时空信息学报

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康志忠, 杨俊涛

2024, 31(01): 1-10. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401001

可视化

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。

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北斗时空信息全程锁定农产品数字信用体系构建研究

景贵飞, 苗晨, 罗恒雪, 徐江, 彭小源, 寸洋, 李星虎

2024, 31(01): 11-20. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401002

可视化

时空信息、定位导航服务已经成为重要新型基础设施。全球数字贸易迅猛发展，为采用北斗时空信息支撑农产品原产地认证提供规模应用场景。北斗时空农产品数字信用体系利用北斗定位导航、时空信息采集、时空编码、时空区块链等模块功能，纳入政府、协会、用户等多级共同监管机制，从农产品最初生产环节开始，实现线上线下产品的对应和锁定，有效提高了产品生产过程、成品品质、流通过程的信息的完整性和可信性，对生产者绿色生产、防串货等行为实施有效管理，为消费者提供可信信息，从而实现产品数字信用认证。云南省特色农产品的成功实践，验证了北斗时空农产品数字信用体系应用能力，对于特色农产品从田间地头开始线上线下锁定、可信信息、有效监管和优品优价起到了很好的促进作用。北斗卫星导航系统面向全球数字贸易的服务，有助于进一步提升卫星导航系统的全球应用规模。

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智慧国土的概念演进、内涵解析和总体架构——以重庆市为例

吴洪涛, 周宏文, 蒋正坤, 谭龙生, 范延平, 耿雯

2024, 31(01): 21-31. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401003

可视化

在当前数字中国、数字政务建设大背景下，规划自然资源领域迫切需要厘清智慧国土的概念内涵和总体架构，从而助推自身数字化、智慧化转型，提高履职能力和服务能力。本文首先通过梳理概念演进过程，总结提出智慧国土是推动国土空间整体智治的一种治理新模式；其次，提出智慧国土具有以人为本、泛在高效、多跨协同、融合智能的特征，并以重庆市为例，分析总结其智慧国土的发展现状和存在的问题，提出构成重庆智慧国土的四个体系，即智能融合的技术体系、贯通高效的协作体系、整体智治的应用体系和以人为本的价值体系；最后，围绕技术融合创新、业务系统重塑和组织系统重构对重庆智慧国土发展方向做出展望与总结。

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面向矢量地图数据的时空对象生成工作流技术

郑景飚, 吉晓宇, 曹一冰

2024, 31(01): 32-40. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401004

可视化

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。

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结合注意力机制的卫星遥感影像立体匹配

张泽瑞, 范大昭, 纪松, 董杨, 李东子, 刘杰

2024, 31(01): 41-49. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401005

可视化

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。

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基于SE-Mask-RCNN建筑遗产识别与空间可视化分析

朱小凡, 胡璐锦, 王恺, 王坚

2024, 31(01): 50-56. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401007

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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。

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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

尹杨, 周毅

2024, 31(01): 57-64. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401008

可视化

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。

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面向疾病的空间聚集性与影响因素分析方法

胡涛, 王丽娜, 李响, 张正斌, 俞鑫楷

2024, 31(01): 65-73. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401009

可视化

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。

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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

戴娇, 胡胜, 刘宇轩, 徐永洋, 吴亮

2024, 31(01): 74-84. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401010

可视化

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。

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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

章震, 刘刚, 何敬

2024, 31(01): 85-93.

可视化

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。

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

彭文祥, 张德英

2024, 31(01): 94-103. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401012

可视化

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。

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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

董广胜, 谢文析, 李锐, 吴华意, 田野, 韩行国, 沙浩

2024, 31(01): 104-117. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401013

可视化

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。

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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

向曦, 张素金, 赵婧, 彭艳秋, 雷蔼玲, 朱思瑾, 吴慧霞, 赵飞

2024, 31(01): 118-128. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401014

可视化

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。

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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

陈鑫美, 曹元晖, 王勇, 杨清晨

2024, 31(01): 129-139. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401015

可视化

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。

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改进关联规则算法在自然资源云中的应用研究

李佳临, 邬阳, 魏奇, 赵雯雯, 李芳芳, 陈卉

2024, 31(01): 140-147. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401016

可视化

针对自然资源信息管理分散、网络安全防御能力弱，以及难以追踪溯源威胁攻击行为等问题，本研究在自然资源云中建立了一套安全防护体系，用以整合网络安全资源，强化网络安全态势感知能力，做到攻击敏捷预测、快速回溯。安全防护体系工作效能的提升，核心在于其安全组件检测引擎模块中关联规则算法的改进。首先，在数据采集阶段，通过预处理将威胁告警数据转换为可供机器处理的标准数据格式；其次，在矩阵计算阶段，使用Map Reduce分布式计算框架提升频繁项集的处理效率；最后，以Apriori算法为蓝本，通过单次扫描锁定频繁k项集范围、矩阵向量内积运算、减少冗余候选项集生成三项措施进行算法改进。实验仿真表明：在处理同样容量网络安全多源数据集合，并在相同维度的关联规则矩阵下，本算法处理效率较经典Apriori算法提升3倍以上；随着输入数据集合瞬时容量的逐渐扩增，本算法的时间复杂度稳定，并为增量挖掘算法的一半以下。研究成果可以实现自然资源部网络安全防护工作从传统的“被动挨打”转向“主动防御”的新局面。

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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

周阳阳, 孙中瑞, 陈斌, 徐锋良, 张青峰

2024, 31(01): 148-156. https://doi.org/10.20117/j.jsti.202401017

可视化

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。

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