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过刊目录

  • 2023年, 30卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-25
      
  • 全选
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  • 全球地理信息公共产品研发的技术发展方向与主要任务
    武昊, 陈军, 田海波, 侯东阳, 张俊, 廖蓉
    2023, 30(02): 157-166. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302001
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    全球地理信息是重要的全球公共产品之一，对于弥补发展中国家与发达国家之间的数字鸿沟、改善全球治理模式具有重要意义。本文从公共产品的基本特性出发，首先，给出了全球地理信息公共产品的基本概念和内涵，并针对产品生产、产品交付和产品使用三个主要环节，指出要从服务资源、服务能力、服务方式和服务机制四个维度研究全球地理信息公共产品的支撑技术；然后，通过深入分析当前技术发展趋势，提出了建设多元化服务资源、提升实时化服务能力、提供知识化服务方式、建立协同化服务机制的发展思路；最后，给出了构建全球地理信息公共产品支撑技术体系的主要任务、技术思路和国际合作模式。
  • 实景三维技术发展态势——XXIV ISPRS Congress报告
    姚巍, 王谱佐
    2023, 30(02): 167-176. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302002
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    实景三维作为国家新型基础测绘和时空大数据平台的重要数据支撑，实现了对真实世界的高精度、高真实度、高智能度的数字化重现，具有广泛的应用价值和社会意义。实景三维数据提供了对真实物理环境准确和逼真的描述，有助于在各个领域更好地进行决策、分析和模拟。本文以第24届国际摄影测量与遥感大会（XXIV ISPRS Congress）的研究成果为依据，从实景三维的立体化、真实化、实体化三个方面，概述了国际上的科研进展和发展趋势，并针对中国实景三维建设面临的难点和挑战，提出了相应的对策和建议。针对不同层级的地理空间实体（如地形、城市、部件等）的建模需求，立体化重构技术利用不同数据获取平台特点，借助多模态遥感数据融合实现产品的多尺度多细节层级表达。纹理定向映射和感知信息融合等技术进一步提升了重构产品的真实化描述，将三维模型真实客观地模拟于数字化空间。具有海量性和实时性的物联感知数据包含了物联网技术采集的各种传感器数据，将其与实景三维模型进行融合和分析，既可用于实景三维产品更新，也可借助三维平台为众多时空地理信息应用赋能，如提供监测环境变化、预测灾害风险等智能服务。同时，实体化建模技术通过对精细化分类三维产品的各个部件结构进行编码存储，并利用在线系统与支撑环境的建设提供高效便捷的管理和计算平台，从而力争达到众多地理应用模块的综合协同。中国当前在实景三维技术领域同样成果显著，但在未来还需要突破关键技术。为实现实景三维产品的高效建模，需进一步融合数据源特点，完善产品结构和属性细粒度，并在此基础上最大限度压缩计算和存储成本。挖掘海量物联感知数据在实景三维产品真实化描述方面的潜力，同时关注传输安全和协同管理。另外，提高三维产品部件结构分类的自动化及通用化程度有助于建立高效便捷的数据处理体系。实景三维建设还需要完善数据管理标准和计算资源分配机制，以保证数据质量和安全性，以及计算效率和可靠性，从而更好地为社会发展提供科技支撑。
  • 基于夜间灯光遥感提取城市建成区的研究进展
    刘沼辉, 姚艳霞, 姚正明
    2023, 30(02): 177-183. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302003
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    随着全球城市化进程的不断加快，以城市为中心扩大人口，发展政治、经济和文化成为趋势，城市建成区的演变一直是研究的热点。随着遥感技术的发展，利用遥感影像进行长时间序列、高精度、大范围的城市建成区提取已成为主流方法。其中，灯光遥感所探测的夜间城市灯光特征，较直观地反映了人类城市社会的活动情况，为研究提供了新方向。本文系统梳理了目前主流夜间灯光遥感的发展进程，探讨了基于美国国防气象卫星计划/OLS(operational linescan system)、Suomi NPP(national polar-orbiting partnership)/可见光红外成像辐射仪和珞珈一号夜间灯光遥感进行城市建成区提取的主要方法。同时，比较了利用各数据源进行城市建成区提取的优缺点，为后续应用夜间灯光遥感进行城市建成区提取的研究提供参考。
  • 改进的混合2D-3D卷积神经网络高光谱图像分类研究
    贺敏慧, 何敬, 刘刚
    2023, 30(02): 184-192. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302004
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    卷积神经网络在进行高光谱图像分类时，往往需要设置较多的参数，因此其计算效率受到很大影响。基于混合卷积神经网络模型，本文利用全局平均池化层代替原有的全连接层，将卷积层输出的多个特征图映射为一个特征点，并将多个特征点构成一维向量，形成改进后的混合2D-3D卷积神经网络模型；最后，对改进后的模型分别在IP(IndianPines)数据集、PU(PaviaUniversity)数据集及Botswana数据集上进行测试。结果显示，总体分类精度分别达到99.64%、99.98%、99.91%。这表明在大量减少参数的条件下仍具有较好的分类性能。
  • 基于BP神经网络的黄土侵蚀沟自动提取方法
    周建, 陈柯如, 闫絮, 徐吉坤, 闫超德, 冯虎贲, 李紫薇
    2023, 30(02): 193-201. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302005
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    黄土侵蚀沟信息是研究沟壑地貌土壤侵蚀的重要依据，而目前遥感影像提取方法中存在沟沿陡边的遮挡问题，由此，本文研究了一种基于反向传播神经网络的自动提取方法。首先，利用数字高程模型，基于黄土侵蚀沟的特征分析，选取横向坡度、坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地表切割深度、高程变异系数和地表粗糙度作为地形特征因子，通过沟谷网络的计算，制作黄土侵蚀地貌的训练样本数据集；然后，基于反向传播神经网络模型的训练实验，选择Trainbr作为神经网络模型的学习算法；最后，应用侵蚀沟地貌的神经网络模型对测试数据集进行提取实验，并与随机森林和支持向量机方法进行比较。结果表明，本文方法的准确率好于其他方法，漏分情况相对较少，可以满足黄土冲沟信息的高效与准确提取需求。
  • 改进Retinex算法的带雾航片去雾与三维建模研究
    龚洲, 潘国兵, 敖其勇, 熊延, 陈昌文, 袁小彬
    2023, 30(02): 202-208. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302006
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    针对航测作业过程中遇到云雾等恶劣气候条件时，会产生影像色彩失真、饱和度低、背景模糊不清等问题，本文进行了影像去雾与影像增强算法的研究，提出了一种改进Retinex算法，并以重庆某山区为例，与两种传统经典算法进行比较分析。结果表明，本文算法可对带雾影像进行有效处理，获得更真实准确的细节、更清晰真实的光感色彩；使用去雾与增强后的影像进行三维建模，从而生成高分辨率三维网格。分别从主观和客观开展对影像效果的评价，所得到的优化影像与三维模型都有良好的效果。
  • 基于自适应轨迹聚类的城市路网提取与更新方法
    彭程, 唐建波, 彭举, 梅小明, 陈雪莹, 姚志鹏
    2023, 30(02): 209-217. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302007
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    由于城市路网更新频繁及传统地图更新方法的局限性，很多城市路网地图数据无法及时更新。基于移动轨迹数据的路网地图更新是实现城市路网地图快速、高效更新的有效途径。虽然目前基于移动轨迹数据发展了一些基于栅格化的方法、基于聚类的方法和增量化的方法来提取与更新城市路网，但这些方法对于参数依赖性较强，且难以准确提取较为复杂的道路形状。因此，本文结合移动轨迹数据的特点及道路网的结构特征，提出了一种基于移动轨迹匹配的城市路网地图动态更新方法。首先，通过轨迹点的位置和方向属性进行轨迹点–路段匹配；然后，对未匹配的轨迹点采用顾及方向约束的空间自适应聚类算法进行聚类，并对每个聚类进行最优曲线拟合，获得新增道路；最后，以城市浮动车轨迹数据为例进行实验与对比分析。实验结果表明，与现有方法相比，本文方法需要的参数较少，且能够处理复杂形状道路的提取，具有较高的运行效率。
  • 基于知识图谱分析的人口数据空间化研究进展
    尚宇真, 李志涛, 赵冠伟, 卫秋阳, 陈川
    2023, 30(02): 218-227. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302008
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    以1990～2020年736篇中国知网期刊论文和606篇Wo S核心数据库期刊论文作为研究样本，利用CiteSpace和VOSviewer，从现状和热点两方面系统梳理了人口数据空间化的研究进展。结果表明：(1)1990～2020年，关于人口数据空间化的研究数量总体呈稳步增长趋势，尤其是2015年以来，中英文文献的年均发表数量超过40篇，人口数据空间化研究主题得到国内外学者的广泛关注；1990～2020年，中文文献作者与机构合作网络均呈多中心、小聚集的特征，英文文献作者与机构合作网络则更为紧密。(2)从研究热点看，多源数据与大数据等成为新兴的关键词，以机器学习为代表的智能化研究方法逐渐成为主流方向。
  • 基于距离变换的轨迹群组相似性度量
    梁明, 李娇, 郭昱, 吴艳兰, 倪建华, 杨根
    2023, 30(02): 228-234. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302009
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    从海量轨迹中挖掘移动对象的时空运动规律一直广受关注。轨迹数据的聚类、异常检测、多尺度概化等，都是以轨迹数据的相似性度量为基础的。相较于单一轨迹的相似性，轨迹群组的相似性受到尺度、轨迹数据的多维特征等多种因素的影响，缺乏广泛共识的度量方法。面向轨迹群组相似性度量的需求，本文提出了基于距离变换的轨迹骨架线提取方法，以实现轨迹群组的骨架线提取；并利用最长公共子序列算法开展轨迹群组骨架线的相似性度量；最后，基于GeoLife数据集对本文方法进行了验证。结果表明，基于距离变换的方法能够较好地顾及轨迹数据的多种形态特征。这可为轨迹群组相似性度量提供新思路。
  • 应用泰森多边形的矢量地理数据零水印算法
    李雨健, 张黎明, 王帅, 张启航
    2023, 30(02): 235-241. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302010
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    传统嵌入式水印算法会对原始数据的精度造成影响，为满足高精度矢量地理数据版权保护需求，本文提出了一种应用泰森多边形的矢量地理数据零水印算法。首先，对矢量地理数据进行归一化预处理，采用Douglas-Peucker算法提取矢量地理数据的特征点，并构建特征点的泰森多边形；然后，根据每个泰森多边形与相邻多边形周长的大小关系，确定其特征位为1或0，运用泰森多边形周长与原始水印之间的哈希映射值，确定该特征位在序列中的位置，特征序列中每一位可能会有多个不同的特征位对应，利用投票原则确定该位置的最终值；最后，将特征序列与置乱后的水印图像序列进行异或运算，生成零水印。研究表明，该算法能够抵抗平移、缩放、旋转、裁剪和简化等常见攻击手段，具有较强的鲁棒性。这可为高精度矢量地理数据版权保护提供技术参考。
  • 城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比
    应申, 王润泽, 孙立, 于忠海, 李莉, 丁峰
    2023, 30(02): 242-251. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302011
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    针对覆盖率计算中可达范围和覆盖内容的模糊表达问题，本文提出了利用不同的可达性和空间叠置方法进行计算，并对结果的差异性进行分析。设计了顾及面域范围的不同空间叠置方法和不同可达性方法的覆盖率差异对比实验，明确了不同地理要素的可达性方法和不同约束指标与空间叠置方法的匹配关系，并以济南市中心城区为例进行了实验。结果表明：(1)缓冲区方法适用于顾及面状要素边界问题的可达性分析，对于空间单元敏感型、服务设施共享型及边界模糊型约束指标分别采用空间包含、交或质心、并的空间叠置方法计算覆盖率。(2)基于不同可达性方法的覆盖率差异对比发现，虽然利用服务区和缓冲区得到的可达范围差异很大，但可分别对其采用并、质心的空间叠置方法对覆盖率结果进行比较。
  • 顾及空间句法的道路对城市扩张影响的研究
    展开, 胡海, 王海军
    2023, 30(02): 252-259. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302012
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    城市道路是城市快速扩张的重要驱动因素。为了探究城市路网对城市扩张的影响力，本文以武汉为研究区，选取2000～2020年相关数据，利用贝叶斯网络、空间句法和地理探测器三种方法相结合来探究道路网络的影响力。研究共选用了13个驱动因子，其中，与道路相关的因子分别是道路密度、距道路距离、接近度和中间度。结果表明：道路密度、接近度、中间度3个因子在整个研究期间表现出对城市扩张有较强的影响力，距道路距离这一因子影响较弱；当这些因子强度达到阈值后，对城市扩张可能性影响是相近的。道路密度、接近度、中间度3个指标相比于距道路距离对城市扩张有较好的预测效果，希望在未来城市化扩张模拟研究中，重视这3个指标的作用，提高模拟精度，为规划提供指导，实现城市道路与城市用地建设的相互促进发展。
  • 基于空间分形理论的珠三角高速公路网络结构特征研究
    陈少沛, 张瀚文, 欧先萍
    2023, 30(02): 260-267. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302013
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    高速公路网络结构研究是揭示区域空间和社会经济活动之间联系程度，也是探究区域交通运输服务水平的重要内容。本文综合利用分形理论和地理信息系统技术，开展了珠三角高速公路交通网络的结构特征研究。结果表明：(1)珠三角地区及各地级市范围内高速公路网络均具有明显分形特征，且网络密度分布（即网络强度）在空间上的变化趋势较为平缓，表现出较优的均衡度；而网络结构的分枝数目随着与测算中心距离增大呈现较大的下降趋势，网络的复杂度和连通度相对较差。(2)高速公路网络结构的空间格局呈现高聚集分布特征，空间差异显著，尤其在广州和深圳等中心城市内。(3)佛山高速公路网络强度的均衡度及网络结构的复杂度和连通度均为最优。本研究将为科学辨识珠三角地区高速公路网络空间布局及结构特征提供重要参考，对推动珠三角城市群的协调发展具有实际应用价值。
  • 基于改进遗传算法的消防疏散标识布局优化
    周曈, 朱军, 李维炼, 付林, 柴金川
    2023, 30(02): 268-274. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302014
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    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。
  • 立体测绘型双翼无人机航空影像阴影角度校正方法
    徐江明
    2023, 30(02): 275-280. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302015
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    针对当前无人机航空影像阴影角度校正方法存在校正精度和召回率较低，导致无人机航空影像信息的利用价值降低的问题，本文提出了立体测绘型双翼无人机航空影像阴影角度校正方法。以无人机检测到的影像阴影边缘为基础点，计算航空影像色彩空间的色调差参照值和阴影区域的色调分量，根据阴影区域的纹理特征，去除无人机航空影像的阴影；考虑双翼无人机航行的空间位置，将无人机航空影像的RGB(red green blue)色彩空间转换为HSV(hue saturation value)色彩空间，通过无人机航空影像阴影角度的平滑处理，控制无人机航空影像阴影角度；利用灰度线性变化算法与自适应阈值计算法，对无人机航空影像阴影角度进行校正处理，实现对无人机航空影像阴影角度的精确校正，完成无人机航空影像阴影角度的控制与校正算法设计。结果表明：采用本文方法在Txcet-M数据集和Nfteg-H数据集进行航空影像测试，校正精度最高可达99%，召回率最高为98%；在GIswu-K数据集进行测试，得到的校正精度和召回率均在75%以上。这说明利用本文方法可以较好地优化航空影像阴影角度校正性能。
  • 多技术交叉融合的拟建机场测量方法研究
    张兆鹏, 周晓敏, 雷江, 张涛
    2023, 30(02): 281-288. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302016
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    传统全野外数字化测图进行遮蔽角测量，存在制图周期长、工作量大，且无法满足拟建机场遮蔽角测量需求。本文以某民用机场初步设计勘查项目为例，将无人机倾斜摄影测量、超站仪无控制点测量和基于EPS三维测图系统等多技术交叉融合运用，结合优化后的内业分析工具和外业调查模式构建了一套适用于新建机场拟建导航台的场地环境调查测绘的方法，同时对各测量环节的成果精度进行了验证。结果表明：(1)无人机倾斜摄影测量技术获得三维模型精度满足地形测量精度要求；(2)多种技术交叉融合的方式不仅保证了勘查成果的质量，而且有效提高了工作效率；(3)优化后的内业数据处理和外业调查模式省时省力。本文采用的多种技术交叉融合方法，测定的障碍物遮蔽角成果可靠性高，可作为障碍物的限制高度评估、较大障碍物及时拆除和机场正式建设的基础数据。
  • 一种三维模型的压平冗余简化方法
    夏小科, 柳翠明, 陈可蕴
    2023, 30(02): 289-294. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302017
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    随着倾斜摄影测量三维建模技术的飞速发展及广泛应用，通常以倾斜摄影测量三维模型为基础，并在基础模型场景中融合其他不同数据类型的模型，如建筑信息模型。在倾斜摄影测量三维模型场景中直接添加其他模型会发生模型的混叠，导致拓扑错误并影响可视化效果。针对在同一地理空间范围内多类型三维模型同时加载出现的模型混叠问题，本文提出一种三维模型压平方法，通过对选定区域内三维模型格网进行投影变换，将模型映射到二维平面实现模型的消减，避免出现模型混叠；同时，为减轻系统在多类型三维模型场景中的渲染压力，提出一种投影平面栅格划分简化算法。结果表明，在保持压平可视化精度和效果的同时，实现了对压平区域倾斜摄影测量三维模型高度简化，加速了具有三维模型压平区域的场景渲染速度。
  • 基于WebGL的洪水演进三维可视化时空仿真方法
    张涛, 朱世超, 甄倩倩, 相诗尧, 郭长顺, 李兵
    2023, 30(02): 295-303. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302018
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    为了防止洪水灾情误判和延报，实时、快速、准确地获取洪水发展趋势和时空变化信息成为提高洪灾预报亟待解决的问题。现有的洪水演进可视化和计算方法仍然停留在二维数据和伪三维模型的处理和展示，难以为洪灾预测和预报提供准确信息。基于此，本文提出一种基于WebGL洪水演进三维可视化的时空仿真方法；首先根据三维场景数据格式的不同分别进行细节层次分级和合并节点处理，然后深入分析洪水演进时空过程和定量化计算方法，最后利用WebGL在浏览器端动态加载三维场景数据、高效渲染洪水时空演变过程以及精确统计洪水淹没数值。研究表明，本方法满足洪水演进仿真的时效性和精度要求，有效解决了Web端三维数据加载卡顿的问题，适用于多种网络终端。
  • 基于SuperMap平台的BIM轻量化处理及快速渲染技术研究
    宣洁, 马亮, 张京坡, 韩金廷
    2023, 30(02): 304-312. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202302019
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    针对当前固有的数据存储结构和数据读取展示效率难以支撑，大规模建筑信息模型（building information model,BIM）三维数据快速加载与渲染的问题，本文深入研究了模型轻量化和快速渲染技术。针对使用三角化几何描述的BIM，在最大程度保持模型外观不变的前提下，采用了Draco格网压缩算法，通过三角网模型的压缩达到数据逻辑结构轻量化的效果；在处理纹理结构复杂的BIM时，保持纹理清晰度的同时，采用CRN＿DXT5技术，最大限度地压缩纹理数据；对于在外观相似、大量重复但空间位置不同的BIM构件，采用几何模型+姿态/位置矩阵的实例化的策略，实现相同几何模型的实例化压缩，大幅降低纹理的存储大小，实现BIM三维数据快速加载与渲染。同时，借助SuperMapiDesktop平台对优化前后数据源效率进行了验证，结果表明，经过轻量化处理的BIM浏览效率得到了大幅度提升。