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期刊信息/Journal information
地球信息科学学报
地球信息科学学报

徐冠华

双月刊

1560-8999

dqxxkx@igsnrr.ac.cn

010-64888891

100101

北京大屯路甲11号

地球信息科学学报/Journal Journal of Geo-Information ScienceCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊以地球系统信息流为主要研究对象。是探索地球信息机理、地球信息认知方法和地球信息时空图谱新学科生长点的应用基础科学。推动地球信息科学的发展与创新、全球变化与区域可持续发展的深化研究，加强国际学术交流。
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    基于组合模型的方向关系查询

    王中辉杨雷挺
    1123-1137页
    查看更多>>摘要：锥形模型和矩阵模型因计算简单、可查询性好,常被用于方向关系查询,但由于忽略了空间对象的大小、形状、以及相互之间的距离对方向关系的影响,容易导致方向关系查询结果出现偏差.为解决该问题,本文利用锥形模型、矩阵模型和Voronoi图模型在方向关系判断上的互补性,提出一种集成三者优势的方向关系组合模型,并基于该模型实现了方向关系查询.其基本思路是:为了能够集成不同模型的优势,将方向关系分为外部方向关系和内部方向关系;然后,组合锥形模型和矩阵模型实现外部方向关系查询,从而兼顾空间对象的大小和相互之间的距离对方向关系的影响;并使用Voronoi图模型进行内部方向关系查询,以顾及空间对象的形状对方向关系的影响.实验结果表明,组合模型在方向关系查询中具有良好的适用性和可行性,能够有效克服锥形模型和矩阵模型存在的缺陷,提高方向关系查询的准确性.该模型将有助于提升空间信息智能查询、智能推理、以及多尺度空间关系相似性计算等空间数据处理方法的准确性和可信度.

    方向关系空间查询地理信息检索方向关系模型空间对象拓扑关系距离关系空间认知

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    结合三维边缘特征约束的网格模型优化方法

    张昊王竞雪谢潇
    1138-1150页
    查看更多>>摘要：对于具有复杂几何结构特征的建筑物,三维网格模型重建结果易存在表面扭曲、边缘特征平滑的问题,无法较好地反映重建目标的真实信息.针对上述问题,本文提出一种结合三维边缘约束的网格模型优化方法.该方法以OpenMVS算法得到的初始网格为基础数据,利用变分原理构建能量函数,将网格模型优化问题转换为能量函数最小化问题.首先,从多视图像中提取三维边缘点,以三维边缘点构成的边缘轮廓来定位网格模型边缘区域;接着,利用灰度一致性测度构建数据项,利用顶点自身曲率构建平滑项,利用三维边缘轮廓约束构建附加约束项,将3个约束项构建为一个总体能量函数;最后,采用梯度下降法迭代求解总体能量函数最小值,将梯度变化量分配到网格模型的顶点上来驱动网格形变,以此优化模型.选取Strecha数据集中两个真实室外场景和ETH3D数据集中一个真实室内场景进行优化实验,使用ETH3D评估框架对实验结果进行评估.结果表明,经本文算法优化后的网格模型完整度和精度最高为89.76％、94.45％,本文算法在解决复杂几何结构建筑物模型边缘优化问题的基础上,提高了建筑物模型的准确程度.

    网格模型优化灰度一致性正则化边缘约束能量函数变分法梯度下降法迭代求解

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    基于主体建模的城市暴雨洪涝灾害预警策略仿真研究

    黄晶蔡思琴庞甜甜王慧敏...
    1151-1165页
    查看更多>>摘要：灾害预警通过提前发布灾害信息,引导居民及时采取避灾行动,从而有效降低灾害损失和伤亡,在减灾管理中发挥重要作用.面对自然与社会耦合下的复杂洪涝灾害系统,如何考虑居民的预警响应行为,评估不同洪涝灾害预警策略有效性是当前亟待解决的问题.本文提出了基于主体建模的城市暴雨洪涝灾害预警策略仿真方法,设定基于降雨预报、基于洪涝淹没、基于人群暴露性的3种预警策略,并以深圳市福田区为例,分析不同预警策略下城市洪涝灾害风险的变化.结果表明:①考虑洪涝灾害风险感知与个体出行决策概率的城市暴雨洪涝灾害预警策略ABM仿真模型,能够准确模拟不同洪涝灾害预警策略下居民出行响应行为及洪涝灾害风险的变化,科学、全面评估城市洪涝灾害预警策略的有效性;②不同洪涝灾害预警策略下人群出行响应行为差异显著,导致城市暴雨洪涝灾害风险降低效果不同.面对20 a一遇的降雨情景,基于洪涝淹没和人群暴露性预警能够帮助研究区居民快速识别高危险区,从而显著降低建筑物和道路的风险;③不同暴雨情景下不同洪涝灾害预警策略效果不同.面对较小的降雨情景,基于洪涝淹没和基于人群暴露性的精细化预警策略下城市洪涝灾害风险降低效果更好;而面对极端暴雨情景,采用基于降雨预报的统一预警策略效果优于精细化预警策略.

    城市暴雨洪涝灾害预警策略仿真主体建模灾害风险风险感知行为决策深圳市

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    城市内涝场景下的微地图制作方法

    富璇闫浩文王小龙闫晓婧...
    1166-1179页
    查看更多>>摘要：随着我国城市化进程的加快,城市内涝灾害愈加频繁,人民的生命和财产安全受到了严重的威胁.然而,城市内涝灾害在愈加频繁的同时,产生了诸如信息获取不及时、制图时效性低、地图信息冗余等问题,难以为救援提供及时响应.基于此,本文提出了一种面向城市内涝场景下的微地图制作方法.首先,调用微博API获取任意时间段内特定主题下的社交媒体文本数据,对数据进行清洗与预处理;接着,选取BiLSTM-CRF模型提取社交媒体中有关城市内涝的地名地址信息;然后,结合Dijkstra算法为用户推荐避开危险路段的最优路径;最后,结合灾害信息与实际场景,制作城市内涝场景下的微地图.实验结果表明:①该方法能够有效识别城市内涝点,总体准确率达到92.7％;②对比官方发布的积水点,本文提取的积水点与官方积水点大部分重叠,能够有效为传统监测方法提供补充信息;③根据所得内涝点生成道路网级别的城市内涝地图,能够克服在海量地理空间信息中可视化冗余的不足,即有效缓解地理信息冗余的问题.由此可知,实时显示城市内涝信息,能够为用户掌握灾害现场的信息提供便利,调动他们参与制作微地图的积极性.与此同时,结合最优路径推荐,能够提高灾害应急场景下的制图时效.

    城市内涝微地图社交媒体自然语言处理Dijkstra算法BiLSTM-CRF最优路径

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    线面特征约束的跨源点云配准方法

    李华蓉毛宏宇赵一毕艾琳...
    1180-1192页
    查看更多>>摘要：随着三维传感器和三维重建技术的发展,跨源点云的配准融合成为了一个研究热点.传统的配准方法使用单一特征作为配准基元,会存在空间几何约束弱的问题.为了高精度融合跨源点云数据,充分表达场景中的立面信息,本文提出一种基于线面特征约束的跨源点云配准方法.通过RANSAC算法提取跨源点云中的同名线、面特征;利用四元数法描述空间变换参数,将线特征作为配准的约束条件,构建空间变换目标函数,估算变换相关参数完成粗配准,解决尺度差异性;在粗配准的基础上将面特征作为约束条件,求解旋转矩阵和平移参数完成精配准.以面特征代替点特征作为配准基元能避免从海量的点云数据中选取公共点,减少由人为选择的偶然误差,避免了误差的积累,进一步提高配准精度.最终使用影像匹配点云与激光雷达点云数据进行实验,结果为:在小区域单建筑、多建筑和大区域建筑群中RMSE值分别为0.3647、0.032 0和0.614 6,且同名面之间的夹角最大不超过1.5°,最小不到0.1°,夹角角度均值在1°范围内.结果表明本文方法对具有尺度差异的跨源点云具有较好的配准效果.

    点云配准跨源点云线面特征约束激光点云影像匹配点云尺度因子平移参数旋转矩阵

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    面向生态环境健康评价的自适应指标约简模型构建

    陈建辉汪小钦孔令凤
    1193-1211页
    查看更多>>摘要：生态环境健康评价对于促进生态保护、引导区域经济发展战略、调整和衡量生态文明建设结果具有重要意义.综合指标体系模型是现今国内外主流的评价方法,然而,如何构建不同地区通用、普适性强的指标体系,如何从众多繁杂的指标通过客观、科学的方法自动筛选出能表征研究区特点的重要指标是目前所面临的难点.本文集成压力-状态-响应模型(Pressure-State-Response,PSR)和生态层次网络模型(Ecological Hierarchy Network,EHN),并考虑部分指标所存在的信息重叠,建立了目标层-准则层-要素层-指标层-同类指标层的5层网状指标体系,提出了基于优劣解距离法(Technique for Order Prefer-ence by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)的同类指标层约简和基于目标优化理论的指标层约简相结合的两段式自适应指标约简模式.结合两者完成面向生态环境健康评价的自适应指标约简模型的构建,并在地理大数据的支持下,应用于云南、福建、京津冀、陕西、湖北、新疆和吉林7个生态环境迥异区域的2001-2021年生态环境健康评价.研究结果表明:①利用两段式自适应指标约简模型所筛选出的中选指标可以较好地体现不同地区生态系统特点,中选指标中权重靠前的指标被较多文献应用于各地区指标体系构建,说明所构建的指标体系和两段式自适应指标约简模型具有较好的普适性和合理性,有效避免了人为指标体系构建的主观性;②7个地区生态环境健康状况的空间分布和时间变化趋势符合实际情况,并且能与现有的文献、资料进行互相印证,从侧面证实了本文所提出模型的有效性.本文所提出的模型可为其他领域指标体系构建和筛选提供参考,也为大范围不同区域的生态环境健康评价提供方法支撑.

    指标约简网状指标体系优劣解距离法目标优化模型最大化偏差模型CRITIC法熵权法生态层次网络模型压力-状态-响应模型

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    基于多源开放数据的城市多中心定量识别方法

    姜永青赵新正李培庆相里博晨...
    1212-1228页
    查看更多>>摘要：开展城市多中心研究对于优化城市空间结构、合理配置空间要素及加强城市规划管理具有重要意义.现有研究围绕多中心识别进行了大量实证分析,但尚未建立一套统一的评定标准.为此,本文以POI、人口分布、OSM路网等多源开放数据为基础,构建了一套从结构形态到强度等级和功能分类的城市多中心定量识别方法.①结构形态方面,基于对POI数据的多属性加权分析构建多中心结构特征指标—"中心集群度",并通过参数优化后的局部等值线树算法识别城市多中心的范围与边界.②强度等级方面,通过构建多中心综合服务强度指标(UCSI),运用首尾切割规则对多中心内部进行了强度斑块划分并计算多中心强度等级(UCL).③功能分类方面,通过计算融入加权属性后的POI数据的频数占比,识别多中心的功能组合关系与分类.最后以西安市为例进行模拟实证,发现:西安市传统单核心的城市结构表现出明显的扩散趋势,共识别出21个城市中心的位置和边界,分别为3个城市主中心、5个城市副中心以及13个区域中心;各城市中心强度等级呈"核心-外围"圈层式递减特征;识别出4个复合型功能中心、12个双功能中心以及5个单一型功能中心.研究结果表明,本文建立的定量识别方法能够精准、系统地识别城市多中心发展特征.针对大城市多中心发展中的突出问题本文提出了相应的政策建议,以期为城市规划的编制与实施提供借鉴意义.

    多中心识别多源开放数据结构形态强度等级功能分类定量识别西安市

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    融合建筑物所有权及其附属权利的LADM-BIM数据模型研究

    刘承承朱海红李霖
    1229-1242页
    查看更多>>摘要：在居民物权意识不断增强的背景下,城市中涉及建筑物所有权、地役权和采光权的法律纠纷案例数量不断增加,对城市和谐社区的构建带来了不利影响,同时也消耗了大量社会资源.然而,现有研究一方面过多地侧重于这些权利的法律描述,另一方面则局限于仅利用三维技术构建所有权空间模型,缺乏对建筑物所具有的复杂所有权的空间结构及其附属权利(地役权和采光权)的深入的研究.本文深入分析了法律背景下建筑物所有权、地役权和采光权的三维建模的数据需求,通过扩展工业基础类(IFC),将土地管理领域模型(LADM)中的权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包映射到IFC标准中,实现了 LADM和建筑物信息模型(BIM)的无缝集成,构建了一个三维数据模型.该模型考虑了建筑物所有权空间的复杂结构及其计算规则,对于地役权则特别考虑了水平和垂直方向上的三维实例化,采光权则考虑了相邻采光权和采光地役权及其参数的计算.LADM和BIM的整合使所提出的模型能够清晰呈现物理对象的空间特征,同时反映了建筑物的权利、限制和责任(RRR)的法律信息.为了验证模型的可行性和实用性,选取了真实的法律纠纷案例进行解析实验.结果表明,本文构建的模型可以区分所有权内部空间及其复杂结构,并能对地役权和采光权进行三维表达,同时包含了权属信息,为对法律空间的认知提供了更为明晰的理解,从而为解决相关纠纷提供可靠和坚实的技术方案.

    建筑物所有权地役权采光权三维数据模型数据需求LADMBIM/IFC法律纠纷

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    FY-4A地表温度产品质量评估与偏差订正方法研究

    黄大鹏王艳姣肖风劲陈彦红...
    1243-1256页
    查看更多>>摘要：气候变化研究需要长时间序列、稳定的、均一化的地表温度(LST)气候数据集支持.气候变化实时监测对数据集的要求则更高,还需要LST气候数据集实时的更新和快速便捷的获取,而国际上公开的实时更新的LST气候数据集则较少.本研究以国外长时间序列MODIS LST历史数据集为参照,对我国易于获取的FY-4A LST实时数据进行质量评估,在此基础上研发随机森林偏差订正算法,将FY-4ALST数据实时订正到MODIS LST质量水平上,从而研发融合静止气象卫星FY-4A和极轨卫星AQUA/MODIS的LST气候数据集.对偏差订正后的2022年1、4、7和10月共4个月产品检验评估的结果表明:从4个月份偏差的平均值来看,订正后的LST平均偏差由-1.98℃降低到-0.42℃,平均绝对偏差由4.02℃降到2.84℃,均方根误差由5.13 ℃降到3.91 ℃,相关系数由0.86提升到0.90.随机森林回归偏差订正算法能够有效减小FY-4ALST与MODIS LST的偏差,订正后的FY-4A LST数据在全国范围不同区域和不同时段与MODIS LST均具有较好的一致性.对中国区域高温过程监测评估发现:订正后的FY4ALST与MODIS LST在全国大部分地区平均偏差较小,仅在海拔较高和地形相对复杂的山区存在较大偏差;偏差订正后2类卫星逐日平均偏差减小到-1℃左右,平均偏差较订正前显著减小.因此本文研发的融合FY-4A和MODIS的LST气候数据集可以很好支撑我国的气候变化研究和气候业务服务工作.

    地表温度静止气象卫星FY-4AMODIS质量评估影响因素随机森林偏差订正高温过程监测

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    基于案例推理和知识图谱的WRF气象模拟知识推荐研究

    张春晓马同彬祁亚州王爱佳...
    1257-1269页
    查看更多>>摘要：地理模拟作为地理环境模拟与认知的重要方法,是挖掘地理知识、揭示地理规律的重要手段.气象模拟,作为重要组成部分参与到地理环境模拟的诸多方面,影响到地理环境的系统模拟和复杂问题求解.而气象模型专业性强、模拟知识复杂,涉及到输入数据、模拟方案设置等诸多方面,所以如何高效管理及共享气象模拟知识成为亟需解决的问题.本文应用案例推理和知识图谱,统一异构的气象模拟知识,研究顾及语义和图结构相似度的气象模拟知识推荐方法,以提高气象模拟知识的共享能力.①本文基于中文气象模拟文献资料抽取了气象模拟知识,以模拟案例为载体,在知识图谱中构建气象模拟知识库;②构建气象模拟案例相似度评估模型,实现顾及语义和图结构相似度的气象模拟知识推荐,该模型一方面利用经过气象模拟语料库训练的Bert(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)语义模型挖掘气象模拟知识案例的语义特征,另一方面提取存储在图谱中模拟案例的结构特征,并通过AHP(Analytic Hierarchy Process)层次分析法进行权重设置,从而准确的衡量气象模拟案例的相似度.③研发了可视化的气象模拟知识共享原型系统,可以根据用户需求推荐气象模拟知识的参数方案,为涉及气象过程的地理系统模拟人员提供知识参考.基于所构建的气象模拟知识库,经推荐准确性和稳定性评估,系统的推荐准确率达到91.3％,研究成果提高了气象模拟知识共享和重用能力.

    知识图谱语义模型知识推荐知识共享案例推理气象模拟图相似度Bert模型

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