道路网多尺度数据建模的初步研究

本文以路网要素的多尺度表达为例,探讨了路网要素多尺度表达在几何层次、实体层次等方面的多尺度现象,研究了多尺度数据建模的基本特性,提出了构建多尺度空间数据模型的关键策略,详细剖析了路网多尺度建模中不同尺度下的实体、实体间的联系,以及多尺度表达间要素类和要素表达层次上的关系,实现了对路网要素多尺度抽象表达的模型构筑。     

嵌入式GIS中多尺度道路网路径规划方法的研究

针对大区域路径规划问题,论述了道路层次划分模型和多尺度道路网数据库的建立,提出了构建多级道路网拓扑结构的方法,利用层次空间推理和改进的启发式A*算法进行最优路径的选取。     

综述与展望：地理空间数据的管理、多尺度变换与表达

多尺度表达是地理空间数据的重要研究内容之一。本文从地理空间数据管理、地理空间数据尺度变换以及地图多尺度表达3个方面对地理空间数据的多尺度表达研究现状进行归纳和总结,对研究成果进行系统分析与展望。主要分析包括：① 在地理空间数据管理的多尺度数据库与多尺度空间索引方面,多库多版本、一库多版本和一库一版本数据库能够帮助多尺度表达方法构建较好的数据支撑,层次化的多尺度空间索引也是主流的多尺度数据库构建结构。但目前多尺度数据库与多尺度空间索引方法还不具备解决不同层次数据的集成与匹配能力,对不同尺度数据进行实时一致性调整的能力不足;② 在地理空间数据多尺度变换方面,地图自动综合能够较好地与人工智能技术相结合,但由于知识获取的限制,距离实现完全自动综合仍有一段距离;且当前智能化的自动综合研究相关成果主要用于辅助决策,对综合知识的自主学习有待进一步研究;目前多数研究是基于离散的尺度变换模式,对连续尺度变换能力不足;且缺乏强有力的质量控制机制,自动尺度变换结果存在较大的不确定性;③ 在地图多尺度表达方面,地图数据类型多源、种类丰富且使用灵活,多尺度显示的复杂性较高,当前地图可视化对地理信息中隐藏的现象与规律有待进一步挖掘。最后,从智能化自动综合方法、连续多尺度表达模型、深度学习与制图综合及“新”时代多尺度表达等方面对未来发展进行了展望。     

滚动球变换的数字水深模型多尺度表达

 空间数据的多尺度表达,是GIS领域研究的重点和难点问题之一。本文以数字水深模型(Digital Depth Model, DDM)为研究对象,从DDM的地理和尺度特性出发,在分析二维滚动圆变换算法原理的基础上,通过对二维滚动圆变换算法的维数扩展,提出一种可用于DDM多尺度表达的滚动球变换算法。即利用不同大小的三维空间球体代替二维滚动圆沿给定DDM的上侧表面滚动,得到可保留正向地貌,缩小或填平小于一定尺度下的海底负向地貌的DDM,从保障舰船海上航行安全的角度,实现对DDM的多尺度表达。另阐述了该算法的基本原理和实现步骤,并在VC++环境下对算法的正确性和有效性进行了验证。实验结果表明,该算法在符合DDM多尺度表达原则的前提下,能较好地保持DDM的基本地形特征,且具有较高的计算效率。     

a尺度正交多小波的构造

证明了由任意a尺度正交单尺度函数和任意一组正交滤波器生成a尺度r重正交多尺度函数的一个充分必要条件,并给出了a尺度r重正交多小波的一种构造方法.     

多尺度土地利用现状图缩编方法探讨

多尺度土地利用现状图缩编,是将比例尺跨度大、尺度多的地形图和地类图套合在一起,使地形、地物、地类等相关位置保持一致,各个要素分层明确,属性齐全。该文通过南京市多尺度土地利用现状图缩编,认为利用G IS方法与传统绘图方法相结合进行比例尺大跨度缩编地形图和土地利用现状图是行之有效的。     

基于动态中介中心性的城市道路网实时分层方法

 城市道路网中各路段的出行效率直接决定了公众实时出行过程中对道路的选择差异。本文提出一种动态道路网分层方法,通过引入城市道路实时交通状态信息,结合图论中的中介中心性评价方法,得到与时间相关的城市路网动态中介中心性层级结构。该方法考虑了不同时间段城市交通状态的差异,实现了城市路网层次的动态合理划分,在一定程度上缓解了由于数据空间范围限制引起的路网层级静态划分方法的局限性。本文所提出的方法可作为城市路网动态分层的有效方法,为多用户并发环境下的实时出行路径搜索提供更合理的数据基础,同时也可应用于更多的城市路网研究中。     

改进的分水岭变换算法在高分辨率遥感影像多尺度分割中的应用

由于高空间分辨率遥感影像自身的复杂性,传统的分水岭分割方法难以取得令人满意的效果。本文提出一种改进分水岭变换的高分辨率遥感影像多尺度分割方法,在抑制分水岭过分割现象的同时,还能实现对遥感影像的多尺度分割。该方法充分考虑了高分辨率遥感影像的多光谱和多尺度特性,首先,利用各向异性扩散滤波技术对影像进行平滑滤波,目的是在滤除各种噪声的同时还能保持影像的边缘特征和重要的细节信息;然后,提取影像的多尺度形态学梯度,并从梯度图像中提取标记;接着进行基于标记的分水岭变换;最后,利用改进的快速区域合并算法实现对影像的多尺度分割。实验表明,改进的算法能有效地抑制分水岭的过分割现象,对高分辨率遥感影像有较好的分割性能。     

顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法

地形部位是地表形态的基本单元,其分类和提取在地貌发育、数字土壤制图、景观生态制图等领域有着重要的应用。康鑫等提出的多尺度Geomorphons地形部位分类法（简称多尺度Geomorphons法）利用高程相对差异信息和地形部位多尺度特征,可避免受地形属性计算及单一分析尺度约束而误分类,然而其存在分类破碎及分析尺度域难以确定的问题。基于此,本文以多尺度Geomorphons法为基础,提出了其适宜分析尺度域确定方法,建立了以初始地形部位数据层组合的对象多尺度分割和分类方法,进而构建了顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法。以陕北黄土高原区域5 m分辨率DEM为实验数据,对面向对象分类方法进行了验证与评价。实验结果表明：①均值变点法可有效解决分析尺度域难以确定的问题,实验样区适宜分析尺度域为[5×5, 33×33]栅格单元;②以0,255为二值化的地形部位数据层组合适用于多尺度分割,尺度、形状及紧致度参数组合影响分割结果,且对于实验样区存在最优分割参数;③与多尺度Geomorphons法相比,本文方法得到的地形部位分类结果完整性较好,在地表形态对应和地理认知等方面更具合理性。     

空间信息源的多尺度地形图智能化缩编方法与应用

多尺度地形图生产和建库是基础地理信息系统建设的重要内容,也是信息库建设的重点和难点。小比例尺地形图,一是按照相应比例规则进行实地测绘,二是采用制图综合逐级缩编,但无论哪种方法都存在着时间长、效率低、更新困难,质量因人而异等缺陷。基于空间信息源的多尺度地形图智能化缩编,借助空间信息数据的整体性、适应性、拓展性、算法先进性和超强分析能力,运用空间信息拓扑关系,建立基本比例尺图形数据库,在信息数据库中智能化完成梯级比例尺缩编、跨比例尺缩编及任意比例尺缩编,自动快速建立相应比例尺图形数据库,同时保障多尺度图形数据库及时更新和维护。该方法克服了传统测绘与缩编地形图的弊端,保障系列比例尺地形图与基本比例尺图形数据库的一致性、实时性,满足各层次、各行业用图需求,方便快速建立城市DSM地表模型和空间真三维地理模型,具有成本低、速度快、精度高、通用性强、按需供图的特点和优势。湘潭市工程实践证明:基于空间信息源数据的地形图智能化缩编的体系、架构、理论和方法是可行的,有广泛推广应用价值。     

广东区域公路网络的城市通达性度量及空间特征分析

以广东省各地级市辖区和县域中心点为公路网络节点,通过对各节点城市的中心职能强度指数分析及其相互之间在公路网络的连通关系为基础,综合应用日通达性模型、通达性度量模型和潜力模型,对广东区域通达性进行分析,并以不同指标和度量模型的广东区域通达性的空间格局和分异特征进行GIS分析。结果表明,广东省的城市通达性空间格局,总体上呈现出一种圈层空间分布结构,以广州市核心区域和佛山市中心区域(禅城区和顺德区)为中心向外辐射。其影响通达性区域差异的主要因素包括城市经济水平、交通条件和地理区位等,其中,在交通条件影响下的通达性区域差异,在空间上表现出高等级公路网络指向性。研究结果反映出广东省省域公路网络通达性的空间分异规律,诠释了城市的经济发展水平、交通条件和地理区位对通达性的综合作用,从而为广东省城镇网络体系发育、区域经济协调及珠三角产业转移规划优化提供科学支撑。     

不同模式道路网交通便捷性比较

道路网在城市发展中起着关键作用。交通便捷的城市,往往与其他城市经济贸易等交流频繁,在区域中能够获得更好的发展机会,并能有效节约社会资源。城市道路网呈多种模式,不同模式道路网独有的几何和结构特征导致其交通便捷性差异明显,但对这种差异缺乏定量分析和比较。本文基于目视观察大量城市数字地图,认为真实道路网基本呈格网、环形放射、自由3种典型模式。针对以上典型模式,定义用于描述交叉口之间移动难易程度的无效移动系数和通达度指标,结合现有的连接度指标采用网络分析方法分别从几何和结构的角度比较不同模式道路网的交通便捷性差异。结果表明,格网和环形放射模式无效移动系数低,邻近交叉口之间距离多为有效移动,道路网连接度较高,交通便捷性良好。自由模式道路走向任意,难以有效连线构网,相邻交叉口之间无效移动系数较大,连接度相对低,便捷性相对较差。受规模因素的影响,格网模式交叉口之间平均最短路径较大,消除规模因素影响整体道路网具有良好的通达性。     

基于层次随机图的道路选取方法

 道路选取是道路网自动综合的关键问题之一,这方面已有多年研究,虽已取得很大进展,但尚不能自动完成一定比例尺下道路网的选取。本文提出一种基于层次随机图的道路选取方法,通过构建道路网的层次聚类结构以辅助道路选取。层次随机图是一种复杂网络模型,表现为一个二叉树,它不仅可以将复杂的道路网进行层次聚类,而且在可视化的同时提供了不同粒度的聚类信息。在构建道路网的层次随机图的基础上,本文采用累计权重数来衡量每条道路在整体层次结构中的重要性,并据此进行道路选择。我们将该方法应用到不同模式的实际道路网中进行道路选取试验,包括方格形、方格放射状、环形放射状、自由式路网等,以对应的谷歌地图作为参考进行道路选取符合数量、符合长度的定量评价和观察对比定性评价。试验表明本方法的选取结果与谷歌地图符合度很高。此外,与典型的基于路划长度和基于度中心度(degree centrality)的选取方法相比,本文方法更优。最后给出了本文方法优缺点的讨论和进一步研究的展望。     

基于道路结构特征识别的城市交通状态空间自相关分析

 城市道路交通状态具有空间自相关特征。路段交通状态的变化会很快影响到邻近路段,导致一定空间范围内路段的交通状态发生改变。揭示城市交通状态的空间自相关特征,对交通规划、交通控制与诱导具有重要意义。然而,受到城市路网空间结构和道路拓扑特征的影响,城市道路交通状态的空间自相关并非各向同性,也并非均匀地向上下游扩散,而是有选择性地集中在部分邻近路段上。因此,仅考虑路段地理空间下的上下游邻近性,难以全面度量路段间交通状态的相互影响,识别出交通状态空间相关性强的道路集合。本文借鉴复杂网络分析方法,定量化分析了城市路网的模块化与层次性特征,利用城市路段在空间上的聚集特征和路段在网络中拓扑角色的差异,提出了一种新的交通状态自相关路段邻近性判别规则,即空间邻近且拓扑等价规则,以此规则实现交通状态空间相关路段聚类过程,更好地揭示城市路段之间的交通状态空间相关性。     

Foliar Particulate Matter Distribution in Urban Road System of Beijing,China

Particulate matter(PM), one of the most important pollutants of traffic emission, threatens the health of urban ecosystems and citizens. Roadside trees play an important role in trapping PM, and the foliar PM load is a useful indicator for air PM pollution in road systems. To detect the relationships of foliar PM load with road structures, urbanization, and meteorology in road systems, we studied a widely-planted tree Sophora japonica L. in 100 roads and 10 yards of Beijing, China, and found that the foliar PM loads increased with the distances from the urban centre(DUC) linearly, while decreased with the road density. All-subsets regression analysis indicated that DUC, average monthly relative humidity, average monthly wind speed, and mean annual wind speed were the most important factors in predicting foliar PM load, rather than general situation of buildings and road cleanliness. The monthly relative humidity and monthly wind speed had a negative correlation to foliar PM, while the annual relative humidity and annual wind speed had a positive correlation to foliar PM. Suburban areas and these effective factors should be highlighted in PM control in Beijing.     

基于土地利用强度的城市道路增长模拟模型与案例分析

城市交通与土地利用相互作用、相互影响。传统的城市空间模拟研究多关注交通对土地利用变化影响,缺少土地利用对路网空间形态影响的模拟。已有研究通常使用静态路网,不能表达土地利用与交通间的动态相互作用关系。本文以城市土地利用强度与城市道路网络空间分布间的正向关系,提出了基于城市土地利用强度的城市路网增长模拟模型。以唐山市为例,对其城市环路内的道路增长进行了模拟。结果表明,该模型能以城市土地利用强度的空间分布特征快速生成路网,反映城市土地利用对道路网络扩张的影响。模拟结果与实际路网具有高度的空间分布相似性。该模型可进一步与土地利用模拟模型结合,模拟城市土地利用与交通的动态相互作用。     

基于多尺度特征感知网络的城市植被无人机遥感分类

目前城市植被分类受特征相近、光谱相似影响导致植被漏分、错分。因此,设计了一种多尺度特征感知网络（MFDN）结合高分辨率无人机可见光影像对城市植被分类。该网络针对漏分、错分问题,通过在输入层引入坐标卷积减少空间信息的丢失;构建并行网络增强多尺度特征信息并在网络之间引入重复多尺度融合模块使整个过程保持高分辨率表示,减少细节特征的丢失;同时添加分离特征模块扩大感受野,获取多尺度特征,从而有效缓解了城市植被错分、漏分现象。结果表明,MFDN方法在仅使用无人机可见光影像条件下主要是通过空间模式而不是光谱信息促进了城市植被分类,平均总体精度为89.54%,平均F1得分为75.85%,平均IOU为65.45%,分割结果准确完整。因此,所提方法与易于操作的低成本无人机系统相匹配,适用于城市植被快速调查,可以为城市空间利用和生态资源调查提供技术支持和科学依据。     

基于路网数据和复杂图论的中国城市交通布局评价

城市化的快速发展推动了我国城市道路网的不断扩张和发展.城市道路网是一个动态、开放、自组织的空间复杂网络,构成了城市的结构框架,研究城市道路网的结构特征对路网规划和城市建设有着重要的应用价值.在国内城市道路网络结构特征的相关研究中,很少有学者基于道路走向的视角对整个城市路网结构进行研究,也缺少对全国主要城市路网的整体性评...