汶川震区山洪灾害场次洪水最大携沙量预测模型

汶川地震后,震区产生了大量松散堆积体,受强降水影响产生了破坏性更强的山洪灾害,加剧了灾害的危险性,增加了灾害防治的困难度,研究震区山洪灾害可为评估灾害的风险性及后续的管理提供依据。本研究以66处历史山洪灾害作为样本数据,进行可量算影响因子的相关性分析,揭示山洪灾害的携沙量影响机制,确定流域面积、主沟长度、相对高差、物源量四个影响因子作为主控因子,基于SPSS进行非线性回归分析,建立了基于场次洪水最大携沙量及最大携沙距离的估算模型,并选取了汶川县和都江堰市的共23处山洪水沙灾害数据进行了模型的验证且与其他模型对比。结果表明,本研究建立的模型可靠性好,精度更高。研究成果有助于预测汶川震区潜在的山洪水沙灾害区域,为山洪水沙灾害的风险评估提供依据。

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。

SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

智慧国土赋能城市高质量发展的路径研究--以重庆为例

随着新一代信息技术的深度应用及数字中国建设的推进,智慧国土逐渐成为赋能我国自然资源管理、国土空间规划与治理,以及城市社会经济发展的新手段。但从实施层面来看,智慧国土如何赋能城市高质量发展,还需进一步探索其具体的实践路径。本文在厘清城市高质量发展和智慧国土建设之间内在关系的基础上,提出了智慧国土赋能城市高质量发展的总体设计思路,具体将通过数据赋能、技术赋能及场景赋能三种模式,推动实现对城市的高质量全程智治。在此基础上,以重庆市为例,结合其发展现状和实际需求,从自然资源管理与社会经济发展两个方面,探索智慧国土赋能城市高质量发展的实践路径,以期为我国城市数字化治理和高质量发展提供理论参考与实践指导。

室内实景三维重建技术综述

构建语义丰富、几何精确且拓扑完备的室内三维模型是实景三维中国建设中一项富有挑战性的任务,在室内导航与位置服务、虚拟现实、智能家居等领域都有重要的应用价值。室内空间结构布局复杂、实体要素类型多样及杂乱遮挡等因素给室内实景三维重建带来诸多挑战。近些年,室内实景三维重建受到广泛关注,然而关于现有方法的系统性总结仍较为欠缺。本文对室内实景三维重建最新技术的研究进展进行整理和归纳。首先,简要总结当前主流的室内空间三维数据采集手段;其次,从室内实景三维模型构建过程中涉及的关键环节出发,从实体要素语义识别和分类、实体要素几何模型生成、空间拓扑特征组织与表达方面对现有方法及其优缺点进行综述;最后,对室内实景三维重建相关研究现存的技术挑战进行分析总结,并对未来研究趋势进行展望。

震害评估任务驱动的遥感信息服务链构建方法

地震是全球影响最大的自然灾害之一。利用遥感数据对灾区进行动态震害评估,有助于支持应急救援和恢复重建工作,并在一定程度上降低灾害损失。然而,随着Web服务和在线计算技术的快速发展,如何根据不同震害评估任务需求,选择合适的遥感数据和处理服务进行智能组合,构成遥感信息服务链,已成为亟待解决的难题。因此,本文提出了一种任务驱动的遥感信息服务链构建方法,通过分析震害评估任务与遥感服务的特点,基于本体构建统一描述语义的震害评估任务描述模型与遥感信息服务描述模型,研究逐级精化的服务多级语义匹配方法,并从服务类型、服务功能、服务质量三个方面进行服务匹配。结果表明,本方法可构建出12条可用服务链,用时均在70 min内,且最优归一化服务质量指标达到0.607。研究成果能够支持遥感信息服务链构建,可为震害服务管理提供技术支持。

基于LSTM与Transformer的地面沉降智能预测方法研究——以上海市为例

受地面沉降严重威胁到生命财产安全的人口已达19%,开展地面沉降模拟预测对防灾减灾具有非常重要的现实意义。针对现有地面沉降预测在模型参数难以获取、单一深度学习方法在预测精度低等方面的局限性,本文提出了集成大模型核心技术的地面沉降预测方法。首先,从地面沉降模拟预测的顶层设计,提出了基于深度学习的地面沉降预测包括算力层、数据层、模型层、评估层与应用层的总体架构;其次,基于LSTM与Transformer提出了地面沉降预测的实用方法;最后,利用上海的地面沉降数据进行了实验研究。结果表明:深度学习技术可以在地面沉降模拟预测中取得较好的结果,多模型法对地面沉降变化不大、回弹、变化较大均可进行预测,iTransformer模型对地面沉降变化较小的情况预测效果较好;在微量地面沉降时代,利用大模型的核心技术Transformer可以取得较高的精度。

基于Voronoi图的空间点事件统计聚类方法

挖掘地理空间数据中点事件聚集模式对于揭示流行疾病、犯罪分布热点区域及城市基础设施空间分布格局等具有重要意义。针对不同形状、密度和大小的显著空间点聚集模式的识别,目前以空间扫描统计为代表的方法虽然可以对空间点聚类的显著性进行统计推断,减少虚假聚类结果,但其主要用于识别球形或椭圆形状的聚簇,对于沿着街道或河道分布的任意形状、不同密度的显著空间点聚簇识别还存在局限。因此,本研究提出一种基于Voronoi图的空间点聚集模式统计挖掘方法。首先,采用Voronoi图来度量空间点分布的聚集性,将空间点聚类问题转化为热点区域探测问题;其次,结合局部Gi*统计量探测统计上显著的空间点聚簇;最后,通过模拟数据和真实犯罪事件数据进行实验与对比分析。结果表明:本方法能够有效探测任意形状的空间点聚类,并对空间点簇的显著性进行统计判别,识别显著的空间点簇,减少随机噪声点的干扰;聚类识别结果优于现有代表性方法,如DBSCAN算法、空间扫描统计方法等。

基于本体和知识图谱的城市空间数字底座架构及应用

为支撑城市数字化转型,解决目前智慧城市数据不能满足多领域兼容覆盖的需要、数据孤岛等问题,本文提出融合城市动静态多源数据、城市数据运算方案和数据组织管理方案的城市空间数字底座的概念,进而提出一种依托本体框架的城市空间数字底座架构,以多源多模知识图谱为核心来管理城市治理的数据模块、数据运算模块、数据可视化模块和城市服务模块,使得所有数据和事件、行为都在同一框架与协议下运作。本架构有三个特点:①依托本体框架,构建语义解释器覆盖领域全要素,保证数据结构完整和质量可靠;②数据与业务脱钩,原始数据从具体事物中抽象出来,重构为知识单元,适度脱敏推动数据融合;③空间运算升级为知识运算,利用知识图谱通过知识推理、知识发现等来优化传统计算,拓展服务边界及节省运算资源。通过知识图谱的管理架构,可以保证城市空间数字底座的数据质量可靠性、完整性、可解释性和共享性,确保了空间数字底座对城市空间信息服务的支撑能力。

面向智慧国土的重庆时空数字化变革

以智慧国土理念推动时空数字化变革,是提升自然资源治理能力现代化的重要手段。本文辨析了智慧国土建设背景下的时空数字化变革技术框架,通过梳理重庆过去在时空数据库建设、数字化平台、数字化应用等方面工作基础与成效,发现仍存在数据供给质量不高、流通不畅、应用不深等现实问题。立足全市时空数字化建设基础,面向数字重庆、智慧国土整体智治的总体要求,提出国土空间数字化治理、多跨时空信息生态构建、时空应用智能化升级等变革方向。以开展重庆市空间治理数字化平台建设为抓手,全面融入全市一体化智能化数字平台,在空间规划、空间保护、空间利用、空间安全、空间服务五大应用方向,推动融跨协同的空间治理场景构建和应用,全面提升时空数据供给质量,加强时空数据流通显化价值,全面助力空间治理数字化改革和数字重庆建设,为全国时空数字化变革提供地方实践经验。

结合注意力机制的卫星遥感影像立体匹配

采用立体匹配技术对多视卫星遥感影像进行三维场景重建一直是摄影测量与遥感领域的核心问题。基于卷积神经网络的深度学习方法极大地促进了立体匹配技术的发展,然而其中涉及匹配困难和误匹配问题的相关研究仍然不足。为了提升卫星遥感影像不适定区域中视差估计的精度,本研究提出了一种结合注意力机制的立体匹配深度学习网络,在特征提取模块中加入注意力机制,分别从通道和空间两个维度捕获全局信息,对特征进行优化;在代价体的构建模块中构建新的代价体积,并重新设置视差的回归范围。为了验证本文方法的有效性,在US3D、WHU-Stereo两个数据集上分别与已有方法Stereo-Net、PSM-Net进行了比较分析。结果表明,本文方法在EPE(endpointerror)和D_1两个指标上均能达到最优,取得了较好的性能,提高了立体匹配的精度,尤其在无纹理、重复纹理、遮挡及视差不连续区域表现出良好的鲁棒性。

顾及多模态数据特征关联的城市功能区识别方法——以武汉市为例

城市功能区在城市化建设当中扮演着重要的角色,城市功能区建模与分析对于规划城市土地布局和优化土地利用模式有着重要意义。目前在城市功能区建模与分析的研究中,仍存在多模态数据利用率低、关联特征损失大的问题,这导致难以精确捕捉城市空间结构信息。因此,本研究以武汉市中心区域为例,基于街景影像数据和兴趣点数据构建城市功能区识别方法。首先,将研究区域划分为500 m×500 m的格网单元,运用自然语言模型、深度学习、空间插值等方法来提取多维度的城市功能特征;其次,利用核典型相关分析方法提取多模态数据的关联特征,分析不同共享空间维度和相关性的关系;最后,基于建成环境特征、社会经济语义特征、拼接特征及关联特征的多维度特征构建随机森林功能区识别模型,并分别与两种常用数据模态进行对比评价。结果表明,本方法相较于没有顾及关联特征的模型准确度提高了3.4%。研究成果可为政府决策规划、城市发展评估提供帮助,推动城市化建设。

新型冠状病毒感染疫情政策干预下群体虚拟轨迹时空模式差异性研究

轨迹时空模式的研究,对于突发公共安全事件监测及政策制定评估具有重要意义。目前大量的研究仅分析了物理轨迹时空模式变化,尚缺乏从群体虚拟轨迹的视角,分析其与物理轨迹的关联性和差异性。因此,本研究选取美国10个大型样本城市作为研究对象,以OSM网络地图作为虚拟空间,利用地图瓦片访问频率构建群体虚拟轨迹,与物理轨迹对比分析居家令干预政策实施前后时空分布、时空衰减和空间要素偏好的变化。结果表明:①城市中群体虚拟轨迹访问频率具有一致的中心–边缘空间结构,但新型冠状病毒感染疫情导致城市中心吸引力明显减弱;干预政策实施后,群体虚拟轨迹不同空间要素访问频率相比疫情前平均下降67.84%,且不同空间要素同步下降,仅在部分区域中对医疗设施的访问频率增加,谷歌移动指数代表的物理轨迹平均下降48.05%,仅居住场所增长22.15%。②物理轨迹访问频率变化与干预政策时间一致,然而虚拟空间中群体提前一周左右已经进入居家管制的活动模式。研究成果表明群体虚拟轨迹相比物理轨迹对于干预政策响应时间更早、时空衰减更大,为突发公共安全事件监测及政策制定评估提供了新途径。

基于实景三维模型的地质灾害隐患识别——以广东省上坪镇为例

为了打破地质灾害中高位隐蔽性隐患发现难的局限,查清复杂地形下突发地质灾害的特点,实现地质灾害隐患点的精准识别。本研究以广东省连平县上坪镇为研究区域,基于无人机倾斜摄影测量技术构建高精度实景三维模型,生成点云、数字高程模型等衍生数据,在真三维环境中结合山体阴影进行隐患点识别,并结合实地调查对典型灾点的特征信息进行分析。结果表明:本研究识别的隐患点与现地验证情况一致,正确率达100%;共识别出隐患点23处(滑坡14处、崩塌9处),灾害密度约4处/km~2。本研究通过集成“空地联动”“点面体协同”“二三维一体”的方法,将立体灾害点搬进数字空间,实现了隐蔽性点位和调查盲区的全覆盖,对灾害预警和风险防控具有重要意义。

改进潜能模型的城市公共交通系统可达性测度方法——以成都市中心城区为例

城市公共交通系统主要为城市居民提供高效出行服务,故其可达性情况将直接影响城市的稳定运行。针对传统的潜能模型对居民的交通站点选择影响因素考虑较少的问题,本研究使用改进潜能模型对城市公共交通系统的可达性进行度量研究。首先,利用复杂网络理论,考虑公共交通线路和站点的度中心性、介数中心性和接近中心性构建出一种综合中心性度量指标;其次,引入潜能模型并考虑人口空间分布,建立顾及人口空间异质性的改进潜能模型,进而结合综合中心性度量指标提出一种城市公共交通系统可达性测度方法;最后,为评价方法的有效性,以成都市中心城区为例,对融合地面公交网络和地铁网络的公共交通网络进行实验分析。结果表明:武侯区和锦江区的公共交通可达性较优,成华区和金牛区的可达性较差;可达性的高值区域主要分布在城市几何中心处和武侯区与锦江区的交界处。研究结果较好地反映了成都市中心城区公共交通系统的可达性情况,可为进一步评价城市公共交通系统可达性提供方法支撑。

智慧国土构建的技术模式研究--以重庆为例

智慧国土是统筹自然资源与地理空间数字化发展、促进智慧化应用、赋能高质量发展的重要举措。当前,尽管关于智慧国土的相关研究成果较多,但针对智慧国土技术模式的研究尚不多见,既有为数不多的技术模式的研究也不能完全适用于当前数字中国建设架构,因此,本文开展智慧国土构建的技术模式探讨。首先,本文从当前智慧国土构建中存在的不足出发,提出从信息到知识,从知识到智慧为主线的总体构建思路,总结形成以全面动态感知、系统精准认知、全域智慧管控为特征的智慧国土构建总体技术框架;其次,在分析重庆智慧国土构建技术现状与存在问题的基础上,讨论重庆智慧国土构建的技术创新方向与重点任务;最后,针对当前智慧国土发展现状,为下一步智慧国土构建提出相应建议。研究成果旨在为智慧国土实践的技术创新方向与重点攻关任务提供参考。

城市零售网点变化的空间分布特征及影响因素分析——以北京市六环内为例

目前大多数研究主要集中于对零售网点的空间布局特征及驱动力的分析,对其变化空间分布的研究相对不足。本文主要采用变化显著性检验、热点分析和计数模型,探讨北京市2015~2017年零售网点变化的空间分布特征及影响因素。结果表明:(1)2015~2017年北京市六环内零售网点整体增幅相较于减幅更为显著。(2)2015~2017年零售网点在东六环的朝阳区、通州区的增幅显著高于其他区,位于三环至六环东南部分的朝阳区、丰台区、通州区和大兴区的减幅明显高于其他区。(3)路网密度和地铁站点越密集、容积率越高、租金越低的地方,零售网点增加的概率越大;路网密度和地铁站点越稀疏、建筑覆盖率越高的地方,零售网点减少的概率越大。研究成果从侧面印证了北京市相关政策的执行情况,可为后续规划布局、政策调整等提供一定的技术参考。

基于SE-Mask-RCNN建筑遗产识别与空间可视化分析

传统建筑是中国宝贵的建筑遗产,承载着优秀的民族建筑文化,是反映城市特色风貌的重要指标。现阶段深度学习识别建筑物的技术相对成熟,但使用街景图片识别建筑遗产并进行地图可视化展示的研究较少,因此,本研究基于Mask-RCNN(mask region-based convolutional neural network)模型,融合SE(squeeze and excitation)注意力机制,提出一种基于SE-Mask-RCNN识别街景图片中建筑遗产的方法。首先,通过路网数据获取百度街景图片,制作数据集。其次,在模型的残差网络(residual network,ResNet)中引入SE注意力机制;并与已有相关方法 U-net(u-shaped network)、全卷积网络(fully convolutional network,FCN)、Mask-RCNN三种模型进行实验对比评价。最后,使用本方法识别研究区域内的街景图片,形成可视化地图,分析建筑遗产在空间上的分布情况。结果表明,本方法可以有效识别城市中的建筑遗产,识别结果较Mask-RCNN、U-Net、FCN模型分别提高了2%、3.1%、4.7%,证明了本方法对城市中建筑遗产的识别具有可靠性和有效性。研究成果可为建筑遗产保护及现状调查提供依据。

面向矢量地图数据的时空对象生成工作流技术

针对目前存在的由矢量地图数据生成时空对象的方法通用性、灵活性、可复用性不足等问题,本研究提出一种面向矢量地图数据生成时空对象的工作流技术框架。首先,将由矢量地图数据生成时空对象的流程划分为文件解析层、时空对象构建层和数据持久层三个层次;在文件解析层进行矢量地图数据的多要素解析以获取原始属性信息,在时空对象构建层将各几何要素进一步封装为时空对象,在数据持久层将时空对象及其关联的映射集进行批量入库,各层之间基于工作流引擎变量进行功能连接和信息传递;其次,在Camunda工作流引擎外部任务模式下实现了上述框架,在三个层次设计了五个功能节点和六个引擎变量,可分别针对不同任务需求进行功能节点的模块化拼接;最后,以重庆市大德镇6852份农田矢量数据和某出租车3306条轨迹数据为例,分别测试了各节点的独立功能、多节点拼接和全功能的时空对象批量生成任务。结果表明,研究成果可以在进行少量人工干预的情况下,实现从矢量地图数据生成时空对象的各项自定义任务,提高了时空对象生成的灵活性和复用性。

面向疾病的空间聚集性与影响因素分析方法

疾病的发生与自然环境、社会环境和人群特点密切相关,其发生与流行通常具有一定的空间分布特征。针对目前在疾病空间聚集特征与影响因素的已有研究中,缺少两者关联关系的探讨,以及空间尺度多集中于省、市和县域,因此,本研究提出一种面向疾病空间聚集性与影响因素分析的方法。以武汉市的历史肺结核数据为例,进行基于乡镇尺度的肺结核发病率数据及影响因素数据的处理与整合,基于空间自相关方法分析2011年、2013年和2015年肺结核空间聚集情况;并运用地理探测器探测肺结核发病率空间分布的影响因素及交互作用,探究肺结核空间聚集的成因。结果表明:肺结核热点聚集乡镇主要分布在新洲区、江夏区和蔡甸区,冷点聚集乡镇主要分布在洪山区;植被指数、人口密度、人均GDP及五类兴趣点密度(医疗保健类、生活服务类、餐饮类、住宅类和农林牧渔类)为肺结核发病率空间分布的主要影响因素,其交互作用对肺结核发病率影响显著增强。研究成果可为武汉市肺结核防治提供科学参考。