基于障碍约束空间聚类的地形单元划分

地形单元划分是地理环境分析的基础。为了解决凭经验划分地形单元问题，提高地形单元划分效能，提出了综合采用拓扑构建技术和约束空间聚类技术来划分地形单元，旨在通过计算机辅助决策，自动划分出理论上最佳的地形单元，服务地理环境认知。试验表明，障碍约束空间聚类技术能较好解决地形单元的自动划分问题。

基于空间约束模糊聚类的活性污泥显微图像分割

针对活性污泥相差显微图像中絮体和丝状菌分布不均衡、絮体结构多样、存在大量细小丝状菌、图像对比度低,以及光晕、阴影等现象,提出了一种基于多尺度Retinex和空间约束模糊聚类的丝状菌分割算法和基于阈值、形态学操作的絮体分割算法。丝状菌分割算法对原始图像进行多尺度Retinex增强改善不同样本的光源强度,顶帽、底帽滤波增强絮体和丝状菌的对比度,采用边缘检测方法去除图像背景,考虑显微图像相邻像素空间的邻域信息采用空间约束模糊聚类法对增强后的图像进行聚类,结合像素面积和回旋半径形态学特性参数确定丝状菌目标和去除碎片;絮体分割算法利用灰度变换、图像反转以及开操作对絮体进行预处理,克服图像中的光晕和阴影,用阈值分割算法分割絮体,利用形态学操作对其进行后处理。实验结果表明,所提算法在图像分割准确率、精确率、Dice等指标上有明显提升。

基于遥感反演参数与双约束空间聚类算法的湖泊营养物生态分区

中国湖泊营养物水平和富营养化效应存在显著区域分异特征,开展湖泊营养物生态分区研究,是实现湖泊分区控制的前提和基础。本文以云贵高原亚热带湿润区为案例区,通过遥感反演得到研究区域湖泊水体的叶绿素a(Chl-a)、总氮(TP)和总磷(TN)含量,从自然地理要素、生态系统和人类活动3方面建立指标体系;根据研究区域DEM数据划分小流域,将各指标因子投影到小流域;在小流域尺度上,采用数理统计方法定量分析各指标分别对Chl-a/P与Chl-a/N的作用,计算两种湖泊营养物生态分区评价分值;采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上两种湖泊营养物生态分区评价分值共同进行聚类,形成湖泊营养物生态分区结果。研究发现:①通过遥感反演模型可以将少数呈点状分布的监测数据推演到面上,这在一定程度上弥补了有限的野外监测数据量难以支撑湖泊营养物生态分区的不足;②通过构建各指标因子分别与湖泊水体中Chl-a/P、Chl-a/N的定量关系,实现了湖泊营养物生态分区中湖泊水体微观指标与湖泊流域宏观指标的有机结合;③采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;④根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同,将云贵高原亚热带湿润区分为4个区:北云南高原湖区、滇南河谷山原湖区、桂西-滇东-黔南岩溶湖区、贵州高原东北部湖区。本文提出的基于双约束空间聚类的湖泊营养物生态分区方法也可以作为其它地区乃至国家尺度湖泊营养物生态分区的借鉴。

一种融合光谱差异的空间约束模糊聚类的熵率超像素分割方法

针对高分辨率遥感影像中传统超像素分割方法存在过分割和边缘分割一致性的问题,选取五景高分辨率遥感影像,提出了一种融合光谱差异的空间约束模糊聚类的熵率超像素分割方法。首先,采用熵率超像素进行过分割,生成超像素过分割区域;然后,分析影像地物的空间信息,对比区域相似性;最后,采用空间约束模糊聚类和光谱差异进行区域合并,获取最终分割影像。定性和定量分析结果表明,该方法改善了过分割问题,能有效提高分割精度,使得分割影像的地物边缘一致性较优。

空间约束聚类分析的零部件图像镜面高光去除方法

为了解决镜面高光造成的零部件图像质量下降问题,提出了一种空间约束聚类分析的零部件图像镜面高光去除方法。首先,将零部件图像投影到最小-最大色度空间,通过固定的聚类中心对聚类过程进行空间约束在保证簇中色度相近的同时实现彩色像素和消色像素的分离;然后,采用强度比调整和亮度直方图统计分别对彩色像素和消色像素中的镜面反射分量进行估计;最后,结合二色反射模型,实现零部件图像的镜面高光去除。实验结果表明,经所提方法去高光后的实际拍摄图像的平均熵值和结构相似度分别达到了5.750、0.998 8,有效地去除了零部件图像中的镜面高光,提高了图像质量。

基于聚类分析对各国疫情发展趋势的分类研究

2020年全球爆发新冠肺炎疫情卷使得人类正常生产生活秩序受到极大冲击,本文针对各国新型冠状病毒传播发展的问题,构建了K值疫情国家聚类模型、折衷型模糊决策模型、ARIMA及NESIR等模型,针对部分国家疫情严重程度和存在的问题,总结出世界范围主要国家的疫情发展特点和当前管控下的发展趋势。

基于环比增长率和空间约束聚类算法分析中国COVID-19疫情的风险现状

目的分析中国31个省、自治区、直辖市和新疆生产建设兵团(以下简称"31个省(区、市、兵团)")新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)疫情的近期防控态势,基于各省份的疫情防控现状提出分区管理的设计建议。方法基于2020年1月25-2月8日中国31个省(区、市、兵团)COVID-19累计确诊病例数,计算累计和新增确诊病例数的环比增长率,并拟合随时间的线性函数得到环比增长率的线性趋势。进一步结合环比增长率的中位数(median,M)、标准差(standarddeviation,S)和累计确诊病例数进行AZP-SA(auto zone procedure with stimulate annealing,AZP-SA)的空间约束聚类,对各省份疫情现状进行合理分区。结果中国31个省(区、市、兵团)累计确诊病例数的环比增长率在近期均呈现下降趋势。新增确诊病例数的环比增长率则没有呈现出明显的趋势方向。选择AZP-SA方法将中国31个省(区、市、兵团)分成8个区,其中湖北及湖北周边省份属于疫情下降相对较慢的地区,西北和北方省份疫情控制良好,东部和东南省份的疫情控制效果处于两者之间。结论累计确诊病例数的环比增长率是衡量疫情短期趋势的良好指标,基于累计确诊病例数及其环比增长率应用空间约束聚类可以对中国各省份的疫情现状进行划分,为下一步的复工复产提供建议。

中国中东部平原亚热带湿润区湖泊营养物生态分区

湖泊营养物生态分区是实现湖泊分区控制的前提和基础。以中国中东部平原亚热带湿润区为案例区,根据区域特点,从自然地理要素、生态系统和人类活动三方面建立指标体系,对各指标进行归一化得到各指标数据的分值;采用AHP方法确定各指标的权重值,结合各指标分值计算栅格尺度上湖泊营养物生态分区综合评价分值;根据研究区域DEM数据划分小流域,将栅格尺度的湖泊营养物生态分区综合评价分值投影到小流域尺度上,采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上湖泊营养物生态分区评价分值进行聚类得到湖泊营养物生态分区结果。结果表明:(1)AHP可以用来确定复杂指标体系中各指标的权重,适合用于确定湖泊营养物生态分区指标体系中各指标的权重;(2)采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;(3)根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同,可以将中东部平原亚热带湿润区划分为长江中下游平原湖区、湘赣平原丘陵湖区、湘渝山地湖区、四川盆地湖区、川西—大巴山山地湖区5个营养物生态区。

甲状腺结节超声图像分割算法研究

超声甲状腺结节分割是发现与识别甲状腺良恶性肿瘤的关键技术之一。针对模糊聚类法无法准确分割超声图像甲状腺结节边缘,而局部拟合(RSF)模型法对手动初始化轮廓敏感的问题,提出一种融合空间约束模糊C均值聚类和局部拟合RSF模型的分割结节方法。用空间约束模糊C均值聚类法(SKFCM)对图像进行聚类并二值化聚类结果作为RSF模型法初始轮廓,克服了RSF模型法对初始轮廓敏感问题,水平集演化参数也将通过聚类结果自动给出,不再需要人为设定。同时改进了RSF模型法拟合项,并利用高斯正则化规则RSF模型水平集,提高了RSF模型演化效率,缩短了收敛时间。仿真实验结果表明,提出的甲状腺结节超声图像分割方法能够快速准确地分割出结节区域。

元胞空间分区及其对GeoCA模型模拟精度的影响

采用双约束空间聚类方法对元胞空间进行分区,在此基础上对不同的分区分别求取元胞转换规则,从而提高元胞自动机的模拟精度。以杭州市土地利用变化为例,采用本文提出的基于双约束空间聚类的分区元胞自动机模型对研究区域2000年—2005年的土地利用变化进行模拟,并利用逐点对比法和MoranI指数对模拟结果进行精度评估。结果表明:(1)采用双约束空间聚类算法对元胞空间进行分区,可以保证同一分区内的元胞既在空间上邻近,又具有相对一致的非空间属性信息,分区效果较好;(2)与不分区元胞自动机模型和基于空间聚类的分区元胞自动机模型相比,双约束空间聚类元胞自动机模型具有较高的模拟精度,尤其是在空间形态和整体结构上具有较好的模拟效果。

湖泊营养物生态分区:中国东北的分区试验

湖泊营养物生态分区是实现湖泊富营养化分区控制的基础。论文以东北区为研究区域,从自然地理要素、生态系统和人类活动三方面建立指标体系,利用粗糙集方法确定各指标的权重,并据此计算栅格尺度湖泊营养物生态分区评价分值,并将其投影到小流域尺度上。在小流域尺度采用双约束空间聚类算法开展湖泊营养物生态分区。结果表明:①采用粗糙集方法,运用属性重要度确定各属性的客观权重,适合用于测算湖泊营养物生态分区指标体系中各指标的权重;②采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;③可以将东北区分为大兴安岭北部山地区、小兴安岭山地-三江平原区、长白山山地区、松嫩平原区和辽东、辽西丘陵-辽河平原区。