中国国家自然地图集——电子地图集的研制

该文包括三部分:(1)中国自然资源与环境空间信息的系统集成与形象显示。"中国国家自然地图集-中国自然资源与环境的形象显示与虚拟》(电子图集)在"中华人民共和国国家自然地图集"的基础上,再度创作,信息重组,并有所创新;(2)体系结构和关键技术:体系结构和技术系统,关键技术问题的解决(开发平台的选择、地理信息的三维数据模型与三维可视化、地理信息的动态数据模型与时态可视化、虚拟地图可视化、多源多类数据的集成);(3)主要创新与特色:独特的交互界面结构,别致的动态交互工具,各种形式的动态地图,丰富的三维地图浏览,生动形象的三维地形虚拟飞行浏览,新颖的多种表达方式的联合,查询检索与地图分析功能。     

学科交叉驱动的地图思维演化

信息通讯技术时代,地图表达对象已着眼于物理空间、社会空间以及信息空间组成的三元空间。伴随“数字化”“智能化”和“智慧化”等信息化阶段的演进,地图学知识体系也随之发生着深刻变化。在此过程中,地图思维演化成为认识、理解和构建空间思维的重要途径,可以具体提炼为“数-形-图-谱”4种思维方式。“数思维”是对传统二元空间中地理实体和现象的定量化描述和表达,追求空间描述的“精度和准确”;“形思维”是“数”的符号映射,以可视化形式承载人类的地理学洞察力,看重“相似与保真”;“图思维”进一步完成区域事象之间关系和结构的抽象,形成意义整体,是建立“地图/GIS+行业应用”的思维基础,其基本路径涵盖隐喻启示、泛化表达和知识链接;“谱思维”是按照对象的类别或系统,采取某种特征将一系列地图编辑起来,形成具有动态演化特征的概念体系。多学科驱动下,地图“数-形-图-谱”4种思维方式在语法特征、语义功能、语用特征、实现路径、表达类型和关键技术方面都存在着显著的差异性。测绘科学更多立足于地图“数-形”思维,重在科学量度和表达地理要素的空间分布;地理学更加偏向于“图-谱”思维,重在揭示地理现象的规律与机制。     

基于兴趣场模型的符号化三维地图表达方法

针对目前三维地图的重要目标选取与突出表达效果不佳以及若采用符号化实景三维模型表达存在的建模成本高、数据量大等问题,提出符号化三维地图表达的技术方法。该方法利用自发地理信息数据构建空间兴趣场模型,描述用户对地理信息兴趣程度的空间分布,进而对三维地图符号进行分类。以三维地图场景构建为基础,通过视点控制对三维地图进行符号化表达,实现符号化三维地图的细节层次表达。本文结合实例对比分析了符号化三维地图,结果表明该方法提高了三维地理空间模型的认知效果和应用效果。     

基于边云协同的AR空间分析计算框架

地理数据的增强现实（AR）技术,是地理信息可视化的重要发展方向之一。受限于头戴式AR设备有限的计算能力,已有的地理信息AR研究多集中于地理信息的可视化,并未提供复杂的空间分析计算功能。本文提出了一套基于边缘计算与云计算协同的AR空间分析计算框架。AR端完成空间数据的可视化、人机交互、数据预处理等;云端则完成复杂的空间分析计算任务以及空间数据的持久化存储;边云二元存储方法和三维可视化模型-三维地理模型间的坐标转换模块完成AR端和云端间的高效链接;从而达到高效率的、端对端的协同计算。基于该框架,本文利用头戴式AR设备Hololens,并基于武汉市的建筑物三维数据和天空可视因子算法,实现了在AR可视化的同时进行复杂的空间计算。结果表明,在保证空间分析计算效率和精度的同时,Hololens性能表现稳定,三维空间可视化的体验良好（FPS约35）,证明了边云协同框架下的AR在空间分析计算具有广阔前景。     

区划知识的可视化方法与图谱表达范式

可视化是促进地理区划知识发现的有效手段,但目前地理区划知识可视化方面的研究较为欠缺,无法满足复杂区划知识的可视化表达及知识发现需求。因此,本文从充分认知区划先验知识出发,建立区划知识的地图表达内容体系,研究面向不同类别区划知识的地图可视化表达方法,进而探讨综合多维区划知识的图谱表达范式,并在此基础上进行了可视化应用案例研究。实验表明,本文提供了有效的区划知识表达和发现策略,可为读者开展进一步的决策和研究提供支持和依据。     

网络空间隐喻Gosper地图表达与分析

网络空间地图是认识抽象、复杂网络空间的重要工具,也是地图学领域研究的新方向和热点问题。针对传统网络空间制图不能分析网络节点多级拓扑关系和存在要素重叠的问题,本文综合应用隐喻思想和Gosper地图技术研究网络空间要素的隐喻表达与分析,提出了网络空间隐喻Gosper地图和地形图构建方法。首先,结合网络空间节点的拓扑层级关系和地理学第一定律构建网络节点与Gosper曲线叶节点的映射关系;然后,基于Gosper叶节点构建具有面域嵌套关系的Gosper地图;最后,结合隐喻思想和地图视觉要素与网络空间要素的相似性关系构建多尺度网络空间隐喻Gosper地图和地形图。本文基于两套网络空间资产数据验证了本文方法的适用性,并从节点分布、拓扑结构和节点脆弱性3个方面分析和挖掘网络空间资产特性用以说明网络空间隐喻Gosper地图的表达能力与认知效果。基于层次分析法的定量实验表明,本文方法的综合加权指标（0.499 8）远高于节点链接（0.266 8）和地理空间图层叠加（0.233 1）可视化方法。本文提出的网络空间隐喻地图能够有效解决传统网络空间可视化中节点重复冗余、复杂抽象且无法支撑可视化分析的问题,能够为...     

一种单机多屏的时序三维地理场景同步可视化系统

三维地理场景的可视化是虚拟地理环境研究中展示各类复杂地学过程与现象的重要技术。目前,现实中地理场景大多具有复杂度高、规模大、交互性强等特点, 故采用传统的单个计算机单屏显示方式, 已无法满足用户对沉浸感、大视野、高分辨率的可视化应用需求, 而多屏显示技术是一个解决该问题的有效途径。本文以福建长汀县水土流失治理过程中植被覆盖变化为例, 开展了时序三维地理场景的单机多屏同步可视化技术和漫游系统研究。提出了系统的软件架构和开发流程, 并引入多线程同步机制, 实现了三视图场景的构建、三屏同步显示、三屏同步路径漫游、矢量图的差异符号化和三维场景实景图片嵌入播放等技术, 设计并实现了一个以单个计算机控制三个显示屏幕的时序同步可视化漫游系统。采用3 个时相的彩色遥感卫星影像,叠加数字高程模型形成反映不同时期水土流失程度变化的三维地理场景, 在水土流失治理过程成果展示中得到了应用。系统除了三维场景沉浸感强、震撼力大之外, 还具有动态变化、信息量大、表现力强等特点, 在地理场景动态可视化方面有独特的应用前景。     

顾及视频地理映射的人群密度估计方法

针对复杂场景下人群计数及地图可视化问题,提出了一种顾及视频地理映射的人群密度估计方法。首先,通过迁移学习的方式,构建了适合于复杂场景的人群语义分割模型;将视频与GIS相结合,求解摄像机和人群场景的单应矩阵;基于人群语义分割结果及单应矩阵,可将人群多边形映射至二维地图。然后,设计等距分区和格网分区2种分区方案;根据人群语义分割结果,统计不同分区方案下各子区人群密度。最后,基于训练的各子区人群密度值,计算视域内人口总数;通过人群目标点符号均匀填充人群多边形,进行地图可视化。实验结果表明：① 本文构建的人群语义分割模型,可实现大场景下人群的高精度分割,精度为94.11%;② 将视频与GIS相结合,实现了人群的地图映射和地图可视化表达,达到了人群可定位、可量测和可空间分析的目标;③ 实现了监控视频人群的精准计数,将视域划分更多子区有利于提高计数精度。与基于密度图的人群密度估计方法相比,本文方法在高空、高密集度的大场景中具有优势,能有效解决人群难以精准计数及地图可视化的问题,可用于大型活动、车站、商场、运动场馆的人群监管。     

从第31届国际制图大会看地图制图学的研究进展

2023年8月13日至18日,第31届国际制图大会在南非开普敦举行。本文首先简要介绍了第31届国际制图大会概况。然后,在详细分析大会专题报告的基础上,重点归纳和总结了国际上地图制图学在基础理论、地图制图与地理信息技术、地图数据、地图产品、空间数据基础设施建设、公众应用、可持续发展和历史文化伦理八个方面的研究新热点,并分析得到了以下特点：一方面地图制图更加注重多要素融合制图、用户/场景体验增强和快速制图能力;另一方面,地理信息技术在多模泛在感知、大数据融合处理、人工智能分析、知识构建与服务等方面不断深化;此外,面向资源管理、生态保护、社会发展等的全球/区域/国家/城市可持续发展应用,已成为各国政府机构、科研机构、产业企业等共同努力的热点方向。另外从国际地图大赛获奖地图可以看出地图可视化方法融入了更多的现代元素和文化印记,更加注重“人-图”互动。最后,探讨了大数据与人工智能时代地图制图学在理论体系、技术方法和应用服务方面的发展趋势,并对我国地图制图学科发展与国际合作提出了建议。     

基于AR的三维城市信息系统设计与实现

针对目前的三维城市信息系统(3DUIS)是以2D的屏幕为载体,使得现有的城市空间信息得不到充分地表达和可视化的问题,提出了将增强现实技术应用于3DUIS的方案,改变3DUIS的载体,从2D屏幕视角载体转向3D视角载体,并提供了基于规则的快速三维城市场景建模和人机交互的设计思路,基于旧金山的基础二维地理数据以及微软增强现实设备Microsoft Holo Lens实现了AR-3DUIS应用程序。结果表明AR-3DUIS提供给用户更强、更真实的三维城市信息体验,以及更自然的UIS交互方式。     

量化地图图形符号动态化的展示

 图形符号是地图的语言,在量化地图中,图形符号侧重于表示地理事物的数量特征,以揭示事物的量变过程与发展规律。图形符号的设计除注重内容的表达之外,还应强化形式的表达。图形符号动态化就是从符号的表现形式上来增强地图的趣味性和可视性。本文从视角感受的角度,阐述了图形符号动态化的含义及其在量化地图中的表现形式,以丰富地图的展示方法,提高量化地图的展现力     

一种三维模型的压平冗余简化方法

随着倾斜摄影测量三维建模技术的飞速发展及广泛应用,通常以倾斜摄影测量三维模型为基础,并在基础模型场景中融合其他不同数据类型的模型,如建筑信息模型。在倾斜摄影测量三维模型场景中直接添加其他模型会发生模型的混叠,导致拓扑错误并影响可视化效果。针对在同一地理空间范围内多类型三维模型同时加载出现的模型混叠问题,本文提出一种三维模型压平方法,通过对选定区域内三维模型格网进行投影变换,将模型映射到二维平面实现模型的消减,避免出现模型混叠;同时,为减轻系统在多类型三维模型场景中的渲染压力,提出一种投影平面栅格划分简化算法。结果表明,在保持压平可视化精度和效果的同时,实现了对压平区域倾斜摄影测量三维模型高度简化,加速了具有三维模型压平区域的场景渲染速度。     

地质大数据可视化关键技术探讨

详述了地质大数据可视化的研究内容,从应用角度可将其分为:表达三维可视化、分析三维可视化、过程三维可视化、设计三维可视化和决策三维可视化5类。针对地质大数据这5类可视化中涉及到的几方面关键技术进行了深入探讨,包括:地质体三维可视化动态精细建模技术;基于CUDA+GPU集群的地质体属性场数据并行可视化技术;针对地质大数据的可视化分析技术;基于地质大数据的虚拟现实和增强现实技术等。对这几方面关键技术的现状、技术路线以及实现效果进行了论述和展示。      

浅谈河南省土地储备管理信息系统

河南省土地储备管理信息系统是基于GIS平台，以地图数据库为基础、储备地块为管理主体、相关地理信息和属性数据为核心，利用地理信息系统技术、多媒体技术、数据库技术、图文处理技术和三维可视化技术建立的一个专题型的地理信息系统。现将其结构、功能、特点作一简单介绍，以便于使用。     

浅谈河南省土地储备管理信息系统

河南省土地储备管理信息系统是基于GIS平台,以地图数据库为基础、储备地块为管理主体、相关地理信息和属性数据为核心,利用地理信息系统技术、多媒体技术、数据库技术、图文处理技术和三维可视化技术建立的一个专题型的地理信息系统.现将其结构、功能、特点作一简单介绍,以便于使用.     

遥感大数据实时渲染与交互可视化研究

数据可视化是遥感应用的重要服务出口。针对静态的预生成瓦片地图难以满足数据查看、地图配置、空间分析等专业应用问题,本文提出了一套面向遥感大数据的实时渲染与交互可视化的解决方案。在渲染节点构建影像的渲染瓦片结构,以提高数据的读取速度;在可视化服务上,提出“数据-计算”相一致的负载均衡策略,优化地图的渲染效率;在可视化服务方面,设计交互的地图服务接口。与传统技术的对比分析表明,该解决方案不但实现了遥感大数据的实时渲染与交互可视化,并且达到了与预生成瓦片地图服务相当的服务性能。基于这一解决方案,研发了遥感大数据的动态可视化原型,并在影像数据实时查看、可视化计算、可视化分析等方面开展了示范应用。     

增强现实地图载体的空间认知负荷特征研究

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。     

基于交通轨迹数据的三维动态噪声地图

噪声信息具有空间传播和随距离衰减变化的特征,采用三维动态可视化形式表达噪声地图可以体现该特征。本文针对噪声的空间分布与强度变化提出一种噪声地图表达的方法,基于Bertin符号参量分析,以具有高度可变的方柱并配以深浅变化的颜色作为噪声符号,动态传递噪声信息。为进行多尺度地图展示,在不同地图等级下设有相应细节层次的符号尺寸和定位排列方式。噪声地图以Web端Mapbox为展示平台,基于交通噪声模型和GPS轨迹数据,对上海黄浦区某区域一时间段内的噪声情况进行模拟表达,实现噪声数据的立体动态化显示。三维动态的表达扩展了噪声数据的表现维度,多维度、多参量的立体动态符号不仅可准确刻画噪声的分布,而且从视觉观感上提高了受众的兴趣度和专注度,这为研究噪声的热点分布、传递趋势等空间规律提供了可视化参考。     

基于SVG的网络地图预览模型的设计和实现

主要设计了应用于地理数据网络发布中的地图预览模型结构,利用SVG技术中数据量小、可缩放、可连接的特点和元数据描述作用,实现了基于SVG的地图预览模型,并提供相应地理空间数据信息查询,该模型适用于地理空间数据图形的在线浏览,以及复杂地理空间数据的在线图形预览.     

面向海陆统筹的综合航海地图集基础地理框架构建

设计和编制海陆统筹的综合航海地图集服务于国家“构建海洋命运共同体”发展目标,同时也是促进海陆文化共融和海陆睦邻合作的重要推力,在当前地图学领域受到普遍关注。本文通过与航海专题图、陆地专题图的对比分析,从地图选题、比例尺、投影、地理分幅等方面探讨了海陆统筹地图集的表达特点,并从海陆并蓄视角出发,提出综合航海地图集基础地理框架的内容体系和构建策略。在此基础上,结合《世界航海地图集》的编制实践设计了其基础地理框架的具体建立方案：① 中小比例尺地图使用WGS84坐标系,较大比例尺地图使用CGCS2000坐标系;② 根据专题内容、制图区域、变形需要,制图单元可以使用等差分纬线多圆锥、墨卡托、古德等多种投影;③ 地理底图分为世界地图、典型区域地图、陆地地图、海域地图、航区地图、港口地图6种图型,其系列比例尺内容需按一定规则进行取舍和化简派生得到;④ 地图制图单元采用北方定向,联合地理分幅和地图分幅可生成灵活的图面布局。世界航海专题图集的编制实践表明,应用本文建立的基础地理框架能较好实现海洋与陆地的协调统一表达。