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微观人群数字孪生的概念、框架与研究方法

遥感学报 2024年第5期28卷 1295-1313页

作者：李文航龚建华黄琳马浩男中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100094

传统地理学/GIS对人群时空行为的研究集中在中宏观尺度,对微观时空行为的研究相对不足。针对这一问题,提出了微观人群数字孪生的概念及其基础逻辑框架,从人群行为实验方法、基础行为/场景行为建模、典型应用及案例分析等方面总结了微观... 详细信息

传统地理学/GIS对人群时空行为的研究集中在中宏观尺度,对微观时空行为的研究相对不足。针对这一问题,提出了微观人群数字孪生的概念及其基础逻辑框架,从人群行为实验方法、基础行为/场景行为建模、典型应用及案例分析等方面总结了微观人群数字孪生的技术基础及其研究现状,并从地理学的视角,对基于系统论的人群实验思路和可信人群实验方法、以及利己—利他、个体—群体、确定—随机统一的人群行为建模方法、微观行为地理学和微观人地关系理论体系构建等未来研究进行探讨,希望推动地理学、GIS和虚拟地理环境对微观人群时空行为理论、方法和技术的研究。

关键词：遥感微观人群数字孪生微观时空行为人群行为模型虚拟地理环境地理学

基于VR孪生实验的群组疏散时空行为特征分析

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遥感学报 2024年第5期28卷 1314-1329页

作者：黄琳李文航龚建华马浩男胡梦雨中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100094 中国科学院大学北京101408

“数字孪生”概念的提出为人群行为研究提供了新思路,本文提出了数字孪生人群行为实验理论框架,从基本理论、基本原则等方面进行总结,包括地理认知理论、相似性理论、尺度理论、复杂性问题理论和地理智能模拟原理,以及实验相似性、协同... 详细信息

“数字孪生”概念的提出为人群行为研究提供了新思路,本文提出了数字孪生人群行为实验理论框架,从基本理论、基本原则等方面进行总结,包括地理认知理论、相似性理论、尺度理论、复杂性问题理论和地理智能模拟原理,以及实验相似性、协同和异构、规范化和标准化原则,并进一步提出数字孪生人群疏散实验研究内容及分类。根据该理论框架开展基于VR的群组疏散孪生实验,并根据实验数据定性和定量分析群组空间结构特征和疏散行为特征。结果表明,群组成员在孪生疏散过程中呈现出V型和“side by side”结构,在扶梯这类特殊区域中群组的空间结构有较大的变动,疏散个体面向方向与其他群组成员间的夹角小于60°,并且群组成员间的较小间距和信息扩散交互可以大大提高疏散效率。此外,分析孪生场景中的疏散轨迹和眼动轨迹得出疏散人群在柱子、出口、换乘通道等位置与环境交互较多,表明疏散人群在这些位置期望得到环境信息的需求较大。本文的孪生实验结果能够发现地铁站内的疏散瓶颈区域和群组行为规律,为地铁站内的布局规划和应急预案提供优化建议。

关键词：遥感数字孪生人群行为实验地铁疏散群组交互行为

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一种基于无抽样小波变换的云阴影去除算法

计算机工程 2006年第7期32卷 185-187页

作者：陈奋赵忠明杨健中国科学院遥感应用研究所国家遥感应用工程技术研究中心北京100101

提出了一种基于无抽样小波变换的人机交互半自动云阴影去除算法。首先通过无抽样小波变换将图像分解成高频部分和低频部分,通过半自动人机交互方式在低频图像中将图像分割为云区域、阴影区域、清晰地物区域3个部分,然后对各个独立云阴... 详细信息

提出了一种基于无抽样小波变换的人机交互半自动云阴影去除算法。首先通过无抽样小波变换将图像分解成高频部分和低频部分,通过半自动人机交互方式在低频图像中将图像分割为云区域、阴影区域、清晰地物区域3个部分,然后对各个独立云阴影区域分别进行低频信息补偿和高频信息补偿,最后通过无抽样小波反变换得到一幅过渡平滑,并对图像细节保存完好地去除了云阴影的图像。实验结果表明,该方法能够取得比传统的直方图匹配更好的效果。

关键词：阴影检测阴影补偿无抽样小波变换直方图匹配

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遥感影像空间分治快速匹配

中国图象图形学报 2022年第4期27卷 1251-1263页

作者：卫春阳乔彦友中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100101 中国科学院大学北京100049

目的图像匹配是遥感图像镶嵌拼接的重要环节,图像匹配技术通常采用两步法,首先利用高维描述子的最近和次近距离比建立初始匹配,然后通过迭代拟合几何模型消除错误匹配。尽管外点过滤算法大幅提高了时间效率,但其采用传统的两步法,构建... 详细信息

目的图像匹配是遥感图像镶嵌拼接的重要环节,图像匹配技术通常采用两步法,首先利用高维描述子的最近和次近距离比建立初始匹配,然后通过迭代拟合几何模型消除错误匹配。尽管外点过滤算法大幅提高了时间效率,但其采用传统的两步法,构建初始匹配的方法仍然非常耗时,导致整个遥感图像拼接的速度提升仍然有限。为了提高遥感图像匹配的效率,本文提出了一种基于空间分治思想的快速匹配方法。方法首先,通过提取图像的大尺度特征生成少量的初始匹配,并基于初始匹配在两幅图像之间构建成对的分治空间中心点;然后,基于范围树搜索分治空间中心点一定范围内的相邻特征点,构造成对分治空间点集;最后,在各个分治空间点集内分别进行遥感图像特征的匹配。结果通过大量不同图像尺寸和相对旋转的遥感图像的实验表明,与传统的和其他先进方法相比,本文方法在保证较高精度的同时将匹配时间缩短到1/1001/10。结论利用初始种子匹配构建分治匹配中心以将图像匹配分解在多个子区间进行的方法有助于提高遥感影像匹配的效率,该算法良好的时间性能对实时遥感应用具有实际价值。

关键词：图像匹配遥感影像空间分治区域树空间结构

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增强现实地图载体的空间认知负荷特征研究

地球信息科学学报 2024年第1期26卷 99-109页

作者：张国永龚建华张冬中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100094 中国科学院大学北京100049 浙江中科空间信息技术应用研发中心嘉兴314100

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打... 详细信息

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打印地形实体模型、以及桌面虚位空间3种不同类型载体的AR地图为研究对象,以目标搜索和路径规划为任务目标,开展不同载体AR地图空间认知实验研究。结果表明,在2组实验中三维实体模型载体AR地图的认知负荷指数(CLI)分别为2.53和4.84均显著低于二维地图和虚位载体,具有认知负荷低、沉浸在场感强的认知特征;二维地图载体的认知负荷指数略低于虚位空间载体,但两者并无显著差异;同时,两组实验对比分析结果显示,随着任务难度提升,二维地图载体和虚位空间载体AR地图的认知负荷显著增加,但三维实体模型载体AR地图的认知负荷未显著增加,表明实体模型载体在面向复杂空间认知任务时具有较低认知负荷的优势。此外CLI和任务难度的同步变化也表明脑电数据对空间认知实验敏感,能有效反映空间认知实验过程中的认知特征变化。

关键词：增强现实地图空间认知地图载体三维打印地形模型虚位空间认知负荷脑电实验

1990年—2020年粤港澳大湾区红树林动态变化遥感监测

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遥感学报 2023年第6期27卷 1496-1510页

作者：袁艺馨温庆可徐进勇王晨赵晓丽刘朔解睿中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100101 生态环境部卫星环境应用中心水生态环境遥感部北京100094

粤港澳大湾区规划建设成为国际竞争力一流湾区和世界级城市群,资源集约利用、生态环境优美是国际湾区全面建成的重要方面之一。粤港澳大湾区拥有丰富的滨海红树林湿地,在消浪减风、保护生物多样性、净化海水及固碳等方面发挥重要生态作... 详细信息

粤港澳大湾区规划建设成为国际竞争力一流湾区和世界级城市群,资源集约利用、生态环境优美是国际湾区全面建成的重要方面之一。粤港澳大湾区拥有丰富的滨海红树林湿地,在消浪减风、保护生物多样性、净化海水及固碳等方面发挥重要生态作用。湾区红树林经历过人类开发活动的破坏,也受到了湿地保护政策指引下的良好恢复,但由于调查手段不一及监测时效性限制,目前仍缺乏标准一致的数据以科学客观地阐明粤港澳大湾区红树林湿地的历史变化与最新现状。本文利用现状监测和动态更新相结合的方法,构建了1990年—2020年期间共计4个时段标准一致、前后可比的红树林分布与变化数据库;利用高性能云计算GEE平台(Google Earth Engine),提出了一种红树林现状快速更新方法。研究表明:(1)利用GEE平台可快速提取红树林初步分类结果作为动态更新的参考底图,大大提高了目视解译动态更新方法的速度,为红树林高效管理提供及时的数据支持。(2)粤港澳大湾区过去30年的红树林面积净增长10.21 km2,红树林总体得到了较好的恢复和保护,但是在1990年—2000年期间,红树林是净减少的时期,净减少4.60 km2,主要是被新增养殖坑塘、人工用地占用;2000年以来,粤港澳大湾区红树林面积持续增加,红树林公园和自然保护区的建设对红树林存量面积起到了积极作用。(3)虽然红树林自然分布多见于潮间带,但是粤港澳大湾区2010年之后通过建设红树林公园恢复的红树林,有向内陆方向延伸建设的态势。

关键词：红树林变化监测动态更新 Google Earth Engine(GEE) 随机森林遥感

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基于无抽样小波的遥感影像薄云检测与去除

武汉大学学报（信息科学版） 2007年第1期32卷 71-74页

作者：陈奋闫冬梅赵忠明中国科学院遥感应用研究所国家遥感工程技术研究中心图像室

针对全色波段遥感影像提出了一种基于无抽样小波变换的薄云去除算法。对实际的卫星影像和航空影像所进行的试验结果表明,该方法是十分有效的。

关键词：薄云检测薄云去除无抽样小波变换

结合模糊度和形态学指数约束的深度学习建筑物提取

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地球信息科学学报 2021年第5期23卷 918-927页

作者：许泽宇沈占锋李杨柯映明李硕王浩宇焦淑慧中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100101 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

基于高分辨率遥感影像的建筑物提取一直是研究的热点问题,深度学习的深层次特征提取方法,非常适合高分辨率影像中建筑物的提取,但使用深度学习提取建筑物时,大多以改变网络结构为主进行算法优化,很少与其他方法结合。本文研究在改进深... 详细信息

基于高分辨率遥感影像的建筑物提取一直是研究的热点问题,深度学习的深层次特征提取方法,非常适合高分辨率影像中建筑物的提取,但使用深度学习提取建筑物时,大多以改变网络结构为主进行算法优化,很少与其他方法结合。本文研究在改进深度学习网络结构的基础上,结合影像模糊度约束增强、形态学建筑指数约束增强等方法,对建筑物提取方法进行更全面更有针对性的改进。本文主要改进内容为:(1)提出PwDeepLab网络,该网络基于DeepLab v3+网络结构,在特征融合方式和损失函数等方面进行了改进。(2)提出模糊度约束方法,在固定影像块大小的情况下,通过影像模糊度约束对影像进行上采样增强。(3)提出形态学指数约束方法,通过形态学建筑物指数(MBI)约束范围拉伸增强的方法,在较少改变原始影像特征的情况下,突出建筑信息。本文在Massachusetts数据集和武汉大学的Satellite DatasetⅡ(East Asia)数据集上进行验证,2个数据集的主要建筑类型存在较大区别。本文提出的方法在2个数据集上的精度相对于DeepLab v3+分别提高了10.9%和3.8%,相对于U-Net分别提高了10.0%和9.6%。实验结果表明本文提出的方法对建筑物提取效果有明显提升,且具有很好的鲁棒性和通用性。

关键词：深度学习建筑提取高分辨率影像 PwDeepLab模型特征融合模糊度形态学指数窗口增强

受激布里渊散射相位共轭镜在高功率纳秒激光器中的应用进展

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红外与激光工程 2021年第5期50卷 43-54页

作者：王天齐康治军孟冬冬邱基斯刘昊中国科学院空天信息创新研究院北京100094 国家半导体泵浦激光工程技术研究中心北京100094

受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)是一种光学三阶非线性效应,其反射光具有相位共轭特性,在振幅、相位、偏振方面与入射光呈现时间反演关系,并保持与入射光相同的波前。在主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Am... 详细信息

受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)是一种光学三阶非线性效应,其反射光具有相位共轭特性,在振幅、相位、偏振方面与入射光呈现时间反演关系,并保持与入射光相同的波前。在主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA)结构的纳秒激光器中,激光放大器中的热效应及光路中大量的光学元件使传输光束存在严重的波前畸变,在恶化光束质量的同时也限制了功率进一步提升的可能性。在此类激光器中使用基于受激布里渊散射的相位共轭镜(Stimulated Brillouin Scattering Phase Conjugate Mirror,SBS-PCM),使光束往返通过引入严重波前畸变的激光放大器能够实时补偿畸变,从而优化激光器的输出光束质量,并有利于功率的进一步提升,进而促进纳秒激光器向着兼顾高功率和高光束质量的方向发展,因此在高功率纳秒激光器中得到广泛应用。文中首先从理论方面简要介绍了SBS-PCM的基本原理及其相位共轭特性,其次对比了不同SBS-PCM介质的特点及适用范围,概述了国内外机构对SBS-PCM的研究进展及高功率纳秒激光器中SBS-PCM的典型应用情况及发展历程,并最终对SBS-PCM发展趋势进行了展望。

关键词：激光器受激布里渊散射相位共轭镜高功率激光