素,设计了相应的日照遮挡分析算法,并以太阳光线的空间局限性为基础,构建了均匀格网-AABB-kd-树的场景组织方式,可以准确、快速地计算出日照时数,有效地实现了算法加速。

支持动态会商的新型协同办公平台研究

为了进一步提高办公平台的协同工作能力,提出了一种支持动态会商的新型协同办公平台,它不仅支持基于工作流的异步任务传递的审批工作方式,而且能够为工作人员灵活提供群体同步协同审批的工作环境。阐述了该新型协同办公平台的基本运行模式,对工作流系统中会商工作方式进行了分析,在此基础上给出了动态会商的流程模型并提出了会商活动。最后对新型协同办公平台的功能模块与系统结构进行了设计。

人眼立体视觉空间与虚拟三维空间的几何映射关系理论分析

虚拟三维空间是现实世界的数字化三维空间,而人眼立体视觉空间则是人眼视觉系统对于现实世界或虚拟世界所形成的三维立体构象。传统上人眼直接观察现实世界,确立了人眼立体视觉空间与现实世界之间的几何对应关系。而人眼立体视觉空间与虚拟三维空间是否也存在对应的几何关系?以人眼立体视觉和虚拟三维场景为研究对象,根据双目视差原理,论述了人眼立体视觉的几何模型及视觉三维模型的表示形式。通过分析虚拟空间三维点元、屏幕视差及网膜视差等三者之间的内在几何关系,利用矩阵代数建立了虚拟空间与视觉空间之间的几何映射关系。这一映射关系表明视觉三维模型与虚拟三维模型之间存在一一对应关系,也反映了人眼视觉系统在虚拟空间中的可测量性质。本文创新性之处在于得到了视觉三维模型的完整表示,突破了传统上立体显示的定性感知,提供了定量分析的基础。这一工作对于在虚拟空间中的立体体验、虚拟交互以及立体测量等实践活动具有一定理论参考价值。

城乡一体化三维房地不动产权籍信息模型构建研究与应用

针对当前城乡房地不动产二维管理模式无法准确表达国土空间中的复杂三维产权体、无法适应自然资源全链条管理等问题,本文在统筹数字国土空间表达和自然资源全链条管理的基础上,通过研究房地一体化不动产权籍的管理要求和应用场景,提出了统筹城乡的房地一体化不动产模型概念框架,构建了融合BIM与不动产信息的房地一体化三维不动产权籍信息模型;开展了三维不动产数据建模试点工作,为实现真正意义上的城乡一体化房地不动产三维管理提供了理论方法基础,也为推动构建新型地籍管理模式、促进自然资源全链条管理、更好服务智慧城市建设与运维管理提供了帮助。

地理实体分类与编码体系的构建

地理实体是政府管理的基础单元,是各类信息聚合的凝聚核。地理实体的构建是"数字城市"和"智慧城市"建设的重要内容。本文针对地理实体分类体系的多样性、粒度划分的层次性、描述表达的完备性,以及实体编码的唯一性等关键问题,提出了面向"智慧城市"建设的地理实体科学分类体系,应用需求驱动的地理实体颗粒度分割体系,地理视角的地理实体描述体系,以及顾及地理实体空间分布、时间过程的唯一身份编码体系构建的设想与思路,为地理实体建设工程的顺利实施提供理论依据和方法途径。

初中美术课绘画教学的现状与改革趋势研究

初中美术课绘画教学，主要采用传统的写实性的画法来教学生，已经越来越不能适应现代初中美术学科教学改革的要求和美术教学未来发展的趋势。文章提出了加强初中美术学科审美教育和美术造型语言的学习、拓宽绘画材料综合运用意识以及运用电脑进行绘画创作练习的教学改革设想。