城市中运量轨道交通系统研究——以深圳市罗湖区为例

深圳市罗湖区经过数十年发展,区域道路网络体系已基本固定,难以增加新的道路资源规划,随着粤港澳大湾区的不断发展,现有道路资源难以满足罗湖区的发展需求。地铁等大运量轨道交通系统造价昂贵,审批周期漫长,施工难度大。常规公交系统由于准点率低,容易拥堵,整体服务水平不高等因素,缺乏竞争力。罗湖区亟需探索新型公共交通工具,构建有竞争力的公共交通系统,引导居民出行方式的转变。文章对常见中运量轨道交通制式进行了对比分析,结合罗湖区交通现状及线网规划原则,对罗湖区进行了中运量轨道交通系统线路、站点和制式的规划。

街道品质虚拟评价与现场调研评价方法的一致性分析——以深圳轨道核心区街道为例

街道品质评价研究自20世纪中期以来不断发展并愈发受到重视。相比传统的现场调研评价方式,近年来随着大数据技术的快速发展,以街景图像为代表的远程虚拟评价方式受到越来越多学者的关注和应用。文章通过梳理既有文献,结合环境行为学及城市形态学对现有两种评价方法进行深入的一致性检测,并构建两维度、三层次的SOC主客观一致性检测体系。在此基础上,文章以深圳轨道核心区的37个街段为例,通过调查问卷、图像语义分割和现场调研等方式,分析两种评价方式在全局主观评价、分类主观评价、客观影响因素及关键客观指标方面的全流程一致性,从而总结出街景图像主观评价的边界适用条件,为当前大规模、全市域、多尺度、多形态的街景图像主观评价的精细化发展提供新思路和新方法。

室内三维点云空间自动划分与规则化方法

精准空间划分是实现室内语义建模与拓扑结构重建的重要基础。三维点云作为常用的室内空间数据载体,如何基于三维点云进行室内空间语义信息提取与规则化具有重要意义。本文提出了一种基于形态学分割方法实现室内场景的分割,并结合矢量规则化方法完成分割场景的规则化。首先,基于区域增长算法与线性拟合方法提取空间分割要素,通过平面投影生成二进制影像,进而利用距离变换和分水岭算法完成空间分割;然后,对空间分割要素进行线性拟合,进行室内空间格网划分,采用矢栅叠加方法实现空间要素规则化;最后,通过4组实际场景(包含3组ISPRS数据集及1组实际场景采集数据)进行数据验证。试验结果显示,本文提出的室内空间分割与规则化方法可以准确快速地完成室内空间要素的提取。

面向地理路网的交通信号智能协同控制方法

城市交通运行效率是影响城市生产力发展的重要因素之一,也是智慧城市建设过程中的重要研究课题。随着计算机技术的发展,人工智能特别是强化学习在交通信号控制中发挥重要作用。目前,基于强化学习的交通信号控制主要针对单路口或城市干道进行优化,面向城市地理路网区域协调控制研究较少。本文结合马尔可夫序列决策,提出一种基于强化学习的双层智能体协同控制方法。第1层,针对单个路口实现粗调训练,智能体通过观察路口每一车道的排队长度调控信号配时,实现单个路口不堵塞;第2层,将多个粗调训练后的智能体模型放入地理网络中,实现多路口的协同微调训练。本文以宁波某中学片区的交通协调为优化目标展开试验。结果表明,调控方法与原有固定配时方案相比,具有更高的通行效率。

基于小麦冠层无人机高光谱影像的农田土壤含水率估算

精准监测农田土壤含水率(soil moisture content,SMC)有助于提高中国水资源利用率以及农业可持续发展水平,为实现国家农业经济的稳定发展及可持续发展目标打下坚实的基础。为了探索基于无人机遥感数据进行准确、快速的土壤含水率监测的方法,该研究选取新疆阜康绿洲田块为研究区,使用无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)高光谱传感器采集田块尺度小麦冠层光谱信息,进行SMC定量估算和制图。对小麦冠层光谱进行savitzky-golay(SG)平滑,利用7种不同的小波基函数(bior4.4、coif4、db4、fk14、haar、rbio3.9、sym4)对光谱信息进行连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)处理,并采用遗传算法(genetic algorithm, GA)对小波系数进行特征提取,最后结合偏最小二乘回归(partial least square regress,PLSR)、支持向量机(support vector machine,SVM)、人工神经网络(artificial neural network,ANN)、随机森林(radom forest,RF)以及极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)估算SMC并实现其空间制图。结果表明:基于GA的特征波段选择方法可有效提高SMC的估算精度。使用全波段小波系数构建模型的决定系数R2在0.20~0.44之间,而使用特征小波系数的R2为0.25~0.82。与其他小波基函数相比,采用db4特征小波系数的估算精度最优,PLSR、SVM、ANN、RF和XGBoost模型估算SMC的R2分别为0.82、0.72、0.79、0.76和0.45。基于PLSR和ANN最优模型进行SMC空间制图,基于CWT和机器学习结合模型能够有效估算小田块尺度SMC。该研究基于无人机高光谱数据实现了SMC精确估算,为农田尺度SMC监测提供了有效手段。

1985—2015年中国不同生态系统NDVI时空变化及其对气候因子的响应

植被是陆地生态系统不可或缺的部分,气候是影响其动态变化的重要驱动因素。因此,探究植被的时空变化及其与气候因子的响应关系,有助于理解陆地生态系统的内在演化机制。目前,不同生态系统尺度下的植被动态变化与气候因子的时间响应关系仍未被完整剖析。因此,为了厘清过去30年不同生态系统植被生长对气候因子的响应关系,利用GIMMS NDVI3g数据和气候资料数据,通过Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验分析了1985—2015年中国陆地NDVI的时空变化特征,结合时间序列相关分析探究了NDVI变化与降水、温度和饱和水汽压差的内部关联,探讨了中国不同生态系统植被与气候因子间的时间响应机制。结果表明:(1)1985—2015年中国陆地植被呈现改善趋势,年均NDVI先减小后增加,拐点时间在1995年左右,整体变化率为0.5×10^(-3)/a。农田、森林和草地生态系统的植被显著改善的程度最高,湿地生态系统的植被退化趋势最显著。(2)中国陆地植被NDVI与气候因子的相关性存在明显的空间异质性,且受不同生态系统分区影响。内蒙古高原中部草地生态系统NDVI与降水呈正相关,而在东部森林生态系统和青藏高原草地生态系统呈负相关;农田生态系统NDVI与温度呈明显正相关,在西部高寒、干旱地区呈负相关;中国东部农田生态系统NDVI与饱和水汽压差呈正相关,而在新疆北部和内蒙古高原中部草地生态系统负相关明显。(3)不同生态系统植被生长对气候因子存在月尺度的时间响应差异。降水对森林生态系统植被生长存在累积效应,农田生态系统植被生长对降水的响应最快;不考虑累积时,不同生态系统植被生长对当月或滞后1月的温度相关性最高;不同生态系统饱和水汽压差对植被生长存在两个月的累积效应,且随着滞后时长的增加相关性逐渐降低。研究成果有利于预测和评价全球气候变化背景下的植被动态变化,可为区域生态环境保护提供理论依据。

动态精密工程测量技术及应用

动态精密工程测量可用于监测工程结构物的建设期和运营期的状态变化。随着各类传感器及智能车、无人机、无人船、机器人等自动化移动平台的快速普及,工程测量逐渐向自动化、动态化、智能化方向发展,具备了运动状态下的测量能力。同时,也发展了系列成熟的测量设备,如测量机器人、移动测量车、专用集成测量装备等,它们可进行动态精密的位置、姿态、表观形状、内部状态等参数测量。本文围绕专用集成的智能化测量装备,首先梳理了智能化感知设备集成和智能化数据处理方法,然后阐述了在公路路面病害监测、大坝内部变形监测、城市排水管网病害监测、输水工程安全监测等不同场景下的应用实例。

绝对空间定位到相对空间感知的行人导航研究趋势

相对空间比绝对空间更易于被人理解。行人导航本质是以相对于人的导航环境视觉与空间等相对语义来动态引导行人的过程,即相对导航。目前,GIS导航理论以绝对定位与空间建模为基础,没有充分理解人对相对语义的认知差异,缺乏基于相对语义的导航理论模型。首先,总结了以绝对空间定位与表达为基础的行人导航研究,提出了相对空间感知的行人导航研究新方向。然后,剖析了相对导航研究的理论研究需求,如:行人相对导航数据采集与建模、行人导航环境相对语义的提取、行人导航行为的自动感知分析、行人导航的多感官交互机制、行人导航路径选择与确认机制等。最后,展望了未来行人导航研究与重要创新的3个阶段。

不同核函数支持向量机和可见-近红外光谱的多种植被叶片生化组分估算

氮、磷、钾元素是植物有机质的重要生化组分,准确估算其含量对监测管理植被的新陈代谢和健康状况具有重要意义。可见-近红外光谱结合多种建模方法已被用于植被生化参数的监测,其中支持向量机回归方法被证明能够较好拟合反射光谱和植被生化参数之间的非线性关系,而选取适当的核函数是其成功的关键。以宜兴地区水稻、玉米、芝麻、大豆、茶叶、草地、乔木和灌木等八种植被叶片样本为研究对象,分析比较基于径向基核函数、多项式核函数和S形核函数的支持向量回归模型估算叶片氮、磷、钾元素含量的能力。利用一阶微分变换、标准正态变量变换和反对数变换对叶片可见-近红外光谱进行预处理,运用bootstrapping法生成1 000组校正集和验证集,分别建立基于三种核函数的支持向量回归估算模型,以决定系数(R2)和相对分析误差(RPD)的均值作为评价指标。结果显示,结合一阶微分和反对数变换光谱,采用径向基核函数模型对氮、钾元素估算精度最高(氮:平均R2=0.64,平均RPD=1.67;钾:平均R2=0.56,平均RPD=1.48),结合一阶微分变换光谱,采用径向基核函数模型对磷元素估算精度最高(磷:平均R2=0.68,平均RPD=1.73)。研究表明,结合不同预处理的可见-近红外光谱,基于径向基核函数的支持向量回归模型具有较好的估算多种植被叶片生化组分含量的潜力。

面向对象的实景三维模型分层解译方法研究

目前,针对实景三维模型这一新兴数据源解译问题,本文提出一种面向对象的实景三维模型分层解译算法。首先采用模型分层解译策略,将三维模型分为地形表面和立体地物两部分处理;其次采用影像分析方法对地形表面模型进行解译;最后进行立体地物解译,基于地物空间相邻关系完成独立地物单体化,提取独立地物的光谱、纹理、几何特征,采用随机森林算法完成分类。实验表明,本文算法将三维模型拆解为两个层次进行解译,简化解译流程,提升解译精度,获得比传统模型解译方法更高的精度,具有较高的理论和实践参考价值。

最小割与深度学习联合优化的室内粘连点云分割方法

随着数字城市的发展,城市三维模型重建对三维点云结构化的需求与精度要求越来越高。如何有效准确地分割室内语义模型与三维重构是当前研究的热点问题。点云分割分类是室内点云结构化的重要基础,如何将粘连点云构件进行准确分割并用于室内点云结构化,是当前城市建模的难点。本文提出了一种面向室内粘连点云数据的分割分类方法。首先,利用深度学习网络处理室内点云数据;其次,对点云数据进行标签分类,得到目标标签点云;然后,利用欧氏算法对目标点云进行聚类分割,通过室内语义构件包围盒信息计算各目标中心点坐标与水平半径;最后,利用点云最小割实现室内粘连点云的准确分割。利用3组室内场景中获取的数据对分割方法的精度及有效性进行了验证。结果表明,该分割优化方法具有较高的精度与数据完整性。

基于城市天际线的遥感视频生产与交通信息提取

传统交通信息获取方法较难获取大范围、全覆盖的实时动态交通流信息,提出一种利用城市天际线作为观测平台的城市遥感视频生产与交通信息提取方法。首先,在超高层建筑物拍摄对地观测数据;然后,对原始倾斜视频观测数据进行正射校正,与卫星影像融合生成大范围城市遥感视频数据;最后,训练深度学习模型进行车辆分类识别,基于识别结果计算区域车辆数目及密度。在深圳平安大厦观光层开展数据采集并处理分析,结果表明,所提方法可生产低成本、长时间、大范围、高质量的城市遥感视频,基于该遥感视频开展的车辆检测误识别率和漏识别率低,车辆计数准确率高,可对区域交通流量进行有效监控,准确实时地获取城市内部区域交通情况。

融合多源测量数据的桥梁挠度异常探测方法

桥梁是一种重要的交通基础设施,保障了人员和物资的流动运输,桥梁安全状态监测至关重要。受桥梁自身承重、桥面移动荷载和环境温度等因素的影响,桥梁挠度不断发生变化,而挠度异常可能会引起桥梁的结构性损伤而产生安全隐患。针对目前挠度异常探测方法没有综合考虑其外部环境和挠度自身变化特征的不足,本文提出了一种融合多源测量数据的桥梁挠度异常探测方法。利用环境温度、桥面移动荷载及桥梁挠度计算多源测量数据特征并融合,通过随机森林分类模型识别异常挠度。试验结果表明,本文方法的异常探测精度达到88.18%,效果良好,并且优于其他典型机器学习模型,能够帮助桥梁管理部门及时发现桥梁挠度异常情况,从而提高桥梁维护管理水平。

无人机技术在海岛测绘中的应用

为提高海岛测绘的技术手段,将无人机引入海岛地形调查中,以Swallow-P小型固定翼无人机开展惠州市大亚湾虎洲海岛大比例尺测图为例,系统归纳了无人机外业数据采集与内业数据处理的具体流程,并制作了DEM和DOM成果;经过实测地面点精度分析得出虎洲无人机大比例尺测图成果平面位置中误差和高程中误差符合1∶1000测图精度要求。

三维点云室内平面要素提取与优化

室内平面要素的准确提取与关系恢复是室内模型自动化语义重建的重要基础,本文提出了一种面向复杂三维点云的室内平面要素提取与优化方法。该方法首先利用区域增长和RANSAC平面混合分割方法分割室内点云数据;其次利用室内语义部件的空间位置信息及包围盒和法向量信息,对分割后的平面进行平面要素的精确提取;然后对提取的墙面进行优化,实现共享墙面的合并,解决室内墙面冗余的问题;最后利用门与墙的空间位置信息,恢复门墙关联关系。试验部分采用了两组试验数据:一组是深圳大学某层教学楼的激光点云数据,另一组是国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)的标准数据,通过对试验结果进行评估,验证了本文方法的有效性和可靠性。

1980—2015年中国建设用地变化研究

土地特别是建设用地的空间格局与演变是城镇研究的热点问题。本文利用1980、1990、1995、2000、2005、2010、2015年7期的中国土地利用遥感数据,对1980—2015年中国建设用地变化进行了系统性的分析。研究工作主要有:①计算1980—2015年中国的城镇用地、农村居民点、其他建设用地及总建设用地的面积和增长率,从而得到1980—2015年中国的建设用地变化速率。②运用GIS软件中的联合分析工具,得到1980—2015年中国建设用地空间变化格局。③制作土地利用转移矩阵,从而得到1980—2015年中国建设用地结构变化情况。研究表明,中国建设用地整体上表现为持续扩张的态势;东部及沿海地区增长速度较快,青藏高原基本无变化,中部及东北地区增长速度较缓,西北地区有少量增加;增加建设用地以耕地转入为主。

现象教学法在GIS专业中的运用探索

为应对新时期高等教育发展需求,探讨现象教学法(Phenomenon-based learning)在GIS专业教学中的运用。围绕某一主题或现象,将GIS专业教学中多门课程有机融合,发挥线下课堂的互动优势,培养学生解决复杂现实问题以及终身学习的能力,同时潜在地指引学生的教育与职业路径,为进一步推进GIS专业教学改革提供新的途径。

基于交通大数据的城市医疗可达性分析研究

随着社会发展的进步和人民生活水平的提高,人们对健康的需求也随之提高,近年来,医疗可达性逐渐成为城市研究领域的重点关注对象。尤其是2020年爆发的新冠疫情,让人们认识到医疗可达性和社会资源配置的公平性是至关重要的。现存的可达性计算方法通常建立在一个假设的基础之上,即假设居民选择就近的医院就医,这忽略了人们选择医院的主观意向。本文提出了一种新的方法,融入行人移动大数据,用移动大数据来模拟人们产生就医行为时对医院的主观选择。结果显示:①很多居民愿意增加出行距离选择更好的医疗服务机构就医;②利用出租车轨迹数据和地铁刷卡数据计算的医疗可达性结果有明显差异;③深圳市医疗可达性整体上呈现出分布不均匀和多中心的发展趋势;④城市交通状况也是影响医疗可达性结果的重要因素。

基于POI数据的城市场景细粒度制图

“场景”是城市文化、意义、情感等的外化符号,是一个超越城市物理空间的概念。知识经济时代背景下,城市场景描述了由不同舒适物组合所产生的蕴含文化、价值观和生活方式的抽象概念,是吸引高级人力资本聚集的内生动力。因此,准确把握城市场景的状态和空间分布是城市发展的一个重要维度。目前,一些研究基于官方商业编码或大众点评等数据开展了基于城市或区域尺度的城市场景制图。文中利用大数据方法,基于POI数据构建了用于城市场景细粒度制图的方法框架,并衡量了深圳城市场景的细粒度分布状态。结果显示,深圳的主要场景特征为企业、正式、爱炫、时尚和逾越;同时,深圳主要呈现出3种场景模式,分别主要来自工作、居住和创意娱乐空间。总体而言,所提方法框架能有效地探测细粒度的城市场景,有利于深刻理解和准确识别城市场景,并为城市发展带来启发。

基于人口合成技术的居民出行调查数据扩样

为提高居民出行入户调查样本代表性,使调查数据能够准确反映居民出行特征,在分析居民出行调查数据处理现状及常规扩样方法局限性的基础上,引入基于人口合成技术的IPU算法(iterative proportional updating)和GRE算法(generalized regression),对深圳市居民出行入户调查数据进行实证分析,并利用相关系数及相对误差指标对扩样结果进行评价。结果表明:利用算法关联家庭与个人表的频数矩阵,通过迭代调整扩样权重值、IPU算法和GRE算法均能很好地拟合家庭与个人的属性分布与总体一致,且相对误差控制在6%左右,满足扩样的精度要求。由于IPU算法更具普适性,算法不受初始权重及稀疏样本限制,其扩样误差及波动性较小,扩样结果更为稳健。