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。

长江中游城市群中心城市首位特征及效应分析

现有的城市首位度仅反映中心城市与区域内特定几个非中心城市之间的关系,忽略了城市间跨行政区边界的交流。本文采用树状结构动态而清晰地展现2010~2019年长江中游城市群城市体系演变,聚焦省会城市与非省会城市之间的时空联系变化,从而丰富省会首位特征的刻画;并进一步通过Kanbur-Zhang指数和Capello空间溢出指数动态评估长江中游城市群省会城市经济发展给非省会城市带来的影响。结果表明:①2010~2019年长江中游城市群省会城市要素聚集程度,以及与所在城市圈内其他城市的交流联系紧密度随时间均有提升。②三个中心城市经济发展对周边城市产生效应不同;首位特征最强的武汉市对周边城市由虹吸效应转为显著的溢出效应,环长株潭城市圈中长沙市在后期初现溢出效应,首位特征最弱的南昌市对所在城市圈中其他城市仍以虹吸效应为主。城市组团发展受政策因素影响较为明显,本研究能够为强省会战略的实施提供技术支持。

基于改进遗传算法的消防疏散标识布局优化

消防疏散标识布局对火灾疏散逃生有重要意义,但现有的布局方法存在因布设者经验差异大,地方标准的不同导致标识引导效能差的问题。本文提出了标识引导效能计算思路,构建疏散标识布设优化模型,研究基于自定义算子的改进遗传算法,实现了改进遗传算法的消防疏散标识布局优化方法;并以地铁站台为例开展了实验模拟。结果表明,本文方法能够明显提高消防疏散标识引导效能。这可为室内消防疏散逃生下的标识布设提供科学依据。

基于多尺度特征融合网络的路面裂缝分割方法研究

针对路面缺陷检测设备采集到的路面影像中裂缝像素数占比较小,而现有深度学习的语义分割网络难以分割图像中小目标的问题,本文提出了一种融合了多尺度特征信息的编解码结构语义分割网络模型。首先,在经典编解码结构分割网络U-Net(u-shaped network)的基础上,将编码结构中不同层级的特征图分别与解码结构中的特征图越级融合;其次,在网络的误差反向传播过程中选择适用于小目标物体分割的损失函数Focal Loss;最后,在CrackForest数据集上对本文方法和常用四种模型进行了对比分析。结果表明,改进的U-Net模型在交并比、F1分数两种综合评价指标上的表现均要优于其他模型,且在细小裂缝的分割结果上提升更为明显。这说明本研究能够为路面影像中裂缝分割任务提供技术参考。

结合等变交叉正则化的轻量化双分支建筑物变化检测网络

空间细节信息和语义上下文信息在建筑物变化检测研究中扮演着至关重要的角色。然而,在当下主流的单分支网络架构中,同时获取这两种信息会面临计算成本和模型大小方面的严峻挑战。为应对这一挑战,本文提出一种全新的轻量化双分支网络架构用于高效特征提取,并引入等变交叉正则化模块以增强特征表达,从而实现精细化的建筑物变化检测。具体地,轻量化双分支网络架构由细节分支、语义分支和双信息交互融合模块组成,能同时高效地捕获空间细节信息和语义上下文信息,以生成细粒度的深度语义变化特征图;同时,等变交叉正则化模块从隐式监督角度出发,在不增加网络参数的前提下,从语义和空间层面对变化特征图进行一致性约束,从而提高网络在变化建筑物尺度和边缘上的感知能力;为了验证方法的有效性,本文选用现有优秀的轻量化和非轻量化变化检测网络作为对比方法,分别在WHU、LEVIR两个数据集上开展对比实验。结果表明,在仅需2.27 M参数和4.25 G浮点运算的轻量化前提下,本文方法在两个数据集上分别实现了87.03%、83.41%的交并比精度,综合性能显著优于现有的轻量化和非轻量化变化检测方法。研究成果有望为未来的轻量化建筑物变化检测研究提供科学参考。

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。

基于信息量-逻辑回归模型的怒江州滑坡灾害易发性评价

为了解决用单一模型进行滑坡灾害易发性评价效果不佳的问题,本文构建了耦合模型对滑坡灾害易发性进行研究。选取典型高山峡谷区怒江傈僳族自治州(简称怒江州)为研究区;选用离断层距离、离河流距离、离道路距离、工程地质岩组、海拔、坡度、坡向、土地利用类型8个滑坡影响因子构建评价指标体系;运用二元逻辑回归法、信息量法、确定性系数法分别进行滑坡灾害易发性研究,构建了信息量-逻辑回归模型,并分别与上述三种方法各自所得结果作对比;结合均方根误差、最小值和平均值统计及受试者工作特征曲线进行检验与比较。结果表明:极高和高易发区主要分布在怒江、澜沧江、独龙江沿岸及道路两侧,符合研究区实际情况,表明评价指标和评价模型的选取具有合理性;所建信息量-逻辑回归模型(0.883)比信息量(0.874)、确定性系数(0.848)、二元逻辑回归(0.869)模型更具优势。

北京市海淀区小学教育资源空间布局优质均衡性分析

为了反映小学教育资源的空间配置情况和供需情况,并为下一步优化调整小学的空间布局及合理配置优质教育资源提供决策参考;同时,海淀区作为北京教育的焦点,尚缺乏从街道尺度对其空间布局的相关研究。因此,本文以北京市海淀区小学为研究对象,综合考虑教育资源供给与学龄儿童入学需求,利用GIS空间分析和基于两步移动搜寻法的可达性计算等方法,分析了小学基础教育资源和优质教育资源的空间布局、供需现状和空间配置的均衡性。结果表明:①海淀区整体教育可达性不甚理想,供需矛盾在部分乡镇地区依旧突出,仅有77.7%的学龄儿童可以实现在3 km内“就近入学”的需求;②优质小学稀缺且布局不均衡,约46%的适龄儿童有机会进入优质小学;③为满足海淀区教育“优质均衡”发展要求,应在上庄镇、青龙桥街道等地加强布局优化。

两步法折光改正模型在测量机器人边坡监测中的应用

大气折光是影响测量机器人边坡监测精度的重要因素。测量机器人边坡监测中折光改正模型存在易引起气象代表性误差及未考虑点位空间位置关系的问题,因此,本文提出一种包括距离改正及坐标改正的两步法折光改正模型。在利用气象改正公式对距离观测值进行改正的基础上,联合监测点与校准基点之间的空间位置关系对监测点进一步进行坐标差分改正,削弱气象因素对角度观测值的影响,确保监测结果精度;并以某水电站大坝边坡监测数据为例,与气象改正、距离差分改正典型的折光改正方法,进行比较评价。结果表明:当采用两步法折光改正模型时,选用两个在空间位置上最邻近的校准基点参与坐标改正为宜;相对于典型的折光改正方法,本方法由于考虑了对受气象因素影响较大的竖直角的折光改正,因而在提升监测点Z方向的精度上具有优势。研究成果为在测量机器人边坡监测任务中选用合适的大气折光改正模型提供了技术参考。

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。

面向“放管服”的省级宅基地建房管理平台建设与应用——以湖南省宅基地信息化建设为例

在全面推行“放管服”改革的政策背景下,使用信息化技术提高宅基地建房管理效率成为保障乡村振兴战略的重要因素。由于传统的业务工作方式存在着信息不对称、流程烦琐等问题,住房审批、安全监督等管理工作效率低下,难以保障农民居住用地需求。因此,本文以湖南省宅基地信息化建设工作为研究对象,提出了面向“放管服”改革的省级宅基地建房管理平台的设计与实现方案。结果表明,在湖南省规范宅基地管理工作、保障农村住房用地政策的约束下,已有1800多个乡镇使用平台来开展业务工作,应用覆盖率超过86%,取得了良好的应用效果。期望本研究能够为其他省份的宅基地建房管理工作信息化转型提供借鉴作用,从而全面强化国土空间规划管控,加快推进政务服务的全面信息化。

基于改进的舒适度指数的焦作市旅游适宜性评价

现有旅游评价中较多顾及气象条件影响,综合考虑地形地貌、空气质量因素的研究还较少。以焦作市为研究区,首先,本文基于2000~2020年气象数据利用数字高程模型改进旅游评价中的人体舒适度指数;其次,进行反距离权重插值分析;最后,结合2016~2022年焦作市所辖市(县)的空气质量指数分析其旅游适宜性。结果表明:(1)焦作市受地形的影响,同期人体舒适度变化较大,其中,冬季变化幅度最大;春季人体舒适度指数为40.77~58.37,夏季人体舒适度指数为60.73~75.77,秋季人体舒适度指数为42~58.15,冬季人体舒适度指数为17.13~39.75。(2)夏、秋两季空气质量指数等级多为优、良,尤其适宜作为旅游目的地。研究成果可为地形条件起伏较大的城市的旅游管理规划部门提供科学参考。

基于RSEI的北京市生态环境质量分析及验证

开展北京市生态环境质量动态监测,全面掌握首都生态环境变化情况,明确未来发展趋势,是优化首都功能、打造和谐宜居生态之都的重要支撑及实现新时期首都生态文明建设的关键依据。遥感生态指数作为一种生态综合环境指数,能够快速监测与评价区域生态环境质量,但目前针对北京市的遥感生态指数分析以区域性变化研究为主,缺少北京市生态环境质量的趋势分析和基于遥感生态指数的生态环境质量评价的验证分析。本文基于遥感生态指数模型分析了北京市2013~2020年生态环境质量变化情况,并利用全市生态环境质量指数进行了研究验证。结果表明:2013~2020年,北京市生态环境质量不断变好,特别是2017年生态保护红线划定后,生态环境质量变化明显,其中,2017~2020年生态环境质量转优速度明显,增加幅度约为2013~2017年的2~3倍;平原区生态环境质量逐步由差、较差向中等、良转变;山区生态环境质量持续提升,由中等、良向优转变,等级为优的区域明显扩大。遥感生态指数的大小能够用来快速反映生态环境质量状况。

自然资本核算与生态产品价值实现机制的内在逻辑及理论建构研究

随着全球可持续发展议程的推进,自然资本核算已成为衡量自然资源及其生态系统服务价值的重要工具、推动绿色发展和生态文明建设的关键手段。本文通过回顾自然资本核算国内外发展历程与实践,系统梳理自然资本核算与生态产品价值实现的理论逻辑;基于国际经验和中国生态文明建设需求,构建适合中国国情的自然资本核算框架,区分自然资源的私人价值与公共价值,提出通过产权交易、市场交易与生态补偿等机制,实现自然资产向自然资本的转化。研究表明:自然资本核算从初期探索走向标准化与政策应用,成为协调生态保护与经济发展的重要工具;自然资本核算为生态产品的价值量化和市场化提供了科学依据,助力“两山”理论的实施,推动生态保护与经济发展双赢。未来,应优化自然资本核算评估方法,强化其在地方政策和资源管理中的应用,借助绿色金融和碳市场推动生态产品市场化与资本化。

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。

基于遥感影像的生态环境和资源保护公益诉讼调查取证方法研究

针对生态环境和资源保护领域公益诉讼工作面临的线索发现难、调查取证难等现势需求,本研究提出了一种基于遥感影像的生态环境和资源保护公益诉讼调查取证方法。利用U-Net++模型进行变化检测,结合生态环境和资源保护领域中公益诉讼对目标受损现状、变化情况等相关事实认定的要求,对变化检测图斑进行筛选,作为公益诉讼案件调查的线索或依据;并与已有方法卷积神经网络、U-Net模型进行比较实验;同时,以贵州省检察机关为试点,研发面向公益诉讼的卫星遥感与无人机联动辅助取证平台。结果表明:本方法得到的检测准确度为83.08%,精确度为93.91%,相较其他两种模型在精确度、召回率、F1分数三个指标上的表现更好;本方法已在贵州省检察机关进行了应用实践。研究成果表明可为检察机关快速发现线索、还原事实真相提供技术参考。

一种面向自动驾驶高精地图的更新策略

目前高精地图的更新主要依赖于专业测绘采集数据,其高额的更新成本和较低的更新效率限制了高精地图的广泛应用。本文在智能高精地图四层模型的基础上,从不同地图信息在更新信息类型、检测更新频率及更新前是否存在更新驱动信息,这三方面的差异出发,结合专业更新和众包更新方法设计一种基于高精地图信息特点的更新策略,根据不同地图信息在精度和鲜度方面存在的差异,选择不同的更新模式进行变化检测和更新;此外,还阐述了本策略针对不同地图信息的具体应用场景,并利用熵权法在更新成本、更新时间和更新精度方面进行综合评价。研究表明:对于小范围变化的地物信息和频繁变化事件信息,应优先采用实时检测、静态信息更新模式,或实时检测、动态信息更新模式以确保更新的及时性和准确性;对于大范围低频率变化的地物信息和偏远区域缓慢变化的事件信息,本策略能够在保证数据精度的同时有效节省成本。

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。

云贵高原典型区域气象灾害时空演变特征及影响因素分析

目前气象灾害研究主要以时空分布规律和典型气象灾害风险评估为主,在对气象灾害进行系统的时空演变及影响因素研究方面还相对薄弱。为了揭示云贵高原典型气象灾害时空演变特征及影响因素,本研究基于大理州1984~2021年的历史气象灾害灾情统计数据,利用Arc GIS的标准差椭圆法、新兴时空热点分析和地理探测器,分析了大理州气象灾害时空演变特征及影响因素。结果表明:(1)时间上,大理州气象灾害集中发生在5~9月,历史气象灾害时间在年际变化上可分为三个阶段;(2)空间上,气象灾害发生密度较高的县(市)主要分布在大理市和鹤庆县;(3)时空变化上,5~7月气象灾害中心集中分布在大理市,移动方向为先北再西南后向北移动,鹤庆县出现新增热点;(4)地理探测器结果显示,24 h累计降水量、坡度和河网密度是引起暴雨洪涝灾害的主要原因。研究成果有助于认识大理州气象灾害的时空演变趋势和主要影响因素,从而为气象灾害防治工作提供技术支撑与理论指导。

IFC向CityGML标准三维建筑模型转换方法及实现

三维城市模型是智慧城市与数字孪生城市的核心内容。IFC(industry foundation classes)标准构建的建筑信息模型(building information model,BIM)为城市空间规划和建筑设计提供了丰富而精细的城市三维模型数据。由于标准的差异,BIM无法与三维地理信息系统无缝集成和交互应用,极大地限制了IFC标准BIM的应用优势。本文挖掘IFC、CityGML(city geography markup language)标准三维建筑模型的语义表达差异,提出BIM源模型向不同细节层次(level of detail,LOD)层级模型的几何转换方法;构建一套完整的转换流程,实现IFC标准BIM向CityGML标准三维建筑模型的几何转换;设计并开发转换原型系统。研究表明:本方法及实现流程能够有效实现IFC-BIM模型向CityGML-BIM模型的不同LOD层级的转换,且对多数单体模型相当实用;转换后模型未见错误与偏差,视觉效果良好;具备灵活性,可根据不同模型的转换进行调整。研究成果为BIM与地理信息系统的集成应用提供了新思路,为智慧城市与数字孪生开辟了一种新的数据来源通道。