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Urban growth scenario projection using heuristic cellular automata in arid areas considering the drought impact

Journal of Arid Land 2024年第4期16卷 580-601页

作者： TANG Xiaoyan FENG Yongjiu LEI Zhenkun CHEN Shurui WANG Jiafeng WANG Rong TANG Panli WANG Mian JIN Yanmin tong xiaohua College of Surveying&Geo-Informatics Tongji UniversityShanghai 200092China Shanghai Key Laboratory of Space Mapping and Remote Sensing for Planetary Exploration Tongji UniversityShanghai 200092China

Arid areas with low precipitation and sparse vegetation typically yield compact urban pattern,and drought directly impacts urban site selection,growth processes,and future *** simulation and projection based on cellular automata(CA)models is important to achieve sustainable urban development in arid *** developed a new CA model using bat algorithm(BA)named bat algorithm-probability-of-occurrence-cellular automata(BA-POO-CA)model by considering drought constraint to accurately delineate urban growth patterns and project future scenarios of Urumqi City and its surrounding areas,located in Xinjiang Uygur Autonomous Region,*** calibrated the BA-POO-CA model for the drought-prone study area with 2000 and 2010 data and validated the model with 2010 and 2020 data,and finally projected its urban scenarios in *** results showed that BA-POO-CA model yielded overall accuracy of 97.70%and figure-of-merits(FOMs)of 35.50%in 2010,and 97.70%and 26.70%in 2020,*** inclusion of drought intensity factor improved the performance of BA-POO-CA model in terms of FOMs,with increases of 5.50%in 2010 and 7.90%in 2020 than the model excluding drought intensity *** suggested that the urban growth of Urumqi City was affected by drought,and therefore taking drought intensity factor into account would contribute to simulation *** BA-POO-CA model including drought intensity factor was used to project two possible scenarios(i.e.,business-as-usual(BAU)scenario and ecological scenario)in *** the BAU scenario,the urban growth dominated mainly in urban fringe areas,especially in the northern part of Toutunhe District,Xinshi District,and Midong *** exceptional and extreme drought areas as a spatial constraint,the urban growth was mainly concentrated in the"main urban areas-Changji-Hutubi"corridor urban pattern in the ecological *** results of this research can help to adjust urban planning and development *** mode

关键词： bat algorithm cellular automata(CA) probability-of-occurrence drought intensity algorithm-probability-of-occurrence-cellular automata(BA-POO-CA)model arid areas

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利用光照模型的月球勘测轨道器窄角相机南极地区影像快速预筛选方法

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遥感信息 2024年第3期39卷 75-81页

作者：黄潜刘世杰黄荣谢晓欢童小华同济大学测绘与地理信息学院上海200092 同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

针对月球南极地区光照条件复杂、轨道器影像中多阴影、覆盖感兴趣区域(range of interest,RoI)的有效影像筛选困难的问题,提出了一种利用光照模型的月球勘测轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow-angle camera,NAC... 详细信息

针对月球南极地区光照条件复杂、轨道器影像中多阴影、覆盖感兴趣区域(range of interest,RoI)的有效影像筛选困难的问题,提出了一种利用光照模型的月球勘测轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow-angle camera,NAC)南极地区影像快速预筛选方法。使用月球南极地区的光照模型计算出LRO NAC影像拍摄时刻下RoI内的入射光照条件,进而通过约束RoI内被影像覆盖并且有光照的总面积,实现无需下载影像数据的LRO NAC影像快速预筛选。对于3个16 km×16 km的RoI,在该文实验环境下,平均处理一幅影像仅需0.005 s,约66.2%的LRO NAC影像被筛除,相比不考虑光照条件的传统预筛选方法多筛除19.6%的影像,证明了该方法的有效性。使用101幅LRO NAC影像对筛选准确率进行检验,仅出现两次错检,没有漏检,检验和筛选的准确率在98%左右,证明了该方法的可靠性。

关键词： LRO NAC 光照模拟地形星历影像预筛选月球南极

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Relationship of Uncertainty Between Polygon Segment and Line Segment for Spatial Data in GIS

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Geo-Spatial Information Science 2005年第3期8卷 183-188页

作者： LIU Chun tong xiaohua Department of Surveying and Geo-Informatics Tongji University 1239 Siping Road Shanghai 200092 China

The mathematic theory for uncertainty model of line segment are summed up to achieve a general conception, and the line error hand model of εσ is a basic uncertainty model that can depict the line accuracy and quality efficiently while the model of εm and error entropy can be regarded as the supplement of it. The error band model will reflect and describe the influence of line uncertainty on polygon uncertainty. Therefore, the statistical characteristic of the line error is studied deeply by analyzing the probability that the line error falls into a certain range. Moreover, the theory accordance is achieved in the selecting the error buffer for line feature and the error indicator. The relationship of the accuracy of area for a polygon with the error loop for a polygon boundary is deduced and computed.

关键词： spatial datas error bands polygon segments uncertainty

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面向月面原位资源利用的嫦娥五号月壤样品颗粒形态特征研究

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1180-1187页

作者：李佳王超李志远谢欢蒋明镜晏雄锋许雄冯永玖童小华同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215001

月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的... 详细信息

月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的嫦娥五号月壤颗粒样品图像,构建了一套图像处理和颗粒识别方法,并提出方向差异指数表征颗粒表面粗糙程度,实现了自动提取颗粒边缘并计算其粒度和形态指标。结果表明,所研究嫦娥五号样品颗粒粒径范围为4.36~792.30μm,均值纵横比为0.66,均值圆形度为0.806,均值方向差异指数为0.111。小粒径颗粒占比大,10μm以下颗粒占44.19%。颗粒方向差异指数呈近似正态分布,表明大量颗粒表面粗糙程度近似,并存在少量表面较为光滑和粗糙的颗粒。小粒径颗粒大小与纵横比、圆形度均呈负相关,与表面粗糙程度相关性低,大粒径颗粒大小与形态没有相关性。研究还发现嫦娥五号样品比Apollo 11和Apollo 15样品的颗粒的圆形度更小,形态更不规则。

关键词：嫦娥五号样品月壤颗粒粒度分析形态特征

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月球资源勘测与原位利用进展及关键挑战

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同济大学学报(自然科学版) 2024年第8期52卷 1151-1162页

作者：童小华袁烽郑虎晏雄锋王超谢欢许雄徐聿升陈鹏魏超同济大学测绘与地理信息学院同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室同济大学建筑与城市规划学院同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程学院

月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题，梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术，包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原... 详细信息

月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题，梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术，包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原位成型等关键技术；其次，介绍了月球基地智能建造进展，包括月面建筑方案的构想发展历程、原位建造技术对比、月球基地建造环境分析等；最后，总结了月球资源原位利用及月球基地建造在资源勘测、建造科学选址、月基承载安全、原位熔融成型、太空建造方案等方面的关键科学挑战。

关键词：深空探测月球建造原位资源利用模拟月壤

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Positional Error Model of Line Segments with Modeling and Measuring Errors Using Brownian Bridge

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Journal of Geodesy and Geoinformation Science 2023年第2期6卷 1-10页

作者： xiaohua tong Lejingyi ZHOU Yanmin JIN College of Surveying and Geo-informatics Tongji UniversityShanghai 200092China Shanghai Key Laboratory for Planetary Mapping and Remote Sensing for Deep Space Exploration Shanghai 200092China

Spatial linear features are often represented as a series of line segments joined by measured endpoints in surveying and geographic information *** are not only the measuring errors of the endpoints but also the modeling errors between the line segments and the actual geographical *** paper presents a Brownian bridge error model for line segments combining both the modeling and measuring ***,the Brownian bridge is used to establish the position distribution of the actual geographic feature represented by the line ***,an error propagation model with the constraints of the measuring error distribution of the endpoints is ***,a comprehensive error band of the line segment is constructed,wherein both the modeling and measuring errors are *** proposed error model can be used to evaluate line segments’overall accuracy and trustability influenced by modeling and measuring errors,and provides a comprehensive quality indicator for the geospatial data.

关键词： spatial data line segment modeling error measuring error Brownian bridge

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面向月球科研站资源支持的永久阴影区水冰红外遥感探测方法研究

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1171-1179页

作者：杨其全谢欢冯永玖柳思聪王超刘成保黄潜黄荣盛丽艳彭松童小华同济大学测绘与地理信息学院上海200092 同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092 澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室中国澳门999078 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

水冰是支撑国际月球科研站建设和运行所需的重要资源。红外遥感是探测月球水冰的重要手段,但却难以直接用于无阳光直射的永久阴影区。提出了一种基于光照散射强度模型的阴影区光谱信息校正方法,并构建了基于光谱吸收特征的水冰探测方法... 详细信息

水冰是支撑国际月球科研站建设和运行所需的重要资源。红外遥感是探测月球水冰的重要手段,但却难以直接用于无阳光直射的永久阴影区。提出了一种基于光照散射强度模型的阴影区光谱信息校正方法,并构建了基于光谱吸收特征的水冰探测方法,实现了对于永久阴影区水冰信号的探测。应用该方法对月球南极沙克尔顿(Shackleton)和诺比利(Nobili)撞击坑进行分析,发现它们内部的永久阴影区存在水冰信号。该研究有望为国际月球研究站的选址和建设提供借鉴。

关键词：月球水冰红外遥感永久阴影区国际月球科研站

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基于特征跟踪辅助的小行星着陆先验位姿纠正

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深空探测学报（中英文） 2024年第3期11卷 274-285页

作者：王亚琼谢欢晏雄锋王一凡陈杰童小华同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

针对小行星着陆视觉导航过程中可能出现的先验位姿不准确场景,提出一种基于特征跟踪辅助的位姿估计方法。利用先验位姿信息和三维导航特征数据库实时生成导航特征,并利用手工与深度特征联合的多特征判别式相关滤波跟踪导航特征在导航相... 详细信息

针对小行星着陆视觉导航过程中可能出现的先验位姿不准确场景,提出一种基于特征跟踪辅助的位姿估计方法。利用先验位姿信息和三维导航特征数据库实时生成导航特征,并利用手工与深度特征联合的多特征判别式相关滤波跟踪导航特征在导航相机影像中的位置,进一步利用平均峰相关能量筛选出可靠的跟踪结果用于位姿初步估计,基于该初步估计的位姿重新生成导航特征,并使其与导航相机影像做归一化相关匹配,该过程将在可微分的列文伯格−马夸尔特框架中基于归一化相关系数约束来实现位姿优化。利用“冥王号”(Origins,Spectral Interpretation,Resource Identification,and Security-Regolith Explorer,OSIRIS-REx)任务的影像、地形和星历数据进行位姿估算实验,结果表明:在先验位姿不同程度噪声的干扰下,提出算法的位姿估计重投影误差均为亚像素,在距离小行星表面1 km处,位置估算误差在2 m以内,姿态估算误差在1°以内,可有效纠正不准确的先验位姿。

关键词：小行星着陆视觉导航位姿估计特征跟踪位姿优化

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A comprehensive assessment and analysis of Antarctic satellite grounding line products from 1992 to 2009

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Science China Earth Sciences 2021年第10期64卷 1332-1345页

作者： Rongxing LI Da LV Huan XIE Yixiang TIAN Yang XU Saisai LU xiaohua tong Hexia WENG Center for Spatial Information Science and Sustainable Development and Applications Tongji UniversityShanghai 200092China College of Surveying and Geo-Informatics Tongji UniversityShanghai 200092China

In this paper,we present the results of a comprehensive assessment and analysis of five major Antarctic grounding line(GL)products from remote sensing *** systematic assessment of this large amount of GL data was performed using a new two-step framework and implementation strategy,in which 84.4%of the product data were processed effectively by using a set of developed assessment metrics,with the remaining 15.6%handled by a comprehensive manual processing procedure aided by additional multisource *** radar GL product shows a high quality(inconsistency of 0.3%)and is recommended for use wherever ***,the optical image GL products show a lower quality(inconsistency of 3-12%)but offer complete coverage,particularly in areas of weak *** GL analysis based on the assessed products(1992–2009)showed that 9.5%of the entire Antarctic GL were retreating or advancing,classified as a dynamic *** the basin scale,the highest retreat rate was−1544±51 m a^(-1) in Basin 22(including Pine Island Glacier)and the highest advancement rate was 304±16 m a^(-1) in Basin 14(including Mertz Glacier).The West Antarctic Ice Sheet(WAIS)and the East Antarctic Ice Sheet(EAIS)showed the average GL change rates of−370±8 m a^(-1) and 5±7 m a^(-1),respectively,indicating that there was a clear trend of GL retreat in WAIS and a balanced to slightly advanced GL state in EAIS(except for the region around Totten).

关键词： Grounding line products Assessment Antarctic Ice shelves

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载人月球探测科学研究发展概述与趋势分析

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1188-1198页

作者：张鹏代巍白一帆张光牛冉刘成保王之郑海菠杨瀚哲刘光辉刘欣童小华中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月... 详细信息

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。

关键词：载人月球探测科学研究与应用月球样品采集月球科学探测原位资源利用

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