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基于组合模型的方向关系查询

地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1123-1137页

作者：王中辉杨雷挺兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室兰州730070

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... 详细信息

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。

关键词：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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扰动线性多智能体系统的分布式资源分配算法

中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 911-926页

作者：时侠圣孙长银穆朝絮安徽大学自主无人系统技术教育部工程研究中心合肥230601 安徽大学安徽省无人系统与智能技术工程研究中心合肥230601 安徽大学人工智能学院合肥230601 天津大学电气与自动化信息工程学院天津300192

针对一般异构线性多智能体系统的分布式资源分配问题,结合智能体动力学特性设计一类分布式优化算法,旨在实现扰动抑制的同时完成资源的最优分配.面对扰动模型已知干扰信号,本文利用智能体状态信息设计一种自适应分布式优化算法,其中拉... 详细信息

针对一般异构线性多智能体系统的分布式资源分配问题,结合智能体动力学特性设计一类分布式优化算法,旨在实现扰动抑制的同时完成资源的最优分配.面对扰动模型已知干扰信号,本文利用智能体状态信息设计一种自适应分布式优化算法,其中拉格朗日(Lagrange)乘子对偶变量控制参数自动增加,直至拉格朗日乘子对偶变量达到一致.当智能体状态信息不可测时,本文将上述算法修改为基于输出反馈的分布式优化算法.当全局成本函数强凸时,借助拉萨尔(LaSalle)不变性引理证明上述所提算法渐近收敛到全局最优解.面对未知扰动信号,本文利用扩张状态观测器技术设计一种分布式优化算法.当未知扰动信号为常数或其微分趋于零时,利用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明上述算法渐近收敛至全局最优解.最后利用数值仿真验证上述算法有效.

关键词：异构多智能体系统资源分配自适应通信权重状态反馈输出反馈未知扰动

中国建设用地扩张未来情景模拟及其对景观格局演化的影响

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地理研究 2024年第4期43卷 843-860页

作者：支俊俊韩陈勖王雪婷张立康褚超群安徽师范大学地理与旅游学院芜湖241002 资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心芜湖241002

对中国建设用地的未来扩张趋势及时空格局进行模拟预测,可为科学编制国土空间规划和合理调控城乡发展提供科学依据。本研究对未来30年中国建设用地扩张进行多情景模拟预测,并分析不同区域建设用地扩张的时空演化特征及其对景观格局演化... 详细信息

对中国建设用地的未来扩张趋势及时空格局进行模拟预测,可为科学编制国土空间规划和合理调控城乡发展提供科学依据。本研究对未来30年中国建设用地扩张进行多情景模拟预测,并分析不同区域建设用地扩张的时空演化特征及其对景观格局演化的影响。研究结果表明:(1)基于斑块生成土地利用模拟模型(Patch-generating Land Use Simulation,PLUS)可以获得较高的模拟精度,各分区Kappa系数均高于0.92,总体精度均高于95%,FoM值均高于0.40,表明PLUS模型适用于全国尺度和大区域尺度的土地利用模拟。(2)影响中国建设用地扩张最主要的因素为人口、坡度和年均降水量,存在区域性差异。(3)自然发展、耕地保护、生态保护和可持续发展四种情景下模拟预测的未来土地利用的结构和特征具有明显差异,在可持续发展情景下建设用地扩张主要占用非重点保护的耕地和生态用地以及未利用地,可满足经济发展对于建设用地指标的刚性需求,有助于实现可持续高质量发展。(4)建设用地扩张对景观格局产生显著影响,在可持续发展情景下,与2020年相比,2030年、2040年和2050年建设用地预计增长分别为-0.72%、-0.51%和1.19%,中部和东部地区的优势景观面积占比持续下降,景观多样性不断上升;西部地区的景观聚集度显著下降,破碎度持续上升。本研究通过建设用地扩张的情景模拟及其对景观格局的影响分析,尝试为制定区域差别化政策提供参考,对实现经济发展、耕地保护和生态保护三者之间的均衡协调可持续发展具有重要意义。

关键词：建设用地扩张土地利用变化情景模拟影响因素景观格局中国

改进HarDNet-MSEG的遥感影像水体信息提取方法

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地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1745-1762页

作者：郭慧琳谢元礼胡李发雍佳乐李云梅孙韶启西北大学城市与环境学院陕西省遥感与地理信息工程研究中心

准确有效地提取水体信息，对于水资源监测、管理和应用等方面具有重要意义。由于水体形状、大小和分布的多样性以及场景的复杂性，如何高效准确地从遥感影像中提取出水体仍具有挑战性。传统的方法虽然可以从遥感图像中提取水体，但由于... 详细信息

准确有效地提取水体信息，对于水资源监测、管理和应用等方面具有重要意义。由于水体形状、大小和分布的多样性以及场景的复杂性，如何高效准确地从遥感影像中提取出水体仍具有挑战性。传统的方法虽然可以从遥感图像中提取水体，但由于异物同谱其提取精度往往难以满足实际应用要求。因此，迫切需要先进的高性能技术来提高水体提取的效率和准确性。将深度学习与遥感技术相结合可以充分发挥深度学习的优势，有效帮助准确地提取水体信息。目前以深度学习的方法提取水体信息面临的挑战仍是多尺度特征融合、耗时长和参数多。HarDNet-MSEG (Harmonic DenseNet-MSEG)模型拥有较高的分割精度和较快的推理速度，为进一步充分利用来自通道和空间位置层面的相关信息以及提高模型的分割精度，本文以HarDNet-MSEG为网络框架，设计了一种名为HAM(Hybrid Attention Mechanism)的注意力机制，将其嵌入到HarDNet-MSEG网络中以探究其在网络中的最佳位置，在相同的实验环境下与其他注意力机制、经典网络算法以及传统的方法进行一系列的对比实验，并测试该模型在其他数据集上的通用性。结果表明，HAM模块在HarDNet-MSEG网络的较浅层处表现最出色。与其他注意力机制相比，HAM模块取得了更高的性能，MIoU、FWIoU和PA分别达到了94.068 7%、97.737 4%和99.320 5%。与DeepLabV3+、U-Net和PSPNet等经典模型相比，HarDNet-MSEG-HAM1模型不仅有最好的MIoU，参数量、计算量和训练时间各方面都表现出卓越的性能。与传统方法相比，HarDNet-MSEG-HAM1模型具有显著的优势，同时该模型在其他数据集上也表现出了良好的性能。最后，成功提取了青藏高原内流流域的2013、2016、2019和2022年4期湖泊，并对其面积变化进行了分析。一系列的实验数据表明，该模型在水体提取任务中的优越性与鲁棒性。本论文预期可以为从复杂场景的遥感影像中提取水体信息提供方法和相关数据支持。

关键词：水体提取深度学习 HarDNet-MSEG 混合注意力机制语义分割多尺度特征青藏高原遥感影像

典型建筑物群组模式的空间图卷积模型DGCNN识别方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第5期49卷 868-878页

作者：张自强刘涛杜萍杨国林兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070

建筑物群组模式的识别是建筑物综合的重要步骤,高效的建筑物群组模式识别方法能有效提升地图自动综合的质量。建筑物群组模式的识别目前主要包括几何方法和传统的机器学习方法两种,存在规则定义复杂、特征工程庞大等缺点。图卷积神经网... 详细信息

建筑物群组模式的识别是建筑物综合的重要步骤,高效的建筑物群组模式识别方法能有效提升地图自动综合的质量。建筑物群组模式的识别目前主要包括几何方法和传统的机器学习方法两种,存在规则定义复杂、特征工程庞大等缺点。图卷积神经网络方法克服了传统方法的局限性,已成功地应用于建筑物的模式分析。然而,目前使用图卷积进行建筑物群组多模式识别的相关研究较少,且已有的图卷积大多基于谱域图卷积,对空间局部信息考虑不足。引入空间图卷积模型DGCNN(deep graph convolutional neural network)进行建筑物群组的多模式识别,首先聚类建筑物数据形成群组,并构建建筑物群组的几何模型;然后定义建筑物的特征向量,建立建筑物群组的图结构;最后将图结构输入DGCNN模型训练,得到建筑物群组模式。结果发现,该模型在训练集的精度达到97.60%,测试集的精度达到95%,优于谱域图卷积方法,能有效用于建筑物群组模式分类。

关键词：建筑物群组模式识别空间图卷积模型深度学习

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DP算法自动实现方法:以河流化简为例

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第2期49卷 264-270页

作者：闫浩文张鑫港禄小敏李蓬勃兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070

曲线化简是自动地图综合的重要内容,但其中广泛应用的DP(Douglas-Peucker)算法却是非自动化的,原因是需要在算法执行之初由人工输入距离阈值ε。为此,首先提出了一个多尺度曲线相似度的计算公式;然后基于该公式,以河流数据为例给出了地... 详细信息

曲线化简是自动地图综合的重要内容,但其中广泛应用的DP(Douglas-Peucker)算法却是非自动化的,原因是需要在算法执行之初由人工输入距离阈值ε。为此,首先提出了一个多尺度曲线相似度的计算公式;然后基于该公式,以河流数据为例给出了地图比例尺与曲线目标相似度的函数关系推导方法和曲线目标相似度与ε的函数关系推导方法,进而得出了ε与比例尺的函数关系;最后实现了DP算法的自动化。实验研究表明,利用提出的自动化DP算法可以获得指定地理区域不同比例尺的水系要素的化简结果,化简结果与经验丰富的制图员的手工化简结果的相似度平均值为0.927,相似度总体表现良好,表明了该方法良好的可靠性和较高的智能化。

关键词：曲线化简地图综合 Douglas-Peucker算法相似度河流数据

基于PS-InSAR技术的武威市地面沉降时空变化特征

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地质科学 2024年第2期59卷 575-587页

作者：黄家乐苏小宁石睿娟鲍庆华赵立徐炜祥兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070

武威市位于甘肃省中部,是一座典型的农业城市,分布有大量农业耕地。由于土壤疏松,地面容易受到降水和地下水的影响,易发生地面沉降地质灾害对居民的生产、生活造成不利影响。本文利用2017年2月至2022年12月的Sentinel-1A数据,通过PS-In... 详细信息

武威市位于甘肃省中部,是一座典型的农业城市,分布有大量农业耕地。由于土壤疏松,地面容易受到降水和地下水的影响,易发生地面沉降地质灾害对居民的生产、生活造成不利影响。本文利用2017年2月至2022年12月的Sentinel-1A数据,通过PS-InSAR技术提取了武威市的地面沉降监测数据,包括视线向形变速率和累积形变量。对形变场的时空分布特征进行了详细分析,并引入Mogi模型反演地下深部变形范围。最后,结合研究区的降水数据和GRACE重力卫星获取到由陆地水负荷引起的地表形变数据,并对研究区的沉降成因进行了初步分析。结果表明,研究区存在两个主要沉降区,其中主沉降区A的最大累积沉降量达到-290.9 mm,视线向形变速率为-52.0 mm/a;主沉降区B的沉降量达到-178.1 mm,视线向形变速率为-43.8 mm/a。地表沉降呈现周期性变化,且向东南方向逐步扩展,与降水和地下水变化特征相似。通过Mogi模型反演,得出了主沉降区的地下影响范围(半径)和深度,其中主沉降区A为40.96 m和133.67 m,主沉降区B为38.60 m和140.78 m。按季节划分统计形变数据,结果表明,由于研究区所属干旱区,自然降水无法对地面沉降产生显著影响,而农耕时大量地下水的抽取才是导致区域地面沉降的主要原因。

关键词： PS-InSAR 地面沉降侵蚀性降水地下水 Mogi模型

基于InVEST模型的水源涵养功能评价的时空变化—以兰州市为例

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干旱区地理 2024年

作者：石莹别强苏晓杰李欣璋地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃省地理国情监测工程实验室

“四水四定”背景下，科学地量化评估水源涵养能力是保障社会经济高质量发展和对生态环境有效保护的基础。生态保护重要性评价作为“双评价”重要组成部分，对农业生产和城市建设等评价起指导作用。基于InVEST产水量模块利用地形指数、... 详细信息

“四水四定”背景下，科学地量化评估水源涵养能力是保障社会经济高质量发展和对生态环境有效保护的基础。生态保护重要性评价作为“双评价”重要组成部分，对农业生产和城市建设等评价起指导作用。基于InVEST产水量模块利用地形指数、土壤饱和导水率和流速系数对其修正获得水源涵养量，定量评估2000—2020年兰州市水源涵养量时空演变，探讨土地利用类型变化对其影响，并划分水源涵养功能重要性等级。结果表明：(1)2000—2020年兰州市农田面积减少，其他土地利用类型面积均增加，其中草地增加最显著。(2)兰州市水源涵养量空间上呈现“高低相间分布”，多年平均单元水源涵养量15.42 mm，水源涵养总量2.03×108m3。2000—2020年兰州市平均单位水源涵养和总量增加，且增加幅度逐渐上升。(3)兰州市不同土地利用类型水源涵养总量依次为：草地>农田>林地>不透水面>裸地>灌木。其中，林地的平均水源涵养量最大，而草地的水源涵养总量最大。(4)2000—2020年兰州市水源涵养功能重要性一般重要和较重要地区面积减少，中度重要、高度重要和极重要地区面积增加。水源涵养功能评价和重要性分级可以为中国干旱区巩固现有退耕还林还草成果、推进生态文明建设、促进区域经济发展提供科学参考与指导。

关键词：兰州市 InVEST模型水源涵养土地利用变化

中国西北地区地表覆被变化对太阳辐射吸收的影响

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自然资源遥感 2024年

作者：石莹别强苏晓杰李欣璋地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃省地理国情监测工程实验室兰州交通大学测绘与地理信息学院

地表覆被类型的变化会影响地表对太阳辐射能量吸收的大小,进而影响地表生态系统中辐射能量的收支平衡,在地表覆被剧烈变化的背景下,地表对太阳辐射吸收的格局和变化对地表热量收支具有重要影响。本研究基于2001—2020年间的MODIS MCD12Q... 详细信息

地表覆被类型的变化会影响地表对太阳辐射能量吸收的大小,进而影响地表生态系统中辐射能量的收支平衡,在地表覆被剧烈变化的背景下,地表对太阳辐射吸收的格局和变化对地表热量收支具有重要影响。本研究基于2001—2020年间的MODIS MCD12Q1地表覆被数据、MCD43A3地表反照率数据和MCD43A2太阳天顶角数据,结合相邻2期西北地区的地表覆被类型和地表吸收太阳辐射能量的时空变化分析并探讨地表覆被类型变化对吸收太阳辐射能量的影响。结果表明:(1)研究区地表覆被类型变化以裸地面积减少和其他类型的扩张为主要特征,面积变化最大的是裸地向草地的转换;(2)不同地表覆被类型吸收太阳辐射存在差异,其中,水体最大,其次为林地、耕地、草地、建设用地,裸地、永久冰雪的吸收太阳辐射较小;(3)地表类型间转换会导致地表辐射吸收能力不同,草地、耕地、裸地、永久冰雪的转出以吸收太阳辐射增加为主导趋势,而水体和林地则以减少居多;(4)相同地表覆被类型其吸收太阳辐射值在时间序列上存在差异,建设用地、草地、耕地、裸地和水体以吸收增加为主,林地、永久冰雪以减少为主。本研究结果对中国西北气候变化研究、生态建设和可持续发展提供科学依据和参考。

关键词：地表覆被变化蓝空反照率太阳辐射吸收西北地区