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。

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。

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。

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。

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。

大数据的6种地理学应用范式

随着大数据时代的来临,多源大数据正在兴起,数据驱动研究范式与地理学日益融合。基于个体行为的地理空间大数据可提供对海量个体行为模式的观察,从而实现“由人及地”的社会感知,支持城市管理、交通、公共卫生等不同应用。本文从应用角度,以地理空间大数据为重点,梳理其支持的6种应用范式,按照层次从低到高依次为描述时空分布、识别异常对象、发现普适规律、揭示关联关系、预测未来趋势及优化空间决策。其中,第1个方向是对地理现象和地理要素时空特征的简单刻画;第2~4个方向则注重探寻时空分布特征背后的规律和机理;最后两项,则是在决策层面提供支持。继而,本文指出大数据应用中数据获取、分析方法和应用目标3方面的问题。

黄河流域(甘肃段)水资源与其他自然资源耦合协调关系研究

本文基于黄河流域(甘肃段)2009、2012、2015、2018、2021年57个县级行政区面板数据,利用耦合协调度模型测算并分析了水资源与耕地、园地、林地、草地、湿地的耦合协调关系及时空演变规律。结果表明:①研究期内黄河流域(甘肃段)水资源与耕地、园地、林地、草地、湿地的两两耦合协调关系呈不同发展规律与空间分异特征。总体上,水资源与草地、耕地、园地的耦合协调度相对较高,与林地、湿地的耦合协调度相对较低。②水资源与耕园林草湿整体上呈耦合、协调发展趋势,在空间上呈东北低、西南高的分布特征,在时间变化上未有明显波动。③研究时段内未出现明显的高耦合-高协调演化趋势,表明黄河流域(甘肃段)各类自然资源空间分布和数量分布不均衡,未来应重视设计差异化的自然资源协调发展路径,引导各类自然资源向更有序、协调的方向发展。

大类招生背景下GIS专业野外实习教改探索

大类招生背景下,低年级注重通识基础教育,专业课程大为削减,地理信息科学专业在野外实习教学过程中,如何立足学生专业基础薄弱的客观现实,兼顾与地理科学大类下其他专业的共通性与差异性,成为本科教学改革一个值得研究的问题。因此,充分考虑实习前后的专业课程设置,提出一套野外实习教改方案,在教学内容上能够承上启下,在教学模式上集“指导教师-野外实习信息化平台-学生”三位一体,在考核方式上注重实习过程与实习成果评价。近2 a的野外实习成果和学生反馈表明,该教改方案能够取得较好的教学效果。

城市防疫医疗救援网络的抗毁性与鲁棒性

为研究城市防疫医疗救援系统空间布局的合理性和防灾韧性,采用复杂网络技术构建了某城市防疫医疗救援网络模型,对其网络拓扑结构和网络特征基本参数进行分析,研究不同攻击模型下以边和点连通度为度量指标的结构抗毁性能力;通过设定不同的网络冗余与网络负荷,研究网络针对确定性攻击与随机性攻击的鲁棒性特征。研究结果可为城市防疫医疗救援系统的空间优化布局和核心场所强化建设提供理论支撑。

大数据时代空间信息与数字技术专业建设探讨

面对大数据时代“空间信息与数字技术”专业建设的挑战,如何适应经济社会发展的人才需求,培养兼具“信息技术”+“领域知识”的“空间信息与数字技术”专业的复合型人才,是该专业持续建设需要着重探讨的问题。从创新“3332”人才培养模式、重构“信息技术+领域知识”的课程体系、构建“基础-综合-创新”相结合的实践教学体系三方面对该专业的建设问题进行了探讨,给出了与之对应的专业建设的具体措施、路径与办法,以期为大数据时代“空间信息与数字技术”专业建设和人才培养提供参考,以满足国家战略对该专业高层次复合型人才培养的需求。